Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор Достижения в синтезе фосфоланов, фосфоленов и фосфолов 27 42
1.1 Синтез пятичленных фосфорсодержащих гетероциклов из 1,3-диенов и 1,3-диинов с органическими соединениями фосфора по методу МакКормака .
1.2 Синтез пятичленных циклических ФОС реакцией органических соединений фосфора с литий- и магнийорганическими соединениями .
1.3 Циклизация 1,4-диолов в хиральные пятичленные фосфорорганические соединения
1.4 Цирконакарбоциклы в синтезе пятичленных фосфорсодержащих соединений
1.5 Пятичленные титанакарбоциклы в синтезе замещенных фосфолов 52
Глава 2. Обсуждение результатов 57 72 87
2.1 Zr–Катализируемое циклоалюминирование терминальных алкенов с помощью AlEt3 в синтезе 3-замещенных фосфоланов .
2.2 Синтез бис-фосфоланов с использованием реакции циклоалюминирования ,-диенов с помощью AlEt3, катализируемой Сp2ZrCl2 .
2.3 Zr-Катализируемое циклоалюминирование норборненов с помощью AlEt3 в синтезе полициклических фосфоланов .
2.4 Алюминациклопентены в направленном синтезе 2,3-дизамещенных фосфол-2-енов .
2.5 Эпоксидирование 2,3-диалкилфосфол-2-енов
Глава 3. Экспериментальная часть Выводы 185
Список литературы .
- Синтез пятичленных циклических ФОС реакцией органических соединений фосфора с литий- и магнийорганическими соединениями
- Цирконакарбоциклы в синтезе пятичленных фосфорсодержащих соединений
- Синтез бис-фосфоланов с использованием реакции циклоалюминирования ,-диенов с помощью AlEt3, катализируемой Сp2ZrCl2
- Алюминациклопентены в направленном синтезе 2,3-дизамещенных фосфол-2-енов
Введение к работе
Актуальность темы. Интерес к органическим соединениям фосфора не ослабевает на протяжении нескольких десятилетий благодаря их высокой практической значимости и уникальным свойствам. Фосфорорганические соединения (ФОС) широко используются в качестве компонентов каталитических систем, комплексообразователей, экстрагентов редких, благородных и радиоактивных элементов, смазочных материалов, стабилизаторов пластмасс, поверхностно-активных веществ, а также эффективных пестицидов. В последнее время особое внимание привлекают фосфакарбоциклы, в частности, фосфоланы, фосфол-2-ены и фосфолы, находящие применение в качестве интермедиатов в органическом синтезе, лигандов для металлоорганической химии и катализа, мономеров для электроники, а также эффективных препаратов для медицины и сельского хозяйства. Поэтому разработка оригинальных методов получения труднодоступных и ранее неописанных пятичленных ФОС является востребованной, актуальной задачей и имеет важное практическое значение. Наиболее распространенными методами получения циклических ФОС являются циклизация 1,3-диенов и 1,3-диинов по МакКормаку, внутримолекулярное гидрофосфинирование, циклизация диолов под действием алкил(арил)фосфинов, взаимодействие 1,4-димагниевых и 1,4-дилитиевых соединений с дихлоралкил(арил)фосфинами, а также прямое превращение пятичленных металлакарбоциклов на основе переходных металлов (Zr, Ti, Co) в фосфакарбоциклы с помощью дигалогенидов фосфора. Несмотря на достигнутые успехи, перечисленные методы ограничены дороговизной и труднодоступностью исходных соединений, низкими выходами или низкой селективностью целевых циклических ФОС.
Учитывая существующее многообразие непредельных соединений, к разряду перспективных подходов к синтезу циклических ФОС можно отнести методы, основанные на прямом превращении пятичленных металлакарбоциклов, получаемых in situ каталитическим циклометаллированием алкенов, алкинов или 1,3-диенов, в фосфакарбоциклы с помощью дигалогенидов фосфора. Опираясь на накопленный экспериментальный опыт по изучению открытой нами реакции каталитического циклоалюминирования (реакция Джемилева) было выдвинуто предположение, что ее применение позволит разработать перспективные для практического применения однореакторные методы получения широкого ассортимента ранее труднодоступных и практически важных классов циклических ФОС заданной структуры. Кроме того, анализ литературных данных показал, что в мировой литературе, к моменту начала наших исследований, прямое превращение алюминакарбоциклов в циклические ФОС оставалось практически не изученным. Поэтому, с целью восполнения указанного пробела, а также расширения границ применимости реакции каталитического циклоалюминирования непредельных соединений, в рамках данной диссертационной работы запланированы исследования по
изучению реакций замены атомов алюминия в алюминакарбоциклах на атомы фосфора с помощью органических дигалогенидов фосфора.
Цель работы. Разработка оригинальных, однореакторных методов синтеза циклических фосфорорганических соединений путем замены атомов алюминия в замещенных алюминациклопентанах и алюминациклопентенах, полученных реакцией каталитического циклоалюминирования терминальных алкенов, норборненов, ,-диенов и алкинов различной структуры, на атомы фосфора с помощью дигалогенидов фосфора.
В рамках данной диссертационной работы будут решены следующие задачи:
- разработаны однореакторные методы синтеза замещенных
фосфоланов, ,-бис-фосфоланов и фосфол-2-енов взаимодействием
доступных дигалогенидов фосфора с алюминациклопентанами и
алюминациклопентенами, полученными in situ каталитическим
циклоалюминированием терминальных алкенов, норборненов, ,-диенов и
дизамещенных ацетиленов с помощью AlEt3 в присутствии катализатора
Cp2ZrCl2;
- на основе полученных и идентифицированных фосфоланов и фосфол-
2-енов осуществлены синтезы новых классов практически важных
металлокомплексов путем взаимодействия пятичленных фосфоцикланов с
карбонилами переходных металлов (Мо(СО)6);
- с целью надежного доказательства структуры синтезированных
фосфоланов и фосфол-2-енов, будет изучено взаимодействие последних в
реакциях окисления с Н2О2 и элементной серой.
Научная новизна. В рамках данной диссертационной работы выполнены фундаментальные исследования по разработке оригинальных препаративных методов синтеза новых, а также ранее труднодоступных циклических фосфорорганических соединений – 3-алкил(арил)-замещенных фосфоланов, 2,3-диалкил(фенил)замещенных фосфол-2-енов, бис-фосфоланов, а также фосфол-2-енов с аннелированным циклическим фрагментом, основанных на применении открытой ранее реакции каталитической замены атомов алюминия в алюминакарбоциклах, полученных циклоалюминированием непредельных соединений с помощью AlEt3 под действием катализатора Cp2ZrCl2 (реакция Джемилева), на атомы фосфора с помощью органических хлоридов фосфора.
Разработаны оригинальные методы синтеза 3-алкил(циклоалкил,
арил)фосфоланов и 2,3-диалкил(фенил)фосфол-2-енов реакцией 3-
алкил(циклоалкил, арил)-1-этилалюминациклопентанов и 2,3-
диалкил(фенил)-1-этил-алюминациклопент-2-енов, полученных in situ
каталитическим циклоалюминированием соответствующих -олефинов или
дизамещенных ацетиленов с помощью AlEt3 в присутствии катализатора
Cp2ZrCl2, с дихлоридами фосфора RPCl2 (R = алкил, фенил).
Впервые синтезирован ранее неописанный класс фосфол-2-енов с аннелированным макроциклическим углеводородным фрагментом взаимодействием соответствующего алюминациклопентена, полученного in
situ каталитическим циклоалюминированием макроциклического ацетилена с помощью AlEt3 в присутствии катализатора Cp2ZrCl2, с дигалогенидом фосфора.
Разработаны эффективные методы однореакторного синтеза ранее труднодоступных полициклических фосфоланов с заданной конфигурацией заместителей при атоме фосфора, основанные на применении реакций каталитической замены атомов алюминия в алюминакарбоциклах на атомы фосфора с помощью дигалогенидов фосфора.
Осуществлены химические превращения синтезированных фосфоланов и фосфол-2-енов в соответствующие оксиды и сульфиды путем окисления с помощью Н2О2 или реакцией с элементной серой.
На основе ранее синтезированных фосфоланов, бис-фосфоланов и фосфол-2-енов впервые получены, выделены в индивидуальном виде и спектрально (ИК, ЯМР 13С, 31Р, 1Н и РСА) охарактеризованы молибденовые комплексы структуры LnMo(CO)6-n, где n = 1, 2.
Разработан однореакторный препаративный метод синтеза ,-бис-фосфоланов, основанный на применении реакций ,-бис-алюминациклопентанов, полученных in situ каталитическим циклоалюминированием терминальных ,-диенов с помощью AlEt3 в присутствии катализатора Cp2ZrCl2, с алкил- и фенилдигалогенидами фосфора.
Показана возможность окисления фосфол-2-енов с помощью м-хлорнадбензойной кислоты в соответствующие практически важные эпоксиды, а также замены фенильных заместителей у атома фосфора в фосфол-2-енах на алкильные группы через стадию получения Li-производных.
Практическая значимость. Разработанные методы синтеза циклических ФОС, исходя из алюминациклопентанов и алюминациклопентенов, являются эффективным инструментом для однореакторного конструирования циклических фосфорорганических соединений, бис-фосфоланов, бис-фосфол-2-енов, фосфосодержащих макрокарбоциклов. Простота предложенного нами метода, доступность исходных мономеров и реагентов позволяют сделать вывод, что разработанные подходы к построению пятичленных циклических органических молекул, содержащих атом фосфора, получат широкое распространение как общие универсальные методы синтеза моно-, би- и полидентатных лигандов для органического и металлоорганического синтеза, а также потенциальных эффективных препаратов для медицины и сельского хозяйства.
Апробация работы. Материалы, изложенные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на Кластере конференций по органической химии «ОргХим» (Санкт-Петербург (пос. Репино), 2013, 2016); International Congress on Heterocyclic Chemistry «KOST-2015» (Moscow, 2015); Всероссийской конференции с международным участием «Современные достижения химии непредельных соединений: алкинов,
алкенов, аренов и гетероаренов» (посвященной научному наследию М.Г. Кучерова) (Санкт-Петербург, 2014); 4 Международной конференции Российского химического общества имени Д.И. Менделеева (посвящённой 80-летию со дня рождения П. Д. Саркисова) (Москва, 2012); International Conference «Molecular Complexity in Modern Chemistry» (Moscow, 2014); 4 Всероссийской конференции c международным участием «Современные проблемы химической науки и фармации» (посвященной 80-летию со дня рождения В.В. Базыльчика) (Чебоксары, 2015); 1 Всероссийской молодежной школе-конференции «Успехи синтеза и комплексообразования» (Москва, 2016).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 19 работах, в том числе в 4 статьях в ведущих рецензируемых изданиях, цитируемых Web of Science, 13 тезисах докладов конференций, получено 2 патента РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, отражающих основное содержание работы, экспериментальной части, а также выводов и списка литературы. Общий объем работы составляет 204 страницы, включая список литературы (172 наименований), 20 рисунков, 6 таблиц и 90 схем.
Работа выполнена в лаборатории каталитического синтеза Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института нефтехимии и катализа Российской академии наук в соответствии с научным направлением Института по бюджетной теме «Дизайн и применение металлокомплексных катализаторов в химии непредельных и металлоорганических соединений» (№ Гос. регистрации 01201168014), в рамках Программы Президиума РАН «Разработка методов получения химических веществ и создание новых материалов», а также при финансовой поддержке грантов РФФИ (проекты № 16-33-00193, 16-33-00310, 15-33-20043) и Президента РФ (МД-6293.2016.3).
Благодарности. Автор выражает благодарность к.х.н. Махаматхановой А.Л., к.х.н. Дильмухаметовой Л.К. и к.х.н. Тюмкиной Т.В. за помощь при выполнении, обсуждении работы и проведении ЯМР экспериментов.
Синтез пятичленных циклических ФОС реакцией органических соединений фосфора с литий- и магнийорганическими соединениями
Оптически активные фосфорорганические соединения находят широкое применение в качестве компонентов каталитических систем при асимметрическом гидрировании кратных связей соединений, содержащих углерод-углерод и углерод-гетероатом связи в полном синтезе фармакологических субстанций и природных соединений.
Одним из наиболее перспективных и технологичных подходов к синтезу хиральных ФОС циклической структуры, по нашему мнению, является метод, основанный на применении 1,4-диолов в качестве ключевых субстратов.
Методы синтеза циклических ФОС через стадию применения 1,4-диолов условно можно разделить на две группы. Первую группу составляют реакции, базирующиеся на синтезе мезилатов, которые реагируя с дилитийфосфидами дают целевые пятичленные ФОС. Вторая группа реакций основана на синтезе циклических сульфатов.
Например, в литературе описан трехступенчатый метод синтеза пятичленных ФОС, предусматривающий получение хиральных 2,5-дизамещенных диолов 100 с высокими выходами из доступных мономеров.
На первом этапе используют хиральные катализаторы Нойори Ru(BINAP) в реакции асимметрического восстановления /?-кето-эфиров в соответствующие /?-гидрокси эфиры. Гидролиз последних с помощью КОН дает соответствующие оптически активные карбоновые кислоты, которые затем подвергают электрохимическому гомосочетанию по Кольбе с получением хиральных диолов 100 c выходом 36-50%. На следующем этапе из диолов (R,R)-100a, (R,R)-100b и (S,S)-100c с помощью Li2PPh получают соответствующие хиральные фосфоланы (S,S)-101a, (S,S)-101b, и (R,R)-101c. Обработка (R,R)-101a металлическим Li в ТГФ приводит к смеси фосфида лития 102 и PhLi. Реакция фосфида лития 102 с ди-р-тозилатом этиленгликоля или 1,3-дихлорпропаном при 25 С дает целевые бис-фосфоланы (R,R)-103a и (R,R)-104a (Схема 37) [74]. Схема R a: Ru(BINAP), OH-; b: реакция Кольбе; c: Et3N, CH2Cl2, MsCl, 0 oC - 30 мин, 20 oС - 30 мин; Li2PPh, ТГФ, -78 oС - 1 ч, 20 oС - 16 ч; d: Li, ТГФ; e: C l - C l ; f T s O O T s .
Другой подход к синтезу циклических ФОС основан на взаимодействии циклических сульфатов с бис-фосфиноэтанами и бис-дифосфинобензолами. Так, циклические сульфаты 106, полученные из доступных хиральных 1,4-диолов 105 (R = Me, Et, Pr, z-Pr), вводят в реакцию с дилитийбис(фосфидо)этаном, полученным депротонированием 1,2-бис(фосфино)этана 107 с помощью «-BuLi, который взаимодействует с циклическим сульфатом 106 и после повторной обработки w-BuLi приводит к чистому 1,2-бис-(фосфолано)этану 108 с выходом 70-90%. Аналогично, использование 1,2-бис-(фосфино)бензола 109, вместо дилитий-бмс-(фосфидо)этана, приводит к 1,2-бмс-(фосфолано)бензолу ПО (Схема 38) [75-80]. a: SOCl2, RuCl3/NaIO4; b: n-BuLi, ТГФ, 1.5 ч, 106, ТГФ, 2 ч, n-BuLi, 1.5 ч; c: n-BuLi, ТГФ, 1.5 ч, 106, ТГФ, 2 ч, n-BuLi, 2 ч.
Поскольку фосфоланы крайне лабильны и легко подвергаются окислению кислородом воздуха в фосфолан-1-оксиды, их синтез и выделение требуют особой тщательности при выделении и хранении. Для преодоления этих неудобств авторами [81] предложена модифицированная методика, основанная на использовании фосфолан-борановых комплексов, обладающих высокой стабильностью. Например, (2S,5S)-2,5-диметил-1-фенилфосфолан превращали в соответствующий комплекс с BH3 111, расщепление фенил-фосфолановой связи с помощью металлического лития происходит с образованием комплекса лития с 2,5-диметилфосфолан-1-бораном 112 с выходом 44%, который более стабилен, чем литиевые соли фосфолана (Схема 39). 111 a: SOCl2, RuCl3, NaIO4; b: PhPH2, n-BuLi, BH3; c: Li, TГФ, 20 oС, 6 ч; t-BuCl, 10 мин, TГФ. Незамещенный 1,2-бис(фосфолано)этан может быть получен взаимодействием 2,2-диоксо-1,3,2-диоксатиолана и бис-фосфиноэтана. Ключевой стадией синтеза является реакция соединения 113, полученного из тионилхлорида и 1,4-бутандиола, с дифосфиноэтаном 114, который подвергается депротонированию литиевых производных дифосфиноэтана с помощью n-BuLi. Предполагается, что каждая молекула фосфида лития атакует циклический сульфат, образуя С-С-связи, а обработка промежуточного ациклического соединения 115 n-BuLi (без выделения или очистки) способствует депротонированию имеющихся фрагментов –PH, что приводит к замыканию в пятичленный бис-фосфолан 116 (Схема 40) [82].
Цирконакарбоциклы в синтезе пятичленных фосфорсодержащих соединений
В спектре ЯМР 31P соединений 2f-h наблюдается два сигнала меньшей и большей интенсивности. Смена алкильного заместителя на фенильный приводит к значительному смещению химического сдвига атома фосфора до -34.1 - -35.1 м.д. для 2g и до -22.9 - -23.7 м.д. для 2h. При этом наблюдается уменьшение соответствующих КССВ до 15.8-20.5 Гц для С(2) и 14.2-20.0 Гц для С(5) углеродных атомов для соединений 2g-h. Значение КССВ для С(6) углеродного атома CH3-группы при атоме фосфора в 2g и CH2-группы бутильного заместителя при атоме фосфора в 2h составляет 1 J PC = 62.3-62.4 Гц, а для CH-группы фенильного заместителя при атоме фосфора в 2f КССВ равно 1 JPC 89.5-90.5 Гц.
Для дополнительного подтверждения стереохимии изомеров провели квантово-химические расчёты (PBE/3 и МР2) относительных термодинамических параметров (Gотн) для всех синтезированных фосфоланов. [127]. Относительная энергия син-изомеров выше по сравнению с анти-изомерами1 и составляет 0.5-1.5 ккал/моль, поэтому минорные продукты были отнесены к син-изомерам. Действительно, сильнопольные смещения сигналов углеродных атомов, например, в соединении син-lg для Р-СH3 и CH2Ph можно объяснить внутримолекулярным 1-4-син-взаимодействием между указанными группами атомов.
На основе полученных результатов сделали вывод, что природа заместителя при атоме P оказывает влияние на соотношение образующихся син/анти изомеров.
По аналогии с приведенной выше схемой в реакцию замещения атома Al на атом P вовлекли стирол и 2-винилнафталин.
Установили, что при взаимодействии стирола с AlEt3 в присутствии Cp2ZrCl2, наряду с 3 - фенил-1-этилалюминациклопентаном lg в реакционной смеси образуется 2-фенил-1-этилалюминациклопентан lh (Схема 6). [128]. Оба региоизомера in situ взаимодействуют с алкил(фенил)дихлорфосфином с образованием 1-алкил(фенил)-3-фенилфосфоланов 5а-с и 1-(алкил)фенил-2-фенилфосфоланов ба-с в соотношении 2:1, что свидетельствует о замещении атома Al на атом P в обоих изомерах. Региоизомеры были выделены для сравнения взяты конформеры твист-формы с экваториальными заместителями, которые соответствуют глобальным минимумам индивидуально в виде фосфоланоксидов с помощью колоночной хроматографии. При этом соотношение образующихся син/анти изомеров в 3-замещенных фосфолан-оксидах 7а-с и 2-замещенных фосфолан-оксидах 8а-с равно 2:1.
Аналогичная картина наблюдается и для 2-винилнафталина реакция, которого с AlEt3 в присутствии Cp2ZrCl2 приводит к образованию 3-нафтил-1 этилалюминациклопентана и 2-нафтил-1-этилалюминациклопентана, последующее взаимодействие, которых сначала с дихлорфосфином, затем с H2O2 приводит к образованию соответствующих 1-фенил(алкил)-3-нафтилфосфолан-1 оксидов 7d-e и 1-фенил(алкил)-2-нафтилфосфолан-1-оксидов 8d-e в соотношении 1:2 c общим выходом 69-72% (Схема 7). В случае использования метилдихлорфосфина в качестве фосфорного агента наблюдается образование четырех изомеров. При использовании фенилдихлорфосфина образуется только три изомера: син- и анти-1-фенил-3-нафтилфосфолан-1-оксиды 7е и 1-фенил-2 нафтилфосфолан-1-оксид 8е. Схема 8d-e
В спектрах ЯМР 31Р 2-арилзамещённых фосфолан-1-оксидов 8a-e сигналы атома фосфора мажорной интенсивности смещены в более сильное поле на 5–7 м.д. относительно 3-арилзамещённых фосфолан-1-оксидов 7a-e, при этом сигнал атома фосфора второго изомера сдвинут в слабое поле.
В спектрах ЯМР 13C соединений 8a-e сигналы С(2) углеродного атома смещаются в область сильного поля на 12 м.д., а сигналы С(3) и С(4) углеродных атомов, наоборот, смещаются в область слабого поля на 12 м.д. для С(3) и на 9 м.д. для С(4). Значения КССВ при этом не меняются.
Таким образом, мы установили, что объемный заместитель в третьем положении практически не влияет на выход продуктов реакции замещения атома Al на атом P в 3-замещенных алюминакарбоциклах, а селективность реакции зависит от структуры исходного алюминациклопентана. Однако объемный заместитель во втором положении способствует образованию только одного изомера.
Известно, что фосфорорганические соединения, в том числе циклической структуры, легко образуют комплексы с переходными металлами, которые широко используются в гомогенных каталитических реакциях. C целью изучения свойств синтезированных нами циклических ФОС и демонстрации их возможного применения в качестве лигандов мы исследовали взаимодействие 3-замещенных фосфоланов с Mo(CO)6. Так, реакция 3-гексил-1-фенилфосфолана 2Ь и 3-бензил-1-метилфосфолана 2g с Mo(CO)6 в ТГФ при кипячении в течение суток приводит к образованию молибденовых комплексов 9 и 10 (Схема 8). R = Hex, R = Ph (9); R = Bn, R = Me (10). Полученные комплексы являются смолообразными жидкостями темно-зеленого цвета.
О прошедшем комплексообразовании свидетельствуют изменения ЯМР спектральных параметров соединений 9 и 10 относительно исходных фосфоланов. Так, характеристичным является наблюдаемое в спектрах ЯМР 31Р смещение в слабое поле сигналов атома фосфора (Рисунок 7). Для каждого из взятых в реакцию фосфоланов, независимо от природы заместителя при атоме P, зафиксированы близкие по значению химические сдвиги 25 м.д. и 26 м.д. для образующихся диастереомеров, что свидетельствует об одинаковой пирамидальности связей атома фосфора в составе молибденового комплекса. Кроме того, в спектре ЯМР 13С сигнал С(5) углеродного атома испытывает слабопольное смещение на 8 м.д. и значение его КССВ (например, для 9 для син-изомера JPC(5) = 24.1 Гц, для анти-изомера JPC(5) = 22.1 Гц) значительно увеличивается не только относительно соответствующего атома в исходном фосфолане (для 2Ь для син-изомера JPC(5) = 9.0 Гц, для анти-изомера JPC(5) = 12.1 Гц), но и относительно С(2) углеродного атома комплекса (JPC(2) = 3.0 Гц) (Рисунок 8). Учитывая тот факт, что фосфор-углеродные константы подчиняются уравнению Карплуса, можно предположить конформационные изменения
Синтез бис-фосфоланов с использованием реакции циклоалюминирования ,-диенов с помощью AlEt3, катализируемой Сp2ZrCl2
Хроматографический анализ проводили на приборе Shimadzu GC-9A, колонка 2000 2 мм, неподвижная фаза – силикон SE-30 (5%) на Сhromaton N-AW-HMDS (0.125-0.160 мм), газ-носитель – гелий (30 мл/мин), при программировании температуры от 50 до 300 С со скоростью 8 С/мин. Для хроматографического анализа использовали жидкостной хроматограф Waters Breeze (Waters, США) со спектрофотометрическим детектором. Подвижная фаза ацетонитрил:вода = 30:70% (об). Анализ проводили на колонке Kinetex C18, 250х4,6 мм; 5 мкм (Phenomenex, США). Аналитическая длина волны 225 нм. Скорость подвижной фазы составляла 1 мл/мин, объем инжектируемой пробы – 5 мкл. Для приготовления элюентов, а также растворения стандартного испытуемого препарата использовали ацетонитрил HPLC-gradient grade (Panreac, Испания) и бидистилированную воду. Спектры ЯМР 1Н, 13С и 31P записаны в CDCl3 на спектрометре “Bruker Avance-400” (100.62 MГц для 13C, 400.13 MГц для 1H и 161.97 MГц для 31P). Масс-спектры регистрировали на приборе MALDI TOF/TOF Autoflex-III Bruker с матрицей 2,5-дигидроксибензойной кислоты (2,5-DHB) и -циано-4-гидроксикоричной кислоты (HCCA) в отражательном режиме со съемкой положительных ионов. Анализ методом ГХ-МС проводили на хроматографе Shimadzu GC 2010 с масс-спектрометрическим детектором GCMS-QP2010 Ultra (Shimadzu, Япония). Использовали капиллярную колонку Supelco 5ms (60м 0.25мм 0.25 мкм), в качестве газа-носителя использовали гелий, температура источника ионов 200 С, 70 эВ. ИК-спектры зарегистрированы на ИК Фурье спектрометре VERTEX 70V фирмы Bruker в пленке (чистое вещество). УФ-спектры снимали на УФ спектрометре Lambda 750 фирмы Perkin Elmer в EtОН или СНСl3. Элементный анализ образцов определяли на элементном анализаторе фирмы Carlo Erba, модель №1106. Рентгеноструктурный анализ проведен на автоматическом четырехкружном дифрактометре XCaliburEos (графитовый монохроматор, MoK излучение, = 0.71073 , w-сканирование, 2max = 62). Сбор и обработка данных произведены с помощью программы
CrysAlisProOxfordDiffractionLtd., версия 1.171.36.20. Структуры расшифрованы прямым методом и уточнены полноматричным методом наименьших квадратов в анизотропном приближении для неводородных атомов. Атомы водорода были локализованы на картах электронной плотности и уточнены в изотропном приближении. Уточнение проводили с использование комплекса программ SHELX97 [165]. Для ТСХ использовали пластинки Silufol UV-254 в системах гексан-этилацетат-метанол (5:3:1) и гексан, проявитель - I2. Для колоночной хроматографии применяли силикагель фирмы Acros (0.060-0.200 мм). Соотношение изомеров определяли по интенсивности сигналов в спектрах ЯМР 1H и 13С.
В работе использовали мономеры чистотой не менее 90%. Использовали коммерчески доступные фосфины (фирма «Acros»), Cp2ZrCl2 (фирма «Acros»), AlEt3 (96%) (OAO «Редкинский опытный завод»), дизамещенные ацетилены, олефины, алкадиены, полициклические олефины, Мо(СО)6 и m-СРВА. Исходный бутилдихлорфосфин получали по описанной ниже методике [166]. Циклоалкин, ,-диацетилен и несимметричные ацетилены синтезировали по известным методикам [167-172]. АЦП 1а получен вакуумной разгонкой (74-78 oC при 10 мм.рт.ст.), спектральные данные совпадают с полученными ранее [3].
Растворители сушили и использовали свежеперегнанными. Эфирные растворители выдерживали над NaOH, пропускали через Al2O3, кипятили над натриевой стружкой, перегоняли в токе аргона над LiAlH4. Ароматические растворители перед применением промывали концентрированной серной кислотой для удаления тиофена, водой до нейтральной реакции, перегоняли над диизобутилалюминийгидридом. Галогенсодержащие соединения сушили с помощью P2O5. Реакции с металлоорганическими соединениями проводили в токе сухого аргона. Использовали аргон марки “чистый” (ГОСТ 10157-73), дополнительно очищенный от следов влаги и кислорода пропусканием через колонку, содержащую 30% раствор диизобутилалюминийгидрида в декалине. Синтез бутилдихлорфосфина: BuMgCl + ZnCl2 - BuZnCl + MgCl2 BuZnCl + PCl3 BuPCl2 + ZnCl2
Синтез проводили в атмосфере аргона. В трехгорлой колбе на 1 литр, снабженной мешалкой, обратным холодильником и капельной воронкой, защищенной хлоркальциевой трубкой, получали раствор бутилмагнийхлорида из 6 г (0.25 г-ат) магния и 23 г (26 мл; 0.25 моль) высушенного над хлористым кальцием бутил хлорида в 200 мл абс. эфира. Колбу охлаждали и при температуре бани -20 С прибавляли по каплям раствор безводного хлористого цинка (34 г; 0.25 моль) в 350 мл абсолютного эфира в течение 40 мин. Далее добавляли еще 200 мл абсолютного эфира и перемешивали при комнатной температуре 30 мин. Затем реакционную смесь охлаждали и поддерживая в бане температуру от -5 до -8 С, прибавляли по каплям 55 г (35 мл; 0.4 моль) треххлористого фосфора в течение 1 ч, при тщательном перемешивании. Охлаждение снимали и перемешивали еще 2 ч при комнатной температуре. Осадок отфильтровывали на широкой воронке (80-120 мм в диаметре) с пористым дном (фильтр №2), объемом 0.3-0.5 л, отжимая осадок плоской стеклянной пробкой. Промывали осадок 70-80 мл абсолютного эфира. Из собранного фильтрата (около 1.5 л) в вакууме водоструйного насоса отогнали растворитель. Остаток (20-25 мл) переливали в колбу Кляйзена с дефлегматором высотой 10-15 см и дважды перегоняли. Выход бутилдихлорфосфина составил 18 г (45% от теоретического) с Т.кип. 51-53С (16 мм рт ст.), nD 20 = 1.4858.
Алюминациклопентены в направленном синтезе 2,3-дизамещенных фосфол-2-енов
Этот подход может быть использован как для получения фосфол-2-енов заданной структуры, так и практически важных ,-дифосфол-2-енов, реакцией ,-алкилдигалогенидов с Li-производными фосфол-2-енов, в синтезе бидентатных лигандов.
Аналогично синтезированным ранее фосфоланам, для ранее неописанных 2,3-дизамещенных фосфол-2-енов проведено дополнительно комплексообразование с Mo(CO)6. В ходе реакции были получены соответствующие молибденовые комплексы (Схема 24), которые полностью охарактеризованы современными спектральными методами анализа.
Схема R" Mo(CO)6 R" R P- R" R 46а, 46d, 46f P R" / Mo(CO) 5 57a, 57d, 57f R = Ph, R" = Et (57a); R = Me, R" = Bu (57d); R = Bu, R" = Bu (57f). О прошедшем комплексообразовании свидетельствуют изменения ЯМР спектральных параметров соединений 57а, 57d, 57f относительно соответствующих исходных фосфол-2-енов. Характеристичным является наблюдаемое в спектрах 31Р ЯМР смещение в слабое поле сигналов атома фосфора на 40 м.д. Кроме того, в спектрах 13С ЯМР для соединений 57а, 57d, 57f сигналы С(2), С(3) и С(5) углеродных атомов испытывают слабопольное смещение на 8 м.д. Гетероядерные константы КССВ возрастают для углеродных атомов С(2) и С(5) (1 JPC = 31.1-33.2 и 26.9-28.7 Гц соответственно), относительно исходных фосфол-2-енов (Рисунок 19).
Таким образом, проведенные исследования показали, что реакция каталитического циклоалюминирования алкинов различной структуры может быть с успехом использована в синтезе труднодоступных моно- и бис-фосфол-2-енов, взаимодействием образующихся in situ алюминациклопент-2-ов с алкил(фенил)дихлоридами фосфора с высокими выходами. 2.5 Эпоксидирование 2,3-диалкилфосфол-2-енов
В последнее время наблюдается возрастающий интерес к эпоксидированным ФОС, которые являются интермедиатами в синтезе производных нуклеозидов фосфасахаров. Фосфасахара имеют структурную схожесть с нуклеозидами биологически активных природных сахаров, например, AZT [161], 4-тио-ddC [162], аристеромицин [163] и рибаварин [164], представляющих большой интерес в качестве потенциальных ингибиторов ВИЧ, противоопухолевых и антибактериальных препаратов. Так, эпоксидирование производных 2,3-дизамещенных фосфол-2-енов является ключевой стадией в синтезе аналогов AZT. В связи с вышеизложенным, модификация фосфол-2-енов может стать эффективным инструментом в органическом синтезе практически важных циклических фосфорорганических соединений заданной структуры.
Учитывая важное прикладное значение эпоксидированных фосфоланов, в рамках проводимых нами исследований по разработке препаративных методов синтеза циклических ФОС мы изучили эпоксидирование полученных нами соединений в реакциях с известными эпоксидирующими агентами (надкислоты, пероксиды металла) на примере 2,3-дизамещенных фосфол-2-енов.
Первоначально, осуществили синтез фосфол-2-ен-1-оксидов по разработанной в Гл. 2.4 методике. В качестве объектов исследования выбрали фосфол-2-ены 46b, 46c, 46g и 53c. Полученные фосфол-2-ены были переведены в фосфол-2-ен-1-оксиды 47b, 47c, 47g и 54c с помощью Н2О2.
В качестве эпоксидирующего агента на первом этапе исследования выбрали пероксид натрия Na2O2. Однако взаимодействие 2,3-дизамещенных фосфол-2-ен-1-оксидов 47b, 47c, 47g и 54c с избытком Na2O2 при различных температурах от 30 до 70 С в этаноле за 6 ч не привело к целевым эпоксидам.
Применение более сильного эпоксидирующего агента m-CPBA, широко применяемого в реакциях эпоксидирования алкенов, было более успешным. Установили, что 2,3-ди(бутил, пропил, фенил, аннелированный циклодецил)фосфол-2-ен-1-оксиды 47b, 47c, 47g, 54c вступают в реакцию эпоксидирования с 3-кратным избытком m-СРВА при кипячении в хлористом метилене (Схема 25). Побочные продукты удаляли обработкой органического слоя раствором NaHCO3. Выделенные продукты представляют собой маслянистые жидкости светло-желтого цвета. Схема ,R /P O R Ph 4 47b 47c 47g 54c m-CPBA R ;O R /P\\ Ph 4O 58 R = Pr 59 R = Bu 60 R = -(CH2)10-61 R = Ph Структура синтезированных эпокси-2,3-диалкилфосфоланов установлена методом 1H, 13C и 31P ЯМР спектроскопии. Так, в 13C ЯМР спектрах соединений 58-61 вместо сигналов sp2-гибридизованных атомов углерода С(2) и С(3), присутствуют характеристичные сигналы в области 6071 м.д., что свидетельствует о прошедшей реакции эпоксидирования (Рисунок 20).
Кроме того, химический сдвиг атома 31P в целевых продуктах смещен в область сильного поля на 812 м.д. относительно исходных фосфол-2-енов (6264 м.д.). Полученные экспериментальные данные значений химических сдвигов и гетероядерных J(31P-13C) констант для -углеродных атомов С(2) порядка 94100 Гц согласуются с литературными 13С ЯМР данными структурно близких 2,3-эпокси-1-метил-фосфолан-1-оксидов.
Установили, что реакция не является стереоселективной, так как для всего ряда синтезированных соединений наблюдается образование син- и антиизомеров вследствие наличия в молекуле эпоксицикла. Следует отметить, что значения химических сдвигов атома фосфора син- и анти-изомеров для соединений 60 и 61 имеют значительное отличие, в то время как в случае 2,3-диалкилпроизводных фосфол-2-енов 58 и 59 они близки и сливаются в один сигнал - уширенный за счёт взаимодействия с протонами цикла. С целью корректного определения значений химических 31P ЯМР сдвигов последних спектры были сняты в режиме подавления протонов.
Таким образом, нами впервые показано, что 2,3-дизамещенные фосфол-2-ен-1-оксиды, вступая в реакцию с избытком m-CPBA, дают соответствующие эпоксиды с выходами 58-76%, представляющих значительный практический интерес.