Содержание к диссертации
Введение
1. Синтез, строение и химические свойства карбоксилатных и фенолятных фосфабетаинов 10
1.1. Карбоксилатные фосфабетаины 10
1.2. Фенолятные бетаины: синтез и свойства 27
1.2.1 Бесфосфорные фенолятные бетаины 27
1.2.2 Фенолятные элементоорганические бетаины 30
1.3 Метиленхиноны: синтез и реакционная способность 34
1.3.1 Метиленхиноны, не содержащие фосфора 34
1.3.2 Фосфорилированные метиленхиноны 45
2. Новые карбоксилатные и фенолятные фосфабетаины на основе реакций третичных фосфинов с непредельными карбоновыми кислотами и фосфорилированными метиленхинонами 52
2.1. Синтез и свойства новых карбоксилатных фосфабетаинов 52
2.1.1. Трициклогексилфосфин в реакциях с непредельными карбоновыми кислотами 52
2.1.2. Карбоксилатные фосфабетаины на основе 1,2-бис(дифенилфосфино)этана 62
2.1.3. Теоретическое и экспериментальное исследование карбоксилатных фосфабетаинов на основе третичных фосфинов и пропиоловой кислотой
2.1.4. Реакции карбоксилатных фосфабетаинов с электрофильными реагентами 80
2.1.4.1. Реакции алкилирования и силилирования карбоксилатных фосфабетаинов на основе трициклогексилфосфина. 80
2.1.4.2. Силилирование дикарбоксилатного фосфабетаина на основе трифенилфосфина и малеиновой кислоты. 83
2.2. Синтез, строение и свойства фосфорилированных фенолов и фенолятных фосфабетаинов на основе третичных фосфинов и фосфорсодержащих метил енхинонов 88
2.2.1. Взаимодействие фосфорилированных метиленхинонов со спиртами 91
2.2.2. Взаимодействие фосфорилированных ~ метиленхинонов с диалкилфосфитами натрия 91
2.3. Реакции фосфорилированных метиленхинонов с третичными фосфинами.
3. Экспериментальная часть. 103
3.1. Синтез и очистка исходных соединений 103
3.2. Синтетические эксперименты 103
3.2.1. Трициклогексилфосфин в реакциях с непредельными карбоновыми кислотами 103
3.2.2. Реакции 1,2-бис(дифенилфосфино)этана с непредельными карбоновыми кислотами 106
3.2.3. Реакции третичных фосфинов с пропиоловой кислотой. 108
3.2.4. Реакции алкилирования и силилирования. 110
3.2.5. Реакции фосфорилированных метиленхинонов с нуклеофильными реагентами. 113
3.3. Спектральные и рентгеноструктурные исследования 120
Основные результаты и выводы: 121
- Фенолятные бетаины: синтез и свойства
- Фосфорилированные метиленхиноны
- Синтез, строение и свойства фосфорилированных фенолов и фенолятных фосфабетаинов на основе третичных фосфинов и фосфорсодержащих метил енхинонов
- Реакции третичных фосфинов с пропиоловой кислотой.
Введение к работе
Актуальность работы
Одним из актуальнейших вопросов элементоорганической химии является направленный синтез соединений с потенциально полезными свойствами. Азотсодержащие и элементоорганические (в частности фосфорорганические) бетаины обладают широким спектром таких свойств.
Так, разнообразная биологическая активность бетаинов широко используется в медицине [1]. Ацидол {хлорид глицинбетсшна) известен как заменитель соляной кислоты для повышения кислотности желудочного сока. Аддукты бетаинов и различных карбоновых кислот предложено использовать для лечения заболеваний печени, дерматозов, ревматизма, диспепсии и других недугов человека. Среди бетаиновых производных найдены эффективные антидиабетические, гиполипидемические, гепато- и кардиопротекторные лекарственные средства, а также большое число косметических препаратов.
Необходимо отметить большое будущее за элементоорганическими (и, особенно, фосфорорганическими) бетаиновыми структурами в качестве межфазных катализаторов. В большинстве случаев каталитическая активность фосфабетаинов превосходит таковую у обычных межфазных катализаторов - аммониевых солей.
Среди производных элементоорганических бетаинов найдены соединения, обладающие бактерицидными и дезинфицирующими свойствами.
В последнее десятилетие большое внимание уделяется синтезу и изучению свойств необычных красителей на основе фенолятных бетаинов. Данные красители обладают сольватохромизмом и проявляют некоторые другие нелинеинооптические свойства, а материалы с такими свойствами все чаще находят применение в телекоммуникационных технологиях.
В то же время, приходится констатировать, что на сегодняшний день строение, а, главное, химические свойства элементоорганических бетаинов, изучены явно недостаточно.
Особенно это касается фосфорорганических бетаинов, интерес к которым в последние годы проявляется во многих ведущих фосфорорганических лабораториях мира. Это обусловлено, прежде всего, тем, что очень часто подобные структуры возникают в качестве интермедиатов во многих важнейших фосфорорганических реакциях, хотя известно относительно небольшое число и стабильных фосфабетаинов. Если же учесть, что фосфабетаины, кроме всего прочего, являются и своеобразными аналогами органических аминокислот с широким спектром потенциальных химических и биологических свойств, то резко возрастающий в последнее время интерес к этому классу соединений становится вполне понятным.
Настоящая диссертационная работа является продолжением проводимых в Казанском государственном университете систематических исследований в области синтеза, изучения строения и реакционной способности карбоксилатных фосфабетаинов. Следует отметить, что к началу данного исследования в нашей исследовательской группе уже были достигнуты определенные успехи в области химии карбоксилатных фосфабетаинов и сформулированы некоторые основополагающие принципы их стабильности и реакционной способности. В этой связи весьма актуальной задачей являлось продолжение начатых исследований с расширением, как круга исходных третичных фосфинов, так и непредельных моно- и дикарбоновых кислот. Не менее актуальным являлось вовлечение в эти реакции и других непредельных реагентов, а именно фосфорилированных метиленхинонов, с целью получения фосфабетаиновых структур нового типа.
Цель работы
Целью настоящей диссертационной работы являлось систематическое исследование основных закономерностей синтеза, строения и реакционной способности новых карбоксилатных фосфабетаинов на основе третичных фосфинов и непредельных моно - и дикарбоновых кислот, а также фенолятных фосфабетаинов на основе третичных фосфинов и фосфорилированныхметиленхинонов.
Научная новизна работы и выносимые на защиту положения состоят в следующем:
Впервые проведено комплексное теоретическое и экспериментальное
исследование реакций трициклогексилфосфина и 1,2-
бис(дифенилфосфино)этана с серией непредельных моно- и дикарбоновых кислот. Продукты большинства реакций выделены и охарактеризованы, в том числе и методом РСА. Алкилирование и силилирование полученных карбоксилатных фосфабетаинов электрофильными реагентами приводит к образованию соответствующих фосфониевых солей.
На основе трициклогексилфосфина и кротоновой кислоты был получен карбоксилатный фосфабетаин, стабилизированный второй молекулой кислоты. В данном случае впервые, в отличие от всех предыдущих аналогичных случаев, наблюдаемых в нашей группе ранее, не происходит переноса протона от кислоты на карбоксилатную группу фосфабетаина.. Очевидно, это связано с тем, что кислотные свойства кротоновой кислоты выражены слабее, чем у соответствующей фосфабетаину фосфониевой соли. Также впервые получен стабильный дикарбоксилатный фосфабетаин на основе трициклогексилфосфина и дикарбоновой малеиновой кислоты.
В результате проведенного теоретического (квантовохимического) и экспериментального исследования показано, что в реакциях третичных фосфинов с пропиоловой кислотой образуются продукты присоединения, имеющие цис-конфигурацию, что и предопределяет их склонность к
дальнейшей трансформации с образованием фосфиноксидов. Скорость образования фосфиноксидов в реакциях пропиоловой кислоты с серией изученных третичных фосфинов возрастает в ряду: трициклогексилфосфин <трибутилфосфин < метилдифенилфосфин <. трифенилфосфин.
Впервые получены стабильные фосфорные илиды на основе третичных фосфинов и фосфорилированных метиленхинонов. Строение двух илидов доказано методом РСА. Установлено таутомерное равновесие илидной и бетаиновой формы аддукта в изученных реакциях, причем в кристаллах доминирует первая форма, тогда как в растворе - вторая. С помощью рентгеноструктурного анализа выявлены факторы, способствующие стабилизации илидной формы в кристаллах.
Практическая значимость исследования состоит в разработке новых эффективных методов синтеза карбоксилатных и фенолятных фосфабетаинов, фосфорных илидов, и фосфониевых солей с потенциально широким спектром биологической активности и других практически полезных свойств.
Кроме того, полученные в результате исследования новые данные включены в читаемый в Казанском университете лекционный курс «Химия фосфорорганических соединений».
Апробация работы и публикации
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: на VI и VII Научных конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов научно-образовательного центра Казанского государственного университета «Материалы и технологии XXI века» (Казань, Россия, 2006-2007), на Международной конференции по органической химии «Органическая химия от Бутлерова и Бейльштейна до наших дней» (Санкт-Петербург, Россия, 2006), на IX научной школе-конференции по органической химии (Москва,
Россия, 2006), на XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 2007 г.), на XV Международной конференции по химии соединений фосфора (ICCPC-XV, Санкт-Петербург, Россия, 2008 г.).
По материалам диссертации опубликованы 2 статьи в журналах, входящих в Перечень ВАК, и тезисы 14 докладов.
Опубликованные работы написаны в соавторстве с научным руководителем к.х.н. с.н.с. Ю.В.Бахтияровой и научным консультантом д.х.н. профессором В.И.Галкиным, а также доцентом И.В. Галкиной, принимавшей участие в обсуждении результатов исследования. Д.х.н. О.Н. Катаева, д.х.н., проф. И.А. Литвинов, д.х.н. А.Т. Губайдуллин и к.х.н. Д.Б. Криволапов проводили рентгеноструктурный анализ синтезированных соединений.
Вся экспериментальная работа и основные выводы сделаны самим автором.
Автор выражает глубокую признательность всем принимавшим участие в настоящем исследовании за плодотворное сотрудничество.
Объем и структура работы
Диссертация изложена на 135 страницах, содержит 4 таблицы, 39 рисунок и библиографию, включающую 106 ссылок. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов и списка цитированной литературы.
В первой главе представлен обзор литературных данных по синтезу, строению и химическим свойствам карбоксилатных фосфабетаинов и фенолятных элементоорганических бетаинов. Кроме того, рассмотрены синтез и реакционная способность метиленхинонов.
Во второй главе обсуждаются наши собственные результаты в области синтеза, строения и реакционной способности карбоксилатных и фенолятных фосфабетаинов.
Третья глава содержит описание проведенных синтетических экспериментов и спектральных исследований.
Работа выполнена на кафедре высокомолекулярных и элементоорганических соединений Химического Института им. A.M. Бутлерова Казанского государственного университета.
Фенолятные бетаины: синтез и свойства
Литературной информации о стабильных бетаинах с фенолятным анионным центром намного меньше, чем о крабоксилатных бетаиновых структурах. В основном известны и изучены фенолятные соединения с четвертичным атомом азота, а информация о фосфорорганических фенолятных бетаинах крайне скудна. В последнее десятилетие большое внимание уделяется синтезу и изучению свойств необычных красителей на основе фенолятных бетаинов [24-40]. Причем анионный центр в таких молекулах может быть как открытым, так и стерически загруженным - например, трет-бутильными группами у соседних атомов углерода. Данные красители обладают сольватохромизмом, то есть их растворы поглощают излучение в видимой части спектра на разной длине волны в зависимости от полярности растворителя. В работе [24] рассмотрен синтез и эффекты растворителей 4,6-дихлоро-2-[2-(1-метил-4-пиридино)винил]-фенолята 16. Также дается сравнительная характеристика полученного соединения с аналогами 17,18, не содержащими хлор. Авторы работы отмечают, что своеобразными оптическими свойствами обладают не только изученные фенолятные бетаины, но и многие цвиттер-ионы, в которых анионный и катионныи центры связаны системой сопряжения (полиены или ароматические структуры). В ряде работ французских, польских и американских ученых [27-34] рассматриваются синтез и свойства фенолятных азотсодержащих бетаинов с экранированным фенолятным кислородом. В работе [30] представлено компьютерное моделирование сольватохромизма таких соединений. В синтезе 4-( Т-метил-4-пиридино)-фенолята 23 также используются соединения бора. По реакции Сузуки алкиловый эфир бромфенола 19 реагирует с пиридинбороновым эфиром 20 в тетрагидрофуране в присутствии Pt(PPh3)4 в качестве катализатора. Далее в образовавшемся соединении 21 в кислой среде снимают защиту с кислорода и производят N-алкилирование йодистым метилом и депротонирование гидроксидом тетрабутиламмония [32]. Структура одного из полученных соединений была доказана с помощью РСА. Длины связей и валентные углы в этом соединении соответствуют хиноидной, а не ароматической фенолятной системе. К сожалению, авторы последней работы никак не комментируют возможное равновесие в растворе между метиленхиноновой и бетаиновой структурами конечного продукта.
Хотя такая таутомерия должна быть характерна для изученных ими веществ. Простейший фенолятный фосфабетаин был получен на основе р-бензохинона. В 1950-60 г.г. несколько авторов попытались получить илиды, в которых илидный атом углерода входил бы в ароматический цикл. Впервые аддукт трифенилфосфина и п-бензохинона был получен Михаэлисом и Шон-бергом [41]. Однако структура полученного соединения была описана ими неверно. Хорнер [42, 43] и Рамирец [44] показали, что продуктам реакций между третичными фосфинами и хиноном может быть приписана бетаиновая структура: В любом случае применение этой реакции для получения илидов не имеет практического значения, поскольку нет фактов свидетельствующих о карбанионном характере углерода, несущего фосфониевую группировку [45]. Реакции с замещенными хинонами протекают иначе [46]. Фосфор атакует не атом углерода, а карбонильный кислород. Продукт реакции представляет собой бетаин [44]: Здесь, однако, следует отметить, что в этих работах 60-х годов строение продукта не было строго доказано, и скорее всего в подобных реакциях образуются фосфораны аналогично реакциям трехвалентного фосфора с сс-дикетонами [51]. В дальнейшем предпринимались попытки получения фосфонийфено-лятов в ходе реакций соединений трехкоординированного фосфора с хино-идными структурами. Так несколько фенолятных фосфабетаинов было получено в группе американских химиков 1960-70 г.г. на основе метиленхинонов и триэтилфосфита, а также трибутилфосфина [52-55]: Данные реакции сопровождались образованием большого количества побочных продуктов, а также характеризовались таутомерным равновесием между бетаиновой и илидной структурами целевого продукта. Подробнее эти реакции будут рассмотрены в следующей части настоящего обзора. В работах 1998-1999 г. Аллен с сотрудниками [56-61] показал возможность синтеза фенолятных элементоорганических бетаинов и изучил их необычные свойства, в том числе и сольватохромизм. Ниже приведены структурные формулы некоторых полученных соединений: Аналогично были синтезированы и фосфонийоарилазофеноляты.
Полоса поглощения растворов данных фенолятных бетаинов в видимой части спектра смещается в коротковолновую область с увеличением полярности растворителя. Кроме этого, авторы предполагают наличие равновесия между илидной и бетаиновой формой соединений, и именно в полярных растворителях (ацетонитрил, спирты, дихлорэтан) изученным веществам может быть приписана структура бетаина. Работа 2000 г. тех же авторов [56] целиком посвящена сравнительной характеристике оптических и спектральных свойств фенолятных фосфабе-таинов с подобными фосфониевыми солями. Также в работе [58] показан синтез иминофенолятных бетаинов в арсо-ниевым и стибониевом катионным центром. Данные соединения были получены по реакции о-галогенарилиминов с трифениларсином и трифенилсти-бином в присутствии йодида меди (І) в ацетонитриле. Ярко окрашенные бетаины, содержащие мышьяк и сурьму обладали отрицательным сольватохро-мизмом, по своему уровню соответствующему аналогичным фенолятным фосфабетаинам. Таким образом, анализ известных на сегодняшний день литературных данных показывает, что фенолятные фосфабетаины представляют собой чрезвычайно интересный класс фосфорорганических соединений, обладающих неординарными физическими свойствами. А поскольку в данной диссертационной работе синтез новых фенолят-ных фосфабетаинов проводился на основе фосфорилированных метиленхинонов, мы сочли целесообразным рассмотреть в следующем разделе нашего обзора литературные данные, касающиеся синтеза и свойств метиленхинонов (хинонметидов). Метиленхиноны (хинонметиды) - лабильные органические соединения, относящиеся к классу ненасыщенных циклических сопряженных кето-нов [62]. Метиленхиноны входят в состав растительных пигментов [63], участвуют в метаболизме природных соединений [64], используются в медицине [65], обладают способностью ингибировать процессы термоокислительной деструкции полимеров [66]. Химические свойства метиленхинонов неразрывно связаны со свойствами пространственно-затрудненных фенолов. Молекула метиленхинонов характеризуется высокой степенью сопряженности, лабильностью тс-электронной системы связей, способностью к делокализации электронов, что находит свое отражение в делокализации электронов и резком влиянии заместителей, особенно при углероде метиленового звена на строение и химические свойства этого класса соединений [62]. Наиболее распространенный метод получения метиленхинонов заключается в окислении фенолов соединениями металлов переменной валентности (одноэлектронное окисление). При наличии в молекуле фенола ос-водородных атомов первоначально образуется феноксильный радикал, который диспропорционирует на метиленхинон и исходный фенол [62].
Фосфорилированные метиленхиноны
В 1975 году Гросс с сотрудниками [93] получил ряд фосфорилирован-ных пространственно-затрудненных фенолов, что открыло путь к синтезу стабильных фосфорилированных метиленхинонов. Реакция, описанная в работе [93], проводилась в двух вариантах. В одном случае в качестве реагентов были использованы аминофенол и триал- килфосфит, а в другом - галогензамещенные метилфенолы и натриевая соль диалкилфосфита. Образование этилена фиксировалось методом газовой хроматографии. Авторы работ не уточняют причин различного поведения моно- и бисфосфо-рилированных метиленхинонов . Но, по-видимому, эти причины заключаются в существенно большей термодинамической стабильности фенольной системы по сравнению с фенолятным бетаином. И если в первом случае перенос протона на фенолятный кислород возможен с метинового атома углерода, то во втором случае затрагивается этоксильный заместитель присоединенного фосфита. В работе Р.К. Исмагилова 1991 г. [98] был описан синтез ряда фосфо-рилированных метиленхинонов 42-44. На первой стадии по реакции Арбузова были получены фосфорилированные пространственно-затрудненные фенолы, которые впоследствии подвергались окислению феррогексацианидом калия в щелочной среде (в отличие от работ Гросса, в которых в качестве окислителя был выбран оксид свинца (IV)). Кроме синтеза фосфорилированных метиленхинонов, авторы работы [98] изучили реакции этих соединений с рядом азотсодержащих нуклеофилов и спиртами. Эти реакции будут рассмотрены ниже. В работе [99] показано, что полученные фосфорсодержащие метилен-хиноны проявляют высокую активность по отношению к N-нуклеофилам различного строения (анилину, пиперидину, пирролидину, морфолину, диме-тиламину, о-гидроксианилину, гидразину). Реакции протекают при комнатной температуре, без катализатора и в некоторых случаях сопровождаются заметным тепловым эффектом. Основным направлением реакции является схема 1,6-присоединения, вовлекающая как молекулярные, так и ионные формы нуклеофильных реагентов.
В некоторых случаях под влиянием структурных изменений в фосфорилированных метиленхинонах и устойчивости продуктов присоединения реализуются альтернативные направления реакций. Фосфорилированные метиленхиноны гладко и с хорошими выходами присоединяют спирты при нагревании реагентов в присутствии каталитиче- ских количеств минеральных кислот с образованием диалкил-а-алкокси-3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензилфосфонатов 45 В работе 2008 года [100] той же группы авторов показано, что при взаимодействии ряда соединений трехкоординированного фосфора 50 с 4-хлорметилен-2,6-дитрет-бутилциклогексадиен-2,5-оном 51 образуются фосфорные илиды 54. При этом бетаиновая форма интермедиата 52а стабилизируется в результате внутримолекулярного нуклеофильного замещения хлорид-аниона и участия последнего во второй стадии реакции Арбузова. Взаимодействие образующегося фосфорилированного метиленхинона 53 с исходным эфиром 50 приводит к илиду 54. Таким образом, к началу настоящего диссертационного исследования в химии карбоксилатных фосфабетаинов уже были достигнуты определенные успехи и сформулированы некоторые основополагающие принципы их стабильности и реакционной способности. В то же время, массив накопленных экспериментальных данных оставался достаточно узким и не позволял сделать более строгие обобщающие выводы. В этой связи весьма актуальной задачей являлось продолжение начатых исследований с расширением как круга исходных третичных фосфинов, так и непредельных моно- и дикарбоновых кислот. Только на этой основе можно было бы получить более полную информацию о влиянии строения и нуклеофильности исходных третичных фосфинов, а также природы непредельных карбоновых кислот на характер протекающих реакций и стабильность образующихся в них карбоксилатных фосфабетаинов. Решению этих задач и посвящена значительная часть настоящей диссертационной работы. Что касается фенолятных фосфабетаинов, то проводившиеся до настоящего момента исследования были крайне фрагментарны и не носили систематического характера. Литературная информация позволяет сделать вывод лишь о том, что наиболее удобными исходными реагентами для получения фенолятных цвиттер-ионов являются стабильные хиноидные структуры. Фосфорилированные метиленхиноны достаточно стабильны, а их реакции с К,0,8,С-нуклеофилами хорошо изучены экспериментально. В силу этих причин, данный класс соединений и был нами выбран для начала систематических исследований в области фенолятных фосфабетаинов. Целью данной части работы являлось комплексное теоретическое и экспериментальное исследование синтеза и свойств новых карбоксилатных фосфабетаинов на основе не изученных ранее в подобных реакциях третичных фосфинов и непредельных моно- и дикарбоновых кислот.
Трициклогексилфосфин был выбран в качестве объекта настоящего исследования как потенциально наиболее сильный по своим нуклеофильным свойствам по сравнению с изученными ранее трифенил -, метилдифенил- и трибутилфосфином, поведение которых в реакциях с непредельными карбоновыми кислотами заметно различалось [10-19]. Можно было ожидать, что трициклогексилфосфин в силу своей более высокой нуклеофильности будет в наибольшей степени способствовать увеличению термодинамической стабильности моно- и дикарбоксилатных бетаинов. С другой стороны, заметно большая по сравнению с другими изученными ранее третичными фосфинами стерическая загруженность атома фосфора могла из-за внутри- и межмолекулярных стерических взаимодействий негативным образом сказаться как на скорости протекающих реакций, так и на стабильности образующихся в них аддуктов. И действительно, экспериментальная проверка показала, что реакции с участием трициклогексилфосфина и непредельных карбоновых кислот протекают медленнее, чем соответствующие реакции других изученных ранее фосфинов. В то же время, в большинстве данных реакций удалось получить стабильные кристаллические продукты и охарактеризовать их комплексом физических методов, в том числе и методом РСА. Нами были изучены реакции трициклогексилфосфина с рядом монокарбоновых кислот - акриловой, метакриловой, кротоновой, коричной, а также дикарбоновых - малеиновой и итаконовой. Данные реакции протекают более медленно по сравнению с аналогичными реакциями других фосфинов. При этом следует отметить, что во всех случаях в реакционной смеси наряду с доминирующим сигналом целевого продукта присутствовали и сигналы трициклогексилфосфиноксида. Появление фосфиноксида в данных реакциях не является удивительным и неоднократно наблюдалось в нашей группе ранее в реакциях других третичных фосфинов [12, 18].
Синтез, строение и свойства фосфорилированных фенолов и фенолятных фосфабетаинов на основе третичных фосфинов и фосфорсодержащих метил енхинонов
Данная часть диссертационной работы посвящена изучению синтеза и свойств производных 2,6-ди-трет-бутил-4-метилен-2,5-циклогексадиенона -фосфорилированных метиленхинонов, а также фенолов и фенолятных фосфабетаинов на их основе. Производные 2,6-ди-трет-бутил-4-метилен-2,5-циклогексадиенона (метиленхинона) - являются промежуточными соединениями во многих химических и биологических реакциях фенольных соединений. Они определяют характер и маршрут этих реакций, что имеет существенное значение для торможения процессов деструкции и старения химических и биологических полимеров. Высокая реакционная способность делает этот класс соединений оптимально подходящими реагентами в синтезе пространственно-затрудненных фенолов сложного строения, а по последним данным и для химической модификации биополимеров. Введение фосфорорганических групп в метиленхиноновую структуру влияет на их устойчивость и реакционную способность. Стремление метиленхиноновых структур к переходу в более термодинамически стабильные ароматические фенольные системы является движущей силой большинства их реакций с нуклеофильными реагентами, протекающих, как правило, по механизму 1,6-присоединения. Участие в этих реакциях фосфорилированных метиленхинонов и фосфорных нуклеофилов открывает широкие возможности для синтеза самых разнообразных полифункциональных ФОС с широким спектром потенциальных биологических и иных практически полезных свойств. В качестве исходных реагентов были выбраны фосфорилированные метиленхиноны 27 и 28, уже заведомо содержащие один атом фосфора, дальнейшее взаимодействие которых с нуклеофильными реагентами открывает перспективы получения целого ряда различных моно-, ди- и полифосфорилированных производных. Синтез фосфорилированных 2,6-ди-трет-бутил-4-метилен-2,5- циклогексадиенонов был проведен по известной методике [99] по следующей схеме: На первой стадии по реакции Арбузова были получены фосфорилированные пространственно-затрудненные фенолы, которые впоследствии подвергались окислению феррогексацианидом калия.
Указанный метод синтеза дает высокий выход конечных продуктов (около 85%). При этом следует отметить, что соединение 28 уже было описано в литературе [95, 99] и полученные нами его физические константы полностью соответствуют литературным данным. Соединение 27 синтезировано нами впервые. Строение обоих соединений было доказано методами ИК- и ЯМР- спектроскопии (Ни Р). В спектре ПМР присутствуют сигналы мета-протонов хиноидного кольца 6,82 и 7,99 м.д., дублет метилиденового протона 6,04, а также сигналы трет-бутильной группы, метоксильной и этоксильной групп. В ИК-спектрах этих соединений наблюдаются полосы поглощения фосфорильной группы в области 1250 см"1, фрагмента СН=С 1580 -1590 см"1, сопряженной карбонильной группы 1632 см"1 и отсутствует сигнал поглощения гидроксильной группы. Соединение 27 представляет собой оранжевые кристаллы с температурой плавления 105-Ю7С. Соединение 28 представляет собой -желтое кристаллическое вещество с температурой плавления 52-56С. Оба фосфорилированных метиленхинона обладают достаточно высокой стабильностью при хранении. Следующим этапом нашей работы было вовлечение синтезированных соединений в реакции с нуклеофильными реагентами. Известно (см.Главу 1), что метиленхиноны проявляют большую склонность к 1,6 - присоединению нуклеофильных реагентов (N,0,S,C - нуклеофилов). В качестве нуклеофильных реагентов в нашем исследовании мы выбрали спирты, диалкилфосфиты и третичные фосфины. В литературе описаны единичные примеры, когда фосфорилированные метиленхиноны гладко и с хорошими выходами взаимодействуют со спиртами при нагревании реагентов в присутствии каталитических количеств сильных кислот [99]. Мы изучили эту реакцию, в качестве модельной, на примере впервые полученного нами, метиленхинона 27. Были получены продукты присоединения к указанному фосфорилированному метиленхинону четырех спиртов: метилового, этилового, изопропилового и н-бутилового. Строение полученных соединений было доказано методами ИК- и ЯМР-спектроскопии (Ни Р). Соединения 29 и 31 были выделены в кристаллическом виде, соединения 30 и 32 - в виде вязкого масла. В ИК спектрах всех полученных диметил-а-алкокси-3,5-дитретбутил-4-гидроксибензилфосфонатов отсутствует полоса поглощения карбонильной группы при 1632 см"1 и присутствуют полосы поглощения гидроксильной и эфирной группы, соответственно при 3350 см" и 1140 см"1. Ключевыми сигналами в спектре ПМР, указывающими на образование алкокси-производных метиленхинонов являются сигналы алкокси-групп с химическими сдвигами в области 3.65 - 4.14 м. д., сигнал метинового протона с химическим сдвигом в области 4.56 - 4.73 м.д., сигналы протонов ароматического кольца с химическим сдвигом 7.3 м.д., а также сигнал гидрокси-группы в области 5.5 м.д.. Как уже говорилось, химические свойства метиленхинонов определяются наличием в их молекуле системы сопряженных кратных связей.
Нас заинтересовала возможность вовлечения такой системы в реакцию гидрофосфорилирования. Ранее в работах [95,96] было показано, что метиленхинон 28 вступает в реакцию с диэтилфосфористой кислотой в присутствии этилата натрия в среде этилового спирта. Авторы никак не комментировали тот факт, что проведение классической реакции Пудовика может осложняться побочным процессом - взаимодействием метиленхинона с неизбежно присутствующими в данном случае в реакционной смеси молекулами спирта. Исходя из этого, нами был выбран другой путь получения продуктов гидрофосфорилирования 33 ,34. Мы провели реакции фосфорилированного метиленхинона 27 с натриевыми солями диэтил- и диизопропилфосфористой кислот, с последующим гидролизом образовавшихся фенолятов натрия. Характеристика продуктов изученных реакций приведена в таблице 3. Получение подобных структур являлось логическим продолжением и развитием проводимых в нашей группе работ в области фосфабетаинов. Реакция диметил-3,5-ди-трет-бутил-4-оксо-2,5- циклогексадиенилиденметилфосфоната 27 с трифенилфосфином в ацетонитриле протекает легко с образованием бесцветного кристаллического продукта 38 с ТШ1=128.7С. В ИК спектре кристаллов исчезает полоса поглощения карбонильной группы хинона, а также изменяется частота поглощения фосфорильной группы. В спектре ЯМР Р фиксируются 2 дублета в области 24 м.д. и 18 м.д., отнесенных нами, соответственно, к фосфониевому и фосфонатному атомам фосфора. Состав соединения 38 подтвержден элементным анализом. Нам удалось вырастить пригодные для РСА кристаллы и провести этот анализ. Результаты РСА (рис.35) не только подтвердили сам факт присоединения трифенилфосфина к фосфорилированному метиленхинону, но и отчетливо зафиксировали, что в данной реакции при полном сохранении предполагаемого нами молекулярного остова образуется не собственно фенолятный фосфабетаин 35, а изомерный ему илид 38, т.е. атом водорода С-Н связи исходного метиленхинона в ходе реакции мигрирует к атому кислорода фенолят-аниона в соответствии со схемой.
Реакции третичных фосфинов с пропиоловой кислотой.
К раствору 1 г (0.0038 моль) трифенилфосфина в 10 мл гексана при постоянном перемешивании прикапывали раствор 0.267 г (0.0038 моль) пропиоловой кислоты в 5 мл гексана. Наблюдалось разогревание реакционной смеси. Реакционная смесь приобрела желтую окраску. Реакционную смесь выдерживали в течение месяца при комнатной температуре. Часть раствори-теля удалили в вакууме. По данным ЯМР Р спектроскопии реакция протекала на 75% относительно исходного фосфина. Кроме фосфабетаина 8Р = 20.65 м.д. (26%), образовывался трифенилфосфиноксид 8Р = 27.7 м.д. (46%) и присутствовал еще один сигнал исходного фосфина 5Р = -4.57 (24%). После удаления растворителя продукт 17 представлял собой коричневое масло, при добавлении диэтилового эфира к которому наблюдалось образование белой взвеси, однако выделить кристаллический продукт не удалось. По данным ЯМР 31Р спектроскопии очищенный маслообразный продукт содержал целевой фосфабетаин с 5Р= 20.17 м.д. При стоянии в течение нескольких недель масло закристаллизовалось. По ИК и ЯМР спектральным данным кристаллы представляет собой трифенилфосфиноксид, с Тпл. = 156-157С, которая полностью соответствует литературным данным. К раствору 1 г (0.0038 моль) трифенилфосфина в 10 мл ацетонитрила при постоянном перемешивании прикапывали раствор 0.267 г (0.0038 моль) пропиоловой кислоты в 5 мл ацетонитрила. Наблюдалось разогревание реакционной смеси. Реакционная смесь приобрела желтую окраску. Реакционную смесь выдерживали в течение месяца при комнатной температуре. Часть растворителя удалили в вакууме. Продукт реакции осаждали из реакционной смеси диэтиловым эфиром. Полученный кристаллический продукт 17 кремового цвета промывали на воронке Шотта диэтиловым эфиром, отфильтровывали и высушивали в вакууме. Кристаллы хорошо растворимы в ацетоне, хлороформе и ацетонитриле. ТПЛ=245.5С. Выход: 0.3167 г (24.98%).
ИК спектр (вазелиновое масло,у, см"1): 1600 (СОО"). ЯМР !Н (CDC13, 5Р, м.д.): фосфабетаин 17: 7.04 (дублет дублетов, 1Н, ОСН-СОО, 3JH-H 16 Гц, 4JP_H 22.34Гц), 7.46 (дублет дублетов, 1Н, Р-НС=С, 3JH-H 16 Гц, %.„ 27.04 Гц), 7.57-7.9 (м, 15Н, С6Н5), пропаргиловый спирт: 2.3 (с, 1Н, НС С)? 2,6 (с, Ш, ОН).ЯМР 31Р (CH3CN, 8, м.д.): 19.54. Найдено, %: С 76.56, Н 4.99, Р 9.30. С2іН1702Р Вычислено, %: С 75.90, Н 5.16, Р 9.32. в) В атмосфере Аг Реакция была проведена в запаянной ампуле, в атмосфере аргона. Со- отношение реагентов аналогичны опыту "б". ЯМР Р (CD3CN, 6р, м.д.) реакционной смеси: 19.75 (бетаин, 25%) , 26.9 (фосфиноксид, 55%), -4.96 м.д. (трифенилфосфин, 20%). Реакция трибутилфосфина с пропиоловой кислотой. К раствору 1 г (0.0049) трибутилфосфина в 5 мл ацетонитрила при постоянном перемешивании прикапывали раствор 0,346 г (0.0049 моль) пропиоловой кислоты в 5 мл ацетонитрила. Наблюдалось разогревание реакционной смеси. Реакционная смесь приобрела желтую окраску. Добавили воды в каталитических количествах. Реакционную смесь выдерживали в течение месяца при комнатной температуре. Растворитель удаляли в вакууме. Про- дукт 18 представлял собой кристаллы, легко оплывающие на воздухе. ИК спектр (вазелиновое масло,у, см"1): 1600 (СОО"). ЯМР 31Р (CH3CN, 8, м.д.): 37,9. Реакция трициклогексилфосфина с пропиоловой кислотой. К раствору 0.442 г (0.0016 моль) трициклогексилфосфина в 5 мл бензола при постоянном перемешивании прикапывали раствор 0.110 г (0.0016 моль) пропиоловой кислоты в 5 мл ацетонитрила. Реакционная смесь приобрела желтую окраску. Реакционную смесь выдерживали в течение четырех суток при комнатной температуре. Растворитель удаляли в вакууме. В спектре ЯМР 31Р реакционной смеси присутствовало три сигналов, два из которых принадлежали цис- и транс- изомерам бетаина 5р= 30.05 м.д и 8р = 28.4; один сигнал 5р=51.77 м.д. фосфиноксиду. При добавлении эфира наблюдалось помутнение раствора. Полученный продукт 19 представлял собой порошок белого цвета, с Т11Л=280.1С, который ограниченно растворим в ацето-нитриле, плохо растворим в хлороформе. Выход: 0.2137 г (38.71%). РЖ спектр (вазелиновое масло,у, см"1): 1600 (СОО"). ЯМР Н (CDCb, 5Р, м.д.): 1.3 -2.9 (м, ЗЗН, сус1о-С6Нц), 6.81 (дублет дублетов, 1Н, С=СН-СОО, 3JH.„ 17 Гц), 7.68 (дублет дублетов, Ш, Р-НС=С, 3JH.H 17 Гц), 7.57-7.9 (м, 15Н, С6Н5). ЯМР 31Р (CH3CN, 8, м.д.): 28.4. По данным ДСК-ТГ и элементного анализа бетаин 19 стабилизирован молекулой пропиоловой кислоты. Найдено: %С 70.18, %Н 8.95, %Р 6.95. С24Нз704Р Вычислено: %С 68.57, %Н 8.87, %Р 7.37 3.2.4. Реакции алкилирования и силилирования. Реакция алкилирования бетаина 1 йодистым этилом. К раствору 0.316 г (0.0009 моль) бетаина в 5 мл ацетонитрила при постоянном перемешивании прикапывали, раствор 0.187 г (0.0012 моль) йодистого этила в 5 мл ацетонитрила. Реакционную смесь выдерживали в течении недели при комнатной температуре. Растворитель удаляли в вакууме. Продукт 20 представлял собой вязкое масло желтого цвета. ИК спектр (вазелиновое масло,у, см_1):1740 (СООС2Н5). ЯМР 31Р (CH3CN, 5, м.д.): 34.7. Реакция алкилирования бетаина 3 йодистым этилом. К раствору 0.113 г (0.0003 моль) бетаина в 3 мл ацетонитрила при постоянном перемешивании прикапывали, раствор 0.056 г (0.00035 моль) йодистого этила в 2 мл ацетонитрила.
Реакционную смесь выдерживали в течение суток при комнатной температуре. При добавлении диэтилового эфира наблюдалось помутнение. Продукт промывали на воронке Шотта диэтиловым эфиром, отфильтровывали и высушивали в вакууме. Продукт 21 представлял собой порошок белого цвета с ТПЛ=140-145С. Выход: 0.152 г (90%) ИК спектр (вазелиновое маслом, см"1): 1740 (СООС2Н5). ЯМР 31Р (CH3CN, 5, м.д.): 34.9. Реакция алкилирования бетаина 19 йодистым этилом. К раствору 0,165 г (0.0005 моль) бетаина в 3 мл ацетонитрила при постоянном перемешивании прикапывали, раствор 0,115 г (0.0007 моль) йодистого этила в 3 мл ацетонитрила. Реакционную смесь выдерживали в течение недели при комнатной температуре. Растворитель удаляли в вакууме. Продукт 22 представлял собой кристаллы желтого цвета. ТПЛ=138С. Выход: 0.2548 г (91%). ИК спектр (вазелиновое масло,у, см"1): 1740 (СООС2Н5). ЯМР 31Р (CH3CN, 8, м.д.): 29.7.. ЯМР 31Р (реакционная смесь, 5, м.д.)29.72 м.д. (92%, фосфониевая соль 22), 30.35 м.д. (7%, трициклогексилфосфонийио-дид), 57.88 (1%, трициклогексилфосфиноксид ). Реакция силилирования бетаина 4 хлортриметилсиланом. 0.2 г (0.00046 моль) бетаина растворили в 5 мл хлороформа и прилили 0.2 мл хлортриметилсилана. Реакционную смесь выдерживали в течение непі дели при комнатной температуре. При стоянии в течение недели образовывались кристаллы. Их промывали на воронке Шотта диэтиловым эфиром, отфильтровывали и высушивали в вакууме. Тпл. = 178-180С. ИК спектр (вазелиновое маслом, см"1): 1730 (COOSi(CH3)3). ЯМР 31Р (СНС13, 5, м.д.): 31.02. Реакция сшилирования карбоксилатного фосфабеташш па основе трифенилфосфина ималеиновой кислоты. а) В диэтиловом эфире. К 5 мл раствора 0,116 г (0.001 моль) малеиновой кислоты в диэтиловом эфире прикапывали при постоянном перемешивании 5 мл раствора 0,262 г (0.001 моль) трифенилфосфина в диэтиловом эфире. Наблюдали выпадение белого осадка бетаина 24. В реакционную смесь добавили 0,2 мл свежеперегнанного хлортриметилсилана. Смесь оставили на сутки, по истечении которых отделили белый порошок фосфониевой соли 25. Продукт 25 промывали диэтиловым эфиром и высушивали на воронке Шотта. Т.пл. = 86-88С (при плавлении наблюдали декарбоксилирование). Выход: 0,3825 г (85%). Состав подтвержден элементным анализом: найдено, %: С 61.82, Н 5.12. С25Н27О4Р Вычислено, %: С 61.66, Н 5.76.
![Реакция каликс[4]резорцинаренов и их диалкиламинометильных производных с амидами и хлоридами кислот P(III), P(IV)](/i/i/4435/445787.png "Реакция каликс[4]резорцинаренов и их диалкиламинометильных производных с амидами и хлоридами кислот P(III), P(IV) Харитонов Дмитрий Иванович")
