Технология синтеза сложных эфиров оксима ганона

Интенсивное развитие тонкого органического синтеза, химической технологии и методов физико-химического анализа, особенно в приложении к исследованиям состава эфирных масел, внесло существенный вклад в практику производства душистых веществ, пригодных для использования в парфюмерии и при создании отдушек для моющих средств, косметических изделий и товаров бытовой химии. К настоящему времени в распоряжении парфюмеров и технологов парфюмернокосметических производств имеется около 10 000 душистых соединений с установленной химической структурой. Однако изучение каталогов основных брендовых фирм-изготовителей душистых соединений показывает, что практически производится не более 4 000 такого рода соединений. Вероятно, это связано с причинами экономического или экологического характера. А некоторые душистые компоненты, хотя и изготавливаются, но используются только в композициях и отдушках конкретных фирм, защищены соответствующими патентами, и поэтому недоступны для широкого применения [1–3].

Одним из путей ресурсосберегающего и экспортоориентированного продвижения продукции белорусской парфюмерной, пищевой, кондитерской и ликеро-водочной промышленности на внутренние и внешние рынки сбыта, повышения ее конкурентоспособности и привлекательности для потребителей является разработка и применение новых дешевых отечественных ароматизаторов, душистых веществ и отдушек на основе доступных синтетических продуктов и продукции лесохимии. Поставленные задачи успешно решаются в результате использования современных инновационных химических технологий 56 технологического уклада [4].

7-Метил-2 Н -бензо[b][1,4]диоксепин-3(4 Н )-он или ганон (I) представляет собой белое кристаллическое вещество с запахом морской свежести и зелени. Ганон и его оксим (II) находят применение в легкой промышленности в качестве компонентов для отдушки синтетических моющих средств, в парфюмерных композициях и в пищевой промышленности [5–8]. Производителями и поставщиками ганона являются: индийская компания по производству душистых веществ «India MART Inter MESH Limited» и израильская компания «Аgan Aroma and Fine Chemicals LTD».

В настоящей работе описан препаративный метод синтеза новых сложных эфиров оксима ганона (IIIа–п), полученных ацилированием оксима ганона (II) в среде диэтилового эфира в присутствии пиридина хлорангидридами следующих карбоновых кислот: уксусной СН 3 СОCl , пропионовой СН 3 СН 2 СОCl , масляной СН 3 (СН 2 ) 2 СОCl , валериановой СН 3 (СН 2 ) 3 СОCl , изо -валериановой ( СН 3 ) 2 СНСН 2 СОCl , капроновой СН 3 (СН 2 ) 4 СОCl , энантовой СН 3 (СН 2 ) 5 СОCl , каприловой СН 3 (СН 2 ) 6 СОCl , пеларгоновой СН 3 (СН 2 ) 7 СОCl , циклогексанкарбоновой С 6 Н 11 СОCl , бензойной С 6 Н 5 СОCl , метилового эфира хлоругольной СН_зОСОС1 , этилового эфира хлоругольной СН_зСН 2 ОСОС1 , а-хлормасляной СН 3 СН 2 СНClСОCl , 3,4,4-трихлорбутен-3-овой Cl 2 C=CClCH 2 СОCl .

(I)

(II)

(IIIа-п)

R = СН з (а), СН 3 СН 2 (б), СН з №h (в), СН з (СН 2 ) 3 (г), (СН зЬ СНСН (д), СН з (СН₂) 4 (е), СН з (СН 2 ) 5 (ж), СН з (СН 2 ) 6 (з), СН з (СЬк (и), цикло- С б Н_п (к), С 6 Н 5 (л), СН з О (м), СН з СН₂ (н), СН з СН₂СНС1 (о), Cl₂C=CClCH₂ (п).

Время проведения синтеза составляет 7–8 ч, выход целевых соединений (IIIа–п) – 84–89 %. Использование разработанной методики синтеза позволяет проводить наработку в опытно-промышленных масштабах сложных эфиров оксима ганона (IIIа–п). Чистота продуктов достаточна для их использования в легкой промышленности в качестве компонентов для отдушки синтетических моющих средств, в парфюмерных композициях и для нужд пищевой промышленности [9]. Сложные эфиры оксима ганона (IIIа–п) представляют собой бесцветные кристаллические вещества (IIIа–д), (IIIж), (IIIи–н), (IIIп) или бесцветные жидкости (IIIе), (IIIз), (IIIо). Они не нуждаются в дополнительной очистке и не содержат примесей исходных соединений. Выходы соединений, их константы и значения молекулярных масс (М), определенных криоскопическим методом в бензоле, приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Выходы, физико-химические константы и значения молекулярных масс сложных эфиров оксима ганона (IIIа-п)

Соединение	Выход, %	Т. пл., оС	Формула	M
				Найдено	Вычислено
(IIIа)	87	52-53	C 12 H 13 NO 4	229.3	235.24
(IIIб)	89	51-52	C 13 H 15 NO 4	241.6	249.26
(IIIв)	84	86-87	C 14 H 17 NO 4	257.0	263.29
(IIIг)	86	57-58	C 15 H 19 NO 4	270.9	277.32
(IIIд)	85	88-89	C 15 H 19 NO 4	272.2	277.32
(IIIe)a	88	-	C 16 H 21 NO 4	282.7	291.34
(IIIж)	87	80-81	C 17 H 23 NO 4	300.1	305.37
(IIIз)б	84	-	C 18 H 25 NO 4	313.6	319.40
(IIIи)	85	68-69	C 19 H 27 NO 4	328.2	333.42
(IIIк)	86	71-72	C 17 H 21 NO 4	295.6	303.35
(IIIл)	88	97-98	C 17 H 15 NO 4	290.4	297.31
(IIIм)	87	108-109	C 12 H 13 NO 5	245.7	251.24
(IIIн)	83	61-62	C 13 H 15 NO 5	260.3	265.26
(IIIo)в	84	-	C 14 H 16 ClNO 4	289.5	297.73
(IIIп)	87	47-48	C 14 H 12 Cl 3 NO 4	359.1	364.61

Примечание к таблице 1. а) d 20²⁰ 1.2245, n D²⁰ 1.5264; б) d 20²⁰ 1.1730, n D²⁰ 1.5172; в) d 20 1.2834, n D²⁰ 1.5245.

Строение соединений (IIIа–п) доказано при помощи спектров ИК и ЯМР ¹ Н и данными элементного анализа.

ИК спектры синтезированных соединений записаны на ИК Фурье-спектрофотометре Protege-460 фирмы «Nicolet» в тонком слое для сложных эфиров (III е,з,о), в таблетках KBr для сложных эфиров (III а-д,ж, и-н,п).

В ИК спектрах сложных эфиров оксима ганона (IIIа–п) наблюдались следующие характеристические полосы поглощения, ν (см^-1): 3080±5, 3060±5, 3040±5 – валентные колебания ароматических СН связей; 882±2, 811±2, 750±2, 720±2 – неплоские деформационные колебания ароматических СН связей; 1613±2, 1580±2, 1502±2 – валентные колебания ароматических C = C связей; 2980±10, 2925±10, 2860±10 валентные колебания алифатических CH связей; 1778 (IIIа), 1777 (IIIб), 1777 (IIIв), 1777 (IIIг), 1776 (IIIд), 1778 (IIIе), 1778 (IIIж), 1777 (IIIз), 1778 (IIIи), 1771 (IIIк), 1752 (IIIл), 1768 (IIIм), 1782 (IIIн), 1778 (IIIо), 1782 (IIIп) – валентные колебания сложноэфирных С = О групп; 1655±2 – валентные колебания C = N связей; 1303±3, 1262±2, 1394±2, 1150±2, 1117±2, 1056±2, 1024±2, 992±2, 929±2. C – O – деформационные.

Спектры ЯМР ¹Н получены на спектрометре Tesla BS-587A при рабочей частоте100 МГц. Соединения (IIIа-п) растворяли в дейтерохлороформе, концентрация сложных эфиров составляла 5 %. Химические сдвиги определяли относительно внутреннего стандарта – тетраметилсилана.

В ЯМР ¹Н спектрах соединений (IIIа–п) присутствуют сигналы протонов приδ, (м.д.): 2.21-2.19 с (СН з ) ; 4.55-5.10 м (2СНО) ; 6.40-6.95 м (С₆Н з ) .

Элементный анализ выполнен на C , H , N , O , S -анализаторе Vario EL-III фирмы «Elementar». Данные элементного анализа приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Элементный анализ сложных эфиров оксима ганона (IIIа-п)

Соединение	Найдено, %			Вычислено, %
	C	N	H	C	N	H
(IIIа)	61.59	5.95	5.57	61.27	5.64	5.68
(IIIб)	63.04	5.62	6.07	62.64	5.41	6.18
(IIIв)	64.10	5.32	6.51	63.87	5.03	6.56
(IIIг)	65.21	5.05	6.91	64.97	4.86	7.04
(IIIд)	65.14	5.05	6.91	64.97	4.92	7.11
(IIIe)	66.21	4.81	7.27	65.96	4.52	7.38
(IIIж)	67.02	4.59	7.59	66.86	4.12	7.74
(IIIз)б	67.93	4.39	7.89	67.69	3.99	8.05
(IIIи)	68.59	4.20	8.16	68.44	3.90	8.28
(IIIк)	67.62	4.62	6.98	67.31	4.42	7.10
(IIIл)	68.96	4.71	5.09	68.68	4.50	5.17
(IIIм)	57.78	5.58	5.22	57.37	5.32	5.29
(IIIн)	59.12	5.28	5.70	58.86	5.01	5.82
(IIIo) a	56.67	4.70	5.42	56.48	4.32	5.63
(IIIп) б	46.38	3.84	3.32	46.12	3.51	3.45

Примечание к таблице 2. a) Найдено, Cl , %: 11.65, вычислено, Cl , %: 11.91; б) найдено, Cl , %: 28.77, вычислено, Cl , %: 29.17.

Технология получения сложных эфиров оксима ганона (IIIа–п).

0.1 Моль оксима ганона (II) растворяют в 150 мл абсолютного эфира. К полученному раствору прибавляют 0.1 моль абсолютного пиридина, затем при охлаждении до 10–15 оС и перемешивании путем осторожного встряхивания, прибавляют 0.1 моль хлорангидрида соответствующей кислоты в течение 15–20 мин. Смесь оставляют при температуре 20–23 оС на 7–8 ч. Реакционную смесь разбавляют водой, продукт экстрагируют эфиром. Органический слой отделяют, промывают водой и 5%-ным раствором гидрокарбоната натрия. Эфирные вытяжки сушат над безводным хлоридом кальция. Эфир удаляют при пониженном давлении (р = 20–35 мм рт. ст.), не допуская нагревания выше 25–30 оС. Целевой продукт – соединения (IIIа–п) получают с выходом 84–89 %.

Технология получения оксима ганона (II).

0.1 Моль ганона, 0.15 моль гидроксиламина солянокислого, 0.15 моль бикарбоната натрия растворяют в 200 мл 96-% этанола. Смесь кипятят с обратным холодильником в течение 4 ч. Продукт реакции выливают в 500 мл смеси воды со льдом и оставляют при 100 0С на 6-8 ч. Целевой продукт отфильтровывают на стеклянном пористом фильтре, промывают водой и сушат на воздухе. Выход 88 %, Т.пл. 101 – 102 0С.

Исходные хлорангидриды кислот синтезировали по следующей методике. 1 моль карбоновой кислоты и 1,5 моль тионилхлорида кипятят в колбе с обратным холодильником и хлоркальциевой трубкой до прекращения выделения хлорводорода. Затем избыток тионилхлорида отгоняют на водяной бане [10]. Хлорангидриды очищают перегонкой при атмосферном давлении или в вакууме непосредственно перед проведением синтезов. Выходы сырых продуктов практически количественные. Хлорангидриды карбоновых кислот имели следующие температуры кипения: ацетилхлорид СН 3 СОCl – 52 – 53 ⁰С, пропионилхлорид СН 3 СН 2 СОCl – 77 – 79 ⁰С, бутирилхлорид СН 3 (СН 2 ) 2 СОCl – 101 – 102 ⁰С, пентаноилхлорид СН 3 (СН 2 ) 3 СОCl – 125 – 127 ⁰С, изо -пентаноилхлорид (СН 3 ) 2 СНСН 2 СОCl – 114 – 116 ⁰С, гексаноилхлорид СН 3 (СН 2 ) 4 СОCl – 48 –

49 ⁰С/15 мм. рт. ст., октаноилхлорид СН 3 (СН 2 ) 6 СОCl – 195 – 196⁰С, нонаноилхлорид СН 3 (СН 2 ) 7 СОС1 - 108 - 110 ⁰С/ 22 мм. рт. ст., хлоангидрид циклогексанкарбоновой кислоты цикло - С 6 Н 11 СОС1 - 180 - 181 ⁰С, бензоилхлорид С 6 Н 5 СОС1 - 71 - 73 ⁰С/2 мм. рт. ст., метиловый эфир хлоругольной кислоты СН 3 ОСОС1 - 71 - 73 ⁰С, этиловый эфир хлоругольной кислоты СН 3 СН₂ОСОС1 -94 - 95 ⁰С. Хлорагидриды -хлормасляной СН 3 СН 2 СНС1СОС1 , 3,4,4-трихлорбутен-3-овой Cl 2 C = CClCH 2 СОCl энантовой СН 3 (СН 2 ) 5 СОCl кислот применяли для синтеза сложных эфиров (III о,п,ж) непосредственно после получения без дополнительной очистки.

Абсолютный эфир получали сушкой над хлоридом кальция, фильтрованием, выдержкой над натриевой проволокой и перегонкой над металлическим натрием. Абсолютирование пиридина проводили сушкой над гранулированным гидроксидом калия и перегонкой с дефлегматором при Т. кип. 114 – 116 0С.

ВЫВОДЫ

• 1.    Разработана технология получения новых сложных эфиров оксима 7-Метил-2 Н -бензо[b][1,4]диоксепин-3(4 Н )-она (ганона) ацилированием оксима ганона хлорангидридами уксусной, пропионовой, масляной, валериановой, изо валериановой, капроновой, энантовой, каприловой, пеларгоновой, циклогексанкарбоновой, бензойной,α -хлормасляной, 3,4,4-трихлорбутен-3-овой кислот и метиловыми и этиловыми эфирами хлоругольной кислоты в среде диэтилового эфира в присутствии пиридина.

• 2.    Использование разработанной методики синтеза позволяет проводить наработку в опытно-промышленных масштабах сложных эфиров оксима ганона и получать их с чистотой, достаточной для применения в качестве отдушек и ароматизаторов в легкой, пищевой и парфюмерной промышленности.