Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Применение микроволновой активации в реакциях с участием ацетиленовых соединений 8
1.1. Теоретические аспекты микроволновой активации 9
1.1.2. Физическая характеристика микроволнового излучения 10
1.1.3. Природа диэлектрического нагревания 12
1.1.4. Мультимодовый и мономодовый режимы облучения 19
1.1.5. Специфический микроволновой эффект 20
1.1.6. Измерение температуры при проведении реакций под действием MB излучения 23
1.2. Реакции производных ацетилена при MB содействии 26
1.2.1. Реакция Дильса-Альдера 26
1.2.2. Реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения 31
1.2.3. Реакция Соногаширы 38
1.2.4. Другие реакции 40
1.2.4.1. Реакция Больмана-Ратца 40
1.2.4.2. Ацетилен-алленовые перегруппировки 41
Глава 2. Кислотно-катализируемые реакции пропиналеи R3MCiCCHO (M=Si, Ge) С некоторыми N- и С-нуклеофилами при микроволновом содействии 43
2.1. Синтез пропиналей R3MC=CCHO (M=Si, Ge) 43
2.2. Прямое превращение спиртов R3MC=CCH2OH (M=Si, Ge) в азометины 47
2.3. One-pot синтез 1,3-енинов 55
2.4. Синтез имидазо[1,2-а]пиридин-3-карбальдегида 58
2.5. Новая реакция 2-аминопиридина с 3-триметилсилил-2-пропин-1-алем62
2.5.1. Влияние природы амина на хемоселективность реакции 2-аминопиридина с 3-триметилсилил-2-пропин-1-алем 66
2.5.2. Роль природы гетероатома М на направление реакции пропиналя R3MC=CCH=0 с 2-аминопиридином 68
2.5.3. Влияние природы катализатора на выход 1,2-ДГП 72
2.5.4. Влияние MB активации на эффективность образования 1,2-ДГП75
2.5.5. Влияние полярности среды и воды на образование 1,2-ДГП 76
2.5.6. Влияние соотношения реагентов на выход 1,2-ДГП 77
2.6. Образование 4-триметилсилилэтинил-4//-пиран-3,5-дикарбальдегида 79
Выводы 82
Глава 3. Методические подробности (экспериментальная часть)84
Литература 98
- Физическая характеристика микроволнового излучения
- Измерение температуры при проведении реакций под действием MB излучения
- Прямое превращение спиртов R3MC=CCH2OH (M=Si, Ge) в азометины
- Роль природы гетероатома М на направление реакции пропиналя R3MC=CCH=0 с 2-аминопиридином
Введение к работе
Высокореакционные ацетиленовые реагенты, имеющие активированную тройную связь, являются перспективными мономерами, строительными, блоками для тонкого органического синтеза [1]. Важное место среди них занимают пропинали — амбидентные 1,3-бисэлектрофилы, которые используются в синтезе оптически активных ацетиленовых спиртов, Р-лактамов — структурных фрагментов природного антибиотика малинголида, этинилстероидов, антибиотиков с эффективным антибактериальным действием [2]. Известно образование пропиналя в живой природе [3] и участие в метаболических процессах обратимого ингибирования некоторых энзимов, которое связывают со взаимодействием альдегида с нуклеофильными центрами ферментов [4-6]. Эти данные подчеркивают актуальность исследования реакций нуклеофильного присоединения к пропиналям как моделей биохимических превращений.
На рубеже тысячелетий стремительно развивалась химия альдегидов, прежде всего ароматического ряда. В значительной мере это обусловлено использованием преимуществ микроволновой (MB) активации и широким вовлечением альдегидов в мультикомпонентные реакции с целью получения гетероциклических соединений. Синтетическое использование пропиналей весьма ограничено по причине их труднодоступности, токсичности (пропиналь обладает высокой мутагенностью [3]), летучести, высокой склонности к полимеризации. В случае кремний- и германийсодержащих пропиналей наличие реакционноспособной связи элемент-углерод, с одной стороны, стабилизирует альдегиды и полученные аддукты и циклоаддукты, с другой стороны, вносит существенное своеобразие в химическую трансформацию как исходных альдегидов, так и продуктов их превращений. Раскрытие богатого химического потенциала этого класса соединений требует новых подходов к методам их получения, изучения контролируемой эффективности электрофильных центров молекулы, определения
возможности использования генерируемых in situ пропиналей и новых методов активации в направленном синтезе полифункциональных алифатических и гетероциклических соединений.
Хотя к настоящему времени в работах, выполненных в Иркутском институте химии им. А.Е. Фаворского СО РАН (ИрИХ им. А.Е. Фаворского СО РАН), были установлены основные закономерности хемо-, регио- и стереонаправленности реакций нуклеофильного присоединения к элементсодержащим пропиналям в отсутствие катализатора, влияние кислотного катализа на выбор электрофильного центра при атаке нуклеофила не было изучено. Отсутствовали исследования о возможности использования MB активации в синтезе пропиналей и их производных, в том числе в тандемных процессах, включающих генерируемые in situ пропинали.
Работа выполнялась в соответствии с планом НИР ИрИХ им. А.Е. Фаворского СО РАН по теме: "Химия карбофункциональных органических производных халькогенов и элементов подгруппы кремния" № гос. регистрации 01200107931, была неоднократно поддержана молодежными грантами ИрИХ СО РАН им. А.Е. Фаворского.
Цель работы. Изучение новых подходов к синтезу пропиналей R3MC=CCHO (М = Si, Ge), хемоконтролируемому присоединению первичных аминов и некоторых С-нуклеофилов к электрофильным центрам субстрата, применению генерируемых in situ альдегидов в направленном синтезе полифункциональных ацетиленов и гетероциклических соединений; исследование влияния MB излучения на эффективность и хемоселективность изучаемых процессов.
Научная новизна и практическая значимость работы. Разработан высокоэффективный твердофазный метод синтеза кремний-, германийсодержащих пропиналей окислением соответствующих ацетиленовых спиртов активированной двуокисью марганца на силикагеле или хлорхроматом пиридиния на окиси алюминия при MB содействии.
Показана эффективность использования генерируемых in situ пропиналей в one-pot синтезе иниминов и 1,3-енинов из 3-триметилсилил- или 3-этилгермил-2-пропин-1-олов при MB содействии. Эффективность окислителя в тандемном процессе зависит от природы N- или С- нуклеофила.
Реализован твердофазный одностадийный микроволновой синтез
имидазо[1,2-а]пиридин-3-карбальдегида непосредственно из
Щ' элементоорганических ацетиленовых спиртов и 2-аминопиридина под
действием активированной двуокиси марганца на силикагеле при MB
облучении.
Обнаружена новая каскадная кислотно-катализируемая реакция 3-
триметилсилил-2-пропин-1-аля с 2-аминопиридином приводящая к
111
^ неизвестному ранее Н-(2'-пиридил)-2-(триметилсилилэтинил )-1,2-
дигидропиридин-3,5-дикарбальдегиду с высоким выходом. Найдено, что
протеканию каскадной сборки 1,2-дигидропиридина из трех молекул
альдегида и одной молекулы амина способствуют следующие факторы:
'Щ] кислотный катализ, наличие пиридинового азота в а-положении к
аминогруппе, наличие воды и использование полярных растворителей, стехиометрическое соотношение реагентов, MB активация.
В отличие от хемоселективного 1,2-присоединения первичных аминов к пропиналям R3MC=CCHO (М = Si, Ge) в отсутствие катализатора на примере
>Щ\ 2-аминопиридина показано протекание кислотно-катализируемого
нуклеофильного 1,4-присоединения — ключевой стадии в каскадной сборке полифункциональных гетероциклических соединений: имидазо[1,2-а]пиридин-3-карбальдегида, Ы-(2*-пиридил)-2-(триметилсилилэтинил)-1,2-
,^ дигидропиридин-3,5-дикарбальдегида, 4-(триметилсилилэтинил)-4Я-пиран-
3,5-дикарбальдегида.
Отмечено значительное ускорение, а в некоторых случаях изменение селективности процессов под действием MB излучения.
Апробация работы и публикации. По результатам работ
1ш > опубликованы 4 статьи, тезисы 2 докладов на Всероссийских конференциях.
Полученные данные представлялись на Второй интеграционной междисциплинарной конференции молодых ученых СО РАН и высшей школы (Иркутск, 2003), Молодежной научной школе-конференции «Актуальные проблемы органической химии» (Новосибирск, 2003), VII-ой научной школе-конференции по органической химии (Екатеринбург, 2004), Ш-ей Всероссийской конференции «Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий» (Томск, 2004), П-ой международной научно-практической конференции «Теоретическая и экспериментальная химия» (Караганда, 2004).
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 112 стр. машинописного текста. Первая глава - обзор литературы, посвященный использованию микроволновой активации в химии производных -ацетилена; во второй главе изложены и обсуждены результаты собственных исследований; необходимые экспериментальные подробности приведены в третьей главе. Завершается рукопись выводами и списком цитируемой литературы (143 ссылки).
Физическая характеристика микроволнового излучения
Микроволнами называются электромагнитные колебания с частотой 0.3 300 ГГц, что соответствует длине волны от 1 мм до 1 м. Таким образом, микроволны относятся к радиодиапазону электромагнитного спектра. Системы телекоммуникаций и радарное оборудование активно используют этот диапазон. Частоты, которые могут применяться в быту и промышленности, жестко регламентированы международными соглашениями (табл. 1). Коммерческие MB печи, как правило, работают на частоте 2450 МГц. Энергия излучения MB диапазона (300 МГц - 300 ГГц) лежит в интервале 1.24x10"6 - - 1.24x10"3 эВ, что существенно ниже потенциала ионизации биологических соединений (5 эВ) и энергии ковалентной (5 эВ). MB энергия имеет порядок энергии Броуновского движения при 37С (2.7x10" эВ). С этой точки зрений отчетливо видно, что MB излучение не способно оказывать прямого активирующего воздействия на молекулы (табл. 2). Такая прямая активация была бы возможна в случае пошагового накопления энергии и перехода в возбужденное состояние, но малые времена релаксации полностью исключают этот механизм [13].
Диэлектрический материал — это материал, содержащий либо постоянные, либо наведенные диполи, который, будучи помещен между двумя электродами, ведет себя как конденсатор, т.е. материал позволяет накапливать заряды, при этом между пластинами не наблюдается проводимость. Поляризация диэлектрика возникает в результате определенного распределения зарядов или вращения диполей в электрическом поле, ее не следует путать с проводимостью, возникающей в результате поступательного перемещения зарядов при возникновении электрического поля. На молекулярном уровне поляризация включает либо нарушение в распределении электронного облака в пределах молекулы, либо физическое вращение молекулярных диполей. Последнее особенно значимо в случае MB диэлектрического нагревания. Диэлектрическая проницаемость материала, є — это свойство материала накапливать заряд в не зависимости от размеров образца. Диэлектрическая постоянная или относительная диэлектрическая проницаемость вещества — это диэлектрическая проницаемость вещества, отнесенная к диэлектрической проницаемости вакуума. Следует отметить, что вещества с большим постоянным дипольным моментом также обладают большей диэлектрической постоянной, потому что диэлектрическая поляризация зависит, главным образом, от способности диполей вещества переориентироваться в электрическом поле. В газовой и жидкой фазе молекулы вращаются настолько быстро, что обычно способны следовать за полем, изменяющимся 106 раз в секунду и быстрее, но в твердом состоянии молекулярное вращение, в основном, заторможено и, таким образом, переориентация в электрическом поле не дает основного вклада в 1 диэлектрическую постоянную.
Если электрическая компонента поля изменяется значительно быстрее, например, 10 раз в секунду, даже небольшие молекулы уже не успевают повернуться на сколько-нибудь значимую величину прежде, чем электрическое поле опять изменится, и диэлектрическая проницаемость неизбежно падает. Такое быстрое изменение под действием поля, конечно, наблюдается, когда вещество облучают электромагнитными волнами. Диэлектрическая проницаемость вещества, таким образом, зависит от частоты, и в случае полярных жидкостей обычно обнаруживается заметное увеличение є с ростом электромагнитной частоты с 106 (радиочастоты) до 10 (инфракрасный диапазон). Значение частоты, при котором происходит падение є, отражает частоту вращения внутри молекулы, которая, в свою очередь, зависит .JOT размера молекулы и межмолекулярных сил, действующих на нее в растворе. Для полярных молекул с массой меньше нескольких сотен а.е.м. релаксационные процессы лежат в микроволновой области, т.е. в интервале частот 300 МГц - 300 ГГц.
Переориентация диполей и перераспределение заряда эквивалентны протеканию электрического тока, называемого током смещения Максвелла по имени автора электромагнитной теории.
При частотах, для которых угол потерь (5) значительно отличается от 90, вещество обладает двойственной природой: оно работает и как диэлектрик и как проводник. Выражение для полной относительной диэлектрической ф1 проницаемости можно записать формулой 1, т.к. sin8 совпадает по фазе с вектором внешнего электрического поля. е = s -js« (1), где ё - реальная часть относительной диэлектрической проницаемости ф (диэлектрическая константа) и " - фактор потерь, который отражает проводимость материала. На фазовой диаграмме, представленной на рис. 2с, ele = tgS, и igS называется фактором рассеивания энергии или тангенсом потерь, при низких значениях tgS является удобным параметром для сравнения эффективности превращения микроволновой энергии в тепловую внутри диэлектрика для материалов со сравнимыми ?. Хотя tgS— полезный параметр при сравнении скоростей нагрева внутри серии соединений с близкими химическими и физическими свойствами, для надежного расчета скоростей нагрева необходимы более сложные выражения, учитывающие сложный характер электрического поля, теплоемкость вещества и его плотность.
Частотная зависимость ё и " и их абсолютные величины определяют предел, до которого вещество способно взаимодействовать с MB излучением и являются, таким образом, фундаментальными параметрами для интерпретации явления диэлектрического нагревания.
Измерение температуры при проведении реакций под действием MB излучения
Обычно применяемые ртутные термометры не могут использоваться для измерения температуры в MB поле, поскольку они сами поглощают MB энергию (работают как антенна). Когда ртуть нагревается, на ее поверхности возникают потенциалы, создающие обратную связь с магнетроном или стенками камеры. Это может привести к электрическому пробою, который разрушит термометр. Из-за недостатка альтернативных способов определения температуры этим параметром часто пренебрегали в первые годы развития техники MB синтезов [17, 18]. Полученные результаты сравнивались с литературными данными, что иногда приводило к некорректным оценкам способности MB излучения активировать химические реакции. Из-за относительно высокой стоимости новые системы измерения температуры использовались весьма ограниченно. Эти системы позволяют измерять температуру непосредственно внутри MB поля или реакционной смеси. Существует три основных способа измерения температуры в присутствии микроволн: защищенная термопара, инфракрасный сенсор и оптоволокно. Измерение температуры специально защищенной термопарой в настоящее время наименее дорого. Однако, этот метод не пригоден в случае многих неполярных растворителей, таких как дихлорметан или метт-трет. бутиловый эфир, т. к. эти растворители даже в хорошо защищенных термопарах работают как антенна и нагреваются. Такие термопары могут использоваться вплоть до температуры 300С, что значительно превышает обычно используемый диапазон температур в органическом синтезе. Кроме того, вследствие того, что подобные термопары занимают значительный объем из-за специального покрытия, минимальный объем реакционной смеси составляет около 30 мл.
Другой широко распространенный метод — непрямое измерение температуры ИК-сенсором на стенке реактора. Этот метод универсален, потому что сенсор встраивается в стенку MB камеры, и измерение производится с определенного расстояния. Стенка является наиболее холодной частью системы вследствие воздушного охлаждения, работающего во всех современных MB системах. Вызванные этим ошибки измерения неустранимы. Поток тепла, в сравнении с обычным нагреванием, обращен, т. к. переход MB энергии в тепловую осуществляется непосредственно внутри ( реакционной смеси. Таким образом, реакционная смесь всегда горячее стенок реактора. Это одно из основных преимуществ MB технологии. Дополнительные исследования показали, что величина ошибки может достигать 30С, особенно когда реакционная смесь нагревается очень быстро, а время реакции составляет менее 20 мин. ИК-сенсоры всегда регистрируют меньшую температуру, их рабочий диапазон составляет от -40 до +1000С. Третий, также широко применяемый, но наиболее дорогой метод — измерение температуры с помощью оптоволокна. Оптоволоконный сенсор, с кристаллом арсенида галлия на кончике, помещается в защитной трубке внутрь реакционной смеси. Сравнение результатов измерения таким сенсором с NiCr/Ni термопарой дает точность метода AT = 2С. Недостатком является сравнительно небольшой рабочий диапазон 0-КЗ 30С. Необратимые повреждения возникают при работе в течение нескольких часов при температуре свыше 250С. Кроме того, такие волокна очень чувствительны к механическим повреждениям. Одной из причин низкой температурной устойчивости оптоволоконных сенсоров является необходимость использования пластиковых материалов при их изготовлении (например, для приклеивания измерительного кристалла к оптоволокну). Несмотря на перечисленные недостатки, этот метод широко применяется в MB технике. Благодаря тому, что сам сенсор занимает небольшой объем, при его использовании появляется возможность работать с небольшими количествами. В настоящее время коммерческая доступность оптоволоконных сенсоров высокого качества остается проблемой.
Проблема измерения температуры в MB поле решена. Однако, низкая точность одних и высокая стоимость других методов дают повод для обсуждения нетермических MB эффектов. Вероятность того, что все обнаруженные MB эффекты происходят от некорректного измерения температуры и сравнения с обычными условиями исключить нельзя [13]. 1.2. Реакции производных ацетилена при MB содействии MB активация использовалась преимущественно в синтезе азотсодержащих гетероциклических соединений с использованием реакций Дильса-Альдера и 1,3-Диполярного циклоприсоединения.
При использовании в качестве диенофила этилена процесс останавливается на стадии образования аддукта Дильса-Альдера 16. В MB условиях (мономодовый режим, 300 Вт, 190С) реакция протекает в среде дихлорбутана в течение 40-140 мин с выходом 86-89%. При обычном нагревании в том же растворителе при 110С в автоклаве при давлении 25 атм. тот же выход достигается за 12 ч. При кипячении этил- 1//-перимидин-2-ацетата 17 с избытком этилпропиолата или З-бутин-2-она (2.1 экв.) в этаноле в течение 3-5 ч образуется конденсированный перимидин 21 с выходом 50-98% [22]. Формально реакция протекает как тандемный процесс, на первой стадии которого происходит региоселективное нуклеофильное присоединение образующегося in situ енаминокарбонильного соединения 18 как С-нуклеофила к терминальному углеродному атому активированной тройной связи с образованием транс-аддукта Михаэля 19.
Прямое превращение спиртов R3MC=CCH2OH (M=Si, Ge) в азометины
Синтетическая органическая химия в последние годы развивается в интереснейшем направлении — получение сложных молекул с высокой регио-, хемо-, диастерео- и энантиоселективностью. Один из наиболее ярких примеров — синтез палитоксина, содержащего 64 асимметрических атома и имеющего более чем 1019 стереоизомеров (264. если быть точным). Несмотря на огромные успехи в развитии химии, отношение к ней со стороны общественности в настоящее время ухудшилось. Это объясняется осознанием возможности ее отрицательного влияния на экологическое равновесие. Основные проблемы современного химического производства связаны с утилизацией отходов, поиском экологически приемлемых методов и методик синтеза, сбережением ресурсов и увеличением эффективности. Эти проблемы должны решаться как с учетом экологических требований, так и возможного удешевления процессов. Обычная практика синтеза органических соединений заключается в пошаговом формировании отдельных связей целевой молекулы. Несомненно, эффективнее сформировать несколько связей в один прием без выделения интермедиатов, изменения условий реакции и прибавления дополнительных реагентов. Это позволило бы снизить расход растворителей, реагентов, адсорбентов и энергии, а значит и отходов по сравнению с пошаговым процессом. Естественно, сократились бы и трудозатраты. Таким образом, реакции такого типа в сравнении с многостадийными подходами в большей степени удовлетворяли бы экологическим и экономическим требованиям. Такой тип превращений называют домино-реакциями или «каскадными реакциями», однако, последний термин имеет более широкое значение [51]. Согласно Титце домино-реакция или каскадная реакция — это процесс, . включающий два и более превращений с образованием новой связи (обычно С-С), протекающий без изменения условий реакции, без дополнительного прибавления реагентов и катализаторов. В этих процессах каждая последующая реакция протекает с участием функции, образовавшейся на предыдущей стадии [51].
Денмарк и Тораренсен относят каскадные или домино-реакции к частному случаю тандемных реакций [52]. Согласно их классификации все процессы, в которых последовательные реакции протекают с участием функции, образовавшейся на предыдущей стадии, следует называть тандемными. Тандемные реакции подразделяются ими на три группы: тандемные каскадные («tandem cascade»), тандемные ступенчатые («tandem consecutive») и тандемные последовательные («tandem sequential»). Тандемные каскадные реакции удовлетворяют и определению Титце. Интермедиаты в тандемном каскадном процессе не могут быть выделены, \щ; т.к. немедленно вступают в последующие реакции (примечание Денмарка). В отличие от них в тандемных ступенчатых реакциях интермедиаты могут быть выделены. Они содержат все необходимые функции для протекания последующих стадий, но может требоваться дополнительная энергетическая активация (тепло, свет) для преодоления активационного барьера. В случае тандемных последовательных реакций интермедиаты также могут быть выделены, но для протекания последующих реакций необходима активация реагентами (катализатор, инициатор).
Ранее сотрудниками нашей лаборатории были выполнены предварительные исследования тандемного синтеза иминов, включающие one-pot синтез ацетиленовых гидроксииминов из первично-третичных ацетиленовых у-диолов и первичных аминов окислением активированной двуокисью марганца [53]. Этот подход был развит группой Тейлора (университет Йорка, Великобритания). Ими осуществлено прямое превращение а-ацетиленовых спиртов в соответствующие инимины и ацетиленовые амины [54], нитрилы [55], оксимы [56] и енины [57]. Для окисления спиртов в альдегиды применялась акт. двуокись марганца. Тандемный процесс «окисление/аминирование» в условиях MB облучения ранее не изучался.
Имины широко применяются как аналитические, медицинские, полимерные и жидкокристаллические материалы [58-60], как синтоны в органическом синтезе [61, 62]. Синтетический потенциал 1,3-азаенинов значительно расширяется благодаря сопряжению тройной связи и иминогруппы [63], сс,р-ацетиленовые кремнийсодержащие альдимины успешно используются в роли ключевых соединений в синтезе тиеномицинов [64]. 1,3-Азаенины 5-14 получены тандемным окислением-аминированием спиртов 1, 2 MnCySiCb при MB облучении в течение 3-4 мин (Р = 700Вт) с выходом 53-96% (табл. 2, схема 3). Следует отметить, что в синтезе иниминов по методу [54] требуется 10-20 экв. МпСЬ, в то же время в предложенном нами методе используется 5 экв. окислителя [44, 65].
Роль природы гетероатома М на направление реакции пропиналя R3MC=CCH=0 с 2-аминопиридином
Влияние природы заместителя при тройной связи пропиналя изучено на примере альдегидов 3 и 4 (табл. 6). Несмотря на большую доступность тройной связи 3-триэтилгермил-2-пропин-1-аля 4 для атаки нуклеофила в соответствии с литературными данными [39], реакция с 2- и 3-аминопиридинами в условиях образования 1,2-ДГП (MB облучение, 700 Вт; 6 мин; r-BuOH/H20; psOH, 5 мол. %), а также при 25С (MeCN/H20; НС1, 5 мол. %; 5-10 сут.) приводит лишь к соответствующим азометинам 14 и 24.
Таким образом, процесс образования 1,2-ДГП чрезвычайно критичен к природе заместителя при тройной связи пропиналя. Десилилирование промежуточного аминоеналя I с образованием Р-аминоакролеина III, по-видимому, обеспечивает отсутствие стерических препятствий на дальнейших стадиях сборки гетероцикла 29.
Можно было полагать, что гетеролиз связи Si—Csp альдегида 3 предшествует 1,4-присоединению амина, протекающему по терминальной тройной связи образующегося пропиналя. Однако, наличие триметилсилилэтинильного фрагмента в структуре конечного 1,2-ДГП 29 противоречит этому предположению. Было показано также, что связь Si-Csp сохраняется даже при проведении реакции альдегида 3 с амином 22 в водной среде, приводящей к азометину 23. Соединения, содержащие терминальную тройную связь, не обнаружены в процессе мониторинга изучаемой реакции методом ЯМР !Н (CD3CN), но из реакционной смеси был выделен гексаметилдисилоксан. Совокупность этих данных подтверждает, что десилилирование претерпевают аминоенали типа I.
Известно, что триалкилвинилсиланы претерпевают десилилирование чаще всего под действием электрофильных реагентов в присутствии кислот Льюиса [103, 104], однако известно также десилилирование под действием кислот Бренстеда [105] и оснований, в частности алкоголятов калия и натрия [106, 107]. Работы, посвященные изучению десилилирования силилвинилкарбонильных соединений, нами не найдены.
На наш взгляд, десилилированию аминоеналей типа I способствуют следующие факторы: наличие воды и основания в реакционной смеси; полярность среды; ослабление взаимодействия d-орбиталей атома кремния с л-электронами двойной связи из-за характерного для Р-аминоеналей прямого полярного сопряжения в цепи N-C=C-C=0 [108]; стерический эффект триметилсилильной группы, а также кислотный катализ.
В молекуле кремнийсодержащего аминоеналя I прямое полярное сопряжения в пентаде N-C=C-C=0 и (p-d)7i взаимодействие атома кремния и двойной связи [109] противоположно направлены. Во взаимодействии с вакантными Зё-орбиталями кремния непо деленная электронная пара пиридинового атома азота конкурирует с л-электронами двойной связи (схема 19). Влияние природы катализатора на выход 1,2-ДГП На примере /7sOH было изучено влияние концентрации кислотного катализатора на выход 1,2-ДГП. Показано, что при взаимодействии альдегида 3 с амином 22 в отсутствие кислоты в условиях MB активации (6 мин, 700 Вт) в среде -ВиОН/НгО (5.5/1) основным продуктом является азометин 23, а 1,2-ДГП образуется лишь в следовых количествах. Присутствие /?sOH в количестве 20 мол. % вызывает сильное осмоление реакционной смеси, оптимальной является концентрация 5 мол. %.
Показано, что соляная кислота (5 мол. %) также оказывает каталитическое действие в этой реакции, равное по силе /?sOH. Присутствие кислотного катализатора в реакционной смеси, по-видимому, способствует гидролизу азометина за счет протонирования атома азота связи HC=N и разрыхления последней .
Следует ожидать, что при малых концентрациях катализатора процесс гидролиза может протекать медленно, а при высоких — амин будет выводиться из сферы реакции за счет солеобразования. Тем не менее, присоединение амина к тройной связи пропиналя в кислой среде не исключено. Например, анилин взаимодействует с пропиналем в воде в присутствии избытка уксусной кислоты с образованием малондиальдегиддианила Ph(PhNH)C=CH-CH=NPh [111]. Кислоты Льюиса также способствуют разрушению азометинов [112]. Нам удалось получить 1,2-ДГП 29 из альдегида 3 и амина 22 (при соотношении 3/22 = 1/1) в водном ацетонитриле при MB активации (700 Вт, 6 мин) в присутствии Yb(OTf)3 (5 мол. %) с выходом 80% (ЯМР Н).
Известно, что присоединение Р-аминокротоната к тройной связи ацетиленовых кетонов по Михаэлю и последующая внутримолекулярная циклодегидратация в тризамещенные пиридины по Больману-Ратцу катализируются уксусной кислотой или кислотами Льюиса [110]. Кислотно-катализируемое присоединение первичных аминов к пропиналям R3MC=CCHO (М = Si, Ge, С) до сих пор не изучалось. Сведения о взаимодействии 2-аминопиридина и других гетероциклических N,N-бинуклеофилов с пропиналями и с ацетиленовыми кетонами также отсутствуют.
Похожие диссертации на Кислотно-катализируемые реакции пропиналей R3 MC=CCHO (M=Si, Ge) с некоторыми N- и С-нуклеофилами при микроволновом содействии
