Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Сопряженные нитроалкены в реакциях дильса-альдера 8
1.1. Общая характеристика реакций диенового синтеза 9
1.2. Взаимодействие нитроэтенов с ациклическими 1,3-диенами 15
1.3. Взаимодействие нитроалкенов с циклическими диенами 32
1.4. Заключение 44
Глава 2. Обсуждение результатов
2.1. Нитро- и бромнитроэтенилфосфонаты в реакциях диенового синтеза 46
2.2. Строение соединений, полученных при взаимодействии диалкил-2-нитроэтенилфосфонатов с 1,3-диенами в условиях диенового синтеза 65
2.3. Синтез /-аминоциклоалкилфосфоновых кислот на основе фосфорилированных нитроциклогексенов, нитронорборненов и нитробициклооктенов 112
Глава 3. Экспериментальная часть
3.1. Условия физико-химических исследований 122
3.2. Разделение и очистка продуктов 123
3.3. Синтез исходных веществ
3.4. Реакции 2-нитроэтенилфосфонатов с 1,3-диенами в условиях [4+2]-циклопри соединения
3.5. Химические превращения фосфорилированных нитроцикло- алкенов ряда циклогексена, норборнена, бициклооктена и 9,10-дигидро-9,10-этаноантрацена 139
3.6. Получение /ї-аминоцикл оалкил фосфоновых кислот 145
Выводы 150
Литература 152
- Взаимодействие нитроэтенов с ациклическими 1,3-диенами
- Взаимодействие нитроалкенов с циклическими диенами
- Строение соединений, полученных при взаимодействии диалкил-2-нитроэтенилфосфонатов с 1,3-диенами в условиях диенового синтеза
- Разделение и очистка продуктов
Введение к работе
Сопряженные нитроалкены и г&и-галогеннитроалкены являются весьма реакцион неспособными соединениями и удобными синтонами для получения различных классов органических веществ [1]. Наличие в молекулах активированных кратных связей предопределяет широкое использование нитроалкенов в качестве диенофилов в реакциях Дильса-Альдера для создания на их основе моно- и полициклических систем. Последние входят в состав многих природных соединений и успешно применяются в качестве синтетических интермеди ато в для синтеза фрагментов природных соединений (витаминов, гормонов, терпенов), лекарственных препаратов и других практически значимых веществ [1-3].
Введение диалкокс и фосфор ильной (фосфонатной) группы в вициналь-ное положение к нитрогруппе молекул нитро- и гем-галогеннигроалкенов значительно расширяет диапазон их синтетических возможностей. Высокая электрофильность кратной связи, а также сочетание в молекулах двух или трех функциональных групп [N02, P(0)(OR)2, Hal] позволяет рассматривать нитроэтенилфосфонаты как интересные объекты для выявления специфики поведения вицинально замещенных диенофилов в реакциях Дильса-Альдера по сравнению с простейшими нитроэтенами и их аналогами, содержащими в ^положении карбокс платную или арилсульфонильную функции, а также для изучения проблем регио- и стереоселективности.
Одновременно нитро- и гем-галогеннитроэтенилфосфонаты можно использовать в качестве перспективных реагентов для конструирования новых типов полифункциональных моно- и бициклических систем — фосфорилиро-ванных нитроцикленов (циклогексенов, бициклогептенов, бициклооктенов, оксанорборненов), а также соответствующих циклических Д-аминофосфоновых кислот, которые могут рассматриваться как потециально биологически активные вещества.
Целью настоящей работы является изучение химического поведения нитро- и гем-бромнитроэтенилфосфонатов в реакциях Дильса-Альдера,
5 исследование строения полученных аддуктов, синтез на их основе представителей моно- и бициклических /?-аминофосфоновых кислот и их эфиров.
Обсуждению собственных результатов исследования в работе предшествуют общая краткая характеристика реакций Дильса-Альдера и обзор литературы, включающий систематизацию оригинальных данных по изучению поведения нитроалкенов в реакциях диенового синтеза с типичными 1,3-диеновыми системами и обобщение путей практического использования образующихся нитроцикленов. Вторая глава посвящена обсуждению реакций 2-нитро- и 2-бром-2-нитроэтенилфосфонатов с ациклическими, кар-бо- и гетероциклическими 1,3-диенами, изучению строения полученных аддуктов и синтезу на их основе циклических Д-аминофосфоновых кислот.
Третья глава включает описание экспериментальных методик и условий получения физико-химических характеристик.
В выводах сформулированы основные результаты проведенных исследований.
Диссертационное исследование выполнено в соответствии с заданиями Министерства образования РФ по темам кафедры органической химии и проблемной лаборатории нитросоединений РГПУ им, А.И. Герцена (номера гос. регистрации: 01.2.00100778, 01.20.03 04244), а также в рамках выполнения гранта № Е 02-5.0-102 и персонального гранта Администрации Санкт-Петербурга (№ М 03-2.5к-193).
Рентген оструктурные исследования в работе и их анализ проведены совместно с доктором химических наук И.А.Литвиновым с сотрудниками (Институт органической и физической химии им. А.Е.Арбузова РАН, г.
Казань), за что автор выражает им глубокую благодарность.
В соответствии с принятой в отечественных и зарубежных публикациях номенклатурой [4] синтезированные в работе фосфорорганические соединения можно рассматривать по номенклатуре IUPAC как производные
6 соответствующих циклических систем (а) или по заместительной номенклатуре - как замещенные фосфоновой кислоты (б). Названия структурных изомеров дизамещенных циклогексенов содержат приставки пара- и мета-[5], а диастереомеров нитробициклогептенов — эндо- и экзо- [6]. Ориентация нитрогруппы в цикле (пара- или мета-) рассматривается относительно замес тителя при кратной связи. Обозначение эндо- используется при расположении заместителя внутри угла складчатости бициклической системы, а экзо— в противоположном направлении; в качестве опорного заместителя выбрана N02-rpynna.
Следовательно, полученные в работе аддукты диенового синтеза могут быть названы следующим образом: производные циклогексена НзСч^!ДОСН;№С,>2 ^\>(ОСН2СН2СЇ)г ^о2 нДАо2 мета-пара- а) «дрл-5-[бис(2-хлорэтокси)фосфорил]-1-метил-4-нитро-1-циклогексен (нумера ция атомов С -С в скобках вне цикла); б) «ара-бис(2-хлорзтил)-3-метил-6-нитро-3-циклогексен-1-илфосфонат (нумерация атомов С'-С6 внутри цикла). производные бициклогептена
'Р(ос2Н4С02 "N02 экзо-
Префикс бис- применяется для обозначения двух идентичных, одинаково замещенных радикалов, приставка ди- используется для обозначения двух одинаковых незамещенных радикалов [4]. а) эндо-6-бис(2-хлорэтокси)фосфорил-5-нитробицикло[2.2Л]-2-гептен или энйо-6-бис(2-хлорэтокси)фосфорил-5-нитро-2-норборнен б) эндо-бис(2-хлорэтил)-3-нитробицикло[2.2.1]-5-гептен-2-илфосфонат или эндо-бис(2-хлорэтил)-3-нитро-5-норборнен-2-илфосфонат производные оксабициклогептена
О .ftoCjHjfc а) энЭо-6-(диизопропоксифосфорил)-6-метил-5-нитро- -7-оксабицикло[2,2.1]-2-гептен или эн<Эо-6-(диизопро- поксифосфорил)-6-метил-5-нитро-7-окса-2-норборнен эндо~ N02 б) эндо-диизопропил-2-метил-3-нитро-7-оксабицикло- [2.2,1 ]-5-гептен-2-илфосфонат или эидо-диизопропил-2-метил -3 -нитро-7-окса-5 -норборнен-2-ил фос фонат производные антрацена
2N>JPH а) 9,10-дигидро-9,10-[ 12-бис(2-хл орэток- си)фосфорил-11-нитроэтано]антрацен [8] б) бис(2-хлорэтил)-9,10-дигидро-9,10-(11- нитроэтано)антрацен-12-илфосфонат
Поскольку работа включает ряд разнообразных моно-, би- и полициклических систем, содержащих в своем составе нитро- и фосфонатную функции, мы сочли целесообразным использовать названия, которые позволяют объединить их в один общий класс фосфонатов и использовали вариант (б).
Согласно правилам ИЮПАК допускается замена названия "бицикло[2.2.1]гептен" на "норборнен", ранее используемый в тривиальных названиях.
Взаимодействие нитроэтенов с ациклическими 1,3-диенами
Впервые диеновая конденсация с участием а, / -ненасыщенных нитросоеди нений и алифатических диенов проведена К.Альдером в 1938 г [21]. Было показано, что реакция 1,3-бутадиена с нитроалкенами протекает при многочасовом нагревании реакционной смеси в автоклаве или запаянных трубках и приводит к получению соответствующих нитроциклогексенов (схема 2). В аналогичных условиях в реакцию Дильса-Альдера был введен ряд симметрично построенных алкадиенов с 1-нитропроизводными этена, пропена [22], пентена [23,24], а также с /?-нитростиролом [5,25] и другими сопряженными нитросоединениями [26-29] (табл.1). Все вводимые в реакцию Дильса-Альдера нитроалкены имели транс-конфигурацию и сохраняли разностороннюю ориентацию заместителей в аддуктах диенового синтеза. Наиболее гладко и с максимальным выходом нитроциклогексена (95%) реагировал 1,3-бутадиен с нитроэтиленом. Введение алкильных заместителей в вицинальное [21-23] и особенно геминальное [24] положение по отношению к нитрогруппе диенофила приводит к снижению выхода соответствующих аддуктов до 37-53 % (табл.1). В случае /?-нитростирола и его производных [5,22,25] наблюдается увеличение выхода циклогексенов до 60-88%, что авторы [25] связывают с плоскостным строєним бензольного кольца и возможностью его вращения вокруг С-С связи.
Авторами более поздних работ [27,30] показано, что наличие в нитро-алкене электроноакцепторных заместителей (CCl3,S02Ph) в вицинальном положении к нитрогруппе позволяет проводить диеновую конденсацию при атмосферном давлении, что можно объяснить увеличением электрофиль-ности С=С связи диенофилов.
Следует отметить, что 2,3-диметил-113-бутадиен по сравнению с бутадиеном реагировал с такими нитроапкенами в более мягких условиях (табл.1). На примере взаимодействия 2,3-диметил-1,3-бутадиена с серией (3-алкилзамещенных нитроалкенов авторами работы [31] показано, что увеличение объема заместителя вызывает уменьшение выхода соответствующих циклоаддукто в. Диены, замещенные в положении-1, при конденсации с нитроапкенами дают соотвестзующие орто- и мета- нитроциклогексены. В литературе середины XX в. существовали достаточно противоречивые данные о получении таких изомеров. Так, на основании работ К.Альдера [32] и других исследователей [33] считалось, что 1-замещенные диены в реакциях Дильса-Альдера с диенофилами дают только о/гото-аддукты. Аналогичные результаты были получены на примере взаимодействия пиперилена с нитрозтиленом [34,35], 1-нитропропеном, /J-нитроакрилатом [35-37], 1-нитропентеном, /3-нитростиролом [28], 1-нитро-2-(фурил-2)этеном [28,35] (табл.2). Исключительное образование opmo-изомера нитроциклогексена по данным авторов [28,35] подтверждается превращением аддуктов путем дегидрирования и денитрации (в присутствии селена) в ароматические производные и последующее их окисление до соответствующих ароматических кислот (схема 4). Такой результат реакции авторы [28,35] связывали с электронными представлениями о поляризации выбранных реагентов. Однако, в работах [27,38] на примере диеновых конденсаций пиперилена с З-нитростиролом или /J-трихлорметилнитроэтиленом (в аналогичных условиях) было обнаружено присутствие в реакционной смеси не только орто-, но и мета изомеров нитроциклогексена; их количество составило 8-14% .
Примечания, а) Alk=Me, Et, Рг, Ви. б) Реакция проводилась без растворителя. По-видимому, авторам [28,35,36] не удалось выделить и идентифицировать мета- изомеры вследствие их незначительного выхода.
Наличие метильных и метоксильных групп в первом положении 1,3-бутадиена не оказывало существенного влияния на их реакционную способность при взаимодействии с нитроалкенами [28,30,31,35,39]. По данным авторов [28,35] на выход циклоаддуктов влияет в большей степени объем алкильного заместителя в молекуле диенофила. Так при переходе от СНз к С2Н5, С3Н7, С -группам выход соответствующих нитроциклогексенов уменьшается от 70 до 55% (табл.2). В некоторых случаях вместо нитроалкена использовался его предшественник - соответствующий /?-нитроспирт, что позволило увеличить выход аддуктов реакции [40].
Многочисленные литературные сведения [5,36,38] о конденсации нитроалкенов с диенами, замещенными в положении-2 (типа изопрена), свидетельствуют о том, что диеновый синтез, как правило, протекает с образованием структурноизомерных продуктов мета- и ла/ад-ориентации с преобладанием последнего (схема 5, табл.3). Исключение составляют реакции изопрена с нитрозтиленом в хлороформе и 2-этокси-1,3-бутадиена с /?-нитростиролом [38] - в этих случаях были выделены только лдрд-аддукты. Схема 5
Взаимодействие нитроалкенов с циклическими диенами
Диеновая конденсация нитроэтилена и его производных с циклопентадиеном впервые также осуществлена К.Альдером [21]. Как и в случае ациклических диенов, эта реакция проводилась в жестких условиях (многочасовое нагревание в запаянной трубке) и сопровождалась образованием бициклических систем - бициклогептенов (норборненов) . Дальнейшее изучение реакции диенового синтеза монозамещенных нитроалкенов с циклопентадиеном в 50-60 гт позволило выявить влияние природы заместителя на реакционную способность диенофила, а также найти более мягкие условия конденсации по сравнению с условиями, предложенными в работе [21]. Нитроалкены, содержащие при кратной связи алкильные заместители, закономерно проявляли меньшую реакционную способность, что приводило к ужесточению условий проведения реакций [24] (табл.6).
В работе [93] отмечалось, что конденсация циклопентадиена с нитроал-кенами, содержащими в /ї-положении электроноакцепторные заместители (CC 2Me,CN), при кипячении в бензоле (5 ч) вопреки ожиданиям, завершалась образованием бициклогептенов с низкими выходами (25-43%). Такие выхода целевых аддуктов авторы объясняли неустойчивостью исходных нитроалке-нов (эфира /J-нитроакриловой кислоты и ее нитрила) в условиях проведения реакции, ссылаясь на работы Н.Шехтера [94,95]). Однако, проведение реакции диенового синтеза циклопентадиена с вышеупомянутыми вицинально-замещенными нитроалкенами в более мягких условиях (0С, эфир) позволило получить бициклические аддукты с количественным выходом (98-99%) [96,97]. Значительное увеличение выхода аддукта (-90% в эфире при 20С, вместо 34% без растворителя при 90С [24]) наблюдали авторы [98] при взаимодействии циклопентадиена с 2-нитропропеном (табл. 6).
Сопоставляя экспериментальные данные работ [24,93,96-99], можно предположить, что низкий выход норборненов был связан с обратимостью диенового синтеза в жестких условиях, что не противоречит теоретическим представлениям о механизме этой реакции [10,12].
Влияние конфигурации нитроалкенов на эффективность конденсации с циклопентадиеном изучалось А.А.Дудинской с сотрудниками [99]; ими показано, что все вступающие в реакцию Дильса-Альдера вицинально-замещенные нитроалкены, имеют /яранс-конфигурацию.
В более поздних работах [100,101] изучена стереохимия конденсации циклопентадиена с серией вицинально и геминально замещенных нитроалкенов. Установлено, что реакция, как правило, завершается образованием смеси стереоизомерных аддуктов с экзо- и эндо-ориентацией нитро-группы. Во всех случаях наблюдается преумещественное образование эндо-изомеров соответствующих норборненов, что широко используется для стереоспецифичного синтеза норборненовых аминов [24] и эфиров аминокислот [100].
Анализ литературных данных показал, что фуран и его производные, в отличие от циклопентадиена, могут реагировать с различными диенофилами по двум направлениям: а) по схеме диенового синтеза с образованием соответствующих оксанорборненов; б) по схеме электрофильного замещения с образованием 2-замещенных фуранов, причем предпочтительность направления реакции зависит от природы заместителей в молекуле диенофила [106-110]. Незамещенный нитроэтилен при обычных условиях с фураном не реагирует, а с а-метилфураном реакция протекает по типу заместительного присоединения (схема 29); строение продукта заместительного присоединения доказано независимым встречным синтезом [109]. Безусловно, маршрут образования таких продуктов не столь тривиален; требуется накопление экспериментального материала и его дальнейшее изучение.
Имеющиеся в литературе данные свидетельствуют, что нитроалкены, содержащие в /ї-положснии электроноакцепторные заместители, реагируют с фураном и его замещенными по пути реакции Дильса-Альдера. Такое взаимодействие изучено авторами [108,110] на примере диеновой конденсации фурана и его аналогов (2-метил-, 2,5-диметил-, 2,3,4,5-тетраметилфуранов) с р-нитроакриловой кислотой, /ї-нитроакрилонитрилом и /?-трихлорметилнит-роэтиленом (табл.7). Показано, что -нитроакрилонитрил взаимодействовал с фураном и его гомологами при комнатной температуре в течение 48 часов. В аналогичных условиях (эфир,20С,24ч) с фураном реагировала и Д-нитроакриловая кислота. В обоих случаях реакция завершалась образованием соответствующих нитрооксанорборненов с выходами 90-92%.
По данным работы [108] фуран и 2,5-диметилфуран как диены не вступали в реакцию с /Мрихлорметилнитроэтиленом. Пониженную реакционную способность последнего авторы объясняли стерическими препятствиями, обусловленными наличием объемной трихлорметильной группы. Однако, ранее Н.СЗефиров с сотр. показали, что этот диенофил взаимодействует с 2,3,4,5-тетраметилфураном с образованием соответствующего цик- лоаддукта с выходом 64% [ПО]. Меньшая активность /ї-трихлорметилнитро-этилена в реакции с тетраметилфураном по сравнению с /ї-нитроакриловой кислотой и jS-нитроакрилонитрилом обусловлена по мнению авторов [27,108-110], не увеличением пространственных препятствий, а меньшим электроноакцепторным эффектом трихлорметильной группы по сравнению с карбоксильной или нитрильной функциями, вследствие чего электрофиль-ность С=С связи диенофила становится уже недостаточной для успешного протекания реакции диенового синтеза.
Введение электронодонорных заместителей в ядро фурана, как было показано в работе [27], облегчает протекание диенового синтеза и поэтому, несмотря на увеличение пространственных препятствий при переходе от фурана к тетраметилфурану, последний в отличие от фурана и 2,5-диметил-фурана вступает в диеновую конденсацию с Д-трихлорметилнитроэтиленом. Аналогично в реакции с фураном и его алкилзамещенными ведет себя и /?-нитростирол [111].
Детальное изучение стереохимии реакции Дильса-Альдера с участием фурана и различно замещенных нитроалкенов показало, что, как и в случае с циклопентадиеном, реакция завершается образованием стереоизомерных экзо- и эндо-оксанорборненов [И2-114]. Однако, фуран, в отличие от цикло-пентадиена, с нитроалкенами преимущественно давал не эндо-, а экзо-изо-меры .
Такие особенности стереохимии реакции Дильса-Альдера с участием фурана на основании кинетических исследований объясняются авторами [115] большей скоростью образования э/сзо-аддукта по сравнению с эндо-, а также способностью эндо-шомера уже в условиях реакции (20С, в ацетонитриле) обратимо превращаться в исходные вещества.
Изучение химических превращений образующихся в результате реакции диенового синтеза оксанорборненов позволило получить на их основе разнообразные бициклические системы. Так, при обработке уксусной кислотой и бром о водородом серии циклоаддуктов, синтезированных путем конденсации 1,3-дифенилбензофурана (ментофурана) с нитроалкенами [111,113, 116], наблюдался разрыв кислородного мостика с последующей дегидратацией и ароматизацией системы [5,113,116]. Внутримолекулярные процессы завершались образованием производных нитронафталина (схема 32), получение которых убедительно доказано встречным синтезом.
Строение соединений, полученных при взаимодействии диалкил-2-нитроэтенилфосфонатов с 1,3-диенами в условиях диенового синтеза
Комплексный анализ спектральных (методы ЯМР Н, 31Р и ИК спектроскопии) характеристик фосфорилированнных нитроциклогексенов (4-6,8,13,15,16) с привлечением модельных соединений позволил выявить особенности их строения. Соединения (4-6,8,13,15,16) содержат два типа циклических протонов — метиленовые и метиновые (табл. 7,8), которые в зависимости от природы и расположения заместителей в цикле имеют различные параметры. Метиленовые протоны у атома С в нитроциклогексенах (4,8,15) проявляются в виде мультиплета с химическими сдвигами 1.90-2.59 м.д. (рис. 1-3). Под влиянием нитрогруппы сигнал метиле новых протонов у атома С претерпевает слабопольный сдвиг и находится в интервале 2.32-2.78 м.д. Наличие в гем-положении к NO2 группе атома брома у соединений (5,13,16) способствует еще большему слабопольному смещению сигналов метиленовых протонов (С2, С5), в среднем на 0.5 м.д. (рис. 1,4 и 3,5).
Метиновые протоны у атома С [Н C-P(0)(OR)2] для соединений (4,8,15) проявляются в виде мультиплета в интервале 2.96-3.25 м.д., а в соединениях (5,13,16) под влиянием брома происходит сдвиг этого сигнала в слабое поле до 3.41-3.58 м.д. (рис. 4,5). Мультиплет со значением химического сдвига 4.7-4.9 м.д. у циклогексенов (4,6,8,15) приписан метановому протону Н6 при атоме C6-NC 2 (рис. 1,2).
Сигналы протонов при С=С связи цикла в соединениях (8,13,15,16) имеют различную форму (синглет или мультиплет) и проявляются в области 5.30-5.80 м.д. (рис. 1,2). Для соединения (8) характерно наложение сигналов метиновых протонов С3 и С4 (5.72 м.д.), тогда как в спектре соединения (13) эти протоны имеют разные значения химических сдвигов 5.65 м.д. (С3) и 5.80 м.д. (С4) (рис. 1,4). Спектры ЯМР 31Р в растворе CDC13 (табл.7,8) фиксируют стереооднородность соединений (4-6,8,13) (их сигналы располагаются в интервале 23.0-27.5 м.д.) (рис.1,3,4). Об образовании двух пара- и .келш-региоизомеров (15а,15б) и (16а,16б) свидетельствует удвоение сигналов в спектре ЯМР 3,Р, а также в спектрах ЯМР Н сигналов метильной группы (1.70-1.75 м.д.) и циклических протонов у С1 (H!C-P(0)(OR)2) (рис.6) (3.60, 3.25 м.д. для смеси изомеров 15аД5б и, 3.58, 3.50 м.д. для смеси 16а, 166) и С6 (Н6-ЫОг) для пара- 4.88 м.д. и мета-4.70 м.д. изомеров соединения (15). Отнесение соединений (15) и (16) к пара-и мета- изомерам производили по величине химического сдвига метильной группы. Известно что, сигнал метильной группы, располагающейся в мета-положении относительно нитрогруппы, имеет более слабопольное положение по сравнению с таковым в случае иа/эа-ориентации. Это соответствует литературным данным для структуриоподобных соединений [30].
Для установления взаимного расположения функциональных групп и конформационной характеристики циклогек-сеновых производных (4,8,15) мы использовали анализ величин констант спин-спинового взаимодействия (КССВ) вицинальных протонов в спектрах ЯМР Н, предложенный авторами [145,146] для замещенных циклогексанов. Аналитическим критерием при определении взаимного расположения имеющихся заместителей при атомах С6 и С1 является КССВ вицинальных протонов. Для исследуемых соединений значения 3JHi, Н6 равны 7.2-8.8 Гц, что соответствует величине двугранного угла между ними 180 или аксиальному расположению вицинальных протонов. Согласно этим данным молекулы рассматриваемых соединений (4,8,15) имеют полукресловидную форму шестичленного кольца с экваториальной ориентацией объемных заместителей NO2 и Р(0)(ОЯ)г и дгн/ям-ориентацией вицинальных протонов, реализующейся вдоль связи С -С в проекции Ньюмена.
Нитрогруппа проявляется в виде двух полос средней и высокой интенсивности, отвечающих симметричным и антисимметричным валентным колебаниям, располагающимся в диапазоне vs мог 1318-1375 и v asK02 1560-1569 см 1. Малоинтенсивная полоса при 1610 см"! в ИК спектре соединения (15а) /рис.7/, отвечает двойной связи циклогексенового кольца; для соединений (4,5,8,13, рис.8), содержащих симметричную С=С связь, эта полоса исчезает.
Согласно данным, приведенными в работе [147], характерным для циклогексенового кольца является наличие полосы Wen в области 3027 см 1 позволяющей отличать его от алкенов с концевой С=С связью (3080 см" ). Аналогичная картина для v=cH наблюдается и в нашем случае. В ИК-спектрах всех полученных циклогексенов присутствуют полосы средней интенсивности в области 3010-3030 см 1 (рис.7,8).
Таким образом, при изучении строения исследуемых циклогексенов проведен сравнительный анализ спектральных параметров циклогексенил-фосфонатов, содержащих нитро- и гаи-бромнитрозаместители в 6-положении кольца; установлены принадлежность структурных изомеров полученных соединений (15а,15б), (16а,16б) к пара- и jne/ш-формам и пространственное расположение имеющихся заместителей.
Замещенные нитронорборнены Норборнены - это классические представители мостиковых структур, молекулы которых являются достаточно напряженными. Напряжение норборненового каркаса объясняют следующими причинами: а) искажением валентных углов, которое возникает при замыкании метиленового мостика; б) заслоненной конформацией узловых (базовых) атомов углерода (С ,С ), находящихся в основании ванны [148]; в) наличием С=С связи в одном из пятичленных циклов.
В бициклической молекуле норборнена оба узловые атома (С1,С4) являются асимметрическими. Количество асимметрических атомов возрастает при введении в молекулу норборненов заместителей. В нашем случае количество асимметрических атомов углерода равно четырем, а следовательно теоретически количество возможных стереоизомеров могло быть равным 2 =16.
Для изучения тонкого строения фосфорилированных нитронорборне-нов (23-25) были привлечены методы ИК, ЯМР Н, 31Р спектроскопии и рентгеноструктурного анализа. Наиболее информативными в решении поставленных задач оказались спектры ЯМР Н (табл.9). Строение ранее неизвестных фосфорилированных 3-нитронорборненов (23-25) установлено нами на основании сопоставления их спектральных характеристик с таковыми в модельных соединениях, описанных в литературе, в частности, с З-нитро-2-этоксикарбонилнорборненом [96,99] и З-нитро-2-фенилсульфонилнорборненом [30]. В спектрах ЯМР 3,Р соединений (23-25) сигналы ядер фосфора расположены в области 22.5-29.0 м.д., что соответствует фосфонатной природе атома фосфора. В спектрах ЯМР Н, 3,Р соединений (23а,б;24а,б;25а,б) обнаружено удвоение сигналов протонов цикла и хлорэтоксильнои группы, а также сигналов фосфора, что свидетельствует о присутствии в смеси двух различных диастереоизомеров (рис 10, табл.9). Спектры веществ (23а) и (24а) /рис.11,12/ указывают на их стереоднородность. Норборненовая система характеризуется наличием магнитно-анизотропной С=С связи (Н5,Н6), двух пар узловых (С1,С4) и мостиковых (Н7,НГ) протонов. Базовые протоны (Н1,НҐ) в исследуемых фосфорилированных 3-нитронорборненах (23а,23б,25а,25б) проявляются в области 2.35-3.32 м.д., мостиковые протоны при 1.15-2.00 м.д., а сигналы олефиновых протонов С=С связи (Н5,Н6) имеют удвоенный характер, что связано с расщеплением каждого из них на ядре атома фосфора.
Разделение и очистка продуктов
В работе использовались предварительно очищенные перегонкой или перекристаллизацией коммерческие реактивы. Очистку и абсолютирование используемых в работе растворителей осуществляли по стандартным методикам [178,179]. Для очистки и разделения продуктов реакций наряду с перекристаллизацией применялся метод колоночной хроматографии. В качестве носителей использовали силикагель марки Cheraapol L 100/200ц., оксид алюминия для хроматографии (ч), двуокись кремния (чда) /при соотношении вещество : носитель 1:10 по весу/, элюотропный ряд растворителей по Траппе [179]. Индивидуальность полученных продуктов и ход реакций контролировали методом тонкослойной хроматографии (ТСХ) на пластинках Silufol UV-254, использовали смесь растворителей гексан:ацетон — 3:1, проявляли на хроматоскопе или парами иода. Образование аминоэфиров и аминофосфоновых кислот определяли с использованием метода бумажной хроматографии и смеси растворителей ледяная уксусная кислота : дистиллированная вода: н-бутанол (5:3:10), проявляли ацетоновым раствором нингидрина. соединений (4-8,10-14,15аД6а,23а,24а,25,2бб,27,28б,29,31а,32а,34, 35,38,39,41,42,45-55) получены в индивидуальном виде и охарактеризованы физико-химическими методами и химическими превращениями, 20 веществ (9Д5бД6бД7-22,23б,24б,26а,28а,30,32б,33,36,37,40,43) зафиксированы методом спектроскопии ЯМР 1Н, 31Р.
Исходные 1,3-диены- 2,3-диметил-1,3-бутадиен [180], фуран [181], 1,3-циклопентадиен [182], 1,3-циклогексадиен [183], тиолен-1,1-диоксиды [184] получали по указанным литературным методикам. Бис(2-хлорэтил)этенил-фосфонат (винифос) использовали технический, перед введением в реакции его перегоняли, т. кип. 135-137С /4 мм.рт.ст., nD 1.4775. (Лит. т. кип. 137-139С /4 мм.рт.ст., nD 1.4775 [185]). Для нитрования бис(2-хлорэтил)эте-нилфосфоната использовали промышленный тетраоксид диазота, предварительно высушенный над фосфорным ангидридом. Восстановление фосфорилированных нитроцикленов в соответствующие аминоэфиры осуществляли электролитическим водородом на 10% кислом палладии на угле. Нитроэтенилфосфонаты Получение бис (2-хлорэтил)-2-нитроэтенилфосфоната (1) Бис(2-хлорэтил)-1-гидрокси-2-нитроэтилфосфонат К раствору 23.30 г (0.1 моль) бис(2-хлорэтил)этенилфосфоната в 30 мл абсолютного хлороформа при интенсивном перемешивании прибавляют по каплям 9.20 г (0.1 моль) тетраоксид а диазота в 25 мл хлороформа при 0 -(-3)С. Реакционную смесь выдерживают 0.5 ч при 0С и 3 ч при 18-20С, затем добавляют к ней 20 мл метанола. После выдерживания в течение 1 ч раствор упаривают на роторном испарителе, к остатку добавляют четырех-хлористый углерод до полного растворения масла и оставляют на сутки в холодильнике. Выпавшие кристаллы отделяют фильтрованием, затем перекрис-таллизовывают из смеси хлороформ : гексан (2:1).
К раствору 5.10 г (0.015 моль) бис(2-хлорэтил)-1-ацетокси-2-нитро-этилфосфоната в 40 мл абсолютного бензола добавляют 1.41 г (0.015 моль) безводного карбоната натрия. Реакционную смесь перемешивают при комнатной температуре в течение 1 часа, промывают водой и сушат безводным сульфатом магния. Растворитель отгоняют на роторном испарителе, а остаток хроматографируют на кремниевой кислоте (элюенты бензол, хлороформ)
Выделяют 2.80 г (80%) бис (2-хлорэтил)-2-нитроэтенилфосфоната (1) в виде малоподвижного масла, которое при хранении в холодильнике кристаллизуется, т. пл. 30С. (Лит. т. пл. 29-30С, выход 65% [187]).
К раствору 5Л0 г (0.018 моль) бис(2-хлорэтил)-2-нитроэтенилфосфона-та (1) в 20 мл 80% уксусной кислоты добавляют 2.94 г (0.018 моль) брома. Реакционную смесь выдерживают при комнатной температуре в течение 4-х суток, затем досуха упаривают на роторном испарителе. Остаток растворяют в бензоле, промывают водой и сушат безводным сульфатом магния. После удаления растворителя под вакуумом оставшееся светло-желтое масло хроматографируют на силикагеле (элюенты бензол, хлороформ).
Выделяют 5.56 г (85%) бис (2-хлорэтил)-2-бром-2-нитроэтенилфосфо-ната (2) в виде масла, которое при хранении кристаллизуется, т. пл, 30-32С (Лит. т. пл. 30-32С, выход 90% [188]).
Диизопропил-1-гидрокси-1-метил-2-нитроэтилфосфонат Получен по известной методике [14] конденсацией диизопропил аце-тилфосфоната и нитрометана в присутствии диэтиламина. Выход диизопропил-1-гидрокси-1-метил-2-нитроэтилфосфоната 76%, т. пл. 95-96С (четы-реххлористый углерод : петролейный эфир 3:1). /Лит. т. пл. 95-96С, выход 77% [189]/. Диизопропил-1 -ацетокси-1 -метил-2-нитроэтилфосфонат Получен аналогично методике синтеза бис(2-хлорэтил)-1-ацетокси-2-нитроэтилфосфоната из диизопропил-1-гидрокси-1-метил-2-нитроэтилфосфоната и уксусного ангидрида в присутствии 1 капли конц. серной кислоты. Выход диизопропил-1-ацетокси-1-метил-2-нитроэтилфосфоната 54%, т. кип. 138-140С /2 мм. рт, ст. [189]. Диизопропил-1-метил-2-нитроэтенилфосфонат(3) Получен аналогично методике синтеза соединения (1) путем нагревания смеси 6.30 г (0.02 моль) диизо пропил-1-ацетокси-1-метил-2-нитроэтил-фосфоната с 1.10 г (0.01 моль) углекислого натрия в 50 мл абсолютного бензола в течение 5 часов при температуре 65С. Реакционную смесь промывают водой, сушат безводным сульфатом магния. Растворитель отгоняют на роторном испарителе, остаток перегоняют и получают 4.60 г (90%) диизопропил- 1-метил-2-нитроэтен ил фосфоната (3) с т. кип, 86-90С / 1 мм. рт. ст., n D 1.4529. (Лит. т. кип. 69-70С /0.002 мм. рт. ст., выход 90%.
