close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

uploaded 0C58F9730F

код для вставкиСкачать
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
на правах рукописи
Супургибеков Мурат Батырович
Стереоизомерные фторалкилсодержащие и нефторированные
винилдиазокарбонильные соединения: синтез и реакции
с сохранением и элиминированием азота диазогруппы
специальность 02.00.03 – органическая химия
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата химических наук
Санкт-Петербург
2013
Работа выполнена на кафедре органической химии химического факультета
Санкт-Петербургского государственного университета
Научный руководитель:
Николаев Валерий Александрович,
доктор химических наук, профессор
Официальные оппоненты:
Боярский
Вадим
Павлович,
доктор
химических наук, профессор, Федеральное
государственное бюджетное образовательное
учреждение
высшего
профессионального
образования
«Санкт-Петербургский
государственный университет»
Островский Владимир Аронович, доктор
химических наук, профессор, Федеральное
государственное бюджетное образовательное
учреждение
высшего
профессионального
образования
«Санкт-Петербургский
государственный технологический университет
(Технический Университет)»
Ведущая организация:
Федеральное
государственное
бюджетное
учреждение науки Институт органической
химии им. Н.Д. Зелинского Российской
академии наук (ИОХ РАН).
Защита состоится «23» мая 2013 г. в 15 часов на заседании диссертационного
совета Д 212.232.28 по защите диссертаций на соискание ученой степени
кандидата химических наук при Санкт-Петербургском государственном
университете по адресу: 199004 Санкт-Петербург, Средний пр., д. 41/43,
химический факультет.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке им. А. М. Горького СанктПетербургского государственного университета (Университетская наб., д. 7/9)
Автореферат разослан «
» апреля 2013 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
доктор химических наук, профессор
/А. Ф. Хлебников/
1. Общая характеристика работы
Актуальность темы. Алифатические диазосоединения (АДС) давно привлекают
внимание исследователей высокой реакционной способностью и широко используются в
органическом синтезе. Хорошо известные термические, фотохимические и
каталитические реакции АДС позволяют осуществить подход практически к любым
структурам и классам органических соединений.
Особенно интересными в синтетическом плане являются диазосоединения,
имеющие в своей структуре, наряду с диазофункцией, другие реакционноспособные
группы. К таким полифункциональным диазосоединениям относятся, прежде всего, αвинил-α-диазокарбонильные соединения (ВДС), которые в ряде случаев оказались
эффективными исходными соединениями при получении различных природных и
биологически активных веществ, а также успешно используются как предшественники
винилкарбенов, карбеноидов, илидов, циклопропенов и других реакционноспособных
интермедиатов. Хотя первое сообщение о получении незамещенного винилдиазометана
появилось еще в 1910 году, химия соединений этого класса стала активно развиваться
сравнительно недавно, когда для проведения реакций диазосоединений стали применять
катализаторы на основе родия и других металлов переменной валентности.
Вместе с тем, как показывает анализ литературных данных, принципиальные
закономерности реакций винилдиазокарбонильных соединений с элиминированием и
сохранением азота диазогруппы, а также влияние стереохимии этих ВДС на их
реакционную способность и синтетический потенциал этих полифункциональных
диазосоединений остаются практически неизученными. Это особенно относится к
винилдиазокарбонильным соединениям, имеющим в своей структуре перфторалкильные
группы, которые могли бы быть использованы для синтеза труднодоступных другими
путями (фторалкил)содержащих гетероциклических соединений, для генерирования
неизвестных ранее фторсодержащих интермедиатов, аналогов тех, которые образуются из
нефторированных диазосоединений.
Так что изучение основных закономерностей и синтетических возможностей
реакций фторалкилсодержащих и нефторированных
винилдиазокарбонильных
соединений, а также разработка удобных методов синтеза ВДС различной структуры,
необходимых для этих исследований, представлялось актуальной и перспективной
задачей диссертационного исследования.
Цель диссертационной работы заключалась в разработке эффективных методов
синтеза 3-(перфторалкил)содержащих (F) и нефторированных (H) винилдиазокарбонильных соединений, установлении их конфигурации и выяснении влияния
пространственного расположения заместителей при винильной двойной связи на
направление реакций с сохранением и элиминированием атомов азота диазогруппы.
Научная новизна исследования.
Впервые установлено влияние стереохимии 4-(алкоксикарбонил)винилдиазокарбонильных соединений на направление их термических реакций и показано, что ВДС
с транс-расположением CO2Alk и С=N2 функциональных групп при двойной С=С-связи
легко циклизуются в пиразолы, тогда как их аналоги с цис-конфигурацией не
претерпевают 1,5-электроциклизацию. В то же время фосфазины винилдиазокарбонильных соединений с цис-расположением функциональных групп при двойной
С=С связи легко вступают в реакцию диаза-Виттига с образованием F- и Н-пиридазинов,
а их аналоги с транс-конфигурацией в тех же условиях остаются неизменными. Впервые
3
установлено, что направление Rh(II)-катализируемых реакций 4-алкоксикарбонил- и 4цианозамещенных винилдиазоацетатов с диенами (фуранами, пирролом) определяется
пространственным расположением и объемом функциональных групп при винильной
связи. При этом цис-4-(алкоксикарбонил)винилдиазоацетаты дают, главным образом,
продукты внутримолекулярных 1,3- и 1,5-электроциклизаций промежуточных Rh(II)винилоксокарбеноидов в циклопропены и фураны, тогда как транс-стереоизомеры
претерпевают исключительно межмолекулярные превращения - циклопропанирование
двойной связи диенов и последующую перегруппировку Коупа.
Практическая ценность работы.
Разработаны препаративные методики синтеза 3-замещенных (H, Me, Ph, Rf,
TBSO)
4-(алкоксикарбонил)винилдиазокарбонильных соединений. Показано, что
последовательность реакций Виттига и диазопереноса наиболее эффективна при
получении Н-винилдиазосоединений (общие выходы ВДС на двух стадиях до 72%), тогда
как обратный порядок этих реакций (сначала диазоперенос, затем - реакция Виттига)
более пригоден для синтеза F-винилдиазокарбонильных соединений (выходы на двух
стадиях 37-61%). На основе реакций
винилдиазокарбонильных соединений с
сохранением и элиминированием атомов азота диазогруппы разработаны эффективные
методики синтеза различных фторалкилсодержащих и нефторированных гетероциклических соединений: 3Н-пиразолов (с помощью термических превращений ВДС);
перфторалкилсодержащих пиридазинов (с использованием внутримолекулярной реакции
диаза-Виттига соответствующих фосфазинов); фторалкилсодержащих фуранов,
трициклооктенов и бициклооктатриенов - с помощью Rh(II)-катализируемых реакций
винилдиазокарбонильных соединений с диенами.
Апробация диссертационной работы. Основные результаты диссертационной
работы представлялись на 6 конференциях: II Научная Конференция Студентов и
аспирантов (С.-Петербург, 25 апреля 2008 г.), XV Международная конференция «Химия
Соединений Фосфора» (С.-Петербург, 27 мая - 1 июня 2008 г.), Международная
конференция «Химия соединений с кратными углерод-углеродными связями» (С.Петербург, 16 -19 июня 2008 г.), V Международная конференция молодых ученых «Вклад
университетов в развитие органической химии» (С.-Петербург, 22-25 июня 2009 г.), III
Международная Конференция "Химия Гетероциклических Соединений", посвященная
95-летию со дня рождения профессора Алексея Николаевича Коста (Москва, 18-21
октября 2010 г.), V Международный симпозиум «Химия алифатических
диазосоединений: достижения и перспективы» (С.-Петербург, 7-8 июня 2011 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи и тезисы 6 докладов.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 144 страницах и
состоит из введения, обзора литературы, обсуждения полученных результатов,
экспериментальной части, списка цитированной литературы. В обзоре литературы
рассмотрены основные способы получения винилдиазокарбонильных соединений, а
также известные реакции с сохранением и элиминированием атомов азота диазогруппы.
В обсуждении изложены результаты собственных исследований. Список литературы
состоит из 223 наименований.
На защиту выносятся результаты проведенного исследования, включающие:
1. сравнительное изучение и разработку эффективного метода синтеза 3-(перфторалкил)содержащих винилдиазокарбонильных соединений и их нефторированных аналогов;
4
2. установление влияния конфигурации F- и Н-винилдиазокарбонильных соединений на
их внутримолекулярную циклизацию в пиразолы;
3. установление закономерностей превращения F- и Н-винилдиазокарбонильных
соединений в пиридазины с помощью тандемного процесса - реакции Штаудингера и
диаза-Виттига;
4. выяснение закономерностей Rh(II)-катализируемых реакций F- и Н-винилдиазокарбонильных соединений с алкенами и диенами и влияния стереохимии этих ВДС на
направление их каталитических превращений.
2.
Основные результаты и их обсуждение
В качестве объектов исследования был выбран ряд H- и F-винилдиазокарбонильных соединений 1a-i,
1
2
1
R
R
Alk
имеющих различную природу и
a
H
OMe
Me
объем заместителей R1 при
b
Me
OMe Me
CO2Alk
CO2Et
атоме C-3 винильной связи (R1
O
c
Me
OEt
Et
(CH2)n
= H, Me, Rf, Ph, TBSO), а также
CO2Et
d
Me
Me
Me
1
2
циклические диазосоединения R
R
e
Ph
OEt
Et
N2
N2
1j,k с фиксированной цисf
CF3
OMe Me
конфигура-цией*). В качестве
1j,k
g
CF3
Me
Me
1a-i
реактивов Виттига применяли
h
C3F7
OEt
Et
n = 1(j)
(алкокси-карбонил) трифенил
2(k)
i TBSO OMe Me
фосфора-ны 3а (Alk = Me) и 3b
(Alk = Et), а также (этоксикарбонил)-трибутилфосфоран 3с, а в качестве диенов – фуран
20a, диметилфуран 20b и пиррол 20c.
2.1. Синтез винилдиазокарбонильных соединений 1
В работе проведено экспериментальное сравнение двух разных подходов к
введению диазофункции в структуру целевой молекулы:
CO2Alk
O
Подход "A,B"
A
O
O
R
1
R
R1 =
Alk,
2
R
1
B
R
Подход "B,A"
2
O
O
RF
2
R
1
B
A
R
2
CO2Alk
O
R
1
R
2
N2
1
N2
• путь “A,B”, который предполагает первоначальное создание структуры непредельного
соединения (A) и последующее введение диазофункции в эту структуру (B), например, с
помощью реакции диазопереноса;
• путь “B,A”, предусматривающий вначале синтез диазокарбонильного предшественника
(B), а затем создание с помощью той или иной методологии винильной группы у
диазоуглеродного атома (A).
__________________________________
*)
Для обозначения взаимного расположения функциональных групп (CO2Alk, CN2) при С=С
двойной связи рассматриваемых соединений в работе использовали “цис-транс”-символику,
поскольку применение Z-E-номенклатуры приводит к одинаковым символам у фторсодержащих и
нефторированных винилдиазосоединений с противоположной конфигурацией.
5
Путь “A,B”. Стадия “A”: синтез винилкарбонильных соединений с помощью
реакции Виттига. Изучение реакции Виттига с различными 1,3-дикарбонильными
соединениями показало, что эффективность ˝олефинирования˝ одной из карбонильных
групп дикарбонильного субстрата 2с-k существенно зависит от его структуры,
используемого реактива Виттига и условий проведения реакции.
a) Реакция Виттига с нефторированными 1,3-дикарбонильными соединениями 2сe. Реакция ацетоуксусного эфира 2c с фосфоранами 3а,b в бензоле при 80 оС в течение 48
ч дает винилэфиры 4с,c' с выходами 52-63%.
R
+ R3P=CHCO2 Alk
3a-c
O
O
1
R
2
CO2Alk
O
- R3P=O
R
1
R
2
№
1
2
3
4
5
R
H
Me
Me
Ph
CF3
R
OMe
OEt
Me
OEt
OMe (OEt)
Alk
Me
Et (Me)
Me
Et
Me
6
7
8
CF3
(CH2)3
(CH2)4
Me
OEt
OEt
Me
Et
Et
*)
2
R
- ArSO2NH2
4
a
c
d
e
f
g
j
k
R=Ph
52-63
5-38
83-86
75-85
57-60
50
1
R
2
N2
1a-g,j
4a-g,j,k
2b-k
1
CO2Alk
O
+ ArSO2N3
DBU
R=n-Bu
85
-
1
a
c(с')
d
e
f
-
g
j
k
Выход, %
63-85
56-73
45-60
72
*)
18
23-43
60
-
По данным спектров ЯМР 1Н с внутренним стандартом
Бензоилуксусный эфир 2е с фосфораном 3b (Alk=Et) в этих условиях не реагирует,
а с триc-н-бутилфосфораном 3с в толуоле при 110 оС (23 ч) с выходом 85% был получен
3-фенилзамещенный глутаконовый эфир 4e. Реакция карбоциклических кетоэфиров 2j,k с
фосфораном 3b приводит к образованию региоизомеров с эндоциклическим положением
двойной связи эфиров 4j,k.
б) Фторсодержащие 1,3-дикарбонильные соединения F-2f,g c фосфораном 3а
образуют винилкарбонильные соединения F-4f,g с выходами 75-86%, реакции протекает
хемоселективно по трифторацетильной карбонильной группе.
Стадия “B”. Cинтез винилдиазокарбонильных соединений 1a-g,j с помощью
реакции диазопереноса проводили из соответствующих винилкетонов и эфиров 4a-g,j, в
качестве донора диазофункции применяли 4-(ацетамидо)бензолсульфонилазид (p-ABSA),
а в качестве основания - 1,8-диазабицикло[5,4,0]ундец-7-ен (DBU).
a) Синтез Н-винилдиазокарбонильных соединений 1a-e,j. Выходы нефторированных винилдиазокарбонильных соединений H-1a-e,j на этой стадии, как правило,
превышают 50% и получается только один регио- и стереоизомер диазосоединения Н-1ae,j. В реакционной смеси обычно присутствуют также пиразолы 6a-d (3-52%), которые
легко отделяются хроматографированием смеси на силикагеле.
б) Реакция диазопереноса на карбоциклический винилэфир 4j также с хорошим
выходом дает винилдиазоэфир 1j (45-58%). В то же время аналогичная реакция с его
гомологом 4k (n=2) не приводит к образованию целевого диазоэфира 1k.
в) Фторалкилсодержащие винилдиазосоединения F-1f,g. Выходы винилдиазокетонa F-1g и винилдиазоэфира F-1f в оптимальных условиях составили 43% и 18%. В
отличие от винилдиазоацетата F-1f, винилдиазокетон F-1g представляет собой смесь
стереоизомеров в соотношении (1:1).
6
Путь “B,A”. Стадия "B": синтез диазокарбонильных соединений 7b,e-i.
Нефторированные диазодикарбонильные соединения H-7b,e-i получали по общей
методике диазопереноса с использованием в качестве основания Et3N. Фторсодержащие
аналоги F-7f-h синтезировали по разработанной нами методике получения фторалкилсодержащих диазодикарбонильных соединений с применением p-ABSA и DBU.
O
O
O
Et2O, RT
O
+Ph3P=CH-CO2Me
+ p-ABSA, DBU
R
1
R
2
R
1
R
2
R
-Ph3P=O
N2
2b,e-i
№
1
2
3
4
5
6
CO2Me
O
1
1
2
R
R
Me
Ph
CF3
CF3
C3F7
CH2CO2Me
OMe (OEt)
OMe (OEt)
OMe (OEt)
Me
OEt
OMe
2
N2
1f-h
7b,e-i
2b,e-i
b(c)
e'(e)
f
g
h
I
R
7b,e-i
b(c)
e
f(f')
g
h
i
Выход, %
75-86
89-90
66, 74 *)
43-55
61
72
1f-h
c
e
f
g
h
Выход, %
87-93
64-68
83
*) Получен ацилированием диазоуксусного эфира трифторуксусным ангидридом
Стадия "A". a). Взаимодействие H-диазодикарбонильных соединений H-7c,e с
реактивом Виттига. Диазосоединения H-7c,e с фосфораном 3b в Et2O в течение 7–10
дней не реагируют. В более жестких условиях реакцию не проводили, т.к
диазодикарбонильные соединения при температурах выше 60 ºС неустойчивы.
б) Олефинирование F-диазодикарбонильных соединений. Реакция Виттига
диазосоединений F-2f-h протекает в мягких условиях и с высокими выходами (64-93%).
Реакция хемоселективна и идет только по F-ацильной карбонильной группе, в то время
как H-ацетильная и алкоксикарбонильные группы с фосфораном 3а не реагируют.
в) Альтернативные варианты “винилирования” диазокарбонильных соединений.
CO2Et
Кросс-сочетание диазоуксусного эфира.
CO2Et
CO2Et
Диэтиловый эфир цис-диазоглутаконовой
Pd(TPP)4
+
CO2Et
кислоты 1a получали кросс-сочетанием
N2
I
(алкоксикарбонил)винилйодида с диазоN2
уксусным эфиром на Pd-катализаторе.
цис-1a; 58-64%
Дегидратация диазоспиртов. Наиболее удовлетворительные результаты при
дегидратации диазоспиртов 9b,e,f были получены только на примере 3-Me-замещенного
диазоспирта 9b с использованием хлорокиси фосфора (выход ВДА 1b' 33%) и в режиме
“one-pot reaction” (выход диазосоединения 1b' 37%).
CO2Et
O
CO2Et
CO2Me
R
N2
7b,e,f
+
AcOH
HO
CO2Me
R
Li
R = Me, Ph, CF3
CO2Et
POCl3 или
(CF3CO)2O
CO2Me
R
N2
N2
9b,e,f; 18-99%
1b'
Силилирование енольной формы диазо соединения енол-7i. Реакция 1,3бис(метоксикарбонил)диазоацетона 7i с TBSOTf в присутствии триэтиламина приводит к
смеси цис-транс-изомеров винилдиазосоединения 1i с общим выходом более 80%.
7
CO2Me
Et3N
CO2Me
O
CO2Me
CO2Me
TBDMSOTf
CO2Me
HO
N2
- CF3SO2OH
O
t-Bu
N2
N2
1i; 81%
транс/цис ~ 20:1
енол-7i
7i
CO2Me
Si
Силильная группа винилдиазоэфира 1i чрезвычайно легко гидролизуется с
образованием диазокетоэфира 7i.
О стереохимии H- и F-винилдиазокарбонильных соединений 1a-i.
Конфигурации впервые полученных винилдиазокарбонильных соединений 1d,e,g,i
определяли с помощью спектроскопии ЯМР. Винилдиазоэфир Н-1e представляет собой
индивидуальный цис-изомер, что подтверждается nOe между орто-протонами фенильной
группы и метиновым атомом водорода у винильной двойной связи.
H
MeO2C
CO2Et
nOe
H
H
CO2Et
Ph
CO2Me
nOe
nOe
CO2Me
TBSO
CO2Me
TBSO
N2
N2
N2
цис-1e
цис-1i
транс-1i
Аналогичным образом установлено, что
основной изомер продукта силилирования
диазокетоэфира 7i является транс-изомером
1i, тогда как минорный стереоизомер имеет
цис-конфигурацию. Винилдиазокетон F-1g
представляет собой смесь цис- и трансстереоизомеров в соотношении ~1:1.
CO2Me
H
nOe
CF3
nOe
MeO2C
+
CF3
Me
H
O
N2
O
Me
N2 COLOC
транс-1g
цис-1g
~ 1:1
Сравнение эффективности подходов “A,B” и “B,A” к структуре 4-(алкоксикарбонил)замещенных H- и F-ВДС 1 позволяет заключить, что:
CO2Alk
O
AlkO2C
O
1
2
R
R
R
транс-1a-d,g,
R
N2
N2
цис-1a,e-j
1j
транс-1a-d,g,j
1
2
№
R , R , Alk
1a
b,c
b'
d
g
i
H, OMe, Me
Me, OAlk, Alk
Me, OMe Et
Me, Me, Me
CF3, Me, Me
TBSO, OMe, Me
Подход;
Выход (%)
a)
85%
A,B; 29-46%
c)
B,A; 33-37%
A,B; 23%
d)
A,B; 16-37%
e)
B,A; 46%
CO2Et
2
1
N2
CO2Et
цис-1a,e-j
1
2
№
R , R , Alk
1a
e
f
g
h
i
j
H, OEt, Et
Ph, OEt, Et
CF3, OMe, Me
CF3, Me, Me
C3F7, OEt, Et
TBSO, OMe, Me
Циклоалкил, Et
a)
Подход;
Выход (%)
b)
B,A; 49-54%
A,B; 61%
B,A; 57-69%
B,A; 28-37%
B,A; 51%
e)
B,A; 2%
A,B; 34-36%
Выход реакции диазопереноса (стадия “B”) с использованием коммерчески доступного 4а.
c)
Олефинирование (стадия “A”) кросс-сочетанием диазоуксусного эфира. Олефинирование (стадия
d)
e)
“A”) дегидратацией диазоспиртов.
Смесь цис- и транс-стереоизомеров (1:1). Олефинирование
(стадия “A”) с помощью силилирования диазокетоэфира 7i.
b)
8
• путь “A,B” более эффективен при получении нефторированных ВДС H-1a-e,j, так как
дает возможность синтезировать эти диазосоединения с общими выходами на двух
стадиях до 60%, тогда как выходы F-винилдиазосоединений 1f,g в аналогичных условиях
составляют не более 16-37%;
• путь “B,A”, напротив, гораздо эффективнее для синтеза F-винилдиазосоединений,
выходы которых на двух стадиях процесса составляют 37-69%;
• олефинирование диазодикарбонильных соединений с помощью реакции Виттига
требует наличия у реагирующей карбонильной группы достаточно сильных
электроноакцепторных заместителей; в связи с этим у нефторированных
диазодикарбонильных соединений, не имеющих такой дополнительной активации
группы С=О, путь “B,A” реализовать не удалось;
• основным ограничением подхода “A,B” при получении H-ВДС является циклизация в
пиразолы 6, однако проведение реакции при пониженных температурах (0-5оС) позволяет
в значительной степени минимизировать этот побочный процесс.
2.2. Реакции винилдиазосоединений с сохранением азота диазогруппы
Основной задачей этой части исследования было сравнительное изучение реакций
F- и H-винилдиазосоединений с образованием пиразолов и пиридазинов. Исходные
винилдиазосоединения синтезировали по схеме “A,B” или “B,A”. Фосфазины транс11a,с,d,g, транс-12a,b,d,g и цис-12a,b,g получали по реакции Штаудингера из ВДС 1 из
соответствующих фосфинов [PPh3 и P(NMe2)3], фосфазин цис-12b получали фотохимической изомеризацией стереоизомера транс-1b. Взаимодействие цис-ВДС 1a,i,j с
трифенилфосфином обратимо и равновесие сдвинуто в сторону исходных реагентов,
тогда как реакция с более нуклеофильным P(NMe2)3 дает устойчивые, не
диссоциирующие в растворе фосфазины цис-12.
CO2Alk
O
CO2Alk
O
+ PX3, RT
Et2O, CH2Cl2 или CH3CN
R
1
R
R
2
1
N
X = Ph или NMe2
N2
транс-изомеры
11; X = Ph
12; X = N(Me2)3
R1, R2, Alk = H, OMe, Me (a),
H, OMe, Me (a),
Me, OEt, Et (c),
Me, OMe, Me (b),
Me, Me, Me (d),
Me, Me, Me (d)
CF3, Me, Me (g)
CF3, Me, Me (g)
Исходные
соединения
1
2
NPX3
11, 12
цис-изомеры
12; X = N(Me2)3
H, OEt, Et (a),
Me, OMe, Me (b),
CF3, Me, Me (g)
1
№
R
R , R , Alk
2
Условия реакции
X
11,12
Выход, %
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
транс-1a
транс-1c
транс-1d
1ga)
транс-1a
транс-1b
транс-1d
1ga)
цис-1a
транс-12b
H, OMe, Me
Me, OEt, Et
Me, Me, Me
CF3, Me, Me
H, OMe, Me
Me, OMe, Me
Me, Me, Me
CF3, Me, Me
H, OEt, Et
Me, OMe, Me
Et2O, 2-5 ч
-''-''-"Et2O, 10 мин
-''-''-"CH2Cl2, 1 ч
hν
Ph
-''-''-"N(NMe2)3
-''-"-"-"-"-
транс-11a
транс-11с
транс-11d
транс-11g
транс-12a
транс-12b
транс-12d
транс-12g
цис-12a
12b
87
86
74
45
92
72
91
18
22
60 b)
11
цис-1g
CF3, Me, Me
Et2O, 10 мин
-"-
цис-12g
71
а)
b)
В реакции Штаудингера использовалась смесь стереоизомеров 1g (1:1).
Выход смеси стереоизомеров 12b (~ 1:1).
9
Геометрия двух фосфазинов H-11с, F-11g была установлена с помощью рентгеноструктурных исследований (Рис. 3, 4). Ввиду того, что эти фосфазины имеют ту же
конфигурацию, что и исходные ВДС H-1с, F-1g, стереохимия остальных фосфазинов транс-11a,d, транс-12a,b,d,g, цис-12a,b,g - была принята такой же, что и у исходных
винилдиазосоединений транс-1a,b,d,g и цис-1a,b,g.
Термические реакции транс-винилдиазокарбонильных соединений 1. При
нагревании в бензоле (80-81 oC) винилдиазосоединения H-1a-d,i в течение 5-10 мин
превращаются в пиразолы H-6a-d,i (86-96%).
AlkO2C
R
R
O
, [1,5]-ЭЦ
1
R
2
PhH, кипя
чение
5-10 мин
транс-1a-d,i
транс-1a-d,i
1
2
R , R , Alk
CO2Me
N
N H
2
R CO
N2
№
1
6a-d,i; 86-96%
6a-d,i
86-89%
Выход, %
1
a
H, OMe, Me
a
86
2
b
Me, OMe, Me
b
96
3
c
Me, OEt, Et
c
86
4
d
Me, Me, Me
d
85
5
i
TBSO, OMe, Me
i
87
Дикарбометоксидиазоацетон 7i в аналогичных
каталитических количеств Et3N дает 4-гидроксипиразол 6i'.
условиях
MeO2C
MeO2C
CO2Me
CO2Me
HO
CO2Me
1 ч, 80 oC
N2
N
N H
MeO2C
N2
6i'; 87%
енол-7i
7i
присутствии
HO
C6H6 / Et3N
O
в
Очевидно, что добавление Et3N смещает равновесие в сторону енольного
таутомера диазокетоэфира 7i, который далее превращается в пиразол 6i'.
Термические реакции цис-винилдиазосоединений 1a,e,i,j. Нефторированные
ВДС цис-1a,e,i,j оказались гораздо инертней, чем их транс-аналоги 1a-d,i. По данным
спектров ЯМР 1H нагревание ВДС цис-1a,e,i,j в растворах бензола при 60-81 ºС в течение
1-2 ч не приводит к каким-либо изменениям. При более длительном нагревании (20 ч)
винилдиазоэфира цис-1a образуется смесь пиразола 6a и фурана 13а, а нагревание цисдиазоглутаконата 1а при 120 °C (без растворителя) дает только пиразол 6а.
CO2Alk
O
1
R
1
R
R
2
2
R CO
N2
*)
цис-1
a
-"e
i
j
1
N
N H
R
+
2
R CO
R , R , Alk
H, OEt, Et
-"-
2
Условия реакции
80-81 ºC, 20 ч, PhH
120 ºC, 1 ч
6
a
-"-
Ph, OEt, Et
TBSO, OMe, Me
(CH2)3, OEt, Et
120 ºC, 2 ч
60 ºC, 2 ч, CHCl3
120 ºC, 1 ч
e
i
j
Выход, %
*)
59(68)
колич.
87
**)
(50)
-
В скобках указаны выходы по спектрам ЯМР 1Н с внутренним стандартом
При 50% конверсии исходного диазосоединения 1i
**)
10
O
OAlk
13a,j; 27-42%
6a,e,i; 50-99%
1a,e,i,j
№
1
2
3
4
5
1
CO2Alk
13
a
-"-
Выход, %
27(32)
-
e
i
j
42
цис-Винилдиазоэфир 1i в этих условиях ведет себя аналогично транс-изомеру 1i и
при нагревании дает тот же пиразол 6i. Однако, период полупревращения транс-ВДС 1i в
CDCl3 при 60 oC составляет 3.5 ч, а у цис-изомера 11 ч.
Нагревание 3-Ph-замещенного цис-ВДА 1e при 120 °C (без растворителя) приводит
к пиразолу 6e с высоким выходом. В то же время винилдиазоэфир 1j, у которого цисконфигурация фиксирована циклической структурой молекулы, при нагревании в течение
часа в аналогичных условиях дает фуран 13j.
Термолиз фторсодержащих винилдиазосоединений цис-F-1f,g. Фторированные
ВДС F-1f,g, имеющие цис-конфигурацию, термически очень устойчивы. Например,
винилдиазоацетат цис-F-1f при нагревании вплоть до 100 °C не разлагается в заметной
степени и не циклизуется в пиразол, а при 110-120 °C он претерпевает частичное
разложение с образованием бициклического аддукта 14 (66%).
OMe
Ac
CO2Me
Me
80 oC, 1.5 ч
MeO2C
CF3
- N2
N2
R2 = Me
CO2Me
N
MeO2C
R2 = OMe
CF3
MeO2C
цис-1f,g
15; 37%
CF3
120 oC, 10 мин
2
CF3
- N2
CF3
COR
MeO2C
N
H
14; 66%
Термолиз винилдиазокетона цис-F-1g (80 °C, без растворителя) в течение 1.5 ч в
качестве основного продукта реакции дает циклогептатриен 15 (37%). Структура
основных продуктов 14 и 15 термических реакций цис-ВДС F-1g надежно доказана с
помощью рентгеноструктурного анализа (Рис. 5, 6).
Для сравнения реакционной способности цис- и транс-F-винилдиазосоединений,
был проведен термолиз смеси стереоизомеров F-1g (~1:1). При этом оказалось, что
транс-изомер 1g полностью разлагается при 50-51 °С в хлороформа в течение 60 мин,
тогда как цис-изомер F-2g в этих условиях относительно стабилен и был регенерирован
из реакционной смеси с выходом 25%. Основным продуктом термолиза транс-изомера
является соответствующий циклопропен 16g (выход 26% по данным спектров ЯМР 1Н).
O
CF3
COMe
Me
O
50-51 oC, 60 мин
H
CO2Me
COMe
Смесь
; CHCl3
стереоизомеров 1g
50-51 oC, 100 мин
(цис/транс, 1:1)
; CHCl3
CO2Me
Me
CF3
16g; (26%)
17; 28%
+ непрореагировавший
цис-1g; 25%
+ непрореагировавший
цис-1g; 45%
Образование циклопропена 12 в ходе реакции было подтверждено термолизом
смеси цис,транс-изомеров F-2g в присутствии диена, в результате которого был получен
аддукт 17 циклопропена 16g с сильваном. Более стабильный цис-изомер F-1g, как и при
термолизе в отсутствие диена, был регенерирован из реакционной смеси (45%).
Реакции транс-фосфазинов 11a,с,d,g и 12a,b,d,g. Попытки превратить трансфосфазины Н-11a,с,d в пиридазины в обычных для реакции диаза-Виттига условиях
(комнатная температура, Et2O) не увенчались успехом.
AlkO2C
+ PX3, r.t.
H-11a,c,d
; - PPh3
R
1
NPX3
N
COR
R
80
oC,
CO2Alk
1-2 ч
1. - PPh3
2. [1,5]-ЭЦ
2
1
2
R CO
N
N H
X = Ph
11a,c,d,
12a,b,d
6a,c,d; 89-96%
11
Проведение реакции при повышенной температуре (в бензоле, 80 ºС) также не дает
пиридазины. Вместо них с высокими выходами (89-98%) были выделены пиразолы
6a,с,d. Последние, очевидно, образуются в результате термической диссоциации
фосфазинов 11a,с,d на исходные компоненты (PPh3 и диазосоединения транс-1a,с,d),
которые в условиях реакции и дают пиразолы. В связи с этим, из ВДС 1a,b,d c
использованием P(NMe2)3 были получены фосфазины Н-12a,b,d, которые, однако, даже
при кипячении в бензоле в течение двух суток не претерпевали каких-либо изменений.
Реакции цис-ВДС 1a,e,g,j с фосфинами и превращения фосфазинов 12a,b,e,g.
CO2Alk
CO2Alk
R
CO2Alk
1
R
+ PX3
R
CO2Alk
1
N
N2
OAlk
AlkO2C
N
CO2Et
;
N
N
NPX3
цис-1a,e,g,j
№
1
2
3
4
5
6
7
- O=PX3
CO2Et
1
H2N
8a,e,g,j; 68-94%
11,12a,e,g,j
цис-1
a
-"g
-"e
j
-"-
1
2
R , R , Alk
H, OEt, Et
-"CF3, OMe, Me
-"Ph, OEt, Et
(CH2)3, OEt, Et
(CH2)3, OEt, Et
Условия реакции
RT, 12 ч, CH2Cl2
80-81 ºC, 2 ч, PhH
RT, 12 ч, PhH
80-81 ºC, 0.5 ч, PhH
80-81 ºC, 2 ч, PhH
RT, 5 дней, Et2O
RT, 36 ч, CH3CN
X
NMe2
-"Ph
NMe2
NMe2
Ph
NMe2
18j; 17%
8
a
-"g
-"e
j
-"-
Выход, %
78
92
94
(99)
68
53
89
Реакции цис-ВДС 1a,e,g,j с P(NMe2)3 при 18-20 ºС или при нагревании в бензоле с
высокими выходами дают пиридазины 8a,e,g,j. В случае цис-диазоглутаконата цис-1b был
выделен также промежуточный фосфазин 12a (20%), который сравнительно устойчив,
однако при нагревании быстро циклизуется в соответствующий пиридазин 8a.
Взаимодействие F-винилдиазоэфира цис-1g с P(NMe2)3 в растворе Et2O проходит
экзотермично и заканчивается в течение 10 мин. После разделения смеси был выделен
цис-фосфазин 12g (71%), который также оказался сравнительно устойчивым, но при
хранении или нагревании с высоким выходом дает пиридазин 8g. При использовании
трифенилфосфина наряду с пиридазином 8j был выделен с 17% выходом гидразон 18j,
являющийся продуктом гидролиза промежуточного фосфазина 11j.
Приведенные результаты позволяют заключить, что первоначально образующиеся
в реакционной смеси цис-стереоизомеры фосфазинов претерпевают спонтанную
внутримолекулярную реакцию диаза-Виттига, и в результате тандемного процесса дают
пиридазины 8. В то же время транс-изомеры фосфазинов 11, 12 в реакцию диаза-Виттига
не вступают.
Фотохимическая изомеризация транс-фосфазинов 12a,b в цис-изомеры и
последующая циклизация в пиридазины. На примере транс-фосфазинов 12a,b была
предпринята попытка провести их фотохимическую изомеризацию в цис-стереоизомеры с
последующей циклизацией в пиридазины 8a,b.
MeO2C
R
1
CO2Me
NPX3
NPX3
N
hv
R
1
CO2Me
транс-12a,b
N
1
OMe
12b; 55-60oC
N
MeO2C
CO2Me
цис-12a,b
R
12a; r. t.
- O=PX3
R1 = H (a), Me (c); X = P(NMe2)3
12
N
8a, 23%; 8b, 67%
+
Непрореагировавший
Фосфазин
12a, 76%; 12b, 29%
При УФ облучении транс-фосфазина 12a (λ > 210 нм) в растворе бензола (20 оС,
20 ч) из реакционной смеси был выделен пиридазин 8а (23%) и смесь цис-транс–
изомеров непрореагировавшего фосфазина 12a (76%, ~1:1.6). УФ облучение
трис(диметиламино)фосфазина транс-12b, проведенное при более высокой температуре
(в бензоле, при 55-60 оС, 15 ч), дает пиридазин 8b с выходом 67%.
Таким образом, под действием УФ света транс-фосфазины 12а,b изомеризуются в
цис-изомеры 12a,b, которые в результате последующей термической реакции диазаВиттига превращаются в пиридазин 8a.
Об образовании пиразолов и пиридазинов из цис- и транс-ВДС 1. В результате
проведенных исследований, установлено, что транс-ВДС H-1a-d,i, аналогично винилдиазометану, легко претерпевают внутримолекулярную циклизацию в соответствующие
пиразолы 6a-d,i что свидетельствует о хорошей корреляции их структурных параметров с
необходимыми условиями дисротаторного замыкания цикла в пиразол. В то же время,
цис-ВДС 1a,e-g,i,j оказались гораздо инертнее транс-изомеров 1a-d,g,i в этих условиях.
Существенные различия в реакционной способности транс- и цис-ВДС 1, повидимому, обусловлены нарушением необходимой для 1,5-циклизации в пиразол
копланарности диазоалкеновой сопряженной системы у цис-ВДС 1 из-за стерического
взаимодействия объемной цис-CO2Alk группы при кратной связи с диазо- и ацильной
(R2CO) группами в s-цис- и s-транс-конформациях молекулы винилдиазосоединения.
цис-/транс-изомеризация
1
CO2Alk
1
R
R
CO2Alk
+
N
2
R
CO2Alk
+
2
OCR
R CO
N
1
?
N
2
R CO
N
s-транс
+
N
N
s-цис
Кроме того, расстояние между реакционными центрами, участвующими в
циклизации, очевидно, слишком велико (3.64 Å в случае 1j, т.е. на 0,16 Å больше, чем у
винилдиазометана), что требует сильного искажения линейной структуры диазогруппы
винилдиазосоединения 1 для замыкания пиразольного кольца.
Образование пиридазинов 8 из ВДС 1 происходит в результате тандемного
процесса, на первой стадии которого образуется винилфосфазин. Последний в ходе
реакции диаза-Виттига циклизуется в пиридазин 8 с элиминированием окиси фосфина.
R
1
OAlk
1
2
OAlk
1
O
+ PX3
R CO
R
N
N
O
2
R CO
N
N
P
8
- X3P=O
PX3
Чрезвычайно легкому протеканию реакции диаза-Виттига и внутримолекулярной
циклизации винилфосфоранов в пиридазины способствует цис-конфигурация исходных
винилдиазоэфиров цис-1a,e,g,j, которая благоприятствует четырехчленному переходному
состоянию, образование которого в ходе реакции диаза-Виттига можно предположить по
аналогии с классической реакцией Виттига. В случае ВДС 1a-d,g транс-расположение
функциональных CO2Alk и СN2PX3 групп соответствующих фосфазинов затрудняет
сближение С=О и P=N связей, участвующих в реакции. Тем самым образование
переходного состояния оказывается практически невозможным и внутримолекулярная
реакция диаза-Виттига транс-ВДС 1a-d,g не реализуется.
13
2.3. Rh(II)-Катализируемые реакции цис- и транс-винилдиазокарбонильных
соединений с фуранами и пирролами
Основная задача этого раздела диссертационного исследования заключалась в
выяснении влияния 3-перфторакильной группы 4-(алкоксикарбонил)винилдиазоацетатов
на направление каталитических превращений по сравнению с реакциями Н-аналогов и в
сравнительном изучении Rh(II)-катализируемых реакций цис- и транс-винилдиазокарбонильных соединений в присутствии диенов.
цис-изомеры
R
R
R
CO2Alk
1
Диены 20а-с
транс-изомеры
R
N2
CO2 Alk
1
O
20a
N2
цис-1a,e,f,l
Me
O
Me
20b
транс-1i,l
R,R1, Alk
CO2Et, H, Et (a),
CO2Et, Ph, Et (e),
CO2Me, CF3, Me (f),
CN, CF3, Me (l).
N
R,R1, Alk
CO2Me, TBSO, Me (i),
CN, CF3, Me (l).
Boc
20c
В качестве объектов исследования использовали цис-1a,e,f,l и транс-1i,l
винилдиазосоединения, а в качестве диенов – фуран 20a, диметилфуран 20b и пиррол 20c.
Для
выяснения
реакционной
способности
фторалкилсодержащих
Rh(II)винилоксокарбеноидов с обычными алкенами и в отсутствие непредельных соединений,
были проведены также опыты по каталитическому разложению F-винилдиазоацетата 1f в
растворе стирола и циклогексана.
Каталитическое разложение винилдиазосоединений 1 проводили, главным
образом, тетраацетатом диродия, но в отдельных случаях для сравнения применяли также
тетраоктаноат диродия и Rh2(S-DOSP)4, которые, как правило, более селективны и
гораздо лучше растворимы в органических растворителях, чем Rh2(OAc)4.
а) Каталитическая реакция транс-винилдиазоацетата 1l со стиролом дает
практически с количественным выходом смесь диастереомерных циклопропанов в
соотношении 91:9 независимо от способа проведения реакции (быстрое или постепенное
в течение двух часов прибавление диазосоединения).
NC
NC
CO2Me
CF3
N2
Rh2L4
(1 моль. %)
0.5-2 ч, 40-45 oC
- N2
транс-1l
CO2Me
CF3
Ph
25
L: a) OOct; 99% (91:9)
b) S-Dosp; 78%(99%)
(91:9, ее 82%)
Реакция с хиральным Rh2(S-DOSP)4 дает ту же самую смесь диастереомеров (91:9)
с преобладанием одного из энантиомеров (82% ее) основного диастереомера. Последний
был выделен в индивидуальном виде с 78% выходом после разделения смеси диастереомеров на силикагеле и последующей перекристаллизации. Структура и конфигурация
циклопропана 25 были установлены с помощью рентгеноструктурного анализа (Рис. 11).
б) Разложение F-винилдиазоэфира 1f в циклогексане с заметной скоростью
наблюдалось только в относительно жестких условиях (10 ч при 80-81 ºС по сравнению с
реакциями Н-аналогов при 35-40 ºС или при пониженной температуре). В качестве
14
основных продуктов этой каталитической реакции были выделены фуран 13f и
циклоаддукт 19 (препаративные выходы 51% и 11%, соответственно).
O
F3C
CO2Me
Rh2(OAc)4
CO2Me
CF3
10 ч, 80-81
O
OMe
F3C
MeO2C
13f; 51% (51%)
цис-1f
H
CO2Me
CF3
+
MeO2C
oC
- N2
N2
OMe
CO2Me
19; 11% (21%)
Строение соединения 19, как циклоаддукта Дильса-Альдера промежуточного
циклопропена 16 (R1 = CO2Me, R2 = CF3; R3 = OAlk) с образующимся фураном 13f, было
установлено с помощью рентгеноструктурного анализа (Рис. 7).
в) Каталитическое разложение винилдиазоацетата 1f в присутствии
диметилфурана 20b изучали в различных условиях, однако практически во всех опытах
в качестве основных продуктов реакции были фуран 13f и циклоаддукт Дильса-Альдера
17f. Наиболее высокие выходы соединений 13f и 17f (31 и 35 %) были получены при
нагревании ВДС 1f непосредственно в среде диметилфурана при 92-94 ºС в течение 7 ч.
Тетраоктаноат диродия и Rh2(S-DOSP)4 в этой реакции оказались более эффективными
катализаторами, чем тетраацетат диродия.
CO2Me
Me
CO2Me
CF3
O
Rh2(OAc)4
1
2
3
4
5
6
7
8
CO2Me
O
7 ч, 92-94 oC
цис-1f
№
CO2Me
CF3
+
MeO
N2
Me CO Me
2
13f; 30%(31%)
L
OAc
-“-“-“OOct
-“-“S-DOSP
Условия реакции
H
Me
O
CF3
Me
17f; 30%(35%)
Выход, %
a),b)
d) e)
(b), 3 + 5 ч, PhH, 80-81 °C
(b), 5 + 12 ч, PhH, 80-81 °C
(b), 7 + 12 ч, PhH, 80-81 °C
(a), 7 ч, без растворителя, 92-94 °C
(b), 3 + 1.5 ч, PhH, 80-81 °C
(a), 2 ч, без растворителя, 92-94 °C
(a), 12 ч, без растворителя, 92-94 °C
(a), 1.5 ч, без растворителя, 92-94 °C
a)
c)
13f
17f
37 (38)
32(50)
24(29)
30 (31)
61
64
(32)
47 (58)
16 (16)
(21)
(16)
30 (35)
(11)
-
)
Приведено время реакции, растворитель, температура. b Во всех случаях, кроме оп. 7 использовали
2% моль катализатора, в оп. 7 - 0.2 % моль). c) В скобках указаны выходы по данным спектров ЯМР 1H
d)
e)
с внутренним стандартом.
26 % ВДА 1f не прореагировало.
При использовании товарного
катализатора Aldrich прореагировало 10 % ВДЭ 1f.
Таким образом, в отличие от опубликованных ранее результатов каталитического
разложения аналогичных винилдиазоацетатов,1 нам не удалось обнаружить в
реакционной смеси циклопропенов или продуктов перегруппировки Коупа.
Сравнительное изучение Rh(II)-катализируемых реакций цис- и транс-ВДА.
Реакции цис-1a,e,f,l винилдиазоацетатов
а) Каталитическая реакция цис-диазоглутаконата 1а практически с
количественным выходом приводит к образованию только фурана 13a.
____________________________________________________
1.
Wang Y., Zhu S., Zhu G., Huang Q. Tetrahedron 2001, 57, 7337-7342.
15
R
R
R
CO2Alk
1
O
- N2
AlkO2C
O
Me
13a,f,e
цис-1a,f,e,l
R
OAlk
N2
1
Me H
+ 20b, Rh2L4
CO2Alk
CO2Alk
17f,e
Выходы, %
ВДС 1
R ,R
Alk
Условия реакции
1a
1e
1f
1l
H, CO2Et
Ph, CO2Et
CF3, CO2Me
CN, CF3
Et
Et
Me
Me
30 мин, CH2Cl2, 40-42 °C
10 ч, без растворителя, 92-94 °C
7 ч, без растворителя, 92-94 °C
1 ч, без растворителя, 60 °C
13a,f,e,l
17a,f,e,l
99
24
31
8
35
-
-
б) 3-Ph-Замещенный цис-винилдиазоацетат 1e оказался гораздо стабильнее, чем
его незамещенный аналог, цис-диазоглутаконат 1a, поэтому реакцию проводили при 9294 ºС с использованием Rh2(OOct)4 в растворе кипящего диметилфурана 20b в течение 10
ч. Из реакционной смеси с невысокими выходами были выделены фуран 13e (24%) и
циклоаддукт 17e (8%), а основным продуктом реакции здесь оказался пиразол 6e (56%).
в) В реакциях 3-CF3-замещенного цис-винилдиазоацетата 1f независимо от
используемого катализатора образуются, по существу, только фуран 13f и циклоаддукт
Дильса-Альдера 17f (более подробно результаты этих реакций рассмотрены выше).
Ни в одной из вышеприведенных реакций цис-винилдиазоацетатов 1a,f,e в
реакционной смеси не были обнаружены продукты циклопропанирования или п. Коупа.
г) Каталитическое разложение 3-CF3-4-CN-замещенного цис-винилдиазоацетата
F-1l проводили тетраацетатом и тетраоктаноатом диродия при 60 ºС в течение часа в
растворе диметилфурана 20b.
CN
CO2Me
CF3
Rh2(OOct)4
или
Rh2(OAc)4
+ Me
O
N2
цис-1l
Me
60oC, 1 ч
- N2
Me
Me CN
CN
H
Me
20b
O
O
CF3
CO2Me
H
SiO2
Me
CF3
CO2Me
22; 38-54%
экзо-21l; (43-72%)
Анализ спектров ЯМР 1Н показал, что первоначально в реакционной смеси
образуется экзо-бициклоокта-2,6-диен 21l, однако после разделения смеси на силикагеле
в качестве единственного продукта реакции был выделен изомерный бициклоокта-3,6диен 22. Строение его было подтверждено рентгеноструктурным анализом (рис. 10).
Таким образом, направление каталитических реакций цис-4-CN-винилдиазоацетата
1l существенно отличается от реакций цис-4-CO2Alk-замещенных аналогов 1a,f,e.
Реакции транс-винилдиазоацетатов 1a,i,l.
а) Каталитическое разложение транс-диазоглутаконата H-1а в присутствии
диметилфурана, изученное ранее,2 приводит к образованию бициклоокта-2,6-диена 21а.
При этом, как полагают авторы, вначале происходит циклопропанирование
промежуточным винилоксокарбеноидом одной из двойных связей диена, а затем перегруппировка Коупа образующегося дивинилциклопропана 30.
_______________________________________
2.
Davies H.M.L., Clark. D.M., Alligood D.B., Eiband G.R. Tetrahedron 1987, 43, 4265-4270.
16
O
Me
R
Me
O
R
Me
R
CO2Alk + 20b, Rh2L4
1
R
[3,3]
- N2
R
Me
N2
AlkO2C
транс-1a,i,l
R
O
H
SiO2
30
CN
H
1
CO2Alk
1
Me
R = CF3;
R1 = CN
CF3
Me
CO2Me
22
21a,i,l
Выходы, %
1
ВДС 1
R ,R
Alk
Условия реакции
H-1a
H-1i
F-1l
H, CO2Et
TBSO, CO2Me
CF3, CN
Et
Me
Me
CH2Cl2, 40-42 °C
3 ч, без растворителя, 40-45 °C
1 ч, без растворителя, 20-25 °C
21a,i,l
22
70-85
5
67
47-66
б) Каталитическая реакция 3-CF3-4-CN-замещенного транс-винилдиазоацетата
1l с диметилфураном 20b (по данным спектров ЯМР 1Н) вначале дает практически с
количественным выходом эндо-бициклоокта-2,6-диен 21l, который, при разделении
реакционной смеси на SiO2, претерпевает (как и экзо-изомер 21l в опыте с цисвинилдиазоацетатом 1l) изомеризацию в бициклоокта-3,6-диен 22. При разделении смеси
без использования SiO2 первоначальный продукт п. Коупа эндо-21l был выделен с
выходом 67%. Структура и конфигурация бициклооктадиенов 21l и 22 установлены с
помощью рентгеноструктурного анализа (Рис. 9, 10).
в) Каталитическая реакция 3-TBSO-замещенного транс-винилдиазоацетата H-1i
с диметилфураном по данным спектров ЯМР 1Н, приводит, в основном, к образованию
бициклооктадиена 21i. Однако, после колоночной хроматографии реакционной смеси на
силикагеле продукт п. Коупа 21i был выделен с очень низким выходом (5%) из-за
легкого гидролиза продуктов реакции, содержащих (третбутилсилилокси)группу.
г) Реакции 3-CF3-4-CN-замещенного транс-винилдиазоацетата 1l с фураном и
пирролом. Каталитическое разложение транс-винилдиазоацетата 1l в растворе фурана
20a и N-Boc-пиррола 20c приводит к бициклоокта-2,6-диенам 23 и 24 соответственно.
O
O
N
NC
H
CN
CF3
CO2Me
boc
Rh2(OAc)4
20 мин, 35-40 oC
- N2
23; 91%(95%)
CO2Me
CF3
N2
Rh2(OOct)4
20 мин, 35-40 oC
- N2
транс-1l
boc
N
H
CN
CF3
CO2Me
24; (92-96%)
Остаток после удаления избытка диенов 20b и 20c по данным спектроскопии ЯМР
1
Н содержит практически только продукты реакции 23 и 24. однако в чистом виде был
выделен только октадиен 23.
Полученные в работе результаты свидетельствуют о том, что основными
продуктами Rh-катализируемых реакций цис-винилдиазоацетатов 1 являются фураны и
аддукты Дильса-Альдера промежуточных циклопропенов с диенами, присутствующими в
реакционной смеси. Наиболее вероятные пути образования фуранов 13, циклопропенов
16, и циклоаддуктов Дильса-Альдера 17, 19 из винилдиазокарбонильных соединений
1a,e,f представлены ниже на схеме и могут быть сформулированы следующим образом.
Каталитическое разложение диазосоединений 1a,e,f генерирует Rh(II)-винилоксокарбеноид 32, который претерпевает внутримолекулярную [1,5]-электроциклизацию с
образованием фуранов 13a,e,f или, путем [1,3]-электроциклизации, обратимо
17
превращается в циклопропен 16. Последний реагирует с ‘ловушкой’ 20b, давая аддукты
Дильса-Альдера 17e,f, 19, или под действием катализатора (RhLn) претерпевает
расщепление связи C1-C3 или C2-C3 с образованием винилкарбеноидов 32.
В то же время Rh(II)-катализируемые реакции транс-винилдиазокарбонильных
соединений 1 в присутствии диенов дают, в основном, бициклооктадиены 21i,l, 23, 24, т.
е. продукты п. Коупа первоначально образующихся дивинилциклопропанов. При этом
образование продуктов внутримолекулярных превращений 13, 16 или 17, характерных
для реакций цис-винилдиазоацетатов, у транс-аналогов обнаружить не удалось.
O
OAlk
OAlk
O
O
O
OAlk
H
AlkO
CO2Alk
1
R
+ RhLn
- N2
1
R
RhLn
R
- RhLn
1
R
CO2Alk
32
1a,e,f
2
3
CO2Alk
+ RhLn
1
CO2Alk
N2
-
+ RhLn
1
16
- RhLn
Me
1
R
O
Me
O Me
CO2Alk
AlkO2C
OAlk
O
Me
13a,e,f
1
CO2Alk
R
17e,f
Косвенным аргументом в пользу первоначального циклопропанирования алкенов
(фторалкил)содержащими винилоксокарбеноидами можно считать результаты реакции
транс-3-CF3-винилдиазоацетата 1l со стиролом, где с количественным выходом был
получен винилциклопропан 25. Тем самым было впервые показано, что основное
направление Rh(II)-катализируемых реакций 3-(фторалкил)замещенных трансвинилдиазоэфиров вполне аналогично превращениям транс-винилдиазоацетатов Н-1a,i,
т.е. изменение электронных факторов за счет введения сильной электроноакцепторной
группы в структуру ВДС, очевидно, не оказывает существенного влияния на общее
направление реакции транс-винилоксокарбеноидов с непредельными субстратами по
сравнению с Н-аналогами.
Причина кардинального различия в направлении каталитических реакций ВДС
цис-1а,e,f и транс-1а,i,l, по-видимому, заключается в стереохимических особенностях
структуры цис- и транс-винилоксокарбеноидов, генерируемых из винилдиазосоединений
1: транс-винилкарбеноиды 32а,i,l, реагируя с алкеном по общепринятой схеме,
позволяют интермедиату транс-36 легко циклизоваться в циклопропан 33, поскольку
группа EWG1 у транс-винилкарбеноида повернута в противоположную сторону от
кабеноидного С-атома и не препятствует замыканию циклопропанового кольца.
В то же время, у цис-аналогов 32а,e,f такой вариант циклизации, очевидно, не
может реализоваться, поскольку группа цис-EWG1 фактически перекрывает доступ
электрофильного атома С-1 алкена к С-атому винилкарбеноида, несущему частичный
отрицательный заряд, препятствуя замыканию циклопропанового кольца. В результате цис-винилоксокарбеноиды 32 претерпевают внутримолекулярные превращения.
EWG
R
1
1
3
EWG
3
3
R
δ+
1
EWG
1
2
Rh
транс-36
EWG
2
1
R
δ+
1
2
33
Rh
Rh
Винилциклопропан
цис-36
18
Следует, однако, отметить, что в ряде случаев, особенно - при повышенной
температуре, у цис-ВДС 21l в той или иной степени наблюдаются реакции, характерные
для транс-изомеров. Например, при каталитическом разложении 4-CN-замещенных
транс- и цис-винилдиазоацетатов F-1l происходит образование фактически одних и тех
же продуктов реакции - бициклооктенов 21l. Вполне вероятно, что возможность
протекания этой реакции обусловлена меньшим объемом заместителя CN, по сравнению
с группой CO2Alk у его аналогов 1а,e,f. Можно предположить, что стерическое
взаимодействие между группами R3 и CN у интермедиата цис-36 значительно меньше,
чем в случае более объемной группы CO2Alk, поэтому замыкание циклопропанового
кольца здесь становится возможным, и реакция протекает по той же схеме, что и у трансаналогов.
Нельзя также исключить возможность частичной изомеризации при повышенной
температуре цис-винилдиазосоединений в транс-изомеры и последующих превращений
транс-изомера либо по обычной схеме тандемного процесса циклопропанирования –
перегруппировки Коупа, либо путем циклизации в пиразол, как это наблюдалось у 3-Phзамещенного винилдиазоацетата 1e. Наличие сильных электроноакцепторных групп
(CO2Alk, СN) у терминального атома винильной двойной связи С-4 винилдиазоацетатов 1
должно благоприятствовать цис-транс-изомеризации и последующим процессам.
Выводы
1. Установлено, что последовательность реакций Виттига и диазопереноса наиболее
эффективна при получении Н-винилдиазокарбонильных соединений (общие выходы до
72%), тогда как у F-аналогов в тех же условиях выходы не превышают 13-38%. Обратная
последовательность этих реакций (сначала диазоперенос, затем - реакция Виттига) более
эффективна для синтеза F-винилдиазокарбонильных соединений (выходы на двух
стадиях 37-61%).
2. Конфигурация образующихся в результате этих реакций F- и Н-винилдиазокарбонильных соединений, очевидно, контролируется объемом заместителя при атоме С3 винильной связи: диазосоединения с небольшим объемом группы при атоме С-3 (Н,
CH3) имеют транс-конфигурацию, а их аналоги с более объемными заместителями (Ph,
CF3) являются цис-стереоизомерами.
3. Винилдиазокарбонильные соединения с транс-расположением функциональных групп
у винильной связи легко циклизуются в пиразолы, тогда как их аналоги с цисконфигурацией не претерпевают 1,5-электроциклизацию. В то же время фосфазины ВДС
с цис-расположением функциональных групп при двойной С=С связи легко вступают в
реакцию диаза-Виттига с образованием F- и Н-пиридазинов, а их аналоги с трансконфигурацией в тех же условиях остаются неизменными.
4. Направление Rh(II)-катализируемых превращений 4-алкоксикарбонил- и 4цианозамещенных винилдиазоацетатов в присутствии диенов (фуранов, пиррола) при
обычной температуре, очевидно, определяется пространственным расположением и
объемом функциональных групп при винильной связи: цис-винилдиазоацетаты в этих
условиях дают, главным образом, продукты внутримолекулярной циклизации Rh(II)винилоксокарбеноидов в циклопропены и фураны, тогда как транс-стереоизомеры
претерпевают исключительно межмолекулярные превращения - циклопропанирование и
последующую перегруппировку Коупа.
19
Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:
Статьи:
1. Супургибеков М.Б., Hennig L., Schulze B., Николаев В. А. О стереохимическом
аспекте внутримолекулярной реакции диаза-Виттига // Журнал органической химии,
2008. Т. 44. С. 1866-1869.
2. Supurgibekov M.B., Zakharova V.M., Sieler J., Nikolaev V.A. Stereochemistry and
reactivity of F- and H-vinyldiazocarbonyl compounds and their phosphazines to produce
pyrazoles and pyridazines // Tetrahedron Letters, 2011. V. 52. P. 341-345.
3. Супургибеков М. Б., Янюк А.С., Николаев В.А. Реакции диаза-Виттига фосфазинов
диазокетоэфиров: синтез тетразамещенных фторалкилсодержащих пиридазинов //
Журнал органической химии, 2011. Т. 47. C. 1232-1235.
Тезисы докладов и сообщений:
4. Супургибеков М.Б., Захарова В.М., Николаев В.А. Винилдиазокарбонильные
соединения в синтезе пиразолов и пиридазинов: стереохимия диазосоединения и
направление реакции // II Научная Конференция cтудентов и fспирантов, Россия, СанктПетербург, 25 апреля, 2008, Сборник тезисов C. 23.
5. Supurgibekov M.B., Nikolaev V.А. Phosphazines from vinyldiazocarbonyl compounds:
stereochemistry and reactivity // XV-th International Conference on the “Chemistry of
Phosphorus Compounds” (ICCPC-XV), Pushkin, RUSSIA, May 27 – June 01, 2008, Abstracts,
P. 274.
6. Supurgibekov M.B., Zakharova V.M., Nikolaev V.А. “Vinyldiazoketones and esters in
the synthesis of fluoroalkyl-containing and nonfluorinated pyrazoles and pyridazine //
International Conference “Chemistry of Compounds with Multiple Carbon-Carbon Bonds”,
RUSSIA, St.Petersburg, June 16 – 19, 2008, Abstracts P. 217.
7. Supurgibekov M.B., Nikolaev V.А. Pyrazoles or pyridazines? Effect of vinyl double bond
configuration on the reactivity of vinyldiazoketones // XV-th International Conference on
Organic Chemistry for Young Scientists “Universities Contribution in the Organic Chemistry
Progress” (InterYCOS-2009), RUSSIA, St.Petersburg, June 22– 25, 2009, Abstracts P. 34.
8. Supurgibekov M.B., Yanyuk A.S., Nikolaev V.A. Synthesis of tetrasubstituted
pyridazines by the diaza-Wittig reaction of phosphazines of diazocarbonyl compounds // III
International Conference on Heterocyclic Chemistry, in Honor of the Professor A.N. Kost’s
95th Anniversary (Kost-2010), RUSSIA, Moscow, October 18– 21, 2010, Abstracts P. 57.
9. Supurgibekov M.B., Nikolaev V.A. Synthesis of 4,6-bis(trifluoromethyl)substituted
pyridazines by the diaza-Wittig reaction of phosphazines of diazocarbonyl compounds // The V
International Symposium “The Chemistry of Aliphatic Diazo Compounds: Advances and
Outlook”, RUSSIA, St.Petersburg, June 7– 8, 2011, Abstracts P. 104.
20
Молекулярная структура некоторых синтезированных соединений
по данным рентгеноструктурного анализа
Рис.1. Молекулярная структура винилдиазоэфира H1a
Рис.2 . Молекулярная структура пиразола H-6а.
Рис. 3. Молекулярная структура фосфазина Н-11с.
Рис. 4. Молекулярная структура фосфазина F-1g.
Рис. 5. Молекулярная структура аддукта 14
Рис. 6. Молекулярная структура аддукта 15
Рис. 7. Молекулярная структура трициклооктена 19
Рис. 9. Молекулярная структура бициклооктадиена
эндо-21l
C11
C10
C12
C13
C7
C6
O3
O1
O2
C8
C5
C4
C3
C9
C2
N1
C1
F1
F3
F2
Рис. 10. Молекулярная структура бициклооктадиена
22
Рис. 11. Молекулярная структура циклопропана 25
21
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
1
Размер файла
765 Кб
Теги
0c58f9730f, uploaded
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа