Содержание к диссертации
Введение
1 Литературный обзор 6
1. Механизм присоединения-элиминирования. Характерные особенности и экспериментальные критерии 6
2. Нуклеофильное замещение у атома галогена 21
2.1. Введение 21
2.2. Основные закономерности и типичные объекты галогенофильных реакций .23
2.3. Развитие представлений о механизме реакции обмена металл-галоген 35
2.4. Галогенофильный механизм в реакциях нуклеофильного замещения 44
2 Обсуждение результатов 51
1. Галогенофильный механизм нуклеофильного замещения. Взаимодействие карбонилатов [CpFe(CO)2]K и [Re(CO)5]Na с первичными перфторированными винилгалогенидами PyCF=CFHal (Hal=Cl, Br; R/= (CF3)3C, F) 52
2. Реакции [CpFe(CO)2]K и [Re(CO)s]Na с ^-галоген- a,(3-дифторстиролами (Hal=F, CI). Механизм присоединения-элиминирования (AdNE) 59
3. Влияние природы винилгалогенида на направление и механизм реакции с различными карбонилат-анионами 67
3.1. Реакции карбонилатов с р-галогенвинилкетонами (На1=С1Д), (3-хлорметилакрилатом и р-хлоракрилонитрилом 67
3.2. Взаимодействие карбонилатов с Р-галогенпроизводными а-фенилакрилонитрила... 70
3.2.1. Реакции с фтор-, хлор- и бромпроизводными PhC(CN)=CHHal (Hal=Br, СІ, F). Механизм ACINE 70
3.2.2. Реакции с р-иод-а-фенилакрилонитрилами PhC(CN)=CRI (R=H, СІ) 73
3.3. Реакции карбонилатов с производными сс-галогенбензилиденмалоновой кислоты, PhC(Hal)=CZ2 (Hal=Cl,Br,I; Z=CN, C02Et), и нитрилом Р-бром-а-метилкоричной кислоты 76
3.4. Реакции карбонилатов с вторичными перфторалкенилхлоридами 82
3.5. Реакции FpK и [Re(CO)s]Na с эфирами а-бром- и а-хлоркоричных кислот 85
3.6. Реакции FpK и Fp*K с неактивированным винилиодидом; р-иодстиролом PhCH=CHI 88
3.7. Основные закономерности, определяющие направление и результат реакции ъ карбонилатов с винилгалогенидами 89
4. Сравнение галогенофильности карбонилат-анионов и "обычных" нуклеофилов в реакциях винильного замещения 93
5. Нуклеофильность карбонилат-анионов в реакциях с винилгалогенидами и, -проблема одноэлектронного переноса 94
5.1. Шкала нуклеофильности карбонилатов в АёкЕ и галогенофильных реакциях. 94
5.2. О возможности стадии одноэлектронного переноса (SET) в реакциях карбонилатов с винилгалогенидами 98
6. Можно ли предсказать направление атаки карбонилата в винилгалогениде: по атому углерода (AdwE) или по атому галогена? 101
3 Экспериментальная часть 112
1. Исходные реагенты 112
1.1. Димеры карбонилов металлов 112
1.2. Винилгалогениды 113
2. Реакции карбонилатов с винилгалогенидами 117
2.1. Взаимодействие [CpFe(CO)2]K и [Re(CO)s]Na с первичными перфторированными винилгалогенидами R,CF=CFHal (1-С1, 1-Br - R/= (CF3)3C, Hal=Cl, Br; 2-Br - R/= F, Hal=Br,) 119
2.2. Реакции [CpFe(CO)2]K и [Re(CO)5]Na с /?-фтор- и /?-хлор-а;/?-дифторстиролами (3-F, З-Z-Cl и З-Е-Сї), /?-хлор-/?-трифторметил-и-хлорстиролом (4-С1) и /?-хлор-/?-фтор-ауи-бис(трифторметил)стиролом (5-С1) 122
2.3. Реакции [Re(CO)s]Na с /?-хлорметилакрилатом (7--С1) и /?-хлоракрилонитрилом (8-С1) 125
2.4. Взаимодействие карбонилатов с /?-хлор- и /?-бромпроизводными а-фенилакрилонитрила (9-Z-Hal и 9-is-Hal, Hal=Cl, Br) 125
2.5. Реакции карбонилатов рения и марганца, [M(CO)s]Na(M=,Re, Мп), с ^-иод-а-фенилакрилонитрилами, PhC(CN)=CRI (R=H,C1) (9-Z-I, 9-^-1, 9-IC1), а-бром и а-иодбензилиденмалононитрилами (10-Br, 10-1) и нитрилом ^-бром-а-метилкоричной кислоты (11-Вг) 128
2.6. Реакции карбонилатов с производными ос-хлорбензилиденмалоновой кислоты, PhC(Cl)=CZ2 (Z=CN, 10-CI, C02Et, 12-C1) 130
2.7. Реакции карбонилатов с вторичными перфторалкенилхлоридами 13-С1, 14-С1 и 15-С1 133
2.8. Реакции FpK и [Re(CO)s]Na с эфирами а-бром- и а-хлоркоричных кислот (16-Z-Brnl9-Z-Cl) 134
2.9. Реакции винилгалогенидов с карбанионами и тиофенолят-анионом 136
3. Проведение кинетических измерений 137
4. Рентгеноструктурный анализ 139
5: Квантовохимические расчёты 140
Выводы 141
Список литературы 143
- Нуклеофильное замещение у атома галогена
- Влияние природы винилгалогенида на направление и механизм реакции с различными карбонилат-анионами
- Сравнение галогенофильности карбонилат-анионов и "обычных" нуклеофилов в реакциях винильного замещения
- Реакции карбонилатов с винилгалогенидами
Введение к работе
Актуальность проблемы
Нуклеофильность является одним из базовых понятий органической химии, а различные реакции нуклеофильного замещения и присоединения - наиболее изученными с точки зрения их механизма. Несмотря на широкий круг изученных нуклеофилов, практически все исследования ограничиваются производными электроотрицательных элементов (Hal", N-, О-, S-нуклеофилы). С-Нуклеофилы уже менее изучены. Существует, однако, совершенно особый класс реагентов, в которых нуклеофильный центр локализован на атоме металла. Реакционная способность подобных нуклеофилов принципиальным образом отличается от наблюдаемой в реакциях "обычных", нуклеофилов и во многом остаётся непонятой. Для реакций металл-центрированных анионов с алкилгалогенидами в литературе часто рассматривается возможность и приводятся доказательства механизма, включающего стадию одноэлектронного переноса (SET), хотя в большинстве случаев эти реакции не удаётся интерпретировать в рамках какого-либо одного механизма. Механизмы реакций металл-центрированных анионов с арил- и винилгалогенидами до начала работ в нашей лаборатории практически не исследовались. Между тем именно нуклеофильное винильное замещение является наиболее сложным процессом среди нуклеофильных реакций и в тоже время наиболее интересным для изучения механизма. Связано это не только с большим разнообразием возможных механизмов, но и с широким набором экспериментальных критериев, позволяющих эти механизмы различить.
Для изучения реакционной способности металл-центрированных анионов мы выбрали анионы карбонилов переходных металлов (карбонилаты, [M(CO)nL]", 1_=СО,Ср). Карбонилаты характеризуются необычайно большим диапазоном нуклеофильности, включая, например, супернуклеофильный анион [CpFe(CO)2]", и широко используются в синтезе различных моно- и полиядерных комплексов. Более того, карбонилаты являются интермедиатами ряда практически важных каталитических процессов, например, карбонилирования алкилгалогенидов и гидроформилирования алкенов.
Ранее в нашей лаборатории было показано, что обращение регио- и хемоселективности ("эффекта элемента", /cF//cHai) в нуклеофильном ароматическом замещении под действием карбонилат-анионов связано с особым механизмом реакции -нуклеофильной атакой карбонилата не по атому углерода, а по атому галогена (схема 1). Образование же продукта нуклеофильного замещения происходит в результате "обратного" сочетания электрофильного (M(CO)nLHal) и нуклеофильного ([R]") интермедиатов галогенофильной реакции.
RHal + [M(CO)nL]" [R- + M(CO)nLHal ] ——-т*- RM(CO)nL
- Hal
Схема 1 Цель работы
Изучение механизмов реакций карбонилатов с винилгалогенидами, прежде всего, с
точки зрения влияния особой природы исследуемых нуклеофилов на направление,
механизм и другие закономерности реакций. Выяснение возможности галогенофильного
механизма винильного замещения под действием карбонилатов и его значения в сравнении
с классическим механизмом присоединения-элиминирования (AdNE). Создание шкалы
нуклеофильности карбонилатов по отношению к л-электрофилам.
Новизна и практическая ценность работы
Впервые обнаружен галогенофильный механизм (схема 1) замещения галогена на нуклеофил в алкенилгалогенидах. Показано, что нуклеофильная атака карбонилата по атому галогена является общим явлением и выступает в качестве основной альтернативы классическому AdNE механизму нуклеофильного винильного замещения. Изучено влияние строения винилгалогенида, природы замещаемого галогена, а также нуклеофильности карбонилата, на направление, а в ряде случаев, и кинетику реакций, установлены основные закономерности, определяющие выбор между галогенофильным и "карбофильным" AdNE механизмами реакций с карбонилатами. На нескольких примерах показана более высокая "галогенофильность" металл-центрированных карбонилат-анионов по сравнению с обычными С- и S-нуклеофилами. Впервые установлена субстрат-независимая шкала нуклеофильности для реакций винильного замещения по AdNE механизму с использованием в качестве нуклеофилов карбонилат-анионов. Показано, что нуклеофильность карбонилатов хорошо коррелирует с соответствующими параметрами для алифатического замещения, но изменяется в намного более широком диапазоне (14 порядков величины кна6п). Предложена теоретическая модель, позволяющая предсказать направление и скорость (кна6п) реакций винилгалогенидов с карбонилатами, а в перспективе, и другими нуклеофилами и построить ряд электрофильности винилгалогенидов в AdNE и галогенофильных реакциях.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ (6 статей и 5 тезисов докладов).
Апробация работы
Материалы диссертации представлены на 10"ом Международном симпозиуме IUPAC "Organometallic Chemistry directed towards Organic Synthesis" (Versailles, France, 2001), на Международной конференции "Механизмы органических реакций и интермедиаты" (Санкт-Петербург, Россия, 2001), на 15"ои и 18"ои конференциях IUPAC по физической органической химии, (ICPOC-15, Goteborg, Sweden, 2000 и ICPOC-18, Warsaw, Poland, 2006) и на 1Г0М Европейском симпозиуме по органической реакционной способности (Faro, Portugal, 2007).
Объём и структура работы
Диссертационная работа изложена на 168 страницах машинописного текста и состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части и выводов, содержит 12 таблиц и 19 рисунков, список цитируемой литературы включает 300 наименований.
Нуклеофильное замещение у атома галогена
В органической химии под нуклеофильным замещением традиционно понимается замещение у атома углерода (схема 1а), что, безусловно, оправдано и основано на огромном опытном материале, накопленном за два столетия развития органической химии. В то же время формально можно представить и альтернативный путь взаимодействия с нуклеофилом — по атому галогена (S Hal, схема Іб), в котором органический радикал (R) в RHal выступает в качестве уходящей группы, образуя карбанион. Амбидентность связи C-Hal по отношению к нуклеофильной атаке отнюдь не является только формальной, она реализуется в большом числе известных галогенофильных реакций [74]. И хотя нуклеофильная атака по электроотрицательному атому галогена может показаться весьма необычным процессом, в настоящее время можно говорить о признании S Hal механизма (см. гл. 2.3). Ничего удивительного нет и в том, что атака по атому галогена не проявилась в классических исследованиях механизма нуклеофильного замещения у sp3 атома углерода [75]. Моделями в этих исследованиях служили реакции простых алифатических галогенидов с "обычными" нуклеофилами (RO , RS", НаГ), для которых галогенофильная атака не характерна. Квантовохимический расчёт, выполненный на достаточно высоком уровне (метод G2(+)), показывает, что для систем СНзНаї + НаГ (в т.ч. На1=1) нуклеофильная атака по атому углерода термодинамически более выгодна, чем по атому галогена [76]. Галогенофильные реакции имеют свой круг типичных субстратов и нуклеофилов и свои специфические закономерности (гл. 2.2).
При определённых условиях галогенофильные реакции становятся одними из самых быстрых гетеролитических процессов (см. стр. 43-44) [77-82]. Если нуклеофил представляет собой металлорганическое соединение (например, RLi), то результатом такой галогенофильной реакции будет обмен галогена в RHal на металл. Реакции обмена металл-галоген являются, по-видимому, наиболее известным и практически важным классом галогенофильных реакций. Литийорганические соединения принадлежат к числу сильнейших "галогенофилов" и проявляют очень высокую склонность реагировать по атому галогена, а не по атому углерода. Представляется неслучайным, что именно для реакции обмена металл-галоген был впервые постулирован [83,84] механизм с нуклеофильной атакой по атому галогена (SN2Hal), а в последствии получены убедительные подтверждения этого механизма (см. гл. 2.4.). -Hal-Схема 2. Следует, однако, отметить, что обмен металл-галоген не обязательно является конечным результатом галогенофильной реакции. Образующийся карбанион (или металлорганическое соединение), как правило, достаточно активен и способен вступать в дальнейшие превращения. Протонирование карбаниона (в протонной среде) приведёт к гидродегалогенированию органического субстрата (схема 2а). При наличии в карбанионе хорошей уходящей группы процесс может завершиться её элиминированием (схема 26). Возможен и хорошо описан синхронный вариант галогенофильного -элиминирования (ЕгНаї) без образования промежуточного карбаниона [74,85]. Ещё один путь превращения интермедиатов галогенофильной реакции включает взаимодействие карбаниона с исходным органическим галогенидом и приводит к димерам R-R (схема 2в), результату формально неотличимому от радикального сдваивания.
Совершенно особый случай представляет собой взаимодействие карбаниона с электрофильной частицей, возникающей из нуклеофила, NuHal, поскольку такое взаимодействие приводит к тем же продуктам, что и обычная реакция нуклеофильного замещения (схема 2г). Фактически, это своеобразный "галогенофильный" механизм нуклеофильного замещения, такие реакции мы рассмотрим в заключительной части обзора (гл. 2.4.). В ходе галогенофильной реакции разрывается связь углерод-галоген и, следовательно, лёгкость их протекания должна быть связана с прочностью этой связи, которая уменьшается от фтора к йоду. В этом же ряду увеличивается поляризуемость и уменьшается невыгодная для взаимодействия с нуклеофилом по атому галогена поляризация связи С -Hal . Отметим, что во многих типичных субстратах галогенофильных реакций, например перфторалкилиодидах, галоген становится положительным концом диполя. Правда, решающую роль здесь, по-видимому, играют не зарядовые, а орбитальные взаимодействия. Рассмотрение простейшей корреляционной диаграммы взаимодействующих МО показывает увеличение связывающего, стабилизирующего взаимодействия от фтора к йоду с понижением энергии разрыхляющей ст-орбитали связи С-На1 (рис. 1). Связь углерод-фтор вообще не подвержена галогенофильной атаке, по крайней мере, нам не известны достоверные примеры "фторофильных" реакций. Что же касается остальных, "тяжёлых", галогенов, то, как и следовало ожидать, реакционная способность их производных возрастает от хлора к йоду. На качественном уровне эта тенденция подтверждается множеством примеров, и прежде всего, металлированием органических галогенидов по реакции обмена металл-галоген [86-88]. Большое число интересных примеров галогенофильных реакций до 1982 г приводится в обзоре Н.С. Зефирова и Д.И. Махонькова [74], поэтому при необходимости вместо оригинальной литературы мы будем ссылаться на этот обзор. Круг хлорофильных реакций достаточно узок и практически ограничивается субстратами, содержащими электроноакцепторные заместители в а-положении к галогену [74,89-91], полигалогенпроизводными [74,92-99], а также хлорацетиленами [100-102]. Бромиды, хотя и менее активны, чем иодиды, но в силу большей доступности представляют собой наиболее изученный в этом плане класс соединений. Количественные данные о влиянии природы галогена на скорость галогенофильных реакций весьма ограничены. Однако все они показывают более резкое увеличение скорости галогенофильных реакций от хлора к брому и далее к йоду, чем в реакциях нуклеофильного замещения у sp3 атома углерода (схема 3):
Влияние природы винилгалогенида на направление и механизм реакции с различными карбонилат-анионами
На примере взаимодействия карбонилатов железа и рения с первичными полифторалкенилгалогенидами RCF=CFHal (1-С1 — 3-CI, 1-Вг, 2-Вг) показано, что нуклеофильное винильное замещение под действием карбонилатов может протекать как по обычному механизму присоединения-элиминирования (ACINE, схема 6), так и по галогенофильному механизму (схема 1). При этом для перехода от механизма ACINE К галогенофильному достаточно заменить фенильную группу в PhCF=CFCl (3-Z-C1) на (СРз)зС (1-С1). В последующих главах мы постараемся установить вклад каждого из указанных механизмов в реакциях карбонилатов с более широким кругом активированных винилгалогенидов. Последние различаются как природой атома галогена (С1, Вг, I), так и степенью активации к галогенофильной и нуклеофильной ("карбофильной") атаке, а также пространственным строением реакционного центра. Использование сильно активированных винилгалогенидов даёт возможность расширить круг исследуемых карбонилат-анионов, включив в него и менее активные карбонилаты марганца, вольфрама и молибдена. Одновременно это позволит получить данные о нуклеофильности для всего ряда исследуемых карбонилатов, причём как в "карбофильных" Аа«Е, так и в галогенофильных реакциях. В этом разделе вначале мы рассмотрим реакции, протекающие по ACINE механизму, затем более сложные смешанные случаи и, наконец, галогенофильные реакции.
Взаимодействие карбонилатов с /?-хлорвиниларилкетонами ранее уже изучалось А.Н. Несмеяновым с сотр [224-226]. yS-Хлорвиниларилкетоны реагируют со всеми, даже слабо нуклеофильными, карбонилатами, однако их реакции с [Мп(СО)5]К и [СрМо(СО)3]К (по литературным [225] и нашим данным) не приводят к каким-либо индивидуальным продуктам.1 Взаимодействие карбонилатов железа, FpK, и вольфрама, [Ср\У(СО)з]К, с я7/7Янс-/?-хлорвинилфенилкетоном (6-E-CY), как показало прямое наблюдение за реакцией методом ЯМР Н, приводит к соответствующим транс-а-винильным комплексам (6-E-Fe и 6-E-W) с количественными выходами (схема 7). Более низкие выходы (40-60%), приводимые в литературе [224,225], очевидно, связаны с неустойчивостью продуктов и их разложением при вьщелении. Методом ЯМР Н получены также данные о скорости реакции 6-Е-С1 с [Ср"\(СО)з]К (fc„flo7=0.0 л/(моль-с) при 22С). 7. Высокий выход продукта нуклеофильного замещения 6-E-Fe в реакции FpK с 6-Е-С\ в присутствии Г-ВиОН не вызывает удивления. Более интересно, что аналогичный результат получен и в реакциях /ирдно/7-иодвинилфенилкетона (6-Е-1) с FpK, а также смеси цис/трстс-томеров у -иодвинилфенилкетона с карбонилатом вольфрама, [Ср\(СО)з]К, (схема 7)2. Такой результат, как и отсутствие продукта гидродеиодирования (6-Н) при проведении реакции с добавкой "анионной ловушки" (t-BuOH), позволяет исключить галогенофильный механизм (схема 1) для этих реакций. Об этом же свидетельствует и образование соответствующих ст-винильных комплексов 6-jE"-Re и б-Z-Re, а не гало(ацил)ренатов, в реакции иодвинилкетона 6-Е-1 с [Re(CO)s]Na (схема 7). Таким образом, даже винилиодиды могут реагировать с карбонилатами по нуклеофильному АёкЕ механизму (схема 6), по крайней мере, при сильной активации двойной связи и отсутствии пространственных затруднений для атаки нуклеофила. Взаимодействие [СрА(СО)з]К с /?-иодвинилфенилкетоном (Z:=3:l) приводит к смеси Z и -изомеров продуктов 6-Z-W и б-ii-W примерно в той же пропорции (Z:E=4:l), то есть замещение происходит с сохранением ZIE конфигурации двойной связи.
В то же время реакция с [Re(CO)s]Na нестереоспецифична: из транс-изомера. 6-Z-I образуется смесь транс- и умоизомеров продуктов б-E-Re и б-Z-Re, хотя и в этом случае преобладает сохранение конфигурации (схема 7). С высокой селективностью протекают реакции [Re(CO)s]Na с менее активированными (чем 6-С1) -/?-хлорметилакрилатом (1-Е-С1) и /? хлоракрилонитрилом (8-С1, E:Z=5:\). МеООС Н го ,ол, пК1 МеООС Н [Re(CO)5]Na ТГФ, 22С И Реакции завершаются за несколько минут (для реакции с 7-Е-С1 кнавл-0.6 л/(моль-с) при 25С) и приводят к соответствующим ст-винильным комплексам с почти количественными выходами без каких либо побочных продуктов (схема 8).1 В отличие от реакций [Re(CO)5]Na с /?-галогенвинилкетонами 6-С1, 6-І, конфигурация продуктов 7-"-Re и 8-Re(:Z=6:l) соответствует конфигурации исходных винилхлоридов. Взаимодейстиве карбонилатов с /?-хлор- (9-Z-C1, 9-Е-СХ) и /?-бром-ос фенилакрилонитрилами (9-Z-Br, 9-іГ-Вг) приводит, как с Z-, так и -изомерами, только к одному продукту нуклеофильного замещения (схема 9), то есть протекает с полным сохранением конфигурации двойной связи. Отнесение ZIE-конфигурации продуктов замещения основано на измерении ядерного эффекта Оверхаузера (ЯЭО). Например, при облучении дублета орто-протонов Ph-группы в Z-изомере (9-Z-W) ЯЭО (7%) наблюдается только на сигнале винильного протона, в -изомере (9-is-W) ЯЭО на сигнале винильного протона заметно меньше (4%), но ЯЭО (4%) наблюдается на сигнале Ср-группы.1 Выходы продуктов замещения высокие, часто количественные (табл. 6), при этом не наблюдается образования димеров карбонилатов или других побочных продуктов. Исключением в этом плане является реакция 9-Z-Br с карбонилатом железа, FpK, в которой, как и практически во всех реакциях FpK, образуется некоторое количество димера Fp2.
Сравнение галогенофильности карбонилат-анионов и "обычных" нуклеофилов в реакциях винильного замещения
Получение карбонилат-анионов и их реакции с винилгалогенидами проводили в вакууме ( 10 2 мм рт.ст.) в цельнопаянной аппаратуре (рис. 1) или в атмосфере очищенного аргона. Растворители (ТГФ, эфир и др.) "намораживали" (переконденсировали в реактор) по вакуумной линии. Реагенты дозировали по весу (в чистом виде или виде растворов в ТГФ) в тонкостенные стеклянные шарики и ампулы (3 на рис. 16) или в более крупные ампулы с разбиваемыми перегородками (4 на рис. 16), которые затем отпаивали (по перетяжке 7) под вакуумом. Летучие вещества предварительно дегазировали, при необходимости высушивали над подходящим осушителем (Na зеркалом, Р2О5) и конденсировали в ампулу по вакуумной линии. Газообразный при атмосферном давлении бромтрифторэтилен (2-Вг) дозировали по давлению паров (при -40 -60С), после чего разбавляли тетрагидрофураном. Соли карбонилатов получали с количественным выходом восстановлением соответствующих димеров: [CpFe(CO)2]K (FpK), [Mn(CO)5]K, [CpW(CO)3]K и [CpMo(CO)3]K сплавом NaK2)8 в ТГФ [285], [CpMo(CO)3]Li и FpLi — 0.1 % LiHg [239]. [Re(CO)s]Na получали восстановлением Re2(CO)io амальгамой натрия (0.5%) , которую брали в избытке (30-50%). Поскольку образование карбонилата рения протекает не количественно [285], его очищали перекристаллизацией. Re(CO)sNa, полученный из 653 мг (1 ммоль) Re2(CO)io четыре раза кристаллизовали из раствора в ТГФ (5 мл) при -90С. Получали золотисто-желтые кристаллы, очень легко растворяющиеся в ТГФ с образованием раствора чистого желтого цвета. Выход (1.52 ммоль, 75-80% в расчете на Re2(CO)io) определяли двойным титрованием с пентафторпиридином. Растворы карбонилатов получали непосредственно перед экспериментом (в ёмкости 1, приборы В и Г на рис. 1) или заранее, разливая по ампулам на порции, необходимые для проведения отдельных опытов. Реакции обычно проводили с 0.03-0.2 ммоль карбонилата в 0.4-1 мл ТГФ при небольшом (5-20%) избытке субстрата. Реагенты и добавки вводили, разбивая соответствующие тонкостенные шарики 3 или вскрывая перегородки 4 с помощью цельнопаянных бойков б с магнитным сердечником. Пробы реакционной смеси для анализа методом ЯМР отбирали в припаянные к реактору тонкостенные капилляры 5 (с внешним диаметром 3-3.5 мм), которые затем отпаивали (по перетяжке 7) под вакуумом. Отпаянные капилляры помещали внутрь стандартной 5мм ЯМР ампулы, содержащей ацетон-de. В качестве основного метода анализа реакционных смесей использовали спектроскопию ЯМР ( Н, I9F, 13С).
Выходы продуктов реакций определяли по соотношению интегральной интенсивности сигналов продуктов и сигнала внутреннего стандарта, известное количество которого добавляли к реакционной смеси. В качестве внутреннего стандарта в спектрах ЯМР 1Н в основном использовали дурол, 1,2,4,5-С6Н2(СНз)4, в спектрах ЯМР I9F использовали PI1CF3 и CeHsF. Во многих случаях для определения выходов учитывали также данные ИК-спектров реакционных смесей. Для выделения продуктов реакций иногда проводили отдельный эксперимент с увеличенной загрузкой реагентов (0.4-2 ммоль), в других случаях продукты выделяли из реакционных смесей, остававшихся от ЯМР- и ИК-исследований, часто объединяя реакционные смеси нескольких опытов. ст-Винильные комплексы карбонилатов, а также другие нейтральные соединения, выделяли методом колоночной хроматографии на силикагеле (40-100 мкм). Продукты реакций карбонилатов с бромтрифторэтиленом (2-Fe) [286], у#-галогенвинилкетонами (6-E-Fe, 6-E-Re, 6-Z-Re, 6-E-W) [224-226], 1-хлор-2-(трифторметил)гексафторциклопентеном-1 (13-Fe, 13-Re, 13-Mn, 13-W, 13-Mo) [287] и /?-иодстиролом (20-Fe [225] и PhCsCFp [288]) являются описанными соединениями, их ЯМР- и ИК-спектры хорошо согласуются с литературными данными. (2)-а-{1,2,4,4,4-пентафтор-3,3-бис(трифторметил)бут-1-снил}-775-циклопента-диенилдикарбонилжелезо, Z-(CF3)3CCF1=CF2Fe(CO)2Cp (1-Fe), вьщелили из реакции 0.26 ммоль FpK, полученного из 46 мг Fp2 и 0.02 мл сплава NaK2 8 в 5 мл ТГФ, с 91 мг (0.303 ммоль) (CF3)3CCF=CF2, элюент - смесь гексан-хлористый метилен, 4:1. Выход 93 мг (78%). Спектр ЯМР 1Н (ТГФ) 5, м.д.: 5.184 с (Ср); спектр ЯМР 19F (ТГФ) 5F, мл.: -62.53 дд (V 18.0 Гц, V 13.6 Гц, 9F, CF3), -75.6 д дец. (V131 Гц, IF, F2), -149.5 д дец. (IF, F1); спектр ЯМР ,3С (ТГФ) 5, м.д.: 212.21 т (/6 Гц, СО), 181.82 дд (V 336 Гц, 2J90 Гц CF2), 142.02 дд ( У 210 Гц, 2J42 Гц, CF1), 121.15 кв. ( J290 Гц, CF3), 85.47 с (Ср), 62.50 м (CCF3); спектр ИК (ТГФ), v, см"1: 2000с, 2049с; масс-спектр, m/z :458 At, 430 [М-СО]+, 402 [М-2СО]+, 239 [M-(CF3)3C]+, 219 [(CF3)3C]+, 140 [FeCp2]+. Найдено, %: С 34.50; Н 0.99. Ci3H502FnFe. Вычислено, %: С 34.10; Н 1.10. Для характеристики летучего продукта 1-Н реакцию Z-(CF3)3CCF=CFC1, 1-С1, с карбонилатом железа в присутствии a-PhCH(Et)CN провели в диглиме. FpK получили из 197 мг (0.557 ммоль) Fp2 и 0.15 мл NaK2.8 в 10 мл ТГФ. После замены растворителя на диглим (1.5 мл) при -50С последовательно добавили 295 мг (1.96 ммоль) а-PhCH(Et)CN и 294 мг (0.93 ммоль) Z-(CF3)3CCF=CFC1. Через 15 мин реакционную смесь нагрели до комнатной температуры и отогнали летучую фракцию (135 мг), которая, по данным ЯМР и хромато-масс спектров, содержала незначительное количество диглима и ТГФ, 35% исходного олефина 1-С1 и 55% (Z)-l,2,4,4,4 пентафтор-3,3-бис(трифторметил)бут-1-ена, -(CF3)3CCF1=CF2H (1-Н) (выход 28%). Спектр ЯМР Н (ацетон ) 5, м.д.: 8.188 дд (2JH-F 71.6 Гц, 3/H.F 9.1 Гц); спектр ЯМР 19F (ацетон-de) 5, м.д.: -62.23 дд (V 15.9 Гц, V 12.3 Гц, 9F, CF3), -154.34 д м (IF, F2), -169.90 ддм (3JF_F 133 Гц, IF, F1); масс-спектр, m/z (Iom, %): 283 (22) [М+Н]+, 282 (87) АҐ, 263 (60) [M-Ff, 243 (19) [М -HF,-F]+, 213 (67), 194 (86), 181 (36), 175 (94).
Оставшуюся реакционную смесь упарили в вакууме при 80С, удалив диглим и большую часть a-PhCH(Et)CN, и хроматографировали на колонке с силикагелем. Первая фракция, элюированная смесью гексан - эфир, 30:1 в основном содержала (Z)-2 этил-3,4,6,6,6-пентафтор-2-фенил-5,5-бис(трифторметил)гекс-3-еннитрил, Е (CF3)3CCF1=CF2CC6H5(C2H5)CN, 26 мг (7%), который дополнительно очистили хроматографированием на пластине (Silufol-UV254). Спектр ЯМР Н (ацетон-de) 5, м.д.: 7.45-7.60 м (5Н, СбН5), 2.53 м (1Н, СН2), 2.35 м (Ш, СН2\ 1.091 т (3JH-H 7.2 Гц, ЗН, СНз); спектр ЯМР 19F (ацетон-de) 5, м.д.: -61.41 дд (V 18.2 Гц, V 12.5 Гц, 9F5 CF3), -130.65 д м (1/F-F 136 Гц, IF, F2), -150.27 д м (IF, F1); масс-спектр, m/z (70та., %): 425 (65) ЛҐ, 397 (92) [М-С2ЇЇ4)+, 356 (39), 328 (100), 177 (52). Для идентификации в реакционной смеси а-(т/;ет-бутокси)-/?-бр ш-а,а,Д трифторэтана, -BuOCFaCFHBr, провели его встречный синтез реакцией олефина 2-Вг (0.74 ммоль) с избытком /-ВиОН в присутствии 13 мг (0.1 ммоль) /-ВиОКв 2 мл ТГФ при 20С. Спектр ЯМР ,9F (ТГФ) 6, м.д.: -76.66 ддд (2J141 Гц, V14 Гц, 3/H.F 3 Гц, IF), -77.82 ддд (V141 Гц, 3J15 Гц, 3/H-F 6 Гц, IF), -155.30 дт (VH-F 48 Гц,3/ 15 Гц, V 14 Гц, IF). В реакции FpK с 2-Вг в присутствии a-PhCH(Et)CN наблюдали образование сс-(оіД-дифторвинил)-а-фенилбутиронитрила, CHF2=CF C(Et)(Ph)CN, спектр ЯМР 19F (ТГФ) 5, м.д.: -160.3 дц (3JF.F 131 Гц, VH-F 5 Гц, IF, Fl), -169.8 дд (3JF-F 131 Гц, 2JH-F 72.5 Гц, IF, F2); и смеси диастереомеров бром-ДД -трифтор-а-фенил-а-этилбутиронитрила, CFHBrCF2C(Et)(Ph)CN, спектр ЯМР 19F (ТГФ) 8, м.д.: -101.8 и -109.2 дд (2/ 250 Гц, IF), -114.7 и -112.2 дт (-250 Гц, IF), -149.5 и -150.6 дт (IF). В реакциях Re(CO)5Na с винилгалогенидами 1-С1, 1-Вг, 2-Вг, образуются анионные гало(ацил)ренаты, охарактеризованные спектрально в растворе и выделенные в виде двойных комплексов с 18-краун-6 эфиром и диоксаном.
Реакции карбонилатов с винилгалогенидами
Изомер, 3-Z-C1, выделяли из смеси изомеров (Z/E=78/22) действием и-BuLi, преимущественно дегалогенирующего -изомер с образованием PhC=GC4H9. [43]. Стирол 3-Z-C1, использовавшийся для проведения кинетических измерений, содержал 0.4% - 0.7% -изомера и менее 0.2% посторонних примесей. Изомер 3-Е-С1 выделяли из смеси методом препаративной ВЭЖХ на колонке (8 х 300 мм) с обращенной фазой МСНгЮ (силикагель Cis, размер частиц 8Е), элюент - смесь МеОН-Н2О, 80:20, скорость - 4 мл/мин, объем пробы - 560 мкл (30 мг смеси изомеров). Собранный водно-метанольный раствор -изомера разбавляли водой до 50%-ного содержания МеОН, 3-Z-C1 экстрагировали гексаном, который затем отгоняли, а остатки удаляли в вакууме. По данным капиллярной ГЖХ выделенный -изомер содержал 0.5% Z-изомера и не более 0.2% посторонних примесей. . .. Д-Хлор-Д-трифторметил-л-хлорстирол (4-С1) любезно предоставлен проф. В.Г. Ненайденко (химфак МГУ . им. М.В. Ломоносова). fi-Хлор- -фтор-а н-бис(трифторметил)стирол (5-С1, Z:E=l:l) синтезировали по известному методу Д.Дж. Буртона.,[269] взаимодействием, соответствующего.,трифторацетофенона с хлорфтор-метилентрифенилфосфораном, генерируемым in situ из CHC F и -ВиОК. 7/7яис-/?-хлорвинилфенилкетон (6гЕ-С\) получили по реакции Кондакова, присоединением бензоилхлорида к ацетилену в присутствии АІСІз [270]. Синтез ft иодвинилфеннлкетоііа (6-І) проводили присоединением НІ (NaI/СНзСООН) к бензоилацетилену [271,272]. Е-Изомер /2-иодвинилфенилкетона (6-Е-І) синтезировали также нуклеофильным обменом галогена в хлорвинилкетоне 6-Е-С1 по методике, приведённой ниже для получения 9-Z-I (3 сут при 60С). і?-/?-Хлорметилакрилат (1-Е-С1) и /?-хлоракрилонитрил (8-Cl, E:Z=5:l) синтезировали присоединением НС1 к пропиоловой кислоте [273] с последующим превращением /?-хлоракриловой кислоты в эфир 7-Е-С1 и нитрил 8-CI [274]. /?-Хлор- и yff-бромпроизводные а-фенилакрилонитрила получили конденсацией фенилакрилонитрила с этилформиатом [275] с последующей реакцией /?-гидрокси-а-фенилакрилонитрила с РНаЬ (Hal=Cl,Br). Z и -Изомеры бромида (9-Z-Br, 9-Я-Вг) синтезировали по аналогии с описанными ранее хлорпроизводными (9-Z-CI, 9-Е-СЇ) [276]. Растворили 2 г (13.8 ммоль) /?-гидрокси-а-фенилакрилонитрила и 1.2 мл (15 ммоль) пиридина в 7 мл бензола. Добавление 6 г (14 ммоль) PBrs привело к разогреванию реакционной смеси и образованию оранжевого осадка. Реакционную смесь кипятили Зч с обратным холодильником, разложили водой, экстрагировали Et20 (2x15 мл), экстракт промыли NaHCCb и сушили над Na2S04.
После удаления растворителя остаток хроматографировали на колонке с силикагелем 40-63 мкм, используя в качестве элюента смесь петролейный эфир-СНгСЬ (2:1 с постепенным уменьшением до 1:2). Винилбромиды 9-Вг содержались в первой элюированной фракции, после удаления растворителя получили 1.4 г (49 %) смеси Z/E изомеров 9-Вг. Кристаллизацией из петролейного эфира (-20С) выделили 1.05 г (37%) чистого Z-изомера 9-Z-Br. Маточный раствор повторно хроматографировали на колонке, используя в качестве элюента смесь петролейный эфир-EtOAc, 15:1. Последовательно выделили 0.215 г чистого -изомера 9-Е-Вг (7.5 %) и 0.110 г Z-изомера 9-Z-Br (3.8 %). Z-уЗ-Бром-а-фенилакрилонитрил (9-Z-Br): т.пл. 52 С; спектр ЯМР Н (ацетон-сіб), 5, м.д.: 8.08 с (1Н), 7.66 м (2Н); 7.50 м (ЗН); спектр ЯМР Н (ТГФ), 5, м.д.: 7.95 с (Ш), 7.59 м (2Н); 7.41 м (ЗН). Найдено, %: С 52.23; Н 2.72; N 6.92. C9H6BrN. Вычислено, %: С 51.96; Н 2.91; N 6.73. і?-/-Бром-а-фенилакрилонитрил (9-2s-Br): масло; спектр ЯМР 1И (ацетон-сіб), 5, м.д.: 7.92 с (Ш), 7.66 м (2Н); 7.49-7.57 м (ЗН); спектр ЯМР Н (ТГФ), 8, м.д.: 7.75 с (Ш), 7.62 м (2Н); 7.41-7.54 м (ЗН). 7-/3-Иоц,-сс-фетїлакрплонптрил (9-Z-I). Раствор 0.58 г (3.8 ммоль) Nal и 0.40 г (1.9 ммоль) 9-Z-Br в 6 мл ацетона перемешивали 24 ч в запаянной ампуле при 105С. После упаривания ацетона реакционную смесь разложили водой и экстрагировали Et20 (15 мл). Получили 0.465 г (94%) практически чистого продукта. Продукт кристаллизовали из смеси петролейный эфир-Е120 -20С, выход 9-Z-I 0.32 г (65%); т.пл. 36 С; спектр ЯМР Н (ацетон-de), 6, м.д.: 8.43 с (1Н), 7.67 м (2Н); 7.48 м (ЗН); спектр ЯМР Н (ТГФ), б, м.д.: 8.26 с (1Н), 7.59 м (2Н); 7.39 м (ЗН); масс-спектр, m/z (/от„, %): 255 (80) ЛҐ, 128 (100) [М-/]+, 101 (30), 77 (40), 51 (40). Найдено, %: С 42.21; Н 2.35; N 5.48. C9H6IN. Вычислено, %: С 42.38; Н 2.37; N 5.49. 1і-/?-Иод-а:-фенилакршіонитрил (9-1?-1) получили аналогично Z-изомеру, 9-Z-I, реакцией хлорида 9-С1 с йодидом натрия с последующим хроматографическим разделением Z- и is-изомеров 9-І, как описано выше для бромида 9-i?-Br. Спектр ЯМР 1Н (ацетон-de), 5, м.д.: 8.30 с (Ш), 7.61 м (2Н); 7.51-7.54 м (ЗН); спектр ЯМР Н (ТГФ), 5, м.д.: 8.17 с (1Н), 7.60 м (2Н); 7.43-7.46 м (ЗН); масс-спектр, m/z (/от„, %): 255 (90) М", 128 (100) [М-Ц+, 101 (30), 77 (40), 51 (30). /?-Иод-/-хлор-а-фенилакрилонитрил (9-Ю) синтезировали также как и 9-Z-I (методику см. выше) нуклеофильным обменом галогена в Д/?-дихлор-а-фенилакрилонитриле [277], выделенном в качестве побочного продукта в реакции J3-гидрокси-сс-фенилакрилонитрила с PClj. В реакцию с 160 мг (1.07 ммоль) Nal ввели 52 мг (0.26 ммоль) Д/?-дихлор-сс-фенилакрилонитрила.
Реакционную смесь хроматографировали на колонке, используя смесь петролейный эфир-ЕЮАс, 15:1 в качестве элюента, и отделили первую фракцию, содержавшую исходный дихлорид (12 мг, 0.06 ммоль). Вторую фракцию (44 мг) хроматографировали повторно для отделения примеси продуктов дегалогенирования, 9-І и 9-С1, элюент - смесь петролейный эфир-бензол, 7:1, и из головной фракции выделили 28 мг (49%) продукта 9-Ю. Спектр ЯМР 1Н (ТГФ), 5, м.д.: 7.40-7.47 м (5Н). Спектр ЯМР С (ТГФ), 5, м.д.: 133.47, 130.70, 129.78, 129.70 (Ph), 125.14 (=CCN), 115.07 (CN), 95.85 (=ССП). Масс-спектр, m/z (1 , %): 289 (7) ЛҐ, 197 (15), 162 (15), 127 (20). Z- и і?-/?-Фтор-а-фенилакрилонитрильі (9-Z-F, 9-ZT-F). Раствор 260 мг (1.25 ммоль) бромида 9-Z-Br и 50 мг (0.19 ммоль) 18-краун-6-эфира в 1.5 мл сухого ацетонитрила 3 ч перемешивали с 220 мг (1.45 ммоль) CsF. Реакционную смесь отфильтровали от неорганического осадка, фильтрат промыли водой и сушили Na2SC 4. Продукты выделили методом колоночной хроматографии на силикагеле 40-63 мкм, используя в качестве элюента смесь петролейный эфир-ЕЮАс (12:1 с постепенным уменьшением до 9:1). Последовательно выдели 25 мг (15%) -изомера 9-E-F, 21 мг исходного бромида 9-Z-Br и 46 мг Z-изомера (27%) 9-Z-F. В реакции также образуется
