Спосіб одержання і-r-цис-2,2-диметил-3-ацетилциклобутанкарбонової кислоти

Изобретение относится к способу получения 1-R-цис-2,2-диметил-3ацетилциклобутанкарбоновой кислоты (I) ключевого промежуточного соединения в синтезе ряда биологически - активных соединений высокоэффективных инсектицидов, противовирусных препаратов. Известен способ получения кислоты (I) методом перманганатного окисления вербенола (II) в присутствии сульфата аммония с выходом (I) 10% (Gustay. Schmidt, J. Am. Chem. Soc. 76, 5426 - 30, 1954) изобретению, последующее окисление осуществляют озоновоздушной смесью при температуре 0 - 2°C, причем оба процесса проводят в одном реакторе последовательно в среде органического растворителя, используя кобальтовый катализатор, при мольном соотношении исходный реагент : растворитель : катализатор равном 1 : 1 - 10 : 0,05 - 0,2, соответственно. Целевое соединение (I) выделяют из реакционной смеси щелочной экстракцией. В качестве исходного использованы: вербенон (III), вербенол (II), вербоксид (II + III). Известен также способ получения кислоты (I) из вербенола (II) с перйодатом натрия в присутствии оксида рутения с выходом (I) 78% (J.T.B. Ferrera, J. Org. Chem., 1987, vol.52, p.3698). Кроме того, известен способ получения кислоты (I) методом перманганатного окисления вербенона (III) на силикагеле с выходом (I) 79%. Соединение (III) при этом получают жидкофазным каталитическим окислением 2-пинена (IV) на кобальтовом катализаторе при температуре 50 60°C с выходом 65%. Образующийся вербенол (II) в синтезе кислоты (I) предлагаемым методом не исследуется, т.о. он является балластным продуктом [Webster, Francis X. (J., J. Org. Chem., 1987, vol.52 (4), 689 - 91) Недостатками вышеизложенных способов получения соединения (I), последний из которых выбран в качестве прототипа, являются невысокие выходы, использование дорогостоящих и экологически опасных реагентов, что делает невозможным их промышленное применение. В основу заявляемого изобретения поставлена задача разработки способа получения 1R-цис-2,2-диметил-3ацетилциклобутанкарбоновой кислоты (I), позволяющего упростить процесс ее получения за счет проведения процессов в одном объеме, повысить выход целевого продукта, повысить экологические характеристики метода за счет использования экологически чистого окислителя. Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения 1R-цис-2,2диметил-3-ацетилциклобутанкарбоновой кислоты окислением 2-пинена при температури 50 - 60°C в присутствии кобальтового катализатора и последующего окисления вербенона, вербенола или вербоксида, согласно настоящему Преимущества заявляемого способа заключаются в том, что для окисления используют экологически чистый озон вместо дорогостоящего и экологически вредного перманганате калия, оксида рутения, применяемого в известных способах, а выходы целевой кислоты (I) повышаются до 90% по сравнению с прототипом (78%). Положительный эффект от предлагаемого технического решения состоит в том, что выход целевого соединения (I) повышается до 90% в сравнении с 78% - ми прототипа. Кроме того, а предлагаемом способе имеет место существенное упрощение процесса, заключающееся в возможности проведения двух химических стадий в одном реакторе без затрат на промежуточную обработку реакционной смеси и выделение промежуточных продуктов. Среди существенных отличий предлагаемого способа следует отметить проведение окислительных превращений в органическом растворителе и в присутствии катализатора общего как для кислородного окисления так и для озонолитического расщепления, без промежуточного выделения кетона. Также следует отметить, что в предложенном нами способе получения соединения (I) используются экологически чистые окислительные агенты. Из вышеизложенного можно сделать вывод, что заявленное техническое решение соответствует критерию "изобретательский уровень". Соединение (I) получают по разработанной нами одностадийной схеме из природного терпена - 2-пинена (IV), получаемого в промышленности в значительных количествах в виде скипидара. Существенными отличительными признаками процесса является то, что окисление кислородом и озоном проводят последовательно в одном реакторе с использованием в превращениях, например, в качестве растворителя хлорорганического растворителя и кобальтового катализатора, а также проведение процесса при мольном соотношении 2-пинен : растворитель : катализатор 1 : 1 - 10 : 0,5 - 0,2 соответственно, и при температуре 50 - 60°C - кислородное окисление, 0 - 2°C - озонолитическое расщепление, что позволяет увеличить выход целевого продукта и упростить процесс. Окончание кислородного окисления определяется по исчезновению из реакционной смеси 2-пинена по данным ГЖХ, а озонолитическое расщепление по исчезновению промежуточного вербоксида, Какие-либо другие параметры, например, объем газа или время значительно изменяются в зависимости от характеристик оборудования, т.е. носят относительный характер. Количество и состав кобальтового катализатора определяется его растворимостью в органической среде и устойчивостью в реакционных условиях. При окислении использованы нафтенат или стеарат кобальта в количествах до 20% мольных, или кобальтовая соль кислоты (I). Пример 1. В барботажную колонну, вместимостью 5л, снабженную рубашкой с циркулирующим теплоносителем, помещают 3л 400мл 2-пинена и 25г нафтената кобальта. Через раствор при температуре 60°C барботируют кислород со скоростью 30л/ч в течение 20 часов. Реакционную смесь охлаждают до 2°C и при этой температуре барботируют воздушную смесь с содержанием озона 3% объемных и скоростью 120л/ч в течении 24 часов. Далее раствор обрабатывают следующим образом. Переносят его в реактор и перемешивают со 100мл 10% - ного водного раствора сульфита натрия в течение 0,5 часа. Из органической части экстрагируют 3 ´ 100мл 10% ного водного раствора Объединенные щелочные экстракты промывают 2 ´ 50мл четыреххлористым углеродом, подкисляют 20% ной соляной кислотой; из раствора экстрагируют 3 ´ 50мл Объединенные экстракты промывают водой и упаривают. Получают 278г соединения (I), физико-химические характеристики которого идентичны литературным. Выход 56%. Пример 2. Реакцию ведут как в примере 1, но кислородное окисление проводят при температуре 50°C. Выход целевого продукта (1) составляет 52%. Пример 3. Реакцию ведут как в примере 1, но кислородное окисление проводят при температуре 55°C. Выход целевого продукта (I) составляет 54%. Пример 4. Реакцию ведут как в примере 1, но озонолитическое расщепление проводят при температуре -2°C. Выход целевого продукта (I) составляет 58%. Пример 5. Реакцию ведут как в примере 1, но озонолитическое расщепление проводят при температуре 0°C. Выход целевого продукта (I) составляет 58%. Пример 6. В барботажную колонну, вместимостью 1л, снабженную рубашкой с циркулирующим теплоносителем, помещают 500мл 120мл вербенола (II) и 10г нафтената кобальта. Через раствор при температуре 2°C барботируют воздушную смесь с содержанием озона 3% объемных и скоростью 120л/ч в течении 10 часов. Далее раствор обрабатывают как в эксперименте I. Получают 96г соединения (I). Выход 85%. Пример 7. Реакцию ведут как в примере 6, но в качестве исходного продукта используют вербенон (III). Выход целевого продукта составляет 90%. Пример 8. Реакцию ведут как в примере 6, но в качестве исходного продукта используют вербоксид (II + III). Выход целевого продукта составляет 87%. Пример 9. Реакцию ведут как в примере 6, но в качестве растворителя используют смесь в соотношении 4 : 1. Выход целевого продукта (I) составляет 88%. Пример 10. Реакцию ведут как в примере 6, но в качестве исходного используют вербенон (III) в смеси в соотношении 4 : 1. Выход целевого продукта (I) составляет 90%. Пример 11. Реакцию ведут как в примере 6, но в качестве исходного используют вербоксид (II + III), а в качестве растворителя в соотношении 4 : 1. Выход целевого продукта (I) 87%. Пример 12. Реакцию ведут как в примере 6, но соотношение исходный продукт : растворитель : катализатор - 1 : 1 : 0,05. Выход целевого продукта 51%. Пример 13. Реакцию ведут как в примере 6, но соотношение исходный реагент вербенол : катализатор : растворитель - 1 : 0,1 : 5. Выход 80%. Пример 14. Реакцию ведут как в примере 6, но соотношение исходный реагент вербенон : растворитель : катализатор - 1 : 5 : 0,1. Выход 82%. Пример 15. Реакцию ведут как в примере 6, но соотношение исходный реагент вербоксид : растворитель : катализатор - 1 : 5 : 0,1. Выход 80%. Пример 16. Реакцию ведут как в примере 6, но соотношение исходный реагент : растворитель : катализатор составляет 1 : 10 : 0,2. Выход - 89%. Пример 17. Реакцию ведут как в примере 6, но окисление проводят при температуре 25°C. Выход - 34%.