Способ получения замещенных 2, 3-диметокси-5-гидрокси-1, 4 нафтохинонов

Способ получения замещенных 2,3-диметокси-5-гидрокси-1,4-нафтохинонов обшей формулы

где R₁= R₂= R₃ водород или, если R₃ - гидроксигруппа, то R₁ R₂ водород, или метоксигруппа или R₁ водород, а R₂ метил или метоксигруппа, или R₁ метил или этил, R₂ метоксигруппа, путем замещения атомов хлора на метоксигруппы в 2,3-дихлор-5-гидрокси-1,4- нафтохиноне общей формулы

где R₁ R₂ R₃ водород или, если R₃ - гидроксигруппа, то R₁R₂ водород, метокси- или этоксигруппа или R₁ водород, R₂ метил, метокси- или этоксигруппа, или R₁, метил или этил, R₂ метокси- или этоксигруппа,
при повышенной температуре в среде метанола, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии процесса, увеличения выхода и расширения ассортимента целевых продуктов, процесс проводят в растворе безводных фторидов калия или цезия в сухом метаноле при молярном соотношении 2,3-дихлор-5-гидрокси-1,4-нафтохинон: фторид металла, равном 1:4-7, в присутствии безводного оксида алюминия или молекулярных сит в атмосфере сухого азота при температуре 65-120^oС.

Изобретение относится к способу получения замещенных 2,3-диметокси-5гидрокси-1, 4-нафтохинонов общей формулы l

где R₁=R₂=R₃ водород или, если R₃ - гидроксигруппа, то R₁=R₂ водород или метоксигруппа или R₁ водород, а R₂ метил или метоксигруппа, или R₁ метил или этил, а R₂ -метоксигруппа.
Соединения формулы 1 могут быть использованы в качестве красителей, а также в качестве удобных полупродуктов полного синтеза полигидроксинафтохинонов.
Целью изобретения является упрощение технологии процесса, увеличение выхода и расширение ассортимента целевых продуктов.
Споcоб иллюстрируется следующими примерами.
П р и м е р 1. Получение 2,3-диметoкси-5-гидрокси-1 4-нафтохинона (R₁= R₂=R₃ Н).
В стеклянном реакторе емкостью 150 мл 10 г предварительно подготовленных молекулярных сит обезвоживают термической обработкой при 300^oС в течение 2 ч при остаточном давлении 2-3 мм рт.ст. В процессе сушки катализатор промывают 2-3 раза сухим азотом. К охлажденным до комнатной температуры ситам прибавляют раствор 729 мг (3,00 ммоль) 2,3-дихлор-5-гидрокси-1, 4-нафтохинона [2,3- дихлорюглона (ДХЮ)] и 0,91 г (15,00 ммоль) безводного фторида калия ( молярное соотношение ДХЮ:КF 1:5) в 50 мл абсолютного метанола и перемешивают смесь при температуре кипения растворителя (65^oС) в атмосфере азота в течение 18 ч. После охлаждения смеси молекулярные сита отделяют, промывают метанолом и объединенный растворитель упаривают в вакууме. Остаток обрабатывают 50 мл воды. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают 2 раза водой и высушивают. Получают 412 мг (59%) хроматографически индивидуального 2,3-диметакси-5-гидрокси-1, 4-нафтохинона, т.пл. 94-95^oС.
ПMР-спектр ( , м.д. CDCl₃,): 4,09 (с, 3Н; ОMе), 4,12 (с, 3Н, ОMе), 7,21 (дд, 1Н, J_6,7= 6,3 и J_6,8= 3,6 Гц, Н-6), 7,58 (м, 2Н, Н-7 и Н-8), 11,90 (с, 1Н,ОН).
Масс-спектр (m/Z) 234 (М⁺).
Отработанные молекулярные сита пригодны для повторного использования после обработки водой, метанолом, ацетоном и термической обработки при 300-400^oС в вакууме 2-3 мм рт.ст. в течение 2 ч.
П р и м е р 2. Получение 2,3- диметокси-5-гидрoкcи- 1, 4-нафтохинона (R₁=R₂=R₃ Н).
В стеклянном реакторе емкостью 300 мл 16 г нейтрального оксида алюминия обезвоживают термической обработкой при 200^oС в течение 2 ч при остаточном давлении 2-3 мм рт.ст. В процессе сушки катализатор промывают 2-3 раза сухим азотом. К охлажденному до комнатной температуры оксиду алюминия прибавляют раствор 3,74 г (15,39 ммоль) 2,3-дихлорюглона и 3,71 г (63,96 ммоль) безводного фторида калия (молярное соотношение ДХЮ:КF 1:4,15) в 200 мл абсолютного метанола и при температуре кипения растворителя ( 65^oС) перемешивают смесь в атмосфере азота в течение 10 ч. После описанной выше в примере 1 обработки получают 3,4 г (91%) 2,3-диметокси-5-гидрокси-1, 4-нафтохинона, идентичного полученному ранее.
П р и м е р 3. Получение 2,3-диметокси-5-гидрокси-1, 4-нафтохинона (R₁= R₂=R₃ Н).
К 20 г оксида алюминия, помещенного в стеклянный реактор емкостью 400 мл и приготовленного, как в примере 2, добавляют раствор 4,0 г (16,46 ммоль) 2,3-дихлорюгона и 10,0 г (65,79 ммоль) безводного фторида цезия (молярное соотношение ДХЮ: СsF 1:4) в 250 мл абсолютного метанола и перемешивают при температуре кипения растворителя (65^oС) в атмосфере азота в течение 5 ч. После описанной в примере 1 обработки получают 3,7 г (96%) 2,3-диметокси5-гидрокси-1,4-нафтохинона, идентичного полученному ранее.
П р и м е р 4. Получение 2,3-диметокси-5, 8-дигидрокси-1,4-нафтохинона(R₁= R₂ Н; R₃ ОН). К 3,3 г нейтрального оксида алюминия, помещенного в стеклянный реактор емкостью 500 мл и приготовленного, как в примере 2, прибавляют раствор 630 мг (2,43 ммоль) 2,3-дихлор-5,8- дигидрокси-1,4-нафтохинона и 680 мг (11,72 ммоль) безводного фторида калия ( молярное соотношение 1: 4,82) в 350 мл абсолютного метанола и перемешивают смесь при температуре кипения растворителя (65^oС) в атмосфере азота в течение 8,5 ч. Реакционную смесь охлаждают, катализатор отфильтровывают и промывают 20 мл горячего (45-50^oC) метанола. Фильтрат упаривают в вакууме. Катализатор промывают 2 мл 10%-ной соляной кислоты и 15 мл хлороформа. Объединенный фильтрат прибавляют к остатку от упаривания метанольного раствора, разбавляют 20 мл воды и экстрагируют продукт из водной суспензии хлороформом (3х15 мл). Объединенные экстракты промывают водой, высушивают над безводным сульфатом натрия и растворитель удаляют при пониженном давлении. Остаток хроматографируют на колонке с 5 г силикагеля (КСК, 100-160 меш). Элюированием системой петролейный эфир ацетон (40:1) получают 154 мг (26%) хроматографически индивидуального 2,3- диметокси-5,8-дигидрокси-1,4-нафтохинона ( диметилового эфира спиназарина), т.пл. 135-136^oС.
ПМР-спектр ( d м.д. СDСl₃) 4,14 (с, 6Н, 2хОМе), 7,23 (с, 2Н, Н-6 и Н-7), 12,37 (с, 2Н, 2хОН).
Масс-спектр (m/Z): 250 (М⁺).
П р и м е р 5. Получение 2,3-диметокси-5, 8-дигидрокси-6-метил-1,4- нафтохинона (R₁ СН₂; R₂ Н; R₃ ОН).
К 3,8 г нейтрального оксида алюминия, помещенного в стеклянный реактор емкостью 500 мл и обработанного, как в примере 2, прибавляют раствор 660 мг ( 2,4 2 ммоль) 2,3-дихлор-5,8- дигидрокси-6-метил-1,4-нафтохинона и 680 кг (11,72 ммоль) безводного фторида калия (молярное соотношение 1:4,84) в 350 мл абсолютного метанола и перемешивают смесь при температуре кипения растворителя (65^oС) в атмосфере азота в течение 7,5 ч. Обработка, аналогичная описанной в примере 4, дает 215 мг (31%) хроматографически однородного 2,3-диметокси-5,8-дигидрокси-6-метил-1, 4-нафтохинона (диметилового эфира метилспиназарина) т.пл. 112-113^oС.
ПMР-спектр (d, м. д. CDCl₃): 2,33 (с, 3Н, С-6-Ме), 4,12 (с, 3Н, ОMе), 4,15 (с, 3Н, ОMе), 7,06 (с, 1Н, Н-7), 12,42 (с, 1Н, ОН), 12,85(с, 1Н, ОН).
Масс-спектр (m/Z, отн.инт.): 246 (М⁺,100), 249 (42), 246 (21), 235 (8), 234 (14), 231 (8), 221 (9), 219 ( 16), 218 (8), 217 (7), 205 (7), 203 (14), 193(22), 187(8), 150(22), 149 (8), 122 (42), 77 (13), 66 (21 ), 65 (20).
Найдено, С 59,21, Н 4,65,
С₁₃Н₁₂O₆.
Вычислено, С 59,08,Н 4,59.
П р и м е р 6. Получение 2,3,6- триметокси-5,8-дигидрокси-1,4-нафтохинона (R₁-OMe; R₂ Н; R₃, ОН).
3,0 г нейтрального оксида алюминия помещают в герметичный автоклав емкостью 50 мл, снабженный стеклоэмалевой или тефлоновой футеровкой, и обезвоживают термической обработкой при 200^oС в течение 2 ч при остаточном давлении 2-3 мм рт.ст. В процессе сушки катализатор промывают 2-3 раза сухим азотом. К охлажденному до комнатной температуры оксиду алюминия прибавляют в токе сухого азота раствор 290 мг(1,00 ммоль) 2,3- дихлор-6-метокси-5,8-дигидрокси-1,4- нафтохинона и 780 мг (5,13 ммоль) безводного фторида цезия (молярное соотношение 1:5,13) в 15 мл абсолютного метанола и нагревают смесь при перемешивании в автоклаве при 95^oС в течение 12 ч. После охлаждения реакционную смесь обрабатывают, как в примере 4, и получают 226 мг (81%) (хроматографически однородного 2,3,6- триметокси-5,8-дигидрокси-1,4-нафтохинона ( триметилового эфира спинохрома D), т.пл. 171-173^oC.
ПМР-спектр ( ,, м.д. CDCl₃): 3,98 (с, 3Н, ОMе), 4,10 (с.3Н, ОMе), 4,18 (с, 3Н, ОMе), 6,44 (с, 1Н, Н-7), 12,94 (с. 1Н, ОН), 13,06 (с, 1Н, ОН).
Масс-спектр (m/Z, отн. инт.): 280 (М⁺, 100), 265 (44), 262 (16), 251 (13), 247 (11), 237 (11), 235 (22), 219 (14).
П р и м е р 7. Получение 2,3,6- триметокси-5,8-дигидрокси-7-метил-1, 4-нафтохинона (R₁ -ОMе, R₂ СН₃; R₃ ОН).
В герметичном автоклаве емкостью 300 мл, снабженном стеклоэмалевым покрытием, обезвоживают 2,3 г нейтрального оксида алюминия, как описано в примере 6, и прибавляют к нему раствор 590 мг (1,86 ммоль) 2,3-дихлор-6-этокси-5 8-дигидрокси-7-метил-1,4- нафтохинона и 755 мг-(13,02 ммоль) безводного фторида калия (молярное соотношение 1: 7) в 180 мл абсолютного метанола. Смесь нагревают при перемешивании в автоклаве при 85^oС в течение 10 ч. После обработки, аналогичной описанной в примере 4, получают 105 мг (20%) хроматографически индивидуального 2,3,6-триметокси-5,8-дигидрокси-7-метил-1,4-нафтохинона, т.пл. 148-150^oС.
ПMР-спектр ( ,, м. д. CDCl₃): 2,21 (с, 3Н, С-7-Ме), 4,05 (с, 3H, ОMе), 4,10 (с, 3Н, ОMе), 4,14 (с, 3Н, Оме), 12,94 (с, 1Н, ОН), 13,10 (с, 1Н, ОН).
Масс-спектр (m/Z): 294 (М+).
П р и м е р 8 (сравнительный). Получение 2 3 6-триметокси-5 8-дигидрокси-7-этил-1,4-нафтохинона (R₁ -ОMе; R₂ - C₂H₅; R₃ ОН).
К нaсыщенному раствору (4,3 М) метилата натрия в метаноле, полученному добавлением 29 г металлического натрия к 350 мл абсолютного метанола, прибавляют 30 мг (0,091 ммоль) 2,3- дихлор-6-этокси-5,8-дигидрокси-7этил-1, 4-нафтохинона и кипятят смесь в атмосфере сухого азота в течение 15 ч. Метанол удаляют при пониженном давлении, остаток осторожно обрабатывают 500 мл 10% -ной соляной кислоты при внешнем охлаждении холодной водой и продукт реакции извлекают экстракцией хлороформом (3х100 мл). Объединенные экстракты промывают водой, высушивают над безводным сульфатом натрия и растворитель удаляют при пониженном давлении. Остаток хроматографируют на пластине с силикагелем в системе растворителей гексан бензол ацетон (3:1:1) и получают 11,2 мг (40% ) хроматографически однородного 2 3 6-триметокси-5 8-дигидрокси-7этил-1, 4-нафтохинона (триметилового эфира эхинохрома А),т.пл. 131-132^oС.
ПМР-спектр ( ,, м.д. CDCl₃): 1,17 (т, 3Н, J 7,1 Гц, -Me) 2,73 (к, 2Н, J 7,1 Гц, -СH₂-), 4,08 (с. 3Н, ОMе), 4,10 (с, 3Н, ОMе), 4,14 (с, 3Н, ОMе), 12,98 (с, 1Н, ОН), 13,13 (с. 1Н, ОН).
Масс-спектр (m/Z): 308 (М⁺).
П р и м е р 9. Получение 2,3,6- триметокси-5,8-дигидрокси-7-этил-1,4- нафтохинона (R₁ OMe;R₂ C₂H₅; R₃ ОН);
В стальном реакторе со стеклоэмалевым покрытием емкостью 300 мл 5 г предварительно подготовленных молекулярных сил обезвоживают термической обработкой при 300^oС в течение 2 ч при остаточном давлении 2-3 мм рт. ст. В процессе сушки катализатор промывают 2-3 раза сухим азотом.К охлажденным до комнатной температуры ситам прибавляют раствор 300 мг (0,91 ммоль) 2,3-дихлор-6-этокси-5,8дигидрокси-7-этил-1, 4-нафтохинона и 317 мг (5,46 ммоль) безводного фторида калия (молярное соотношение 1:6) в 15 мл абсолютного метанола и нагревают смесь при перемешивании в автоклаве при 95^oС в течение 12 ч. После охлаждения смеси молекулярные сита отделяют и растворитель упаривают в вакууме. Молекулярные сита промывают 10 мл 5%-нoго раствора соляной кислоты и 10 мл ацетона, прибавляя фильтрат к остатку от упаривания метанола. Ацетон удаляют из полученного раствора при пониженном давлении, выделившийся осадок отделяют фильтрованием, промывают 5 мл воды и высушивают на воздухе. Полученный продукт хроматографируют на колонке с 5 г силикагеля (КСК, 100-160 меш). Элюированием системой петролейный эфир-ацетон (50:1)--->(40:1) получают 120 мг (43%) хроматографически однородного 2,3,6- триметокси-5,8-дигидрокси-7-этил-1,4- нафтохинона (триметилового эфира эхинохрома А), полностью идентичного полученному выше.
П р и м е р 10. Получение 2,3,6- триметокси-5,8-дигидрокси-7-этил-1,4- нафтохинона (R₁ -OMe; R₂ С₂Н₅; R₃ ОН).
К 0,9 г нейтрального оксида алюминия, помещенного в автоклав со стеклоэмалевым покрытием и обработанного, как в примере 6, прибавляют раствор 300 мг (0,91 ммоль) 2,3-дихлор-6-этокси-5, 8-дигидрокси-7-этил-1,4- нафтохинона и 317 мг (5,46 ммoль) безводного фторида калия (молярное соотношение 1:6) в 15 мл абсолютного метанола и нагревают смесь при перемешивании в автоклаве при 95^oС в течение 12 ч. После обработки, аналогичной описанной в примере 9, получают 190 мг (68%) хроматографически однородного 2,3,6-триметокси-5,8-дигидрокси-7-этил-1, 4-нафтохинона (триметилового эфира эхинохрома А) полностью идентичного полученному выше.
П р и м е р 11. Получение 2,3,6- триметокси-5,8-дигидрокси-7-этил-1,4- -нафтохинона (R₁ ОМе; R₂ С₂Н₅; R₃-ОН).
К 0,9 г нейтрального оксида алюминия, помещенного в автоклав со стеклоэмалевым покрытием и обработанного, как в примере 6, прибавляют раствор 300 мг (0,91 ммоль) 2,3-дихлор-6-этокси-5, 8-дигидрокси-7-этил-1,4-нафтохинона и 317 мг (5,46 ммоль) безводного фторида калия (молярное соотношение 1:6) в 15 мл абсолютного метанола и нагревают смесь при перемешивании в автоклаве при 120^oС в течение 6,5 ч. После обработки, аналогичной описанной в примере 9, получают 142 мг (51%) хроматографически однородного 2,3,6-триметокси-5,8-дигидрокси-7-этил-1,4-нафтохинона (триметилового эфира эхинохрома А) полностью идентичного полученному выше.
П р и м е р 12. Получение 2,3,6,7- тетраметокси-5,8-дигидрокси-1,4-нафтохинона (R₁=R₂ ОМе; R₃ ОН).
К 1,72 г нейтрального оксида алюминия, помещенного в автоклав со стеклоэмалевым покрытием емкостью 100 мл и обработанного, как в примере 6, прибавляют раствор 670 мг (1,93 ммоль) 2,3-дихлор-6,7-диэтакси-5,8-дигидрокси-1, 4-нафтохинона и 671 мг (11,58 ммоль) безводного фторида калия ( молярное соотношение 1:7) в 600 мл абсолютного метанола и нагревают смесь при перемешивании в автоклаве при 90^oС в течение 15 ч. После обработки, аналогичной описанной в примере 9, получают 285 мг (48%) хроматографически однородного 2,3,6,7-тетраметокси-5 8-дигидрокси-1,4-нафтохинона (тетраметилового эфира спинахрома Е), т.пл. 183-185^oC.
ПМР-спектр ( ,, м.д. CHCl₃): 4,10 (с,12Н,4хОМе),12,98 (с, 2Н, 2хОН).
Масс-спектр (m/Z): 310 (М⁺).
Указанные в примерах 1-12 объемы метанола близки к оптимальным и резкое их изменение в ту или другую сторону приводит к ухудшению процесса полного замещения вицинальных атомов хлора на метоксигруппы.
Технико-экономические преимущества предлагаемого способа в сравнении с известным заключаются в следующем.
Для получения целевых соединений формулы 1 из вицинальных дихлорзамещенных 1,4-нафтохинонов используют менее опасные реагенты, чем металлический натрий, необходимый для получения метилата натрия. Предлагаемый способ дает возможность получать целевые продукты формулы 1 с большим выходом, чем известный способ. Так, если по известному способу 2,3-диметокси-5-гидрокси-1,4-нафтохинон (1) (R₁=R₂=R₃- водород) получают с выходом 18% то по предлагаемому способу выход составляет 59-96% (пример 1-3). По известному способу триметиловый эфир эхинохрома А-2,3, 6-триметокси-5,8-дигидрокси-7-этил-1,4-нафтохинон (1) (R₁ -метоксигруппа, R₂ этил, R₃ гидроксигруппа)- получают с выходом 40% (пример 8), а по предлагаемому 68% (пример 10). По известному способу тетраметиловый эфир спинохрома Е - 2,3,6,7-тетраметокси-5.8-дигидрокси-1,4-нафтохинон (1) (R₁=R₂ - метоксигруппа, R₃ гидроксигруппа) получают с выходом 34% а по предлагаемому способу 48% (пример 12).
Предлагаемый способ является универсальным и позволяет значительно расширить ассортимент получаемых соединений формулы 1. Так, описано всего лишь два примера получения соединений формулы 1 по известному способу, тогда как по предлагаемому способу был получен целый ряд таких соединений, приведенных в примерах 1 12. Одно из этих соединений 2,3-диметокси-5, 8-дигидрокси-6-метил-1,4-нафтохинон ( 1) (R₁ метил, R₂ - водород) (диметиловый эфир метилспиназарина) вообще впервые получено путем полного синтеза. Этот результат, а также получение по предлагаемому способу 2, 3,6-триметокси-5,8-дигидрокси-7-метил-1, 4-нафтохинона (1) (R₁ - метоксигруппа, R₂ метил) и 2,3,6-триметокси-5, 8-дигидрокси-7 -этил-1,4-нафтохинона ( 1) (R₁ метоксигруппа, R₂- этил) (триметилового эфира эхинохрома А) позволяют утверждать, что предлагаемый способ может быть использован и для получения других, соединений формулы 1, где R₁ или R₂ является иным насыщенным углеводородным радикалом, нежели метил или этил.
Основным технико-экономическим преимуществом предлагаемого способа по сравнению с известным является пригодность разработанного процесса замещения атомов хлора на метоксигруппы для промышленной реализации, что принципиально или практически невозможно в случае известных способов.
Изобретение относится к хинонам, в частности к получению замещенных 2,3-диметокси-5-гидрокси-1,4-нафтохинонов общей формулы 1.

где R₁=R₂=R₃ - водород или, если R₃ гидрокси группа, то R₁=R₂ - водород или метоксигруппа, или R₁ -водород, R₂-метил или метоксигруппа, или R₁- метил или этил, R₂-метоксигруппа, которые могут использоваться в качестве красителей. Цель - упрощение технологии процесса, увеличение выхода и расширение ассортимента соединений I. Получение их ведут путем замещения атомов хлора на метоксигруппы в 2,3-дихлор-5-гидрокси-1 ,4-нафтохиноне общей формулы II,

где R₁=R₂=R₃, -водород или, если R₃ -гидроксигруппа, то R₁=R₂ - водород, метокси- или этоксигруппа, или R₁ -водород, R₂-метил, метокси- или этоксигруппа, или R₁ -метил или этил, R₂-метокси- или этоксигруппа. Процесс проводят в растворе безводных фторидов калия или цезия в сухом метаноле при молярном соотношении исходное соединение: фторид металла, равном 1:4-7. Процесс проводят в присутствии безводного оксида алюминия или молекулярных сит в атмосфере сухого азота при 65-120^oС. Способ обеспечивает получение других соединений формулы 1 (где R₁ и R₂ являются иным насыщенным углеводородным радикалом) с большим выходом.