Введение к работе
Актуальность работы.' Разработка новых эффективных методов стереоселективного построения Z-двойных связей является одной из важнейших задач современной органической химии. Соединения, содержащие в своей структуре Z-двойные связи, широко распространены в природе и органическом синтезе в качестве ключевых мономеров при получении природных соединений.
В настоящее время в литературе имеется обширная информация о методах синтеза Z-олефинов. К числу наиболее распространенных можно отнести реакции Вигтига, Петерсона, метатезис олефинов, реакции каталитического гидрирования, а также гидро- и карбометаллирования алкинов. Все перечисленные выше методы имеют свои достоинства и недостатки (ограничение по структуре и природе субстрата, высокая стоимость реагентов, препаративные сложности, низкие выходы, образование побочных Е-изомеров и т.д.), поэтому исследования направленные на разработку и освоение новых эффективных препаративных методов построения Z-олефинов является важной и актуальной задачей.
В настоящее время одним из эффективных и оригинальных методов синтеза Z-алкенов, на наш взгляд, является реакция каталитического циклометаллирования 1,2-диенов, проходящая по одной из двойных связей с одновременным образованием новых металл-углеродной и углерод-углеродной связей. Ранее в лаборатории каталитического синтеза ИНК РАН, руководимой член-корр. РАН Джемилевым У.М., были разработаны реакции каталитического цикломагнирования и циклоалюминирования 1,2-диенов с помощью доступных алкильных и алкилгалогенидных производных магния и алюминия в присутствии в качестве катализаторов комплексов Zr и Ті с получением соответствующих пятичленных 2-алкилиден- и 2,5-диалкилиденметаллакарбоциклов, которые после деметаллирования in situ превращались в Z-олефины или 12,5г-диеновые соединения высокой степени стереочистоты.
Несмотря на то, что в области синтеза Z-олефинов и іг,5г-диенов с использованием реакции каталитического циклометаллирования 1,2-диенов был достигнут определенный прогресс, к началу нашего исследования указанные методы ограничивались использованием в качестве исходных соединений простейших алкил- и арилалленов. Сведения о возможности применения функционально замещенных 1,2-диенов в литературе отсутствовали.
В связи с вышеизложенным разработка эффективных препаративных методов синтеза функционально замещенных пятичленных металлакарбоциклов с использованием реакции циклометаллирования N-, О- и Si-содержащих 1,2-диенов, катализируемой комплексами Zr и Ті, является важной и актуальной задачей.
Реализация запланированной программы исследований в рамках данной диссертационной работы открывает широкие возможности создания
1 Автор выражает благодарность заведующему лабораторией каталитического синтеза ИНК РАН члену-корреспонденту РАН УМ. Джемичсву за выбор направления исследования и постоянную помощь при обсуждении и интерпретации полученных результатов.
перспективных методов синтеза практически важных функционально замещенных Z-олефинов и г,г-диенов заданной структуры.
Цель исследования. Разработка перспективных для практического применения методов синтеза труднодоступных и ранее неописанных в литературе классов непредельных моно- и бициклических магнезакарбоциклов каталитическим цикломагнированием функционально замещенных 1,2-диенов с помощью доступных Mg-органических соединений под действием катализаторов
на основе Zr и Ті.
В рамках диссертационной работы определены следующие задачи:
разработка эффективного метода синтеза функционально замещенных Z-алкенов цикломагнированием О-, N-содержащих 1,2-диенов с помощью алкильных и алкилгалогенидных производных Mg, катализируемым соединениями Zr;
разработка препаративного метода синтеза симметричных и несимметричных функционально замещенных углеводородов, содержащих в своей структуре 1г,5г-диеновый фрагмент, гомо- и перекрестным цикломагнированием О-, N-, Si-содержащих 1,2-диенов с терминальными алифатическими алленами с помощью реактивов Гриньяра под действием соединений Ті;
- синтез ряда практически важных феромонов насекомых и 5Z,9Z-flneHOBbix
кислот природной структуры.
Научная новизна. Впервые осуществлено каталитическое карбо- и цикломагнирование О- и N-содержащих терминальных алленов с помощью EtMgR (R = Et, Br) под действием комплексов Zr. Разработаны условия (температура, природа эфирного растворителя), позволяющие проводить данную реакцию с высокой хемо- и региоселективностью.
Впервые проведено межмолекулярное цикломагнирование N-, О- и Si-содержащих 1,2-диенов с помощью реактивов Гриньяра, катализируемое Ср2ТіС12, приводящее к ранее неописанным симметричным функционально замещенным 2,5-диалкшшденмагнезациклопентанам с высокими выходами.
Осуществлено перекрестное межмолекулярное цикломагнирование О-, N- и Si-содержащих 1,2-диенов с алифатическими 1,2-диенами циклической и ациклической структуры с помощью RMgHlg (R = Et, Pr, Bu; Hlg = СІ, Br, І) катализируемое Ср2ТіС12 и приводящее к моно- и бициклическим пятичленным МОС с выходами 80-94%. Разработаны методы селективного синтеза практически важных N-, О- и Si-замещенных углеводородов, содержащих в своей структуре іг,5г-диеновую группировку.
Предложены вероятные схемы образования циклических МОС в результате Zr-и Ti-катализируемых превращений функционально замещенных 1,2-диенов с помощью диалкил- и алкилмагнийгалогенидов.
Практическая ценность работы. С применением разработанных реакций каталитического цикломагнирования 1,2-диенов предложены оригинальные методы синтеза труднодоступных практически важных феромонов насекомых (контактный феромон Drosophila melanogaster, аттрактант розового коробочного червя хлопчатника Pectinophora gossypiella), а также природных 5г,9г-диеновых
кислот, обладающих противоопухлевой, противовирусной и антибактериальной активностью.
В результате проведенных исследований разработаны препаративные методы
синтеза новых классов Mg-содержащих металлакарбоциклов - функционально
замещенных 2-алкилиден- и 2,5-диалкилиденмагнезациклопентанов
цикломагнированием N-, О- и Si-содержащих 1,2-диенов с помощью доступных диалкил- и алкилмагнийгалогенидов с участием металлокомплексных катализаторов. Разработанные методы синтеза новых классов МОС перспективны для применения как в лабораторной практике, так и в промышленности для получения практически важных Z-алкенов, карбо- и гетероциклов.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на XIX-Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011), IV Российской конференции "Актуальные проблемы нефтехимии" (Звенигород, 2012), International conference "Frontiers of Organometallic Chemistry (FOC-2012)" (St. Peterburg, 2012), International conference "Molecular complexity in modern chemistry (MCMC-2014)" (Moscow, 2014).
По материалам диссертационной работы опубликовано 5 статей в центральных российских и зарубежных журналах, индексируемых Web of Science, 6 тезисов докладов российских и международных конференций, получено 3 патента РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов и списка цитируемой литературы. Первая глава включает литературный обзор на телгу «Каталитическое цикломагнирование непредельных соединений реактивами Гриньяра в присутствии комплексов переходных металлов». Во второй главе представлены результаты собственных исследований по изучению реакции цикломагнирования N-, О- и Si-содержащих 1,2-диенов с помощью доступных реактивов Гриньяра в присутствии комплексов на основе Ті и Zr. Третья глава посвящена описанию экспериментальной части работы.
Диссертация изложена на 156 страницах машинописного текста, включает 16 схем, 7 рисунков, 7 таблиц. Список литературы включает 130 наименований.
Работа выполнена в лаборатории каталитического синтеза Института нефтехимии и катализа РАН в соответствии с научным направлением Института по бюджетной теме «Дизайн и применение металлокомплексных катализаторов в химии непредельных и металлоорганнческих соединений» (№ Госрегистрации 01201168014).