Содержание к диссертации
Введение
Литературный обзор. 4
2.1. Синтез циклопропенонов. 4
2.1.1. Методы синтеза циклопропенонов из нециклических соединений . 5
2.1.2. Модификация циклических структур. 9
2.1.3. Синтез циклопропенонов фотолизом. 21
2.1.4. Модификация боковых цепей в циклопропеноновой системе. 22
2.2. Физикохимическме характеристики циклопропенонов . 23
2.3. Некоторые химические свойства циклопропенонов. 26
2.3.1. Термические и фотохимические превращения циклопропенонового ядра. 26
2.3.2. Реакции с нуклеофильными агентами. 29
Обсуждение результатов. 42
3.1. Подходы к синтезу стабильных карбенов 42
3.2. Новые подходы к синтезу симметричных и несимметричных замещенных циклопропенов . 44
3.3. Реакции нуклеофильного присоединения ацетиленов и ацети-
ленидов лития к циклопропенонам и солям циклопропенилия. 54
3.4. Замещенные циклопропеноны, как синтоны винил карбонильного фрагмента в реакциях с некотрыми нуклеофилами . 63
3.5. Нуклеофильное раскрытие циклопропенонового цикла цианидионом с участием воды или спиртов. 70
Выводы 80
Экспериментальная часть 81
Список используемой литературы 106
- Методы синтеза циклопропенонов из нециклических соединений
- Физикохимическме характеристики циклопропенонов
- Новые подходы к синтезу симметричных и несимметричных замещенных циклопропенов
- Замещенные циклопропеноны, как синтоны винил карбонильного фрагмента в реакциях с некотрыми нуклеофилами
Введение к работе
Начиная с первого синтеза трифенилциклопропенилий перхлората, осуществленного Бреслоу и Вольпиным в 1958 году [1], значительное число исследований было посвящено циклопропенилий катиону, наименьшему из ароматических циклов, с двумя я-электронами на 2р орбиталях. Первоначальные работы проводились в теретическом аспекте - в области физической органической химии, но позднее катионы циклопропенилия и их аналоги -циклопропеноны стали использоваться для введения в органические молекулы трехуглеродных фрагментов. Молекула циклопропенона обладает высокой реакционной способностью, что связано со значительным вкладом резонансной структуры с циклопропенильным катионом, то есть с амфифильны-ми свойствами молекулы и с высоким угловым напряжением в трехчленном цикле. Так, например, реакции замещенных элементоорганических цикло-пропенонов используются для построения пяти-, шести- и семичленных циклов, линейных ненасыщенных систем, для синтеза а- и тс-комплексов металлов 6-8 групп, и др. Большой интерес также представляет синтез соединений с циклопропеноновыми и циклопропенилиевыми фрагментами, среди которых - уникальные новые четырнадцатичленные циклофаны, высокоизбирательные ингибиторы цистеинпротеиназ, антибиотики (циклопропеноны с гидроксиметильным или аминокислотным фрагментом) и др. Поэтому поиск новых превращений и развитие синтеза циклопропенонов представляется актуальной задачей.
Методы синтеза циклопропенонов из нециклических соединений
Обнаружено, что 2-хлорциклопропенильный катион, образующийся из соответствующего хлорциклопропена, под действием тетрафторбората трифенилметильного катиона, при гидролизе дает соответствующий циклопропенон. Так, 2,3-пентаметиленциклопропенон получен с выходом 69% [49].
В. Синтез циклопропенонов алкилированием и арилированием солей циклопропенилия. Реакция исчерпывающи) алкилирования тетрахлор-аллюмината трихлорциклопропенилия 1-триметилсилилпропином с образованием три(пропин-1-ил)циклопропенилий тетрахлоралюмината и, после гидролиза, 2,3-ди(пропин-1-ил)циклопропенона. Аналогичное производное из бистриметилсилилацетилена не было выделено из-за высокой нестабильности, а были описаны и охарактеризованы продукты перегруппировок и раскрытия цикла [50].
Реакция той же соли с трихлорэтиленом приводит к образованию ди(трихлорвинил)циклопропенона [51].
Трихлорциклопропенильный катион является хорошим С-электрофильным реагентом. Было показано [52-57], что реакции электрофильного замещения с его участием в ароматических системах возможны и ведут к образованию замещенных дихлорциклопропенов, которые, при гидролизе, дают соответствующие циклопропеноны. Данная реакция описана на ограниченном количестве примеров ароматических субстратов и результаты в некоторых случаях достаточно спорны.
Было найдено, что ароматические соединения с сильными акцепторными группами в кольце (бензонитрил, трифторбензол) с трудом вступают в данную реакцию алкилирования, а монозамещенные ароматические соединения, такие как толуол и анизол, реагируют легко, но дают трудно разделимую смесь пара- и орто-изомеров [58]. Исследовалось также влияние противоиона соли на протекание данной реакции [59]. Трифлатная соль, получаемая взаимодействием тетрахлорциклопропена с AgCF3S03, идеально подходит для проведения реакции алкилирования с дезактивированной ароматикой. Показано, что данная реакция бимолекулярная, в качестве уходящей группы выступает противоион. Если противоионом является SbCV, то такая соль хорошо вступает в реакции по двойной и тройной связи, что открывает путь к ди- и тривинилциклопропенильным солям. При гидролизе 1,2-диарил-3,3-дихлорциклопропенов раскрытия цикла не происходит и образуются соответствующие циклопропеноны. На основе этой реакции был разработан метод синтеза диарилзамещенных циклопропенонов с различными ароматическими заместителями [56,60,61]. В ряде работ [60,62-64] рассматривается способ синтеза 2-гидрокси-З арилциклопропенонов исходя из арилтрихлорциклопропенов и 2 арилтетрахлорпропенов. Под действием трет-бутипата калия происходит а элиминирование с образованием целевого циклопропенона.
Однако, выходы целевых продуктов не превышают 10-12%. Позднее показано [58], что фенилгидроксициклопропенон легко может быть приготовлен действием охлажденного до 0С водного раствора ацетона на арилтрихлорциклопропены (таблица 9) и 2-хлор-З-арилциклопропеноны.
Описан синтез циклопропенонов и их производных из соли трихлорциклопропенилия, содержащих в ароматических фрагментах гидрокси и аминогруппы [65,66] и незамещенный тиенильный фрагмент [67], циклопропанилфенильные фрагменты [68] и синтезирован 2,3-диферроценилциклопропенон и исследована его структура и некоторые свойства. [69,70].
Расширен круг циклопропенонов, синтезируемых по реакции соли трихлорциклопропенилия с ароматическими и гетероароматическими субстратами, и показано, что при гидролизе солей триарилзамещенного циклопропенилия образуется дизамещенный циклопропенон с выбросом наименее донорного ароматического фрагмента [71]. Гидролизом соли трифторциклопропенилия получен и охарактеризован дифторциклопропепон [72]. Дихлорциклопропенон в свободном виде устойчив только при низких температурах и при размораживании способен к самопроизвольной детонации [73], однако получен и охарактеризован его комплекс с оксихлоридом ниобия (V), полученный гидролизом гексахлорниобататрихлорциклопропенилия [74].
Соли трихлорциклопропенилия проявляют достаточно сильные электрофильные свойства по отношению к алкенам по механизму электрофильного присоединения [75, 76]. В разных условиях и в зависимости от растворителя соль трихлорциклопропенилия реагирует с различными алкенами с образованием после гидролиза моно или дизамещенных циклопропенонов [76]
Физикохимическме характеристики циклопропенонов
Рассчитаны дипольные моменты и колбательные константы для циклопропенона (ц= 1,8957 D) в сравнении с циклопропаноном (ц= 1,2873 D) и ацетоном (ц= 1,2747 D), а также для их тио-аналогов (ц=2,3104 D, 1,2316 D, 1,2726 D соответственно) [101]. Показано, что дифенилциклопропенон проявляет свойства сольватохрома в колебательных спектрах и частота и интенсивность колебаний связи С=С гораздо более чувствительна к растворителям чем С=0 [102].
Особенности реакций циклопропенонов и их аналогов обусловлены полифункционалыюстью. Совместное присутствие в молекуле малого ненасыщенного цикла, имеющего частично ароматический характер, и достаточно сильно енолизованной за счет этого карбонильной группы определяет достаточно широкий спектр как классических, так и весьма необычных реакций циклопропенонового фрагмента. В данном обзоре мы рассмотрим некоторые из них: термические и фотохимические превращения циклопропенонов и реакции с нуклеофильными агентами.
В зависимости от заместителей, циклопропеноны при различных температурах склонны к димеризации с расширением одного из циклов димера, при дальнейшем нагревании димер декарбонилируется с образованием соответствующего замещенного ацетилена [7,14]. Авторы [103] изучили региоселективность термической димеризации циклопропенонов на примере несимметричного 2-метил-З-фенилциклопропенона в статье приведены спектры Н, 13С, и 2D корреляционные спектры молекулы димера, и показано, что трехчленный цикл в процессе димеризации раскрывается по связи C(0)-C(Ph).
Позднее димер данного циклопропенона и его шестичленного аналога был получен и описан [104]. При фотолизе циклопропенонов сразу образуются ацетилен и СО. Последняя реакция имеет, на наш взгляд, большое синтетическое значение, так как синтез замещенных циклопропенонов во многих случаях проще, чем соответствующих ацетиленов.
Авторами [105,106] методом двухлучевой лазерной фотометрии (Transient Grating (TG)) получены уточненные данные АН и AV реакции фото-декарбонилирования. В качестве инициатора использовался Nd:YAG лазер, регистрация проводилась He-Ne лазером. Вычислено: АН= 0,9 ккал/моль, AV= 23,6 см3/моль.
Гидроксициклопропеноны в условиях фотохимического декарбонилирования с препаративными выходами образуют соответствующие гидроксиалкины, которые в водном растворе быстро изомеризуются в кетены. Данную реакцию используют для генерирования широкого спектра монозмещенных кетенов [107].
Помимо термической димеризации, как было показано на примере дифенилциклопропенона и метилфенилциклопропенона, существует возможность каталитической димеризации под действием бромида меди [104,109]. Однако, как показано данными авторами выходы в реакции каталитической димеризации не превышают 55%.
Авторы [110] предложили препаративный метод синтеза дизамещенных ацетиленов из соответствующих циклопропенонов, заключающийся в кипячении дизамещенного циклопропенона в растворе о-дихлорбензола в присутствии эквивалентных количеств А120з. В продуктах реакции содержание спиро-димера исчезающе мало, (см таблицу 12)
Благодаря частично енольному характеру карбонильной группы циклопропенона, ее реакционная способность сильно понижена, и во многие обычные для карбонильной группы реакции с нуклеофилами она не вступает, либо протекает раскрытие трехчленного цикла.
Действие спиртового 0, IN раствора NaOH на дифенилциклопропенон в течение трех минут приводит к раскрытию трехчленного цикла с образованием натриевой соли 2,3-дифенилакриловой кислоты с 90% выходом [18,20,21,111].
Диалкилциклопропеноны более устойчивы к действию оснований и в вышеуказанных условиях раскрываются гораздо медленнее [20]. Обработка данным раствором метилциклопропенона привела к смеси 3:1 натриевых солей метакриловой и кротоновой кислот [21].
В слабокислой и умеренно кислой среде циклопропеноны устойчивы, с кислотами Льюиса не реагируют, а в сильнокислой среде протонируются по карбонильному кислороду с образованием солей циклопропенилия [111].
Синтезировать по общепринятым методикам циклические и ациклические кетали и тиокетали из циклопропенонов не удается [112]. Эти производные синтезируют переводя исходные субстраты в соли циклопропенилия действием тетрафторбората триэтилоксония [113,114] (для повышения электрофильности циклопропенонового компонента) с последующей обработкой соли соответствующим спиртом или тиолом. Реакция проводится в присутствии триэтиламина для связывания образующейся в процессе реакции HBF4, однако, в этом случае иногда нарушается региоселективность присоединения [31].
Новые подходы к синтезу симметричных и несимметричных замещенных циклопропенов
Первой частью наших исследований стало изучение реакционной способности солей замещенных циклопропенильных катионов в реакции элек-трофильного ароматического замещения. Известно, что тетрахлорциклопро-пен способен взаимодействовать с кислотами Льюиса с образованием солей трихлорциклопропенилия, которые являются относительно стабильными структурами благодаря ароматичности трехчленного цикла. Эти соли как хорошие С-электрофильные агенты могут быть успешно использованы в реакциях электрофильного ароматического замещения и присоединения по двойной связи. Однако эти реакции изучались в основном на производных бензола и нафталина, исследования реакций данных солей с ароматическими гетероциклическими соединениями не проводились. Не исследовались также реакции соединений, содержащих одновременно ароматический цикл и двойную связь. Тем не менее эти реакции особенно интересны так как они открывают путь к простому получению соответствующих моно- и дизамещенных цикло-пропенонов. На основании этого мы провели систематическое исследование реакции электрофильного ароматического замещения с участием солей трихлорциклопропенилия и его замещенных аналогов, а также некоторых других солей циклопропенилия с хлорной, серной и трифторуксусной кислотами в качестве электрофильных агентов. Тетрахлорциклопропен 1 достаточно легко доступен и синтезируется в одну стадию из пентахлорциклопропана. Обработка его безводным хлоридом алюминия приводит к образованию тетрахло-ралюмината трихлорциклопропенилия 2 [50,51] с количественным выходом в виде бесцветного кристаллического вещества.
Нами был предложен следующий метод проведения реакции электро-фильного замещения. К суспензии свежеприготовленного тетрахлоралюмина-та трихлорциклопропенилия в сухом хлористом метилене или диэтиловом эфире прибавляли два эквивалента соответствующего арена. Наблюдалось выделение хлороводорода и образовывалась диарилзамещенная соль цикло-пропенилия. Последующая обработка реакционной смеси насыщенным раствором хлорида аммония приводит к образованию диарилциклопропенона.
По данной методике был синтезирован ряд диарил и дитиенилцикло пропенонов: 2,3-ди(2,5-диметоксифенил)циклопропен-1-он 3 (в виде неразде лимой смеси с монозамещенным 2-(2,5-диметоксифенил)-3 хлорциклопропеноном), 2,3-ди(2,3,4-триметоксифенил)циклопропен-1-он 4, 2,3-ди(4-стирилфенил)циклопропен-1-он 5, 2,3-ди(5-метилтиенил 2)циклопропен-1-он 6 и 2,3-ди(бензотиенил-3)циклопрорпен-1-он 7 с выходами 65-88% (см. таблицы 16 и 17). Данные представители ряда циклопропено-нов синтезированы и охарактеризованы впервые. Таблица 16. Условия и выходы в реакциях тетрахлоралюмината три-хлорциклопропенилия с ароматическими и гетероароматическими субстратами (прямое прибавление)
Строение полученных соединений доказано методом ЯМР-спектроскопии на ядрах ]Н и ,3С и масс-спектроскопии. Следует отметить, что для данных соединений спектры протонного магнитного резонанса малоинформативные.
Как видно на примере транс стильбена в данных условиях двойная связь не затрагивается, и реакция протекает и в этом случае исключительно как электрофильное замещение в ароматическом ряду с образованием единственного продукта 5.
Распространить этот метод на более реакционноспособные гетероциклические субстраты - N-метилпиррол, N-метилиндол, фуран и сильван, а также стирол и инден нам не удалось. Реакция в вышеописанных условиях приводит к неидентифицируемым продуктам. Проведение процесса в инертной атмосфере при пониженной температуре не дало результатов: образуется либо трудно разделимая смесь продуктов, либо смолы. Это объясняется низкой устойчивостью данных соединений к кислотам Льюиса (особенно к хлориду алюминия). Однако, замена АІСІз на более мягкие реагенты, такие как ZnCl2 или эфират трифторида бора, также не приводит к желаемым результатам.
Известно, что фуран, а особенно пиррол и индол настолько легко вступают в реакции с электрофильными частицами, что во многих случаях катализ не нужен, однако так как сама исходная соль содержит в составе анион кислоты Льюиса, провести реакцию в отсутствие катализатора не представляется возможным. Нами было показано, что предложенная методика не реализуется также для 1,3,5-триметилпиразола, 3,5-диметилизоксазола, и производных фурана и тиофена, содержащими в составе сложноэфирную группу. По нашему мнению, это связано с образованием более устойчивого комплекса А1С13 с гетероатомами кольца и сложноэфирной группы, чем в соли трихлорцилопропе-нилия, что приводит к разрушению соли циклопропенилия и высвобождению малореакционноспособноготетрахлорциклопропена.
Для этих соединений оказался более эффективным другой вариант на шей методики: обратное прибавление раствора тетрахлорциклопропена к сме си гетероциклического соединения с большим (4-6 эквивалентов) избытком безводного АІСІз в хлористом метилене или тетрагидрофуране. Достоинство данного метода состоит в том, что АІСІз изначально образует комплексы с ге тероатомами кольца и заместителей в гетероциклическом ядре, и этот процесс не препятствует дальнейшему образованию комплекса тетрахлорциклопропе на с избытком хлорида алюминия. После выдерживания реакционных смесей при комнатной температуре в течение суток и последующего гидролиза водой были получены с выходами 55-80% ранее не описанные в литературе 2,3 Ди(1,3,5-триметилпиразолил-4)циклопропен-1-он 8, 2,3-Ди(3,5-диметил изоксазолил-4)циклопропен-1-он 9, 2,3-Ди(5-карбоксиметилфурил 2)циклопропен-1-он 10, 2,3-Ди(5-карбоксиметилтиенил-2)циклопропен-1-он 11 (см. таблицу 18 и 19).
Замещенные циклопропеноны, как синтоны винил карбонильного фрагмента в реакциях с некотрыми нуклеофилами
К раствору фенилацетилена (510 мг, 5 ммоль) в 15 мл сухого ТГФ, охлажденного до -70С в токе аргона, прибавляли по каплям эквивалентное количество раствора бутиллития в гексане (3 мл 1,65 М раствора), перемешивали 30 мин и доводили температуру до комнатной. Полученный раствор фенилацетиленида лития прибавляли по каплям к охлажденному до -70С раствору дифенилциклопропенона (1 г, 5 ммоль) в 15 мл сухого ТГФ. Реакционную смесь перемешивали 1 час, доводили температуру до комнатной и обрабатывали 20 мл насыщенного раствора хлорида аммония. Органический слой отделяли, водный экстрагировали эфиром (3 х 15 мл), объединенные органические слои сушили сульфатом магния и растворитель удаляли в вакууме. Образовавшееся масло растирали с сухим гексаном до кристаллизации. Продукт светло-желтый мелкокристаллический порошок. Продукт очищали хроматографией на силикагеле в хлороформе. Выделен 1,Г-ди(2-фенилэтинил)-2,2,,3,3 тетрафенилдициклопропен-2,2,-овый эфир 18 в виде желтого мелкокристаллического порошка. Выход 18 - 40%. Продукт не устойчив, и выше 80С, не достигая температуры плавления, быстро разлагается. Хранение при пониженной температуре приводит к его постепенной деструкции.
К раствору (500 мг, 5 ммоль) триметилсилилацетилена в 15 мл сухого ТГФ, охлажденного до -70С в токе аргона, прибавляли по каплям эквивалентное количество раствора бутиллития в гексане (3 мл 1,65 М раствора), перемешивали 30 мин и доводили температуру до комнатной. Полученный раствор триметилсилилацетиленида лития прибавляли по каплям к охлажденному до -70С раствору дифенилциклопропенона (1 г, 5 ммоль) в 15 мл сухого ТГФ. Реакционную смесь перемешивали 1 час, доводили температуру до комнатной и обрабатывали 20 мл насыщенного раствора хлорида аммония. Органический слой отделяли, водный экстрагировали эфиром (3x15 мл) объединенные органические слои сушили сульфатом магния и растворитель удаляли в вакууме. Полученную сложную смесь разделить и охарактеризовать не удалось.
1,Ґ-{3-[(Тетраметшіциклопропилиден)метшіен]циклопроп-1-ен-1,2-диил}дибензол (20)
Реакцию проводили аналогично 19 в присутствии 20 эквивалентов тетраметилэтилена. По данным спектрального анализа в реакционных смесях не обнаружено даже следов присоединения карбена по двойной связи ловушки - производного соответствующего 1,Г-{3-[(тетраметилцикло-пропилиден)-метилен]циклопроп-1-ен-1,2-диил} дибензола 20.
1-Этокси-2,3-дифенилциклопропенилий тетрафторборат (21) [31]
К раствору триэтилоксония тетрафторбората (0,9 г, 4,7 ммоль) в 20 мл абс. хлористого метилена при перемешивании на магнитной мешалке прибавляли раствор сухого дифенилциклопропенона (1 г, 5 ммоль) в минимальном количестве абсолютного хлористого метилена при комнатной температуре. Перемешивали 1 час. Образовавшийся осадок 1-этокси-2,3-дифенилциклопропенилия тетрафторбората 21, отфильтровывали на стеклянном фильтре в токе аргона, промывали абсолютным диэтиловым эфиром. Разбавление маточного раствора эфиром приводит к кристаллизации дополнительной порции целевого продукта. Выход количественный. Белое кристалличнское вещество умеренно растворимое в хлористом метилене, малорастворимое в ТГФ и не растворимо в эфире. В дальнейшие реакции продукт 21 вводился без идентификации.
Е-1,2-ДифенилгептеН 1-он-3 (22)
К суспензии 1-этокси-2,3-дифенилциклопропенилия тетрафторбората 21 (0,8 г, 2,5 ммоль) в 10 мл ТГФ при -70С медленно прибавляли эквимолярное количество титрованного раствора бутиллития в гексане (1,52 мл 1,65 М раствора), и перемешивали при этой температуре 1 час, доводили температуру до комнатной. Полученный раствор отфильтровали от осадка борфторида лития и упаривали в вакууме. Продукт очищали методом колоночной хроматографии на силикагеле 35-70 в хлороформе Rf 0,15. Выход соединения 22 - 78%. ИК (вазелиновое масло) v, см 1 1690, 2850-3100; спектр ЯМР Н (CDC13) 5 м.д.: 0,95 (т ЗН); 1,30 (м 2Н); 1,60 (м 2Н); 2,91 (т 2Н); 7,10-7,50 (м ЮН); 7,75 м.д (с 1Н).
1,2,5-Трифепил-1-пентеп-4-ин-3-он (23)
К раствору фенилацетилена (255 мг, 2,5 ммоль) в 10 мл абс ТГФ, при -70С в токе аргона прибавили по каплям эквивалентное количество раствора бутиллития в гексане (1,52 мл 1,65 М раствора), перемешивали 30 мин, поднимали температуру до 0С и перемешивали 5 мин. Полученный фенил ацетил енид лития в токе аргона прибавляли к суспензии 1-этокси-2,3-дифенилциклопропенилия борфторида (0,8 г, 2,5 ммоль) в ТГФ 10 мл при -70С и перемешивали при этой температуре 1 час, доводили температуру до комнатной. Полученный раствор отфильтровали от осадка борфторида лития и упаривали в вакууме. Полученный кристаллический продукт очищали хроматографически на силикагеле 35-70, элюент хлороформ Rf 0,10. Выход соединения 23 - 78%. Найдено %: С 89,80; Н 5,28; С23Ні60 Вычислено %: С 89,58; Н 5,23. Спектр ЯМР !Н (CDC13) 5 м.д.: 8,1-8,3 (м ЮН), 7,0-7,7 (м 5Н), 6,6 (с 1Н). ИК (вазелиновое масло) v, см"12050 С=С, 1720 сопряженный С=0.
![Новые аспекты химии полифосфорилированных каликс[4]резорцинаренов](/i/i/4428/49478.png "Новые аспекты химии полифосфорилированных каликс[4]резорцинаренов Серкова Ольга Сергеевна")
