Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 6
1.1, Алкилирование и алкенилирование фенолят-ионов 6
1.1.1. Влияние агрегатного состояния субстрата, характера растворителя, природы катиона и галогена на направление реакции . 6
1.1.2. Влияние строения аллильного звена на направление алкенилирования 14
1.1.3. Влияние строения амбидентного аниона 18
1.2, Алкилирование фенолов в условиях кислотного катализа. 20
1.2.1. Алкилирование алкенами и алкадиенами. 20
1.2.2. Алкенилирование фенолов непредельными спиртами и аллилгалогенидами 29
1.3, Перегруппировки алкениловых эфиров фенолов 35
2. Основные результаты работы и их обсуждение. 43
2.1. Алкенилирование двухатомных фенолов 44
2.1.1. Взаимодействие 1,2-дигидроксибензола с 4-хлор~2-пентеном и хлористым аллилом 45
2.1.2. Алкенилирование 1,3-дигидроксибензола 56
2.1.3. Алкенилирование 5-метил-1,3-дигидроксибензола 63
2.1.4. Алкенилирование 1,4-дигидроксибензола 4-хлор-2-пентеном и хлористым аллилом 74
2.2. Алкенилирование метоксифенолов 84
2.2.1. Реакции 2-метоксифенола с 4-хлор-2«пентеном и хлористым аллилом 85
2.2.2. Алкенилирование 3-метоксифенола 92
2.2.3. Алкенилирование 4-метоксифенола 99
2.3. Перегруппировки алкениловых эфиров метоксифенолов 106
2.3.1. Каталитическая перегруппировка 106
2.3.2. Термическая перегруппировка 109
3. Экспериментальная часть 113
3.1, Физико-химические методы анализа. 113
3.2, Алкенилироваяие 113
3.2.1. Исходные фенолы и алкенилирущие агенты 114
3.2.2. Алкеншшрование фенолятов в ацетоне 114
3.2.3. Алкенилироваяие фенолятов в ацетонитриле. 115
3.2.4. Алкенилироваяие фенолятов в лдаетилформамиде 116
3.2.5. Алкенилироваяие фенолятов в метаноле 116
3.2.6. Алкенилироваяие фенолов без добавления растворителя и щелочного агента. 117
3.2.7. Алкенилирование 5-метил-1,3-дигидроксибензола пипериленом 117
3.2.8. Перегруппировки алкеяиловых эфиров метоксифеяолов. 118
3.2.9. Перегруппировка эфиров метоксифенола с добавлением пара-крезола 126
3.3, Методы, использованные для доказательства строения продуктов алкенилирования фенолов и перегруппировки их эфиров 131
3.3.1. Циклизация. 131
3.3.2. Метилирование 131
3.3.3. Получение диалкенилфенолов в присутствии ПаНоЮи. 132
3.3.4. Получение 2~(1-метил~2-бутеяил)-5-метил-1,3- дигидроксибензола 132
Выводы 146
- Алкилирование фенолов в условиях кислотного катализа.
- Алкенилирование метоксифенолов
- Перегруппировки алкениловых эфиров метоксифенолов
- Методы, использованные для доказательства строения продуктов алкенилирования фенолов и перегруппировки их эфиров
Введение к работе
Реакция алкенилирования фенолов аллильными галогенидами известна более ста лет, но интерес к ней исследователей не ослабевает и поныне. Она находит широкое применение в синтезе ингибиторов, стабилизаторов пластмасс и т.д. Изучение родственных реакций алкенилирования и перегруппировок образующихся при этом эфиров помогает также решению общих вопросов теоретической органической химии (электрофильное замещение в ароматическом ядре, механизм нуклеофильного замещения в аллильных системах и др.).
Многочисленными исследованиями было показано, что направление алкенилирования фенолов определяется рядом различных факторов. При проведении реакции в условиях кислотного катализа, в основном, реагирует углеродный реакционный центр, соотношение О,С изомеров определяется такими факторами как природа катализатора, время и температура реакции, мольные отношения реагентов.
Направление алкенилирования фенолятов зависит от природы растворителя, катиона металла и галогена в аллильном звене. Результаты многочисленных работ по алкенилированию и показали, что основным фактором; определяющим О или С- в этих условиях, является структура аллильном группировки. При переходе от менее к более реакционно-способным системам наблюдается постепенное изменение направления реакции от кислородного центра к углеродному центру фенолят аниона.
Влияние такого фактора, как заместитель в ароматическом ядре, изучалось эпизодически. В процессе изучения нитрофенолов и крезолов было показано, что акцепторные заместители дезактивируют ядро, делая невозможным реакцию по углероду, в то время как при наличии электронодонорного заместителя реагируют оба нуклеофильных центра фенолята. Систематических исследований, которые могли бы дать результаты, позволяющие оценить влияние природы и положения заместителя в ядре фенола на состав и структуру продуктов реакции, до настоящего времени не проводилось.
Появление нашей работы обусловлено не только стремлением систематизировать и дополнить имеющиеся в литературе данные о влиянии природы и положения заместителя в ядре, но и найти пути управления процессом с целью получения определенного состава. По предварительным данным продукты алкенилирования двухатомных фенолов могут использоваться в качестве модификаторов резиновых смесей.
Целью настоящего исследования было изучение влияния природы и положения сильного донорного заместителя в ядре фенола на направление его алкенилирования замещенными и незамещенными аллильными галогенидами, а также на направление перегруппировок образующихся в процессе алкенилирования алкенилариловых эфиров.
Алкилирование фенолов в условиях кислотного катализа.
Материал по алкилированию фенолов олефинами, ажадиенами, алкилгалогенидами и спиртами достаточно обширен. Поэтому мы рассматриваем только работы, касающиеся реакций фенолов, имеющих донорные заместители в ядре, а также самого фенола. 1.2Л, Алкилирование олефинами и алкадиенами Алкилирование фенолов соединениями с кратной связью в при сутствии кислот является типичной реакцией электрофиль- ного замещения в ароматическом ряду. При протонировании оле- фина или алкадиена образуется карбокатион, который далее реа гирует с исходным фенолом по схеме 7. В ранних работах предполагалось, что алкилирование фенолов в ядро включает об разование эфира, как промежуточного продукта (схема 7, А), а затем его перегруппировку в соответствующий алкилфенол. so В современных работах исследователи считают, что образование эфира не является необходимой стадией и алкил-катион непосредственно реагирует с углеродным центром фенола (схема 7, Б), с образованием фенольного продукта. Активность кислот Льюиса, как катализаторов, является отражением относительной силы их электронного взаимодействия с субстратом, атакующим ароматическое ядро. В порядке понижения их активности Алкшшрование фенолов в условиях кислотного катализа может проходить по обоим яуклеофильным центрам. Относительные количества 0- и С-алкилированннх продуктов зависят от химической природы и молярных соотношений реагентов и катализатора, от температуры и продолжительности реакции. Многочисленные данные показывают, что катализаторы на основе фтористых соединений бора в наибольшей степени благоприятствуют образованию эфирных продуктов. Так, фенол и п-крезол реагируют с 2-пентеном и 2-бутеяом в присутствии Ш или BlrjO Hg преимущественно по кислороду . П-трет.бутилфе-нол в реакщи с 2-бутеяом в присутствии Ш . HgPO при температуре 18 - 28С образует 78,3 % эфира 3 . Гваякол и цикло-гексен в присутствии BE O Hg Дают смесь эфирных и фе- нольных продуктов в отношении 2:1. При алкилировании крезолов циклогексеном в присутствии BFgO Hg наблюдается преимущественное О-алкилирование, хотя количество эфира меньше, чем при использовании фенола в этих условиях. Содержание эфира о уменьшается при переходе от орто- к пара-крезолу . В таблице 5 представлены результаты ажилирования крезолов циклогексеном в присутствии BRg. а также с деценом 1 в присутствии трифенолята алюминия , несмотря на высокую температуру реакции (140-150С). Однако, все же основным направлением реакции фенолов с олефинами и алкадиенами является алкилирование по атому углерода бензольного кольца, причем преимущественно образуется фенол с алкиль-ным радикалом в пара-положении к гидроксильной группе. Реак-ция фенола с диизобутиленом в присутствии КУ-2 приводит к фенольним продуктам с соотношением п-изомер : диалкилфеяол = =5:1.
Пара-производные в качестве основных продуктов по- со до лучены в реакциях фенолов с циклоолефинами и пиклодиенами - на разных катализаторах. Алкилирование пирокатехина пипериленом в присутствии HgPO (схема 9) приводит к 2-гидрокси-4-(1-метил-2-бутенил) фенолу с выходом 87-97%. Резорцин взашлодействует с І-октеном в присутствии трехфторис- того бора с образованием 2- и 4-октилрезорцинов, со значитель- ным преобладанием последнего ои и отсутствием соответствующих эфиров. Резорцин вступает в реакцию со стиролом, d -метилети- ДА ролом, 1-метилциклогексеном, циклогексеном на КУ-2 и во всех случаях образуются моноалкилрезорцины с алкильным заместителем в положении 4 резорцинового кольца. Если в молекуле присутствуют два заместителя различной донорной активности, то замещение проходит в пара-положении как к одному, так и другому заместителю. Например, при взаимодействии гваякола с пипериленом 2I соотношение продуктов следующее: Доля п-изомера повышается при наличии в орто-положениях фенола алкшгьных заместителей, как например, при алкилировании 2,6-даметилфенола Смеси 2- и 4-замещеняых продуктов обра- зуются в присутствии кислого сернокислого натрия 69 70 содержащего и алюмохромового катализаторов и в реакциях фенолов с циклопентеном, стиролом и олефинами. Следует отметить, что очень часто процесс алкилирования алкадиенами сопровождается циклизацией. Так, п-метоксифенол легко реагирует с 2,3-диметилбутадиеном в уксусной кислоте в присутствии су-г хого НСІ, причем образуется 2,2,3 триметил-6-метоксихроман (схема II). Замещенные 2,2-хроманы и бензодшщраны получены в реакции резорцина с изопреном в присутствии AlCIg. Смесь инданов и замещенных хроманов и кумаранов была получена при алкени- лировании 1,2-дигидроксибензола пипериленом в присутствии HgPO . БадерА. полагал, что выход моноалкилфенолов зави- сит от природы катализатора. НдРО , насыщенная Вї , AlCIg и концентрированная Н2$0л - очень сильные катализаторы; в их присутствии образуется больше циклических эфиров и идет полимеризация. Он нашел, что хорошими катализаторами для получения моноалкилфенолов при 15-20 являются: 65%- H &D , TlCi , 85% H3PQ4 а 0СЯОБанди данных, полученных при алкшшровании 7S анизола пипериленом , было показано, что выход монозамещен- ных продуктов падает в следующем ряду катализаторов: тос# Н3РО4 В%-Н3РО4 АіСі3-н3ро - BF3 Как было отмечено выше, алкижрование фенолов олефинами или ажадиеяами дает смесь продуктов, среди которых превалирует продукт пара-замещения. Однако, ряд работ показывает, что возможно селективное орто-алкилирование фенолов. Фенол, взаи- -27 - модействуя с изобутилеяом в присутствии фенолята алюминия, образует только продукт орто-замещения 76 . До 70$ о-изомера получено в реакции фенола с оС-олефинами в присутствии АЪ Сь обработанной фтором, или трифенолята алюминия . Механизм 77 орто-алкилирования может быть следующим: Кислота Льюиса образует с фенолом комплекс (А), который при взаимодействии с олефином дает диенон (Б) Это промежуточное соединение в результате быстрой перегруппировки образует орто-алкилфенол. Если в качестве промежуточного продукта образуется эфир 49 (схема 7), то механизм может быть таким : фенол эгаир орто-алкилфенол —т 2,6-диалкилфенол Селективными катализаторами орто-замещения являются феноляты алюминия, цинка, железа, магния . Значительные количества о—алкилфенолов ( 60%) были получены ташке в присутствии 68$ водной Н250 f 85% Н3Р0/, и сернокислого эфира глицери- на В некоторых работах отмечается также образование значительных количеств продукта мета-замещения. Для 2,6-диметилфе-нола в условиях бензилирования по Фриделю-Крафтсу ли (10-кратный избыток фенола, катализаторы: 2лС{2 ,аС12 , АіСіз» 2 » растворитель нитрометан или хлороформ) при общем выходе продуктов - 85%, получено более 70% мета-замещеняого алкилфенола Возможность такого направления реакции пока не нашла объяснения. Кроме определения соотношения О,С- и С,С-продуктов, пред-т- ставляют интерес и кинетические параметры реакции алкилирова- ния. Единого мнения по вопросу о порядке реакций нет, однако исследователи сходятся во мнении , что процесс осуществляется по сложной схеме . Так, в реакции фенола с фракцией о-оле- финов на алюмосиликатном катализаторе предполагается 1-ый порядок:
Алкенилирование метоксифенолов
Метокси-группа является более слабым донором, чем ОН-груп-па, и, кроме данных о влиянии такого заместителя на О/С-соотно-шение продуктов, мы надеялись получить более устойчивые алкени-ловые эфиры и в больших количествах, чем в случае соответствующих двухатомных фенолов. 2.2.1. Реакции 2-метоксисбенола с 4-хлор-2-пентеном и хлористым аллилом При алкенилировании 2-метоксифенола спиртами и галогенидами 21 изопреноидного строения в условиях кислотного катализа образу- ются продукты С-алкенилирования В условиях Кляйзена (фенолят) образовывались либо эфирные, либо фенольные продукты. Так, в диоксане в присутствии гидрида то натрия преимущественно получался аллиловый эфир гваякола, от а с 4-хлор-2-пентеном в спирте количество эфира составляло всего 2$. Мы проводили алкенилирование 2-метоксифенола 4-хлор-2-пен-теном в выбранных ранее условиях. На схеме 33 представлены результаты алкенилирования в метаноле и ацетоне, данные по алке-нилированию в ацетонитриле, ДША даны в таблицах 8, 17. Выделенный эфир (У а) представлял собой прозрачную легкоподвижную жидкость, устойчивую при хранении. В спектре ПМР (рис.11, табл.20) присутствовали два дублетных сигнала протонов метильных групп алкенильного радикала CHgCH- ( $ 1.62 м.д.) и СНдСБ= ( S 1.90 м.д.), одиночный синг-лет протонов метоксильной группы ( 8 3.97 м.д.) и мультиплеты протона эфирной группы ООН ( 4.67-4.97 м.д.) и протонов двойной связи СН=СН ( 5.67-5.72 м.д.). Протонам арильного кольца отвечал синглет о химическим сдвигом 6.90 м.д. В ИК спектре эфира (У а) отсутствовала полоса поглощения гидроксильной группы (рис.12). Из фенольной части реакционной смеси, полученной в ацето-нитриле, была выделена вакуумной перегонкой смесь моноалкенил-фенолов (У в) и (У д) в отношении 80 : 20 (ГЖХ). Образование двух моноалкенилфенолов отмечалось и ранее при алкилировании2-метоксифенола и связано с конкурирующими эффектами гидроксиль-ной и метоксильной групп сх . 4(1-метил-2-бутенил 2 метоксифе-нол (У в) был выделен колоночной хроматографией (табл.22). В ИК-спектре фенола (У в) имелись полосы поглощения 3380-3500 см" ; (гидроксильная группа) и 960-970 см""1 (транс-дизаме-щенная двойная связь). В ПМР-спектре наблюдались два дублетных сигнала протонов метильных групп, сдвинутых в более сильное поле по сравнению с соответствующими сигналами в спектре эфира S м.д. CHgCH- 1.20; СБдСБ= 1.56.
Протоны метоксильной группы давали синглет с химическим сдвигом ( о 3.70 м.д.). Мультиплет протона метиловой группы СН-Аг имел химический сдвиг 6 3.06-3.26 м.д. В более слабом поле располагались сигналы протонов у двойной связи и ароматического ядра С5=СН 5.30-5.41 м.д. и 6.41-6.69 м.д. (рис.13, табл.20). Положение алкенильного ради-кала в кольце фенола (У в) было установлено с помощью ЯМР С спектроскопии. При введении радикала в бензольное кольцо сигнал углеродного атома, связанного с этим заместителем, сдвигается на 12-18 м.д. в более слабое поле _ . Таким образом, наблюдаемое смещение углеродного атома С-4 в молекуле фенола (У в) на 16 м.д. (от 120.5 м.д. в гваяколе до 136.4 м.д.) подтверждает наличие алкенильного радикала в 4 положении бензольного кольца (табл.21). В спектре ЯМР 13С смеси моноалкенилфенолов (У в) и (Уд) (80 : 20, ГЖК), кроме сигнала незамещенного углеродного атома С-5 фенола (У в) о П9.5 м.д. (ТМС) наблюдается также гораздо менее интенсивный сигнал этого атома, имеющего заместитель о 138,4 м.д. и малоинтенсивный сигнал незамещенного углеродного атома С-4, что говорит о том, что Еторой моноалкенилфенол, содержащийся в смеси в количестве 20$, является 5-(1-метил-2- бутенил)-2-метоксифенол (У д). Следовательно, при алкенилирова-нии 2-метоксифенола замещение в ядре проходит в пара-положение к обошл донорным заместителям с преобладанием продукта замеще- ния в п-положеняе к ОН-группе, что согласуется с известными литературными данными л . Алкенилирование орто-метоксифенола 4-хлор-2-пентеном без растворителя и щелочного агента в атмосфере инертного газа привело к образованию моно- и диалкенилфенолов в соотношении 75:25. Смесь диалкенилфенолов, выделенная перегонкой в вакууме состояла из двух соединении в соотношении 76:24 (ГЖК). Результаты реакции 2-метоксифенола с хлористым аллилом показали, что и в метаноле и в ацетоне реагирует практически только кислородный центр (доля О-алкенилирования - 97$, ГЖХ) (табл. 10, II). Для анализа полученных смесей применяли ГЖХ с использованием специально синтезированных свидетелей. Следует отметить, что полученные нами в этом случае данные не согласуются с ре- т зультатами работы Вдовцовой Е.А. щ , отмечавшей, что конденсация гваяколята натрия с хлористым аллилом в ацетоне не проходит. Полученный нами аллиловый эфир 2-метоксифенола был выделен и использован при изучении термических и каталитических перегруппировок (гл.2.3).
Сравнение результатов алкенилирования 1,2-дигидроксибензо-ла 4-хлор-2-пентеном и хлористым аллилом с известными данными по алкенилированию орто-крезола в ацетоне показывает, что ме-токсильная группа, являясь более сильным электронодонором, чем CHg-грушіа, уменьшает соотношение О/С-алкенилирования. Доля О-алкенилирования сильнее уменьшается при переходе от орто-крезола к орто-метоксифенолу в реакции с замещенным аллильным галогенидом. 2.2.2. Аженшгирование 3-метоксифенола Монометиловый эфир 1,3-дигидроксибензола ранее подвергался алкенилированию только в условиях кислотного катализа. В реакции с хлористым аллилом в ксилоле в присутствии 2пС& получены только фенольные продукты . Однако, в реакции с 1,3-цикло-алкадиенами в присутствии HgPO были получены также эфиры, содержание которых составляло 2-19$. Обычно образуется два изомерных продукта С-алкенилирования, как в реакции с 1,3-цикло- 54 пентадиеном : Одним из факторов, определяющих соотношение изомерных мо-ноалкенилфенолов, по мнению авторов, становится различие в объеме гидроксильной и метоксильной групп: преобладает продукт алкенилирования в орто-положение к гидроксильной группе, которое одновременно является пара-положением относительно метоксильной группы. Мы изучали алкенилирование 3-тметоксифенола 4-хлор-2-пенте-ном в протонных и апротонных растворителях с предварительным переводом Е фенолят, а также без добавления растворителя и щелочного агента. На схеме 35 показаны результаты реакций в метаноле и ацетоне. Состав и соотношение алкенилированных продуктов, полу- Качественный состав реакционных смесей, образующихся Е протонном и апротонных растворителях, резко отличается. В ацетоне (ацетонйтриле, ДМФА) получены смеси эфирных и фенольных продук-тов, тогда как в метаноле эфир не образуется. Эфир - І (І метил-2-бутенокси) 3-метоксифенол (УІ а) был выделен перегонкой в вакууме, очищен колоночной хроматографией (табл.22). В ПМР спектре эфира (УІ а) наблюдались два дублетных сигнала протонов неэквивалентных метильных групп алкенильного радикала: СНдСН- 1.58 м.д. и СНСВ= ?1.98 м.д., синглет протонов метоксильной группы ядра Аг-ОСНд $ 3.91 м.д. Протону эфирной группы Аг-ОСН отвечал мультиплет S 4,86-4,92 м.д, В более слабом поле присутствовали сигналы протонов при двойной связи S 5.73-5,80 м.д. и протонов бензольного кольца о 6.54-7.21 м.д. (рис.14, табл.20). В ИК-спектре отсутствовала полоса поглощения гидроксильной группы. Эфир 3-метоксифенола был более
Перегруппировки алкениловых эфиров метоксифенолов
При алкенилировании изучаемых фенолов нами были получены эфирные и фенольные продукты. /, -Диметилаллиловые эфиры двухатомных фенолов отличались неустойчивостью к термическому воздействию и хранению. В некоторых случаях они перегруппировывались в ходе реакции, что сделало невозможным их выделение. Учитывая вышесказанное, мы изучали термические и каталитические превращения алкенилариловых эфиров на примере , -диметилал-лиловых эфиров метоксифенолов, соединений достаточно устойчивых и выделенных в необходимых количествах. 2.3.1. Каталитическая перегруппировка Перегруппировка U, -диметилаллиловых эфиров метоксифенолов проводилась в декалине при температуре І20С в присутствии CL2 (мольное соотношение эфир : катализатор = I : 0.5). Контроль за ходом реакции осуществлялся с помощью тонкослойной и газожидкостной хроматографии с применением свидетелей, полученных алкеяилированием соответствующих метоксифенолов. Строение продуктов подтверждено данными ИК и ПМР спектроскопии. Состав полученных продуктов (схема 42, табл.18) мало отличался от состава реакционных смесей, полученных при алкенили-роваяии соответствующих метоксифенолов. Симметричность С, "-даме тилаллильного звена не позволяет определить: происходит ли в процессе перегруппировки инверсия аллильного радикала. Однако, наличие среди продуктов каталитической перегруппировки эфиров (У а - УП а) - мояоалкеяилфенолов с различным положением алке-нильных радикалов, диалкенилфеяолов, продуктов перекрестного алкеншшрования добавленного п-крезола и продуктов эфирного расщепления свидетельствует о возможном межмолекулярном механизме этой реакции. Соотношение орто-/пара-моноалкеяилфеяолов при перегруппировке І (І-метил-2 бутенокси)-3-метоксифенола (УТ а) не отличается от соответствующего соотношения при алкенилирова-нии, что также свидетельствует в пользу межмолекулярного механизма каталитической перегруппировки. При перегруппировке эфира пара-метоксифенола (УП а) в продуктах реакции обнаружены два различных моноалкенилфенола, которые были разделены колоночной хроматографией ( Rj. фенола (УП г) 0.3; (УП д) - 0.2 - AI2O3, П ст.акт., элюент: гептан : этилацетат = 4 : 0.5). ИК и ЯШ? спектры обоих соединений соответствовали структуре моноалкенилфенола, состав был подтвержден данными элементного анализа. Фенол (УП г) имел тот же Rr , что и фенол, образующийся при термической перегруппировке (гл.3.2), на основании чего положение алкенильного радикала в нем было определено как орто- к гидрок-сильной группе, а в феноле (УП д), соответственно, орто- к ме-токсильной группе.
Для подтверждения межмолекулярного пути реакции и получения данных о характере интермедиата межмолекулярной реакции была проведена перегруппировка оптически активного эфира (УЇЇ а), ранее полученного на кафедре , с добавлением п-крезола. Образование продукта алкеяилярованяя пара-крезола протекало с рацемизацией, сопровождающейся незначительной инверсией конфигурации [сЛ! + 0.3 (С 2.3, ІІ) (исходный эфир (УП а) имел [t]D -1.9 ( С 4.0, I I, эфир)), что является доводом в пользу ионного интермедиа та межмолекулярной реакции. Перегруппировки аллиловых эфиров метоксифенолов в каталитических условиях приводили только к фенолам Кляйзена. Так, при перегруппировке аллилового эфира 3-метоксифенола были получены моноалкенилфеяолы замещенные в орто-положении к гидроксильной группе. Образование только орто-алкенилфеяолов свидетельствует о внутримолекулярном механизме реакции, что соответствует литератур-ным данным . Таким образом, введение сильного донорного заместителя (OCHg) в ароматическое ядро ажениларилового эфира не меняет в условиях каталитической перегруппировки механизма, предопределенного структурой аллильного звена исходного эфира. Внутримолекулярный - наблюдается в случае эфиров с незамещенным ал-лильным фрагментом; межмолекулярный, возможно, с параллельно протекающим внутримолекулярным, при перегруппировке , -диме тилаллиловых эфиров. 2.3.2. Термическая перегруппировка Как было показано ранее, механизм термических перегруппировок алкенилариловых эфиров определяется структурой аллильного звена. При этом, перегруппировка эфира с /, -диметилал-лильным звеном проходит внутримолекулярно, что было показано -Попри перегруппировке соответствующего оптически активного эфи- ра п-крезола . Мы исследовали влияние природы и положения донорного заместителя (OCHg) на механизм термической перегруппировки эфиров с ( -диметилаллильным и незамещенным аллильным звеном. Перегруппировка проводилась в декалине при температуре 160-2ЮС в стеклянной и металлической посуде. Контроль за ходом реакции осуществлялся, как и ранее, с помощью ТСХ и ГШХ. Как видно из результатов, приведенных на схеме 44 и в таблице 19, /, --диметилаллиловый эфир пара-метоксифенола (УП а) перегруппировывался в термических условиях внутримоле-кулярно с образованием только одного моноалкенилфенола (УП г) -2-(1-метил-2-бутенил)-4-метоксифенола.
При добавлении в реакционную массу пара-крезола или 1,3-дигидроксибензола продуктов алкенилирования родственного нуклеофила не образовывалось. При переходе к эфиру мета-метоксифенола (Л а) было обнаружено изменение направления перегруппировки.І-(І-Метил-2-бу-тенокси)-3-метоксибензол (УТ а) в термических условиях превращался в смесь продуктов моно- и диалкеяилироваяия, близкую по составу смесям каталитической перегруппировки и алкенилирования соответствующего метоксифенола (табл.17, 18, 19). В случае внутримолекулярного механизма реакции могли образовываться лишь 2 моноалкенилфенола: 6-(1 метил-2 бутеяил)-3-метоксифенол (УІ г) и 2-(1-метил-2-бутеяил)-3 метоксифенол, не обнаруженный в реакционной смеси. Образование диалкеяил-фенолов, близость составов смесей, полученных в результате термической перегруппировки и непосредственного алкенилирования мета-метоксифенола, позволяет предположить участие меж-молекулярного механизма в образовании продуктов тершческой реакции. При перегруппировке эфира (УІ а) с добавлением в исходную реакционную смесь родственного нуклеофила п-крезола, наряду с вышеуказанными продуктами (УІ г-ж), получен продукт перекрестного алкенилирования - 2-(1-метил-2-бутенил)-4-метил-фенол с одновременным уменьшением количества диалкенилфенолов (УІ е,ж) (схема 44). Из приведенных данных следует, что перегруппировка «, -диметилаллилового эфира пара-метокси- и мета-метоксифенола проходит различно: эфир (УП а) перегруппировывается внутримолекулярно, эфир (УТ а) - не только внутримолеку-лярно, но и межмолекулярно с предварительным разрывом 0-0 связи. Перегруппировка 1-(1-метил-2-бутенокси)-2-метоксибензола (У а) проходила внутримолекулярно с образованием, в основном, фенола (У г) (схема 44), имеющего алкенильный радикал в орто-положении к гидроксильной группе, а также фенола (У в) (40$, ТШ). При непосредственном алкенилировании орто-метоксифенола (У) 4-хлор-2-пентеном фенол (У г) не образовывался. Продуктов перекрестного аженшшрования добавленного в реакционную смесь п-крезола не обнаружено. Небольшое количество ( 1%) диалкенилфенолов не позволяет предполагать существенного участия межмолекулярного механизма в перегруппировке этого эфира. Таким образом, впервые показано, что положение дояорного заместителя (ОСНд) в ароматическом ядре может оказывать влияние на механизм термической перегруппировки алкениларилового эфира, изменяя его от внутри- к межмолекулярному направлению.
Методы, использованные для доказательства строения продуктов алкенилирования фенолов и перегруппировки их эфиров
Циклизация В трехгорлую колбу, снабженную механической мешалкой и обратным холодильником, помещали смесь 3-метокси-4-(1-метил 2-бутенил) и 3-метокси-6-(І-метил-2-бутеішл) фенолов. На I г фенолов прибавляли 4 мл CHgCOOH и 2 мл 48$ НВг. Реакционную смесь нагревали при 100С в течение 4 часов. Методом ТШ. определяли присутствие в реакционной смеси нециклизующегося 3-ме токси-4-( І-ме тил-2-бутенил) фенола. 3.3.2. Метилирование К 0.08 моля фенола при перемешивании в атмосфере аргона по каплям прибавляли 0.16 моля диметилсульфата и 0.16 моля 10$ НаОН. Реакционную смесь нагревали 8-Ю часов на водяной бане. По окончании реакции органический слой экстрагировали диэтиловым эфиром, промывали 10$ НаОН и водой и сушили После отгонки растворителя эфирную часть перегоняли в вакууме (1-2 мм). Диметиловые эфиры фенолов алкенилировали 4-хлор-2-пентеном: а) Для получения 5-метил-4-(1-?летил-2-бутенил)-1,3-диме- токсибензола 5-метил-1,3-диметоксибензол алкенилировали в ме таноле по методике, описанной в 3.2.5. После соответствующей обработки метилированный аженилфеяол был выделен колоночной хроматографией на силикагеле КСКГ (элюент: гептан - хлороформ = 1:1). Характеристика приведена в табл.22. б) 1,3-Диметоксибензол алкенилировали без растворителя и щелочного агента по методике, описанной в 3.2.6. Обработка ре акционной смеси проводилась по методике, описанной в 3.2.2. Продукты разделяли перегонкой в вакууме и очищали колоночной хроматографией на силикагеле 100/160 (элюеят: гексан - эфир = = 6 : I). Константы 4,6-ди-(1-метил-2-бутенил)-1,3-даметокси бензола приведены в табл.22. 3.3.3. Получение диалкенилйенолов В ПРИСУТСТВИИ НаЙ РО К 1.4 моля фенола в 70 мл 5 М водного МаЦР0ц добавляли десятью порциями по 0.35 моля 45% NaOU и аллильный галогенид. Раствор щелочи добавляли всегда перед добавлением галогенида. Реакционную смесь перемешивали в течение 30-40 минут, затем органический слой экстрагировали диэтиловым эфиром, промывали несколько раз 2Ъ% NaU$Qb и Ъ% NQ UPO , сушили MySOt, . После отгонки растворителя продукты реакции выделяли колоночной хроматографией на силикагеле СЬ 100/160 (элюент: гептан - эфир - метанол = 8 : 4 : 0.2), а для выделения продуктов алкенилирования 3-метоксифенола применяли элгоент: гексан - эфир =6:1. 3.3.4. Получение 2-( 1-ме тил- бу тенил) -5-ме тил-1,3-дигидроксибенз ола При алкенилирование 5-метил-1,3-дигидроксибензола 4-хлор-2-пентеном нам не удалось отделить 2-(1-метил-2-бутенил)-5-метил-1,3-дигидроксибензол от соответствующего изомера с заместителем в положении 4 ароматического кольца.
Для идентификации этого продукта был применен встречный синтез по следующей схеме : Получение 4,5-диметил-7 окси-кумарияа .К смеси 0.08 5-метилрезорцина и 0.08 моля ацетоуксусного эфира при механическом перемешивании добавляли по каплям 0.48 моля концентрированной серной кислоты. По окончании прибавления кислоты реакционную массу выливали на лед, выпавший осадок отфильтровывали, промывали водой, сушили и перекристаллизовывали из этанола. Выход целевого продукта 65$. Т.шг. 246. Получение 4 ,5-диме гил-7-( I-ме тил-2-бутея окси ) кумарина.КО.ОВ моля 4,5-дшетшг-7-оксшсумарина в 40 мл метанола добавляли метилат натрия (0.04 моля металлического натрия в 15 мл метанола). При механическом перемешивании в атмосфере аргона добавляли 0.105 моля 4-хлор-2-пентена и кипятили на водяной бане 12 часов. Горячую реакционную смесь отфильтровывали для отделения NQC8 . Выпавший после охлаждения фильтрата осадок лерекристаллизовывали из этанола. Выход 4,5-диметил 7-(1-ме-тил-2-бутенокси)кумарина - 60%. Т.пл. 192С. Получение 4 , 5-диме тил-7-онси-8-(І-метил-2-бутенил) кумарина. 0.019 моля сухого 4,5-джлетил-7-(1 летил-2-бутенокси)кумарина в 20 мл перегнанного над металлическим натрием декалина кипятили 18 часов на масляной бане. После охлаждения отфильтровывали выпавший осадок и перекристаллизовывали из этанола Выход целевого продукта - 36%, Т.пл. 254. Гидролиз 4,5-диметил-7 окси-8-( 1-метил-2-бутенил)кумарина . 0.0068 моля 4,5-диметил-7-окси-8-(1-метил-2-бутенил)кутларина в 9 мл 20$ ЫаОЦ нагревали в течение I часа на водяной бане в атмосфере аргона. После охлаждения реакционную смесь нейтрализовали разбавленной соляной кислотой и экстрагировали эфиром. Эфирную вытяжку сушили МдЬОь , отгоняли растворитель, анализировали ГЖХ. Выход целевого продукта %. ВЫВОДЫ 1« Изучено алкенилирование двухатомных фенолов и их метиловых эфиров 4 хлор-2-пентеном и хлористым аллилом в протонных и апротонных растворителях.
Показано, что состав и соотношение продуктов определяется не только природой растворителя и строением аллильного галогенида, но в значительной мере природой и положением заместителя в ароматическом ядре фенола, 2. Сильные донорные заместители в ядре способствуют протеканию реакции по углеродному центру амбидентного фенолят-аниона, при этом О/С соотношение продуктов алкенилирования уменьшается при переходе от электроноакцепторных к электронодонорным заместителям в ряду: Н0 CHg OGHQ ОН, 3. Соотношение образующихся продуктов 0- и С-алкенилирова-ния двухатомных фенолов зависит от положения донорного заместителя в ядре фенола, количество эфиров уменьшается в ряду орто-, пара-, мета-замещенных фенолов, 4, Соотношение продуктов эфирного и фенольного характера при алкенилировании двухатомных фенолов и их метиловых эфиров существенно зависит от структуры аллильного звена исходного галогенида. При использовании незамещенного галогенида (хлористый аллил) О/С соотношение значительно выше, чем в случае , і/-ди-замещенного (4 хлор-2-пентен), способного к образованию более стабильного ионного интермедиата и поэтому более склонного к С-алкенилированию, 5, Найдены пути регулирования направления 0- и С-алкенили-рования двухатомных фенолов изменением внутренних (строение аллильного звена, природа и положение донорного заместителя в ароматическом ядре) и внешних (условия реакции) факторов. Прей- мущеотвенному 0-алкенилированию способствует применение незамещенного аллильного галогеяида, фенолов с орто-, но не мета-положением гидроксильных групп и апротонных растворителей, таких как ацетонитрил, ДДОФА. 6. Фенолы, имеющие гидроксилыше группы в мета-положении, алкенилируются замещенным аллильным галогенидом преимущественно пб углеродному атому амбидентного фенолят-аниона даже в таких апротонных диполярных растворителях как ДТУІФ и ацетонитрил. 7. Найдены оптимальные условия алкеяилирования 5-метил-1,3-дигидроксибензола 4-хлор-2-пентеном и пипериленом, приводящего к алкенилфенолам, представляющим интерес для промышленного органического синтеза. 8. На примере , -диметилаллилового эфира 3- метоксифенола впервые показано, что изменение положения сильного донорного заместителя в ядре исходного фенола (от пара- и орто- в мета-положение) вызывает изменение механизма термической перегруппировки от 3,3 -сигматропного Клайзеновского к ступенчатому межмолекулярному, проходящему по типу электрофильного алкеншшро-вания в ароматическом ряду. 9. Термическая устойчивость і/ , -дшетилаллиловых эфиров двухатомных фенолов повышается при замене гидроксильной группы в ароматическом кольце более слабым донором - метоксильной группой.
