Модифицированный озонолитический синтез из циклического содимера бутадиена и изопрена...

213

Журнал прикладной химии. 2019. Т. 92. Вып. 2

УДК 547.364+547.996+632.936.2

МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ОЗОНОЛИТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ

ИЗ ЦИКЛИЧЕСКОГО СОДИМЕРА БУТАДИЕНА И ИЗОПРЕНА

4Z-НОНЕН-1-ОЛА — ПОЛУПРОДУКТА ДЛЯ ПОЛОВЫХ ФЕРОМОНОВ

ХЛОПКОВОЙ И КАПУСТНОЙ СОВОК

Э. Р. Нуриева, Н. М. Ишмуратова

Уфимский институт химии Уфимского федерального исследовательского центра РАН

Е-mail: insect@anrb.ru

Поступила в Редакцию 10 ноября 2018 г.

После доработки 13 ноября 2018 г.

Принята к публикации 29 ноября 2018 г.

Разработан улучшенный метод синтеза 4Z-нонен-1-ола — ключевого синтона для половых феромонов

капустной и хлопковой совок — из циклического соолигомера бутадиена и изопрена (1-метил-1Z,5Z-ци-

клооктадиена), базирующийся на одностадийном превращении пероксидного продукта региоселектив-

ного частичного озонолиза (0.9 экв. O₃) по тризамещенной двойной связи в 9-гидрокси-5Z-нонен-2-оне

с помощью NaBH(OAc)₃ — реагента, не затрагивающего имеющиеся в структуре или образующиеся

кето-функции.

Ключевые слова: озонолиз, 1-метил-1Z,5Z-циклооктадиен, 9-гидрокси-5Z-нонен-2-он, 4Z-нонен-1-ол,

триацетоксиборгидрид натрия.

DOI: 10.1134/S0044461819020117

Более чем полувековая история «эры пестицидов»,

важное место занимают феромонные препараты и

стратегия борьбы в которой с насекомыми-вредите-

актуальной является разработка оптимальных схем

лями базировалась на поиске все более эффективных

синтеза составляющих феромонов [1-4], так как

и экологически приемлемых инсектицидов — хими-

обычно они вырабатываются в организмах насекомых

ческих соединений «убивающего» действия, выявила

в ничтожно малых (нанограммовых) количествах,

их широко известные недостатки: токсичность, низ-

и единственно реальным способом получения их

кую видовую специфичность и быструю выработ-

для практики является направленный химический

ку механизма нейтрализации этих ксенобиотиков.

синтез.

Данных недостатков лишены инсектициды нового

Хлопковая (Heliothis armigera) и капустная (Ma-

поколения — феромоны насекомых, действующие

mestra brassicae) совки, чьи гусеницы питаются на

по иному принципу и экологически безопасные. Фе-

многих растениях, включая культивируемые, явля-

ромоны, вырабатываемые и выделяемые в окружа-

ются опасными многоядными вредителями сель-

ющую среду самими насекомыми, — биологически

скохозяйственных культур. Главные компоненты их

активные вещества, влияющие на физиологическое

половых феромонов - производные 11Z-гексадецен-

состояние и поведение других особей того же вида.

1-ола (1) [11Z-гексадеценаль (3) и 11Z-гексадецен-

Зная количественное соотношение входящих в не-

1-илацетат (2)] ранее получали «ацетиленовым»

го компонентов и химическое строение последних,

методом через соответствующие алкины, олефини-

синтезируя их и составляя из них феромонные ком-

рованием карбонильных соединений по Виттигу и

позиции, можно управлять поведением насекомых:

модификацией углеродного скелета Z-ненасыщенных

направлять в клеевые ловушки, дезориентировать в

соединений [5, 6].

поисках партнера, сгонять с заселенных ими растений

Целью данного исследования являлась разработка

и т. д. Поэтому в интегрированной защите растений модифицированного озонолитического синтеза полу-

214

Ишмуратов Г. Ю. и др.

продукта для феромонов (2) и (3) — 4Z-нонен-1-ола

1.88 г (30.0 ммоль) 80%-ного гидразингидрата, пе-

(4) — исходя из циклического содимера бутадиена и

ремешивали 3 ч и оставляли на 16 ч при комнатной

изопрена (5).

температуре. Затем прибавляли 2.8 г (50.0 ммоль)

KОН, кипятили 2 ч с обратным холодильником,

после чего отгоняли воду и избыток реагента на-

Экспериментальная часть

греванием смеси до 195°С, выдерживали еще 4 ч

ИК спектры записывали на приборе IR Prestige-21

при той же температуре, после чего охлаждали до

(Fourier Transform Spectrophotometer, Shimadzu) в

комнатной температуры, разбавляли 10 мл воды и

тонком слое; спектры ЯМР — на спектрометре

экстрагировали диэтиловым эфиром (4 × 50 мл).

Bruker AvanceIII 500 [рабочие частоты 500.13 (¹Н),

Объединенный органический слой сушили Na₂SO₄

125.76 МГц (¹³С)] в CDCl₃, внутренний стандарт —

и упаривали. Остаток хроматографировали (SiO₂,

тетраметилсилан. Газожидкостную хроматографию

гексан-Et₂O, 3:1), выделяя 0.98 г (68%) алкенола (4),

выполняли на приборе Chrom-5 [длина колонки

спектры ИК и ПМР которого идентичны описанным

1.2 м, неподвижная фаза — силикон SE-30 (5%) на

в работе [8].

носителе Chromaton N-AW-DMCS (0.16-0.20 мм),

рабочая температура 50-300°С], Chrom-41 (дли-

Обсуждение результатов

на колонки 2.4 м, неподвижная фаза — PEG-6000,

рабочая температура 50-200°С), газ-носитель —

Успехи в области металлокомплексного катализа

гелий. Контроль методом тонкослойной хромато-

в олигомеризации простейших 1,3-диенов и алкенов

графии проводили на SiO₂ марки Sorbfil (Россия).

делают доступными различные непредельные сое-

Для колоночной хроматографии применяли SiO₂

динения регулярной структуры, в частности цикли-

(70-230) марки Lancaster (Великобритания). Данные

ческие ди- и триены. В свою очередь последующее

элементного анализа всех соединений соответство-

хемо- и региоселективное расщепление одной из

вали вычисленным. Производительность озонатора

кратных связей в таких циклополиенах открывает

40 ммоль О₃/ч.

эффективные пути к ациклическим α,ω-бифункцио-

9-Гидрокси-5Z-нонен-2-он (6). Через раствор 1.95 г

нальным ненасыщенным блок-синтонам, способным

(16.0 ммоль) циклодиена (5) в 16 мл перегнанно-

к дальнейшим хемоселективным превращениям в

го циклогексана, содержащего 1.85 мл (32.0 ммоль)

направленном синтезе биологически активных ве-

ледяной уксусной кислоты, барботировали при 5°С

ществ, в том числе низкомолекулярных биорегуля-

озонокислородную смесь до поглощения 14.4 ммоль

торов насекомых, содержащих в своей структуре

озона. Реакционную смесь продували аргоном, де-

Z- либо Е-алкеновые фрагменты [9].

кантировали растворитель от выделившегося перок-

Ранее сообщалось [7] об эффективном синтезе

сидного продукта, который далее разбавляли 45 мл

ряда феромонов насекомых, в том числе и феромонов

хлористого метилена и при перемешивании (10°С)

(2) и (3), основанном на селективном парциальном

добавляли к предварительно приготовленной суспен-

озонолизе циклического соолигомера изопрена и бу-

зии NaBH(OAc)₃ [получена прибавлением раствора

тадиена — 1-метил-1Z,5Z-циклооктадиена (5) [10].

11.9 г (198.0 ммоль) ледяной АсОН в 20 мл CH₂Cl₂ к

Установлено, что частичный озонолиз 0.9 экв. озона

суспензии 2.50 г (66.0 ммоль) NaBH₄ в 100 мл CH₂Cl₂

протекает с 90%-ной селективностью по тризамещен-

с последующим перемешиванием в течение 2 ч].

ной двойной связи при 5°С в циклогексане в присут-

Затем реакционную смесь нагревали до комнатной

ствии 4 экв. метанола и дает после восстановления

температуры, перемешивали 3 ч, после чего охлаж-

водородом над катализатором Линдлара кетоальдегид

дали до 10°С и добавляли к ней раствор 4.5 г NaOH в

(7). Обработка последнего триацетоксиборгидридом

100 мл воды. Органический слой отделяли, промыва-

калия ведет к ненасыщенному гидроксикетону (6),

ли последовательно насыщенным раствором NH₄Cl и

превращение которого в соответствующий тозилги-

водой, сушили Na₂SO₄ и упаривали. Получили 1.92 г

дразон и последующее взаимодействие с триацеток-

(85%) кетоспирта (6) 96%-ной химической чистоты

сиборгидридом натрия дают 4Z-нонен-1-ол (4), об-

(по данным капиллярной ГЖХ), спектры ИК и ПМР

щий выход которого на субстрат (5) составляет 36%.

которого практически совпадают с описанными в

Превращения по гомологизации ключевого алкено-

работе [7].

ла (4) в 11Z-гексадецен-1-ол (1) и далее в целевые

4Z-Нонен-1-ол (4). К 1.56 г (10 ммоль) 9-ги-

феромоны (2) и (3) выполнены катализированным

дрокси-5Z-нонен-2-она (6), растворенного в 10 мл

Li₂CuCl₄ кросс-сочетанием тозилата 4Z-нонен-1-ола

диэтиленгликоля, добавляли при 15°С по каплям

с реагентом Гриньяра из 7-бром-1-(1-этокси)этокси-

Модифицированный озонолитический синтез из циклического содимера бутадиена и изопрена...

215

гептана с последующим кислым гидролизом, даль- пиридиния либо ацетилированием в стандартных

нейшим хемоселективным окислением хлорхроматом условиях:

В данной работе нами оптимизирован озоноли-

щиеся в структуре или образующиеся кето-функции.

тический синтез базового для получения феромонов

Это позволило сократить одну из стадий [синтез ке-

(2) и (3) кетоспирта (6) исходя из того же субстрата

тоальдегида (7)], число реагентов и повысить выход

(5). Для этого был осуществлен его парциальный

ненасыщенного кетоспирта (6). Дезоксигенирование

озонолиз действием 0.9 экв. О₃ в циклогексане в при-

последнего по Хуанг-Минлону в диэтиленгликоле

сутствии 2 экв. ледяной уксусной кислоты, при этом

через соответствующий гидразон привело к ключе-

в качестве восстановителя применен NaBH(OAc)₃,

вому 4Z-нонен-1-олу (4) с общим выходом 57%, что

ранее успешно использованный [11, 12] в качестве

более чем на 20% превысило таковой в известном

хемоселективного гидридного реагента для пероксид-

трехстадийном синтезе:

ных продуктов озонолиза, не затрагивающего имею-

1. (0.9 экв.)O₃, c-C₆H₁₂, AcOH

1. NH₂NH₂·H₂O, DEG

(5)

6.85%

4.68%.

2. NaBH(OAc)₃

2. KOH, Δ

Выводы

[2] Фролова Л. Л., Безуглая Л. В., Попов А. В., Ку-

чин А. В., Вендило Н. В. // Изв. Коми науч. центра

Нами модифицирован озонолитический синтез

УрО РАН. 2012. № 1. С. 11-23.

4Z-нонен-1-ола — ключевого полупродукта для ма-

[3] Ишмуратов Г. Ю., Яковлева М. П., Ишмурато-

жорных компонентов половых феромонов хлопковой

ва Н. М., Толстиков А. Г., Толстиков Г. А. Монотер-

и капустной совок, в основе которого применение

пеноиды в химии оптически активных феромонов

триацетоксиборгидрида натрия, хемоселективно ре-

насекомых. М.: Наука, 2012. 171 с.

агирующего с пероксидными продуктами озонолиза

[4] Ишмуратов Г. Ю., Легостаева Ю. В., Гарифул-

и альдегидами в присутствии кето-функции, что по-

лина Л. Р., Боцман Л. П., Яковлева М. П., Тол-

зволило сократить одну из стадий и повысить общий

стиков Г. А. // Химия природ. соединений. 2015.

выход более чем на 20%.

№ 2. С. 177-196 [Ishmuratov G. Yu., Legostaeva Yu. V.,

В работе использовали оборудование Центра

Garifullina L.R., Botsman L. P., Yakovleva M. P.,

коллективного пользования «Химия» Уфимского

Tolstikov G. A. // Chem. Nat. Compounds. 2015. V. 51.

N 2. P. 199-219].

института химии УФИЦ РАН. Работа выполне-

[5] Одиноков В. Н., Серебряков Э. П. Синтез феромонов

на при финансовой поддержке программы РАН

насекомых. Уфа: Гилем, 2001. 372 с.

«Фундаментальные основы химии», тема № 8

[6] Ишмуратов Г. Ю., Ишмуратова Н. М., Одино-

«Хемо-, регио- и стереоселективные превращения

ков В. Н., Толстиков Г. А. // Химия природ. соеди-

терпеноидов, стероидов и липидов в направленном

нений. 1997. Т. 33. № 1. С. 34-42 [Ishmuatov G. Yu.,

синтезе низкомолекулярных биорегуляторов» (№ гос-

Ishmuratova N. M., Odinokov V. N., Tolstikov G. A. //

регистрации АААА-А17-117011910023-2, 2017 г.).

Chem. Nat. Compounds. 1997. V. 33. N 1. P. 25-30].

[7] Толстиков Г. А., Одиноков В. Н., Галеева Р. И.,

Список литературы

Бакеева Р. С., Ахунова В. Р. // Химия природ. соеди-

[1] Ando T., Yamakawa R. // Nat. Prod. Rep. 2015. V. 32.

нений. 1982. Т. 18. № 2. C. 239-245 [Tolstikov G. A.,

P. 1007-1041.

Odinokov V. N., Galeeva R. I., Bakeeva R. S., Akhu-