Синтез изомерной смеси 4-гидроксиметил-1,3-диоксолана 1а и 5-гидрокси-1,3-диоксана 1б

Метод а. В 250 мл трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, капельной воронкой и ловушкой Дина-старка поместили 9.2 г (0.1 моль) глицерина, 2.7 г (0.09 моль) пароформа, 10% масс. активированного катионита КУ-2 и 70 мл сухого толуола. Реакционную массу кипятили до выделения расчётного количества воды. Раствор охладили, отфильтровали. Растворитель удаляли в слабом вакууме. Остаток перегоняли в вакууме. Получили 9.2 г (выход 93%) смеси 4-гидроксиметил-1,3-диоксолана и 5-гидрокси-1,3-диоксана. Т кип. 190-195 °С. Количественный анализ смеси изомеров проводили с помощью метода ¹H ЯМР-спектроскопии по соотношению площадей сигналов метиновых протонов Н(4) (δ_Н = 3.5-4.0 м.д.) диоксолана 1а и Н(5) (δ_Н = 3.5-4.0 м.д.) диоксана 1б соответственно.

Масс-спектр 1а (ЭУ, 70 эВ), m/z (J отн., %): 103 М⁺-H (нет), 73 (75), 57 (15), 45 (100), 31 (15). Масс-спектр 1б (ЭУ, 70 эВ), m/z (J отн., %): 103 М⁺-H (нет),87 (1), 74 (31), 45 (17), 44 (100), 31 (12).

Спектр ЯМР¹Н. (CDCl₃, δ м.д., J/Гц): 5.05(1Н, с, Н(2)а), 4.90(1Н, д, J=6,2, H(2`)a), 4.88(1Н, с, Н(2)в), 4.78(1H, д, J=6.2, H(2`)в), 4.17 (1Н, м, Н(4)), 3.85(2Н, д.д., J=11.4, J=1.9, J=3.8, H(4`, 6`)a), 3.72(2H, д.д., J=11.4, J=1.9, J=3.8, H(4`,6`)в), 3.73(1Н, м, Н(5)а), 3.64 (1Н, м, Н(5)в), 3.56(1Н, т.т, J=1.9, J=3.8, H(5`)), 3.62(1H, м, Н(6)а), 3.53(1Н, м, Н(6)в), 3.6(ОН, уш. д.).

Спектр ЯМР¹³С (CDCl₃, δ м.д.): 95.4(С-2), 93.9 (С-2`), 76.3 (C-4), 71.8(C-4`,6`), 66.4(C-5), 63.8 (C-5`), 62.8(C-6).

Метод б. В трехгорлую колбу, емкостью 250 мл,, снабженную мешалкой, капельной воронкой и ловушкой Дина-старка поместили 9.2 г (0.1 моль) глицерина, 2.7 г (0.09 моль) пароформа, 10% масс. серную кислоту иди ПТСК. Реакционную массу кипятили до выделения расчётного количества воды. Раствор охладили, промывали насыщенным раствором NaHCO₃, водой до нейтральной реакции, отделяли органический слой, сушили Na₂SO₄. Растворитель удаляли в слабом вакууме. Остаток перегоняли в вакууме. Получили (9.2 г) (выход 90%) смеси 4-гидроксиметил-1,3-диоксолана и 5-гидрокси-1,3-диоксана. Т кип. 190-195 °С. Соотношение изомеров определяли методом спектроскопии ЯМР.

Спектр ЯМР¹Н. (CDCl₃, δ м.д., J/Гц): 4.99 (1Н, с, Н(2)а), 4.86(1Н, д, J=6.2, H(2`)a), 4.82 (1Н, с, Н(2)в), 4.72 (1H, д, J=6.2, H(2`)в), 4.11 (1Н, м, Н(4)), 3.78(2Н, д.д, J=11.4, J=1.9, J=3.8, H(4`, 6`)a), 3.67 (2H, д.д, J=11.4, J=1.9, J=3.8, H(4`,6`)в), 3.66(1Н, м, Н(5)а), 3.58 (1Н, м, Н(5)в), 3.54 (1Н, т.т, J=1.9, J=3.8, H(5`)), 3.62(1H, м, Н(6)а), 3.53 (1Н, м, Н(6)в), 3.6(ОН, уш. д.).

Спектр ЯМР¹³С (CDCl₃, δ м.д.): 95.3 (С-2), 93.7 (С-2`), 75.9 (C-4), 71.5 (C-4`,6`), 66.4 (C-5), 63.6 (C-5`), 62.5 (C-6).

О -Алкилирование смеси 4-гидроксиметил-1,3-диоксолана 1а и 5-гидрокси-1,3-диоксана 1б.

В четырехгорлую круглодонную колбу, снабженную мешалкой, холодильником, капельной воронкой и ловушкой Дина-старка поместили 10.4 г (0.1 моль) изомерной смеси 4-гидроксиметил-1,3-диоксолана 1а и 5-гидрокси-1,3-диоксана 1б, 80 г 50% раствора гидрооксида натрия и 0.001 моль катализатора Катамин-АБ и 100 мл толуола. Реакционную массу перемешивали при 70 °С в течение 1 часа, затем в течение 30 минут добавляли 63 г (0.5 моль) хлористого бензила. Далее смесь охладили, промыли водой и экстрагировали эфиром. Эфирную вытяжку сушили над прокаленным сульфатом магния. Растворитель удаляли в слабом вакууме. Остаток перегоняли в вакууме.

Получили масса 14.5 г смеси (выход 76%). Т кип. 101⁰С (4 мм рт ст). Количественный анализ смеси изомеров проводили с помощью метода ¹H ЯМР-спектроскопии по соотношению площадей сигналов метиновых протонов Н(4) (δ_Н = 4.25 м.д.) 3а и Н(5) (δ_Н = 4.54-4.62 м.д.) 3б соответственно (3а/3б = 1.7/1).

Масс-спектр 2а m/z (J отн., %): 143 М⁺Н (2),113 (15), 103 (10), 86 (15), 73 (65), 67 (15), 57 (60), 41 (100). Масс-спектр 2б m/z (J отн., %): 144 М⁺ (1), 114 (5), 84 (100), 71 (15), 55 (45), 41 (100).

Спектр ЯМР¹Н. (CDCl₃, δ м.д., J/Гц): 5.03 (1Н, с, Н(2)а), 4.87 (1Н, д, J=6.05, H(2`)a), 4.71 (1Н, д, J=6.05, Н(2`)в), 4.39 (1H, c, H(2)в), 4.25 (1Н, п, J=5.9, Н(4)), 4.06 (2Н, д.д, J=11.4, J=6.9, H(4`, 6`)a), 3.68 (2H, д.д, J=11.4, J=3.7, H(4`,6`)в), 3.95(1Н, т, J=5.9 Н(5)а), 3.71 (1Н, т, J=5.9 Н(5)в), 3.53 (1Н, т.т, J=6.9, J=3.7, H(5`)), 3.57 (1H, д.д, J=10.0, J=5.9, Н(6)а), 3.5 (1Н, м, J=10.0, J=5.9 Н(6)в), 4.59 (1H, д, J=12.0, H(8)a), 4.59 (1H, c, H(8`)a), 4.57 (1H, д, J=12.0, H(8)в), 4.57(1H, c, H(8)в), СН (5) = 7.3-7.7(м)

Спектр ЯМР¹³С (CDCl₃, δ м.д.): 93.6 (С-2`), 95.3 (С-2), 74.4 (C-4), 69.5 (C-4`,6`), 68.9 (C-5`), 67.1 (C-5), 70.4 (C-6), 71.3 (C-8`), 73.5 (C-8), 137.7 (C-9`), 138.1 (C-9), 127.6(C-10`-14`), 127.8 (C10-14), 128.2 (C11-13), 128.3 (C11`-13`), 127.4 (C-12), 127.6 (C-12`)