2-Гидроксиарилфосфиноксиды в синтезе фосфониевых солей и фосфоранов Кузнецов Денис Михайлович

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Основные методы синтеза фосфониевых солей, их свойства и практическое применение (литературный обзор) 10

1.1. Алкилирование третичных фосфинов 10

1.2. Реакции третичных фосфинов с карбонильными соединениями 20

1.3. Арилирование третичных фосфинов 22

1.3.1. Реакции фосфинов с хинонами 27

1.4. Реакции металлорганических нуклеофилов с производными фосфора, приводящие к фосфониевым солям 29

1.5. FLP (Фрустрированные пары Льюиса) 30

1.6. Другие способы получения 35

1.7. Получение полимеров, содержащих фосфониевую группу 37

1.8. Некоторые аспекты практического применения фосфониевых солей

1.8.1. Органокатализ 41

1.8.2. Катализаторы межфазного переноса 44

1.8.3. Ионные жидкости 47

1.9. Биологическая активность 48

1.9.1. Противоопухолевая активность 50

1.9.2. Антимикробная активность 51

1.10. Основные химические превращения фосфониевых солей 53

ГЛАВА 2. 2-Гидроксиарилфосфиноксиды в синтезе фосфониевых солей и фосфоранов (обсуждение результатов) 60

2.1. Получение диалкиларил(диарилалкил)фосфониевых солей на основе гидроксиалкенилфосфиноксидов 61

2.2. Получение фосфониевых солей, содержащих четыре разных заместителя при атоме фосфора 77

2.3. Синтез диалкилфенил(алкилдифенил)-2-гидроксибензилфосфониевых солей 90

2.4. Исследование биологической активности фосфониевых солей (19а-е), (20а-е) 93

ГЛАВА 3. Экспериментальная часть 98

3.1. Физико-химические методы исследования 98

3.2. Экспериментальная часть к главе 2 99

Основные результаты и выводы 133

Список литературы 135

• Реакции металлорганических нуклеофилов с производными фосфора, приводящие к фосфониевым солям
• Катализаторы межфазного переноса
• Получение фосфониевых солей, содержащих четыре разных заместителя при атоме фосфора
• Физико-химические методы исследования

Введение к работе

Актуальность работы. Разработка методов получения практически важных солей фосфония, содержащих дополнительные функциональные группы, а также их различных производных, является на сегодняшний день одним из наиболее перспективных направлений в химии фосфорорганических соединений. Четвертичные фос-фониевые соли находят применение в качестве органокатализаторов в асимметрическом межфазном катализе, противоопухолевых и антимикробных соединений, ионных жидкостей и антипиреновых добавок к полимерам. Наиболее актуальным в данный момент является поиск новых биологически активных солей фосфония антимикробного и противоопухолевого действия. Введение фосфониевого фрагмента в природные или синтетические функционально замещенные структуры может не только привести к появлению новых видов биоактивности, но и к усилению противоопухолевых и антимикробных свойств, благодаря способности солей фосфония проникать через клеточные мембраны.

Основными методами синтеза четвертичных солей фосфония являются реакции фосфинов с галогеналканами, карбонильными соединениями в присутствии галогено-водорода, спиртами. Для реакции арилгалогенидов с третичными фосфинами необходим катализ кислотами Льюиса или солями Ni(II), Со(П) или Pd(II). Гораздо реже применяются реакции присоединения к алкилиденфосфоранам различных электро-фильных реагентов. Наиболее часто для получения четвертичных фосфониевых солей используются трифенил- или трибутилфосфин, реже другие триалкил- или триа-рилпроизводные. Находят применение также и реакции магнийорганических соединений с пентахлоридом фосфора, фосфиноксидами или фосфинами в присутствии кислорода. Перечисленные методы часто требуют высоких температур, сложных методик и не всегда приводят к приемлемым выходам продуктов. Кроме того, использование третичных фосфинов в синтезе фосфониевых солей накладывает существенные ограничения на набор заместителей при атоме фосфора, обусловленый доступностью соответствующих фосфинов, что существенно затрудняет получение солей фосфония, несущих дополнительные функциональные группы, важные для проявления биологической активности. Поэтому поиск новых подходов к синтезу фосфониевых солей, несущих дополнительные функциональные заместители, является актуальной задачей.

Целью работы является разработка нового подхода к синтезу солей фосфония, несущих в качестве функциональных заместителей гидроксиарильные фрагменты, изучение процессов циклизации и раскрытия цикла полученных фосфониевых солей и фосфоранов и оценка биологической активности некоторых полученных фосфониевых солей.

Научная новизна работы. В данной работе впервые реализован метод синтеза несимметричных четвертичных фосфониевых солей, содержащих гидроксильную группу в 5-положении к фосфору, который основан на внутримолекулярной циклизации (2-гидроксиарил)алкенилфосфиноксидов под действием тионилхлорида с образованием квазифосфониевых солей, и последующем раскрытии цикла последних реагентами Гриньяра. Метод отличается простотой выполнения, мягкостью условий проведения реакций и высокими выходами целевых соединений.

По предложенному методу были синтезированы фосфониевые соли с асимметрическим атомом фосфора на основе (2-гидроксиарил)алкенилфосфиноксидов. Метод

распространен также и на получение солей фосфония на основе (2-гидроксибензил)-фосфиноксидов.

Установлено, что получение четвертичных фосфониевых солей из квазифосфо-ниевых прекурсоров осуществляется через промежуточное образование производных пентакоординированного фосфора – фосфоранов. Эти интермедиаты были получены по реакции фосфониевой соли с основанием – гидроксидом аммония, и охарактеризованы методами ЯМР. Модификация предложенного подхода для синтеза промежуточных фосфоранов, основанная на последовательном высоко хемоселективном образовании связей Р–С позволила получать достаточно редкие производные, содержащие пять различных заместителей при атоме фосфора, представляющие интерес для дальнейшей оценки биологической активности.

Найден удобный способ замены анионов в солях фосфония через образование фосфоранов с последующей обработкой различными кислотами, что является важным в плане направленного изменения физико-химических свойств полученных соединений.

Методы исследования. Достоверность результатов проведённых исследований подтверждается использованием ряда физико-химических методов: масс-спектрометрии, в том числе высокого разрешения, ИК спектроскопии, спектроскопии ЯМР ¹Н, ¹³С, ³¹P, в том числе с использованием 2D корреляций, рентгеноструктурного анализа, а также элементного анализа.

Практическая значимость работы состоит в разработке и оптимизации нового подхода к получению несимметричных четвертичных фосфониевых солей, несущих в качестве дополнительной функции орто-гидроксильную группу в арильном заместителе, позволяющую их использование в качестве прекурсора для дальнейшего введения функциональных групп, в том числе, придающих высокую биологическую активность. Разработанный подход распространен на другие системы, в частности, на (2-гидроксибензил)фосфиноксиды.

Разработанный способ замены анионов в солях фосфония, через циклизацию с образованием фосфоранов и последующим раскрытием цикла различными кислотами, является практически важным в плане направленного изменения физико-химических свойств полученных соединений.

Практический интерес представляет и разработанный подход для получения фосфоранов с асимметрическим атомом фосфора на основе использования процессов последовательного образования связи Р–С с высокой хемоселективностью на каждой стадии.

Обнаружена высокая антимикробная активность хлоридов диалкила-

рил(диарилалкил)-2-(2-гидрокси-5-хлорфенил)-2-фенилэтенилфосфония в отношении грам-положительных бактерий и грибов, а также исследована гемолитическая активность некоторых соединений на эритроцитах крови человека.

На защиту выносятся:

1. Новый подход к синтезу несимметричных четвертичных солей фосфония, не
сущих в качестве функциональных заместителей 2-гидроксиарильные фрагменты, ко
торый основан на получении циклических квазифосфониевых солей из 2-
гидроксиарилфосфиноксидов действием электрофильных реагентов, и последующем
раскрытии цикла магнийорганическими соединениями.

2. Методики получения фосфониевых солей с четырьмя различными заместите
лями, основанные на использовании циклического фенилфосфината в качестве пре
курсора в синтезе несимметричных фосфиноксидов и их последующем использова-
4

нии в реакциях с магнийорганическими реагентами, которые отличаются высокой хемоселективностью на каждой стадии процесса.

1. Метод получения фосфоранов, в том числе с асимметрическим атомом фосфора, из фосфониевых солей, основанный на внутримолекулярной циклизации по гид-роксильной группе и атому фосфора; метод замены противоиона в солях фосфония, а также обнаруженная высокая антимикробная и низкая гемолитическая активность (низкая цитотоксичность) четвертичных фосфониевых солей.

2. Доказательство структуры полученных соединений методами спектроскопии ЯМР и масс-спектрометрии.

Апробация работы и публикации. Материалы работы докладывались и обсуждались на XV молодежной школе-конференции по органической химии (Уфа, 31 мая -

2 июня, 2012); кластере конференций по органической химии, ОргХим-2013 (Санкт-
Петербург, Репино, 17-21 июня, 2013); 20th International conference on phosphorus
chemistry, (Dublin, Ireland, June 28 - July 12, 2014); XII школе молодых ученых «Син
тез, структура и динамика молекулярных систем», (Яльчик. 2015); I международной
школе-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Биомедицина, мате
риалы и технологии XXI века», (Казань, 25-28 ноября 2015); I Всероссийской моло
дежной школе-конференции «Успехи синтеза и комплексообразования», (Москва, 25-
28 апреля 2016); 21th International conference on phosphorus chemistry, (Kazan, Russia,
5-10 June 2016). По материалам работы опубликовано 4 статьи в рецензируемых
научных изданиях.

Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ (16-03-00451), РНФ (14-50-00014).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 4 статьях в журналах, рекомендуемых ВАК РФ и 7 тезисах докладов на конференциях.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 159 стр., содержит

3 таблицы, 7 рисунков, 153 схемы, и состоит из введения, списка сокращений, 3 глав,
и выводов. Список цитируемой литературы включает 241 наименование. Первая гла
ва посвящена обзору литературы по теме «Основные методы синтеза фосфониевых
солей, их свойства и практическое применение», в котором обобщены материалы по
основным методам синтеза четвертичных солей фосфония, приведены некоторые ас
пекты их практического применения, биологическая активность и основные химиче
ские превращения. Вторая глава посвящена обсуждению полученных результатов, в
третьей главе приведено описание экспериментов и спектральные характеристики
синтезированных веществ.

Личный вклад автора состоит в выполнении экспериментальной части работы, проведении анализа и обработки данных физико-химических методов исследования, участии в подготовке публикаций, написании диссертации.

Реакции металлорганических нуклеофилов с производными фосфора, приводящие к фосфониевым солям

Данный процесс позволяет с хорошими выходами получать фосфониевые соли при условии доступности соответствующих фосфинов и галогенидов, но зачастую требует применения достаточно высоких температур (100 С и более).

Так, йодид трифенилоктилфосфония (1) образуется алкилированием трифенил-фосфина под действием 1-йодоктана (Схема 1.1) в результате длительного нагревания в среде толуола [1]. С18Н371 ръ г н я Ph3P ҐП Ч8н37ти толуол Ph" Ph 24 ч, 120С 1

Схема 1.1. Йодметан легко алкилирует третичные фосфины уже при 20С. Gabbai с сотрудниками показали, что образующийся при метилировании фосфинобензола (2) фосфониоборан (3) эффективно связывает фторид-ион, и образует циклический хе-лат (4) (Схема 1.2) [2]. Mes Mes, .Ph л Ph T? Ph CHCI3 25C \h _Me Mes V/4Ph [S(NMe2)3][SiMe3F2] Me/v &S CH2C12 25C Схема 1.2. Введение фосфониевого фрагмента часто используют для дальнейшего олефи-нирования по Виттигу разнообразных биологически активных молекул, например, получение фосфониевой соли (5) с антрапирановым фрагментом из галогензамещен-ного антрапирана (6) (Схема 1.3) [3]. О О P(Ph)3, толуол Є Є PPh3Br 4 ч, А R = Н, Ac, Val Схема 1.3. Фосфониевая соль (7) может быть легко получена алкилированием трифенил-фосфина конденсированным алкилароматическим галогенидом (Схема 1.4), образующимся непосредственно в реакционной смеси из дибензоциклогептенила (8) [4]. SOCl2, н-гексан Ph3P, толуол 0

Н PPh3Cl Схема 1.4. При восстановлении трихлорсиланом фосфиноксидов (9) наблюдалось образование хиральных циклических фосфониевых солей (10), в результате внутримолекулярного алкилирования образующегося фосфина (11) гидроксиметильной группой (Схема 1.5). Полученные соли (10) оказались эффективными межфазными катализаторами в эпоксидировании халкона гипохлоритом натрия, реакции Дарзана и др., но с низкой энантиоселективностью [5]. " .ОН N ттсігЧ-Ш+.хг N « HSiCl3/Et3N « 7 ХРЬ 0 Rvx -P(0)Ph2 RN/ L PPh2 + R vA P-p Cl О-КСИЛОЛ [Г Ph lA 145С,12ч -Д I (Ш. Ri - R 9 11 R = R1=H I0O/O R = OMe,R1 = H 80% R+R1 = CH=CH-CH=CH 50o/o зо% Схема 1.5. Серия галогенидов фосфония (12) с пентафторбензильными заместителями была получена путем алкилирования соответствующих фосфинов с пентафторбен-зилгалогенидами (13) при 20С (Схема 1.6), в то время как соли с другими анионами были получены путем солевого обмена из насыщенных водных растворов [6]. R2PR R2RVV2 » „2x R2P /R XsA R2 R2 R2 R2 R2 R2 13 12 R = Me, R1 = Ph, R2 = F, X = Br, I R = R1 = Ph, R2 = F,H, X = Br, PF6; BF4 BPh4 Схема 1.6. Фторсодержащие фосфониевые соли (14), полученные взаимодействием арал-кил- или перфторалкилбромидов или трифлатов с третичными фосфинами (15) (Схема 1.7), являются альтернативой типичным катализаторам межфазного переноса, особенно в области «двухфазного фтористого катализа» (FBC) [7]. R2 \R 72 дмфА \ /2 15 14 R1 = R2 = C6F13; R3= Bn, Bu, C6F13(CH2)2; X = Br, ТЮ R = R = C8F17; R = C6F13(CH2)2, C8F17(CH2)2; X = I, Br R = C6F135 R = C8F17; R = C6F13(CH2)2, C8F17(CF2)2; X = I, Br Схема 1.7. Бромиды бромалкилфосфония (16), полученные алкилированием трифенил-фосфина бромалканолами с последующей обработкой HBr, были использованы для получения бромидов -тиоацетилфосфония (17) (Схема 1.8) [8], которые были использованы для получения наночастиц золота, модифицированных фосфониевыми группами. о Є 0 0 Br L Br l)Br(CH2)n0H 0 . . l S" 4 е ч. A Ph3p РИзР- ССНг),, Br Ph3P 4(CH2)n" S 2)HBr 2)КВгВ0ДН. n=l;4 16 17 Схема 1.8. Бис(фосфониевые) соли (18), содержащие карборановый фрагмент, могут быть легко получены алкилированием соответствующего фосфина (19) йодметаном (Схема 1.9). Ph2P—ЩЯ — PPh2 — MePh2P—Щ —PPh2Me 21 18 Схема 1.9. В то же время алкилирование 1,12-дикарба-кдозо-додекарборанфосфина (20) избытком дигалогенида, полученного из тетраэтиленгликоля, привело к новым водорастворимым фосфониевым солям (21) (Схема 1.10), которые могут проявлять противоопухолевую активность [9]. н хЧЙг р \ /зх х PPh2 ДМФА, Аг, 120С 5/ Ph2 20 =В Х = Вг,1 21 Схема 1.10. Легкая активация обеих связей С–С1 в СШСЬ реакцией с CoCl и металлическим Zn позволила провести количественное метилирование ароматических и алифатических фосфинов (22) на воздухе, с получением различных цвиттер-ионных комплексов (23) (Схема 1.11) [10]. PPh2 1) СоС12/СН2С12 .PMePh2 Г 30 мин Г Е 4N 2) Zn, 48 ч Е 4N-ZnCl3 \ / \ I у— 3) гидролиз — 22 Е = О, S 23 Схема 1.11. Получение бис(фосфониевых) солей проводится либо с использованием дига-логенидов и монофосфинов, либо алкилированием соответствующих дифосфинов.

Катализаторы межфазного переноса

В 2006 году Stephan с сотрудниками предложили термин «Frustrated Lewis pairs» FLPs (фрустрированные пары Льюиса) – молекулы типа (131), в которых кислотно-основные пары Льюиса образованы стерически загруженными фосфинами и пентафторфенилборанами (Схема 1.65), пространственные затруднения которых препятствуют образованию простого кислотно-основного аддукта Льюиса. FLP находят применение в безметаллической активации H2, CO2 и других малых молекул. Кроме того, была показана гетеролитическая активация H2 FLP, что открывает неметаллический путь для каталитического гидрирования иминов, нитрилов и ена-минов[76, 77]. F F R3P Є /=\ Є (C6F5)3B R3P- -BF(C6F5)2 R = г-Рг, Су V— { F F 131

Схема 1.65. FLP на основе третичных фосфинов и трис(пентафторфенил)аланов/боранов способны в реакции с фенилацетиленом образовывать два типа аддуктов - присоединения с формированием боратов фосфония типа (132) или С3Р–Н-депротонирова-ния, приводя к алкинилборатам (133) в случае использования трис(трет-бутил)фос-фина [78]. При этом даже трифенилфосфин, способный образовывать «классическую» пару Льюиса, реагирует подобно FLP. Аналогичную реакционную способность проявили и другие терминальные арил-(алкил-) моно- и диацетилены при использовании ґ-ВшР, приводя к моно- и диалкинилборатам (134), (135) (Схема 1.66), в то время как реакции терминальных и нетерминальных ацетиленов с менее основными фосфинами всегда приводили к продуктам присоединения - цвиттер-ионам (136) (Схема 1.67) [79]. 2 [R3PH] Ri-s- CgF e—- E(C6F5)2R3 He 133,135 R3P КзР R1 E(C6F5)3 133, R = t-Вщ E = B, Al; R1 = Ph ш R = Q_ R1 = ph. R2 IR. R3 = 135, R1 = Ph, Bu, ґ-Bu, Me3Si, E = в д1 CpFe(C5H4); R3 = C6F5 134 E = B, Al; R = ool, Ph; R1 = Ph, CpFe(C5H4), Me3C6H2; ґ-Ви3С6Н2; R2 = H, Me; R3 = C6F5, Ph Схема 1.66. RH=)2 0 /=\ 0 КзР — 136 ,з E(C6F5)2R Rp (C6F5)3E M j)- E(C6F5)3 2 [ґ-Ви3РН] R = ґ-Ви; R2 =р-С6П4; R3 = C6F5; E = В

Схема 1.67. Реакция FLP (137), (138) с ацетиленами также может быть использована для построения макроциклических (139), и открытоцепных фосфониевых солей (140) (Схема 1.68) [79]. 0 Л 0 /=\ Ph Mes2P VB(C6F5)2 Mes.P -B(C6F5)2 - 1 Г L F4 Мев = мезитил \о\ /—\ 137 (C6F5)2BV J)-PMes2 139 F4 PPh2 0 PPh2 ( H B(C6F5)3 г B(C6F5b Ph2"PwH В(Сбр5)з" Jf " ТГ Ph B (C6F5)3 (С6Р5)зв H ZtE, ) Ph , Ph P! X 138 140 Схема 1.68. Реакции B(C6F5)3 с ди- и полифосфинами и фенилацетиленом приводит к алке-нилфосфинофосфониоборатным цвиттер-ионам (141-143) (Схема 1.69). Один из P-центров ди(поли)фосфина присоединяется к фенил-замещенному атому углерода в алкине, в то время как боран присоединяется к незамещенному концу алкина, приводя к транс-изомеру В и Р относительно полученной C=C связи [80]. При этом термолиз пентафенилпентафосфолана в присутствии B(C6F5)3 приводит к образованию фосфино-фосфониевого аддукта (144) (Схема 1.70). 0 9У Ph К ,B(C6F5)3 R2P-PR2 Су4Р4 A B(C6F5) P Су +1 Ph + B(C6F5)3 Су-Рч VC К 6 5/ R2P R = Ph, -Bu і Су 142 PR2 141 PhsP5 Ph ph ph P l 0 Ph P Nph Ph 143 Схема 1.69. , / -B(C6F5)2 ph M F F r 1 Схема 1.70. Erker с коллегами показали, что реакция FLP (145) с 1-пентином идет только по Mes2P B(C6F5)2 ,r.p,lJ ,Q 5.2 (СбР5)2В 147 145 Et 33 пути расщепления связи C–H и в реакции образуется соль (146). В тоже время реакции FLP (145) с транс-коричным альдегидом и этилвиниловым эфиром дают шести-членные цвиттер-ионы (147), (148) - продукты 1,2-присоединения по карбонильной группе или по активированной двойной связи эфира соответственно. При этом, с норборненом происходит экзо-цис-2,3 -присоединение с образованием цвиттер-иона (149) (Схема 1.71) [81]. Ph /) 1 Q/(F5C6)2 ff Mes2P B(C6F5)2 Mes = мезитил 149

Схема 1.71. FLP (145) с этиленовым звеном при 20С катализирует P/B гидрирование FLP с винильным фрагментом (150), который сам по себе является неактивным по отношению к Hг, приводя к цвиттерионным гидрированным продуктам (151) (Схема 1.72) [82]. Н / B(C6F5)2 Н Mes2P R Mes2HP— . i0o/0 Mes2P R \—/ tZZ—/ H B(C6F5)2 H2,2.5 бар, 20C н B (C6F5)2 R = Me, Ph Mes = мезитил " 151 Схема 1.72. FLP способны активировать связь В–Н катехолборана в реакции с образованием солей с необычными катионами, которые могут быть формально описаны как катионы борения (152) или борилфосфониевые соли (152а) (Схема 1.73); при этом данные DFT показали большую вероятность существования борилфосфониевой соли [83].

Получение фосфониевых солей, содержащих четыре разных заместителя при атоме фосфора

Соотношение соединений (A) (14) остается неизменным даже при добавлении большого избытка хлороводорода. Это указывает на обратимость реакции и склонность квазифосфониевых солей (14) к гидролизу в этих условиях. Аддукты фосфиноксидов с кислотами типа (А) получены в литературе [218, 219]. Известно, что минеральные кислоты способны обратимо протонировать фосфорильную группу фосфиноксидов с образованием гидроксифосфониевого катиона. В отсутствии воды равновесие смещается в сторону гидроксифосфониевой соли, что может быть использовано для получения фосфониевых солей. Так, хлорид триметилгидроксифосфония (15) получают по реакции безводного HCl с триметил-фосфиноксидом (16); также возможен встречный синтез соединения (15) гидролизом триметилдихлорфосфорана (17) (схема 2.9) [220].

Мы предположили, что для полного превращения фосфиноксидов (4) в циклические квазифосфониевые соли (14) необходимо использовать электрофильные реагенты, которые одновременно будут являться дегидратирующими средствами.

Так, нами были использованы для циклизации галогенсодержащие реагенты, такие как пентахлорид фосфора (РСЬ) или хлорокись фосфора (РОСЬ). Однако при этом происходило осмоление реакционной смеси, целевые структуры образовывались с низкими выходами и их выделение осложнялось наличием высококипящих примесей исходных реагентов (хлорокись фосфора или пятихлористый фосфор) или трудноотделимых фосфорных кислот [203]. Нами было обнаружено, что под дей 65 ствием тионилхлорида уже при комнатной температуре происходит полное превращение -гидроксиалкенилфосфиноксидов (4) в квазифосфониевые соли (14) (схема 2.10) [221].

При этом продукты легко выделяются после удаления в вакууме легколетучих компонентов (непрореагировавший тионилхлорид, хлороводород и оксид серы (IV)) с практически количественным выходом (99%).

Поскольку процесс образования квазифосфониевых солей является по сути взаимодействием фенола, фосфиноксида и SOCl 2, мы провели модельную реакцию с фенолом и трифенилфосфиноксидом (схема 2.11). При этом в спектре ЯМР 31Р появляется сигнал в области 66 м.д., соответствующий квазифосфониевой соли (18). Стоит отметить, что для образования ациклических квазифосфониевых солей требуется нагревание в хлороформе, в отличие от образования циклических производных (схема 2.10), не требующего повышения температуры. Это связано с более благоприятными энтропийными факторами при образовании циклических структур.

Схема 2.11. Возможная схема образования циклических квазифосфониевых солей (14) включает на первой стадии образование фенилхлорсульфината (I), в котором происходит внутримолекулярное хлорирование фосфорильной группы с образованием циклического квазифосфониевого производного (II), содержащего хлорид-анион в качестве противоиона. Дальнейшая трансформация структуры (II) осуществляется с разрывом цикла и приводит к образованию ациклической квазифосфониевой соли (III), отщепление от которой диоксида серы дает циклический продукт реакции – квазифосфониевую соль (14) (схема 2.12).

Схема 2.12. Спектры ЯМР 31Р полученных солей (14) содержат сигналы с 5Р 85-95 м.д. для диалкилквазифосфониевых структур (14а-е) и 5Р 54.4 м.д. для дифенилквазифосфо-ниевого производного (14ж), в то время как для исходных фосфиноксидов наблюдались сигналы с 5Р 40-50 м.д. для диалкилфосфиноксидов и 5Р 17.4 м.д. для дифенил-фосфиноксида, соответственно. В спектре ЯМР 1Я квазифосфониевых солей (14а-ж) особенно примечательной является константа спин-спинового взаимодействия между винильным протоном и атомом фосфора (2/PН3), которая достигает 30 Гц, в то время как в исходных фосфиноксидах (4а-ж) аналогичная константа составляет около 20 Гц [202, 205]. В масс-спектрах МАЛДИ квазифосфониевых солей (14а-ж), нанесенных на мишень в атмосфере аргона, присутствует пик молекулярного иона [М - С1]+.

Спектр ЯМР "С- Щ квазифосфониевой соли (14в) (рис. 1) содержит 15 сигналов, из которых наиболее легко идентифицировать те, которые относятся к угле-родам, имеющим спин-спиновое взаимодействие с фосфором: они представляют собой дублеты. Так, в наиболее сильнопольной области проявляется дублет углерода С15, который в варианте спектра без развязки от протонов превращается в квартет дублетов (5с 14.0 м.д., lJnc 127.7,VPC 16.0 Гц). При этом сигнал атома С15 перекрывается с сигналом углерода С14, который в варианте спектра без развязки от протонов проявляется в виде триплета. Углерод С13 непосредственно связан с фосфором и проявляется в спектре ЯМР "С- Щ в виде дублета, который в спектре ЯМР 13С превращается в триплет дублетов (5с 28.8 м.д., lJnc 130.5, lJPC 58.8 Гц). В спектре ЯМР -{Чі} в наиболее высокопольной ароматической области проявляется резонанс атома C3 в виде дублета, который в спектре ЯМР 13С трансформируется в дублет дублетов (5с 104.1 м.д., Vkc 177.5, lJPC 79.7 Гц). Углероды С8 и С8а испытывают спин-спиновое взаимодействие с фосфором и в спектре ЯМР "С- H} проявляются в виде дублетов (VroСc 6.7 Гц, Vroc 9.8 Гц), что согласуется с циклической природой соединения (14в). Атомы С4а и С9 находятся в цис- и транс-положениях соответственно, и резонируют в виде дублетов под влиянием атома фосфора с близкими значениями КССВ (VPССC 14.5 и 3JPССC9 15.1 Гц) с низкой интенсивностью, характерной для гшсо-атомов углерода. Соотнесение остальных сигналов сделано на основании их мультиплетности и значений химических сдвигов.

Физико-химические методы исследования

Гетероцикл молекулы уплощен и содержит два плоских четырехатомных фрагмента - 0!С8аС4аС4 (плоский в пределах + 0.018(2) А) и Р2С3С4С4а (плоский в пределах + 0.015(2) А). От первого фрагмента атомы С3 и Р2 отклонены в одну сторону на расстояния -0.267(2) и -0.5102(5) А, от второго плоского фрагмента атомы гетероцикла О1 и С8а также отклонены в одну сторону на 0.419(2) и 0.149(2) А. Отклонения перечисленных атомов от этих двух плоскостей в одну сторону указывают на реализацию кон-формации гетероцикла уплощенная ванна. Атомы О2 и С9 отклонены от плоскостей 0iC8aC4aC4 и р2СзС4С4а на –1 816(1), 0.745(2) и на -1.211(1), 1.461(2) А соответственно. Диэдральный угол между плоскостями О С С4 и Р2С3С4С4а равен 10.6(1). Если счи 83 тать, что плоскость всего гетероцикла О НУЧУС3?2 приблизительно плоская (в пределах + 0.172(1) А), то атом кислорода О2 находится в псевдоаксиальном положении (он отклонен от этой плоскости на -1.392(1) А), а атом С9 фенильной группы - в псев-доэкваториальном положении (его отклонение составляет 1.299(2) А). Фенильный заместитель в 4 положении развернут относительно плоскости Р2С3С4С4а на диэдральный угол 56.5(1), что делает маловероятным сопряжение с двойной связью гетероцикла.

Для получения несимметричных фосфиноксидов (32), (33) была проведена реакция фосфината (28в) с алкилмагнийгалогенидами (схема 2.22). Соединения (32), (33) были получены с хорошими выходами.

Схема 2.22. Структура фосфиноксидов (32), (33) доказана на основании комплекса физических методов исследования. В спектрах ЯМР 1Я фосфиноксида (33) в области наиболее сильных полей проявляются сигналы алкильных протонов. Так, сигнал метильной группы проявляется в виде дублета триплетов (5 1.0 м.д., VPССH 17.5, VHССH 7.6 Гц). Протоны метиленовой группы при атоме фосфора резонируют в области 2.17-1.95 м.д. в виде у45-частей у4ЛМз-мультиплетов и вычисление констант спин-спинового взаимодействия затруднительно без дополнительных экспериментов. В ароматической области характерно наличие дублета винильного протона Н3 в а-положении к фосфору, который по сравнению с аналогичным протоном фосфината (28в) сдвигается в более слабые поля (5 6.95 м.д.) с более низким значением КССВ с фосфором (VPСH 19.1 Гц). Также можно выделить характерный дублет дублетов Н7 (5 7.16 м.д., VHССH 8.6, VHСССH 2.4 Гц). В более слабых полях проявляются остальные ароматические протоны, из которых наиболее легко идентифицируются орто-протоны ароматического кольца относительно атома фосфора, поскольку имеют КССВ с фосфором через 3 связи и проявляются в виде дублета дублетов (5 7.67 м.д., Н14, 2Н, VPССH 11.2, VHССH 7.5 Гц). Сигналы остальных протонов соотнесены на основании химических сдвигов и значений интегральной интенсивности. В масс-спектрах зафиксированы депротонированный [М -Н]+ (32) и дегидроксилированный [М - ОН]+ (33) пики молекулярных ионов.

В спектре ЯМР С-І1!!} фосфиноксида (33) содержится 18 сигналов, из которых наиболее легко идентифицированы сигналы углеродов, испытывающих спин-спиновое взаимодействие с фосфором, которые проявляются в виде дублетов. Так, в наиболее сильнопольной области проявляются атомы углерода метильной группы в виде дублета, который в спектре ЯМР 13С превращается в квартет мультиплетов (С 6.0 м.д., lJnc 128.6, 2/РСС 5.0 Гц). Сигнал атома углерода метиленовой группы проявляется также в виде дублета, в то время как в спектре ЯМР 13С он имеет вид триплета дублетов (С 24.7 м.д., !/нс 127.6, lJPC 75.2 Гц). В спектре ЯМР "С- Щ в ароматической области проявляется сигнал атома C3 в виде дублета, который в варианте спектра без развязки от протонов превращается в дублет дублетов (С 123.2 м.д., UK 152.1 Гц, 1Л& 97.0). Атомы С4а (С 128.9 м.д.) и С9 (С 141.4 м.д.), находящиеся в цис- и транс-положениях к фосфору, проявляются в спектре ЯМР С-І1!!} в виде дублетов. При этом значение цисконстанты ССВ (3JpССc4а 4.4 Гц) более, чем в три раза меньше значения транс-кон станты ССВ (VPССC9 15.4 Гц), что однозначно подтверждает Z-конфигурацию двойной связи. Углерода С13 (С 134.5 м.д.), непосредственно связанный с атомом фосфора, проявляется в виде дублета с прямой КССВ (1Лс 98.7 Гц). Соотнесение остальных сигналов сделано на основании их мультиплетности и значений химических сдвигов.

Строение фосфиноксида (33) также подтверждено методом РСА для монокристалла. На рис. 7 приведена геометрия молекулы в кристалле и даны избранные длины связей, валентные и торсионные углы. Атом фосфора имеет искаженную тетраэдриче-скую конфигурацию. Сама молекула кроме трех плоских фенильных циклов содержит плоский в пределах ±0.02(3) А винильный фрагмент Р2С3С4С4аС17, который образует следующие диэдральные углы с плоскостями С17"22, С9"14, С4аС5"8С8а, равные 8.9(1), 86.7(2) и 74.3(1) соответственно. Фенильный заместитель С17"22 имеет наиболее благоприятную ориентацию для сопряжения со связью С3=С4. Атомы О2, С15, С8а, О1, С22 находятся по одну сторону от двойной связи С3=С4 и отклонены от нее на расстояния 1.037(2), 0.164(4), 1.140(3), 2.253(2), 0.130(4) А. Атомы С10, С5, С18 расположены по другую сторону от этой связи и отклонены от ее плоскости на расстояния –2.793(3), 1.173(3), –0.207 (4) соответственно.

Геометрия молекулы (33) в кристалле. Эллипсоиды тепловых колебаний показаны с вероятностью 30%. Избранные длины связей (d, А), валентные (ср, ) и торсионные углы (т, ): С16–С6 1.752(3), Р2–02 1.492(2), Р2–С3 1.793(3), Р2–С9 1.804(3), Р2–С15 1.811(3), 0!–С8а 1.349(4), С3–С4 1.349(5), С4–С17 1.487(4), С4–С4а 1.505(4), С4а–С5 1.388(4), С4а–С8а 1.402(4), С5–С6 1.374(4), С6–С7 1.376(4), С7–С8 1.377(4), С8–С8а 1.388(5), 02–Р2–С3 115.9(1), 02–Р2–С9 112.1(1), 02–Р2–С15 112.2(2), С3–Р2–С9 107.1(2), р2–С15–С1б 112.6(3), С3–Р2–С15 103.9(2), С9–Р2–С15 104.8(2), Р2–С3–С4 127.0(3), 02–Р2-С3–С4 -50.0(3), С9–Р2–С3–С4 76.0(3), С15–Р2–С3–С4 -173.5(3), 02–Р2–С9–Сш 163.5(3), Ci5–p2–C9-C10 -74.6(3), С15–Р2–С9–С14 106.2(3), 02–Р2–С15–С16 63.1(3), С3–Р2–С15–С16 -171.0(3), С3–С4–С4а–С5 -72.4(4), С3–С4–С4а–С8а 106.6(4), С17–С4–С4а–С5 104.2(3), С3-C4–ci7–ci8 169.5(3), С3–С4–С17–С22-9.3(5), С4а–С4–С17–С18 -7.0(4).

Полученные фосфиноксиды (32), (33) легко циклизуются с образованием квази-фосфониевых солей (34), (35) (схема 2.23). При этом в спектрах ЯМР 31Р квазифосфо-ниевых солей (34), (35) вместо сигналов исходных фосфиноксидов (5Р 23.1 и 5Р 28.8 м.д) появляются сигналы с 8Р 65.8 и 73.5 м.д. соответственно. В спектрах ЯМР Н ква-зифосфониевых солей (34), (35) величина константы ССВ протона Н3 с фосфором имеет большее значение (JPH 28-30 Гц). Сигнал протона Н8 смещается в более слабые поля (8 7.30 м.д.) и проявляется в виде уширенного дублета из-за спиновой связи с фосфором через эндоциклический кислород гетероцикла. Протоны метиленовой группы при атоме фосфора квазифосфониевой соли (35) смещаются в более слабые поля и проявляются в виде двух мультиплетов (8 3.44-3.32 и 3.27-3.14 м.д.), которые соответствуют неэквивалентным диастереотопным Ш- и НВ-протонам. Спектр ЯМР С- Н} квазифосфониевой соли (35) содержит 18 сигналов, из которых наиболее легко идентифицировать те, которые относятся к углеродам, имеющим спин-спиновое взаимодействие с фосфором: они представляют собой дублеты. Так, в наиболее сильнопольной области проявляется дублет углерода метильной группы, который в варианте спектра без развязки от протонов превращается в квартет мультипле-тов (5с 5.4 м.д., І/нс 131.2, VPC 6.6 Гц). Атом углерода С17 непосредственно связан с фосфором и проявляется в спектре ЯМР С- Н} в виде дублета, который в спектре ЯМР 13С превращается в триплет дублетов (5с 21.0 м.д., Vkc 133.0, lJPC 65.8 Гц). В спектре ЯМР С- Н} в наиболее высокопольной ароматической области проявляется резонанс атома C3 в виде дублета, который в спектре ЯМР 13С трансформируется в дублет дублетов (5с 103.1 м.д., lJnc 178.2, lJPC 85.4 Гц). Углероды С8 и С8а испытывают спин-спиновое взаимодействие с фосфором и в спектре ЯМР С- Н} проявляются в виде дублетов (VroСc 6.8 Гц, Vpoc8а 9.7 Гц), что согласуется с циклической природой соединения (35). Атомы С4а и С9 находятся в цис- и транс-положениях соответственно, и резонируют в виде дублетов под влиянием атома фосфора с одинаковыми значениями КССВ (3JpССc4a 15.4 и 3JPССC9 15.4 Гц) с низкой интенсивностью, характерной для гшсо-атомов углерода. Соотнесение остальных сигналов сделано на основании их мультиплетности и значений химических сдвигов.