Содержание к диссертации
Введение
1. Литий- и магнийоргапические соединения нафталинового ряда в органическом синтезе 7
1.1 Общие закономерности 7
1.1.1 Методы синтеза 7
1.1.2 Влияние растворителей и координирующих добавок 10
1.1.3 Кинетический и термодинамический контроль 10
1.1.4 Влияние направляющих групп 12
1.1.5 Побочные реакции 13
1.1.6 Квантово-механические расчеты 16
1.2 Получение и реакции нафтилметаллов 17
1.2.1 Нафтилметаллы на основе нафталина и алкилнафталинов 17
1.2.2 Нафтилметаллы с алкенильными и алкинильными группами 22
1.2.3 Нафтилметаллы на основе нафтолов 24
1.2.4 С алкоксильными группами, включая защищенные группы ОН 25
1.2.5 С гидроксиметильной группой 29
1.2.6 На основе нафтальдегидов и их скрытых форм 30
1.2.7 С карбоксильной или алкоксикарбонильной функцией 32
1.2.8 С аминогруппами 32
1.2.9 С диметиламинометильной группой 34
1.2.10 С нитрогруппой 35
1.2.11 С диалкиламинокарбонильными группами 35
1.2.12 На основе нафтоксазолинов 38
1.2.13 С фосфорсодержащими заместителями 39
1.2.14 С серусодержащими заместителями 39
1.2.15 Галогенсодержащие нафтилметаллы. Образование дегидронафталинов 41
1.3 Нафтилметаллы в реакциях кросс-сочетания 42
1.3.1 Каталитические реакции 43
1.3.2 Некаталитические реакции 43
1.3.3 Окислительное сшивание 44
2. Синтезы в ряду 1,8-бис(диметиламино)нафталина, основанные на металлорганических реакциях 45
2.1 Реакции металлпроизводных "протонной губки" 45
2.1.1 4-Металлпроизводные 45
2.1.2 2- И 2,7-металлпроизводные 50
2.2 Физико-химические свойства замещенных «протонных губок» 53
2.2.1 Молекулярная структура оснований 53
2.2.2 Молекулярная структура катиона 1,8-бис(диметиламино)-2,7-бис(триме-тилсилил)нафталиния 59
2.2.3 Спектры ЯМР'Н 60
2.2.4 Окраска и УФ-спектры 63
2.2.5 Основность 65
2.3 Кислотно-катализируемые превращения спиртов на основе 1,8-бис(диметил-амино)нафталина 73
2.3.1 Реакции Е1 -элиминирования 73
2.3.2 Реакции циклизации 74
3. Экспериментальная часть 83
Выводы 101
- Получение и реакции нафтилметаллов
- Нафтилметаллы в реакциях кросс-сочетания
- Физико-химические свойства замещенных «протонных губок»
- Реакции Е1 -элиминирования
Введение к работе
Настоящая диссертация в значительной мере посвящена разработке методов функционализации нафталиновых "протонных губок" с помощью металлорганических реакций. Необходимость этого была обусловлена следующими обстоятельствами. Предыдущие исследования химии 1,8-бис(диметиламино)нафталина 1, родоначального соединения данного ряда, показали, что он, помимо высокой основности, демонстрирует чрезвычайную активность в реакциях электрофильного замещения. С их помощью удалось получить множество производных "протонной губки" с такими заместителями в положениях 4 и 5, как N02 [1,2], СНО [3], RCO [4], CH2NMe2 [5], СН2ОН [6,7], С1 [2], Вг [3,8] и др. Позднее было осуществлено селективное хлорирование и бромирование соединения 1 по положениям 2 и 7 с помощью 1-хлорбензотриазола [9] и N-бромсукцинимида [10], приводящее к дигалогенидам 2 и 3. Недавно для получения поли(диалкиламино)производных диамина 1 впервые использованы реакции нуклеофильного замещения атомов фтора [11]. Полезным дополнением к данным прямым методам являются непрямые многостадийные подходы. Один из них основан на щелочном или восстановительном расщеплении солей 2,3-дигидроперимидиния [8], другой - на последовательном иери-динитровании, восстановлении нитрогрупп и исчерпывающем метилировании групп NH2 в подходящих производных нафталина [12]. В совокупности все эти подходы позволили исследовать некоторые факторы, влияющие на основность "протонных губок", их структурные и физико-химические характеристики. Например, было показано, что основность соединения 1 (рКа 12.1, Н20) [13] резко возрастает при переходе к 1,2,7,8-тетракис(диметиламино)нафталину 4 (рКа 15.8, Н20) [14] и особенно 2,7-диметокси-1,8-бис(диметиламино)нафталину 5 (рКа 16.1, Н20) [15]. Me2N NMe2 М<ї2^ NMe2 Me2N NMe2 Me2N NMe2 C(OH)Ph2
1;R=H, 2;R = CI, 3;R = Br, 4; R = NMe2, 5; R = OMe, 6;R=Li, 7;R = MgBr
Многочисленные попытки получить более сильные основания в ряду нафталиновых "протонных губок" не увенчались успехом. Одна из причин - недоступность многих соединений данного ряда и, как следствие, недостаточное понимание факторов, определяющих их основность. Учитывая доступность соответствующих галогенидов, нам казалось, что дополнительные возможности в плане синтеза новых производных соединения 1 может предоставить использование металлорганических соединений 6-9. Поэтому одной из целей настоящего исследования стала разработка методов функционализации 1,8-бис(диметиламино)нафталина с помощью металлорганических реакций.
Далее, имея в руках широкий набор новых 2,7-дизамещенных "протонных губок", мы провели всесторонние исследования их структуры и физико-химических свойств. Был обнаружен ряд принципиально новых явлений в данном ряду, в частности, in/out-изомеризм NMe2-rpynn и установлено отсутствие зависимости между объемом орто-заместителей и величинами рКа.
Поскольку в нашем распоряжении оказалась серия новых спиртов 10-14, полученных с помощью металлорганических реакций, третьей целью исследования стало изучение поведения генерируемых из этих спиртов карбокатионов. Ранее Пожарским и Висторобским была открыта необычная в нафталиновом ряду реакция [4+2]- циклодимеризации 4,5-бис(диметиламино)нафтил-1-метил ьного катиона 15, генерируемого из соответствующего спирта при действии протонных или лыоисовых кислот [6,16,17]. Вследствие сильной резонансной стабилизации с участием NMe2-rpynn в положениях 4 и 5 предельные структуры 15Ь,с содержат существенно кратную экзоциклическую связь С=С. Карбокатионы в такой форме проявляют одновременно ярко выраженные свойства 1,3-диенов и диенофилов и циклодимеризуются, образуя несимметричное спиросоединение 16 (схема 1). При действии на тот же спирт кислот Льюиса (АЬОз, SiCh, ТіОг) протекает более сложное постадийное электрофилыюе замещение с участием карбокатиона 15 и непрореагировавшего спирта - основным продуктом реакции становится изомерное симметричное спиросоединение 17 (схема 1).
Схема 1
В ходе этой работы была, в частности, обнаружена ранее не встречавшаяся в ряду "протонных губок" глубокая трансформация, сопровождающаяся внутримолекулярным электрофильным лгета-замещением и гидролитической заменой одной из NMe2-rpynn. Диссертация состоит из трех глав. Первая глава представляет собой литературный обзор, посвященный литий- и магнийорганическим соединениям нафталинового ряда. Во второй главе обсуждены полученные нами данные, касающиеся синтеза и некоторых физико-химических свойств новых производных соединения 1; в ней также развиты представления о факторах, влияющих на основность 2,7-дизамещенных "протонных губок". Третья глава - экспериментальная часть. В конце диссертации приведены выводы, список цитированной литературы и приложение с данными рептгеноструктурного анализа для некоторых соединений.
Получение и реакции нафтилметаллов
Все реакции Mg- и Li-нафталинов, можно свести по-существу к четырем основным типам: 1) реакции с С-электрофилами, 2) реакции с гетероэлектрофилами, 3) реакции окисления и 4) реакции кросс-сочетания (им посвящен раздел 1.3). Что касается различий в реакционной способности, то нет каких-либо общих правил, позволяющих заранее предпочесть использование Li- или Mg-нафталинов. Во многих случаях оба эти типа нафтилметаллов дают сопоставимые результаты, точно также как имеется немало примеров, когда реакции идут лучше с одним из них. Методы получения Li- и Mg-производных нафталина были в общих чертах рассмотрены в разделе 1.1.1. Более всего распространены их реакции со всевозможными алкилирующими (МегБСм, EtiSCM, RHal) и карбонилсодержащими реагентами. Выходы продуктов, как правило, высокие; лишь при использовании 1-бромадамантана в реакции с 1-магнийбромнафталином 51 выход 52 не превышает 2% (схема 10) [83]. Для синтеза трис-нафто[3.3.3]пропеллана (55) использовалась реакция 1-нафтиллития (21) с эпоксидом 53 (схема 11) [84]. Интересно, что 1-нафтилмагнийбромид (51) реагирует с 53, давая смесь продуктов 55 и 56 в соотношении 1:1.8. Для синтеза трис(1-нафтил)метанола (58) Ола и сотр. медленно прибавляли 1- нафтоилхлорид к эфирному раствору 1-нафтиллития (21) при -78 С [29]. Выход спирта 58 составил 50%. Аналогично из 2-нафтиллития и 2-нафтоилхлорида был получен с выходом 56% трис(2-нафтил)метанол. Очевидно, что реакция в обоих случаях протекает через промежуточное образование бинафтилкетона, например 57, который быстро реагирует с исходным нафтиллитием. Это обстоятельство затрудняет использование данного метода для получения кетонов нафталинового ряда. Описано получение нафтонитрилов путем электрофильного цианирования литийнафталинов 1-цианобензотриазолом [87]. В последние годы все большее значение приобретают реакции Li- и Mg-нафталинов с гетероэлектрофилами. В частности, особый интерес из-за популярности реакций кросс- сочетания вызывают нафтилбороновые кислоты и триалкилнафтилстаннаны. Так, 1- и 2- нафтилбороновые кислоты были получены с хорошим выходом обработкой соответственно 1- и 2-литийнафталинов триизопропил боратом [88].
Возможно использование и магнийорганических соединений, как например, при получении нафталин-1,4-дибороновой кислоты (59) из 1,4-дибромнафталина [89]. Разработан удобный метод получения три(нафтил-1)борана (60), заключающийся в перемешивании смеси а-нафтилбромида, магния и эфирата трехфтористого бора, что не требует специального приготовления oc-CioH9MgBr. Обработка реакционной массы ультразвуком сокращает время реакции с 24 ч до 30 мин [90]. Описано силилирование [91,92], селенилирование [24,93,94], станнилирование [95] и хлормеркурирование [96] Li- и Mg-нафталинов (схема 12). Так, действие на 1-литийнафталин (21) 1,1-дихлор-1,2-диметил-2,2-дифенилдисилана с последующей обработкой смеси этанолом привело к образованию нафтилэтоксидисилана 61, используемого в дальнейшем для генерирования стабильных нафтилсилилена [91]. Обработка реактива Гриньяра 51 ди(л-анизил)диселенидом дала \-{n- анизил)селенилнафталин (62) [22]; при действии на 51 порошка селена и последующего окисления получали динафтилдиселенид 63 [24,93]. Взаимодействием 1,8-ди(броммагнезио)нафталина (48) с избытком триметилхлорстаннана получена смесь моно- (64) и 1,8-ди(триметилстаннил)нафталинов (65) с выходом 67 и 22%, соответственно [49]. Имеются указания на возможность электрофильного аминирования [97] и гидразинирования [98] Li- и Mg-нафталинов. Так, 2-гидразино-6-метоксинафталин (68) был получен обработкой реактива Гриньяра 66 ди-/я/?ет-бутиловым эфиром азодикарбоновой кислоты с последующим гидролизом первоначально образующегося продукта 67 (схема 13). Наиболее важным реагентом из диметаллнафталинов, несомненно, является 1,8-дилитийнафталин (50), используемый для синтеза всевозможных 1,8-дизамещенных нафталинов и яе/щ-конденсированных гетеросистем. Удобнее его получать действием бутиллития на 1,8-дийоднафталин при 0 С [99]. Еще один препаративный метод получения 50 - металлирование 1-бромнафталина или самого нафталина избытком бутиллития [78,100-102]. В табл. 2 собраны основные типы соединений, полученных действием различных электрофилов на 1,8-дилитийнафталин.
Как видно, все структуры симметричны и относятся либо к 1,8-дизамещенным нафталина 65, 69-74, либо к пери-циклическим системам 75-85. Одно из исключений - соединение 87, образованию которого способствует легкость нуклеофильного замещения атома F в продукте монозамещения 86 (схема 14). Для получения четырехчленных nepw-металлоциклов 84,85 и им подобных наряду с 1,8-дилитийнафталином (50) успешно использован его магниевый аналог (49) [116]. Интересно в этой связи, что 1,8-бис(триметилстаннил)нафталин 65 образуется намного легче из 1,8-дилитийнафталина (50) [117], чем из 1,8-ди(броммагнезио)нафталина (48). В то же время, выход 1Н-циклобута[ &]нафталина (78) возрастает до 30% против указанного в табл. 2, если исходить из 1,8-бис(иодмагнезио)нафталина и метилеиировать его метиленди-шра-толуолсульфонатом [113]. Оригинальный подход к синтезу несимметричных 1,8-диборилнафталинов 88 и 89 был реализован Габбаем и сотр. [113]. Он заключается в расщеплении анионного боратного цикла в яе/ш-конденсированной системе 81 при действии диалкилборилбромидов. Наконец, асимметричные соединения этого ряда можно получать и посредством постадийного литиирования-замещения 1,8-дигалогеннафталинов, например 90—+91—»92 (схема 14) [115]. Дополнительная информация об использовании 1,8-дилитийнафталина в синтезе элементсодержащих пери-дтамещенных нафталинов содержится в обзоре [118]. Известно не так много представителей этого типа. Для тех, что содержат по соседству ненасыщенную группу и атом лития, весьма характерно внутримолекулярное присоединение карбанионного центра к кратной связи. Типичный пример - образование с высоким выходом бенз[е]индана 95 из бромида 93 [119]. Как видно, присоединение внутри литиевого интеремедиата 94 протекает в соответствии с правилом Марковникова. Действием бутиллития на 1-бром-8-фенилэтинилнафталин (96) получено 8-литийпроизводное 97, изомеризуїощееся в литийаценафтилен 98. Реакция, может использоваться для получения различных производных аценафтилена, например 99 и 100. В отличие от 97 его магниевый аналог 101 подобной изомеризации не подвергается и при действии электрофилов образует соединения нафталинового ряда, например, 102 и 103 (схема 15) [120].
Нафтилметаллы в реакциях кросс-сочетания
В последние годы литий- и магнийорганические соединения нафталинового ряда все чаще используются в реакциях кросс-сочетания, прежде всего для синтеза бипафтилов, полинафтилов и арилнафталинов. Эти реакции основаны на каталитическом, некаталитическом и окислительном сдваивании металлнафталинов. Пример реакции Кумада, в которой для получения бинафтилов используются арил-, в том числе нафтилмагнийгалогениды, уже приводился (схема 17). В присутствии хирального ферроценилфосфин-никелевого катализатора типа (5)- или (/?)-PPFOMe/Ni эта реакция с высокой энантиоселективностыо (95-98% ее) позволяет получать хиральные бинафтилы [187,188] тернафталины [ 189] и арилнафталины [190]. Так, взаимодействие 2-метил-1-нафтилмагнийбромида с 1,5-дибромнафталином приводит к образованию тернафталина 238 и его мезо-томера 239 в соотношении 84:16 и с общим выходом 89% (схема 33). Близкие результаты получены для 1,4-дибромнафталина [189]. Типичным примером таких превращений является синтез 1,1 -бинафтилов с помощью реакции Мейерса (см. схема 27). Развивая этот подход, японские химики с успехом использовали в качестве субстрата 1-алкокси-2-нафталинкарбоксилаты 240 (схема 34) [191,192]. Было показано, что, если группа R в 240 достаточно объемна (напр. Рг), металлорганический реагент 241 или 242 практически не атакует сложпоэфирпую функцию и с высоким выходом образуются 1,Г-бинафтилы типа 243 или 244. Не менее важно то обстоятельство, что когда R - хиральный заместитель, напр. ментил, имеет место стереохимическая индукция и образуется бинафтил с высокой степенью оптической чистоты. О других модификациях этой реакции см. [193,194]. Существует целый ряд методов окислительного сшивания нафталинов с целью получения бинафтилов. Один из них - действие окислителей непосредственно на нафтилметаллы. Его преимущество заключается в высокой активности последних, что позволяет работать при низкой температуре, предохраняющей от рацемизации и обеспечивающей сохранность лабильных заместителей в субстрате. Например, литийнафталин 246, полученный из бромида 245, при действии FeCb превращается в бинафтил 247 (схема 35), который использовали для последующего синтеза фитотоксичного растительного пигмента плейхрома [195]. Эффективный метод получения биарилов, включая арилнафталины и бинафтилы, состоит в превращении литийнафталинов в купраты и их последующим окислением [196,197]. Так, 1-нафтиллитий (21) при обработке цианидом одновалентной меди образует купрат низшего порядка 248.
Действие на него другого литийарила дает купрат более высокого порядка 249, окисление которого кислородом при низкой температуре дает целевые соединения 250. Преимущество реакции - нечувствительность к стерическим факторам и возможность получения высокофункционализированных соединений. Первое упоминание о металлорганических производных "протонной губки" содержалось в статье Висторобского и Пожарского, опубликованной в 1989 году [3]. Действием генерированного in situ "BuLi на 1,8-бис(диметиламино)-4-бромнафталин (251) было получено 4-литийпроизводное 8, которое после обработки ДМФА привело к образованию альдегида 252 с выходом 62%. Мы нашли, что литийпроизводное 8 можно получать и действием на бромид 251 металлического лития в кипящем эфире в присутствии эквивалентного количества //-бутилбромида. Для завершения реакции в этом случае необходимо 1.5-2 ч при 35 С, причем в отсутствии бутилбромида литиирование не идет. Значительно удобнее проводить обмен брома на литий в 251 при использовании коммерческого "BuLi (раствор в //-гексане или толуоле): реакция протекает очень быстро уже при -30 —20 С. При дальнейшем прибавлении ДМФА альдегид 252 образуется с выходом 89%. Взаимодействие нафтиллития 8 с бепзофепоном приводит к карбинолу 12 (выход 73%) (схема 36, табл. 5). Мы установили далее, что в этих превращениях вместо литийпроизводного можно использовать и реактив Гриньяра 9. Его получали, действуя на бромид 251 магнием в эфире или ТГФ. Реакция в этом случае протекает дольше и требует дополнительной активации магния путем прибавления бромистого бутила (метод "сопровождения"). Получить таким образом 4-магнийхлорид из 1,8-бис(диметиламино)-4-хлорнафталина не удалось. При обработке раствора нафтилмагнийбромида 9 бепзофепоном выход карбинола 12 составил всего 40% (схема 36, табл.5). Обработка соединений 8,9 другими электрофилами (D20, Mel, МегЗг, МезЗіСІ, І2, (EtO)2CO, PhCHO) привела к ранее неизвестным 4-замещенным "протонным губкам" 253a-g (схема 36). Как видно из табл. 5, их выходы, как правило, выше в случае литий производного 8. Использование 2-5 кратного избытка электрофильных реагентов не приводит к образованию каких-либо побочных продуктов. Единственное исключение встретилось при получении спирта 253g. Использование в этом случае более чем одного эквивалента бензальдегида сопровождается образованием кетона 255, очевидно в результате окисления промежуточно образующегося алкоголята 254 за счет избытка бензальдегида (схема 37). В дополнение к карбинолам 12 и 253g взаимодействием металлпроизводных 8 и 9 с альдегидом 252 получен новый представитель бинафтильных "протонных губок" -вторичный спирт 256 с выходом 54 и 22%, соответственно (схема 38, табл. 5). Он был также синтезирован восстановлением кетона 257 алюмогидридом лития (89%, схема 38). При этом кетон 257 получали ацилированием гидрохлорида 1,8-бис(диметиламино)-нафталина (1) оксалилхлоридом в присутствии АІСІз с выходом 60% (схема 38). Взаимодействие металлпроизводных 8 и 9 с диэтилкарбонатом дает этоксикарбонильное соединение 253f по типу реакции присоединения-отщепления.
Попытка получить кетон 257 в повторной реакции присоединения-отщепления при действии сложного эфира 253f на металлнафталины 8 или 9 не увенчалась успехом - по-видимому, из-за сильного падения частичного положительного заряда на карбонильном атоме углерода (схема 39). Вероятно по той же причине оказались инертными к действию металлорганических соединений 8, 9 бензоилнафталин 255, нитрил 258, а также кетон 257. В последнем случае взаимодействие кетона 257 еще с одним эквивалентом 8 или 9 могло бы привести к до сих пор неизвестному представителю тройных "протонных губок" -спирту 259. Пониженная реакционная способность кетона 257, являющаяся следствием +М-эффекта четырех NMe2-rpynn, согласуется с низкочастотным положением полосы С=0 в его ИК-спектре: 1633 см- по сравнению с 1685 см" для альдегида 252. Последний, таким образом, оказался единственным из исследованных нами 4-карбонилсодержащих производных «протонной губки», оказавшимся способным реагировать с металлорганическими соединениями 8,9 (схема 38). Исходя из положительных результатов реакции альдегида 252 с металлнафталинами 8, 9 (схема 38), нам показалось возможным получить подобным образом и некоторые другие спирты. Для этого в качестве исходных соединений были взяты кетоны 255, 260. Так, при действии на них MeMgl или PhMgBr были получены целевые спирты 10-12 с указанными выходами (схема 40). Относительно невысокие выходы спиртов 11, 12 отчасти объясняются конкурирующим 1,4-присоединением R MgX, приводящим к образованию транс-(261а,Ь) и wc-изомеров (262а,Ь) 3-Я-4-бензоил-8-диметиламино-1,2,3,4-тетрагидронаф-тален-1-она. По-видимому, промежуточным продуктом 1,4-присоединения является енамин 263, гидролиз которого и приводит к замене группы NMe2 на карбонильную функцию (схема 41). Убедившись на примере соединений 8 и 9, что литий- и магнийорганические производные "протонной губки" пригодны для ее функционализации, мы распространили этот подход на ор/яо-замещенные производные. Поскольку сама "протонная губка" 1 не металлируется "BuLi даже при длительном кипячении в эфире, а 2,7-дихлорид 2 не обменивает атомы хлора на литий в реакции с "BuLi, мы использовали в качестве исходного соединения 2,7-дибромид 3 [8]. Образующееся в реакции обмена дилитийпроизводное 6 выделяется в среде эфира в виде бледно-желтого осадка; реактив Гриньяра 7 образует раствор (схема 42).
Физико-химические свойства замещенных «протонных губок»
Для пяти из полученных 2,7-дизамещенных соединений (266b-f) были проведены рентгеноструктурные исследования. Длины связей, тепловые поправки и координаты атомов, а также валентные и диэдральные углы депонированы в Кембриджский банк рентгеноструктурных данных (см. главу 3). Кристаллическая структура 2,7-диметилпроизводного 266Ь образована двумя независимыми молекулами C16H22N2 (рис.3). Кристаллические структуры 266c,d,f образованы каждая одной независимой молекулой, C16H22N2S2 (рис. 3), СгоНз4 8І2 (рис. 6) и C20H26N2O4, (рис. 5), соответственно. Отклонения некоторых атомов орто-заместителей от плоскости нафталинового кольца и диэдральные углы, образованные различными плоскостями молекул, представлены в таблице 7. Кристаллическая структура дийодида 266е (рис. 4) образована четырьмя независимыми молекулами C14H16I2N2, упакованными во взаимно перпендикулярные стопки, параллельные диагоналям [х,у] [х-у]. Плоскости молекул в различных стопках практически перпендикулярны друг другу. Рассмотрение структур 266b-f, как и ранее известных 2-5, дает ключ к пониманию их основности и других специфических свойств. Среди выявленных особенностей обращают на себя внимание следующие: 1) NMe2 группы сильно планаризованы и одновременно сильно развернуты относительно нафталиновой системы; 2) орто-зшесттепн существенно отклонены от плоскости нафталинового кольца; 3) в соединениях с электронодонорными орто-заместителями связи C2(7)-R заметно удлинены, а расстояния N "N, напротив, укорочены; 4) в соединениях, содержащих в ор/ио-положениях тяжелые /-элементы (SMe, І, БіМез), расстояние N" N увеличено по сравнению с незамещенной протонной губкой; 5) внеплоскостные деформации нафталинового кольца в сравнении с "протонной губкой" 1 существенно меньше. Наиболее важной из названных особенностей представляется значительная планаризация пери-ЫМег групп. Так, сумма валентных углов при аминных атомах азота, EN, в дийодиде 266е и сульфиде 266с достигает 356; чуть меньше эта величина (353-354) в эфире 266f и ранее исследованных дигалогенидах 2 [201] и 3 [202], и, что особенно удивительно, в 2,7-бис(триметилсилил)производном 266d (табл. 7).
Примечательно, что даже в молекуле 1 величина SN составляет 347 [203,204], что намного больше -328 для зр3-гибридизованных N-атомов. Исходя из пониженного потенциала ионизации, наличия интенсивной полосы поглощения при 340 нм и высокой С-нуклеофильности соединения 1, можно сделать вывод, что движущей силой планаризации NMe2 групп является их склонность к сопряжению с ароматической "-системой. Причины еще большего уплощения атомов азота в ?/ /по-дизамещенных соединениях 2-5 и 266 имеют, главным образом, стерическую природу. Очевидно, что "эффект поддержки" усиливает взаимное стерическое и электростатическое отталкивание NMe2-rpynn. Чтобы избежать этого, атомы азота принимают конфигурацию, близкую к тригональной, в которой неподеленные электронные пары занимают почти чистые р-орбитали, менее стереонаправленные и, следовательно, не столь сильно отталкивающиеся. Поворот NMe2 вокруг N-Cap0M связей обеспечивает дополнительные возможности для снятия стерического напряжения в opmo-дизамещенных "протонных губках". Если угол между средней плоскостью кольца и CNC плоскостью NMe2 групп в основании 1 составляет 40, то в бис(триметилсилил)производном 266d он возрастает до 78, а в йодиде 266с и сульфиде 266с до 82 (табл. 8). При таких величинах торсионного угла сопряжение диметиламиногрупп с "-системой кольца не превышает 3% от максимальной величины для идеально плоской модели «протонной губки» (уже в 1 эта величина составляет -60%; см. раздел 2.2.5). Поскольку в дихлориде 5 угол поворота равен 71, можно предположить, что существует некоторая зависимость между объемом орто-заместителей в "протонной губке", с одной стороны, и степенью планаризации NMe2 групп, а так же углом вращения вокруг связи N-Cap0M с другой.2 В случае этоксикарбонильного производного 266f (рис. 5) ситуация несколько сложнее. Здесь угол поворота NMe2 групп составляет всего 56, примерно как в 1,2,7,8- тетракис(диметиламино)нафталине (4), а степень уплощения NMe2 групп также меньше. Следует отметить, что соединение 266f - единственное из исследованных нами, где возможно прямое сопряжение между NMe2 группой и о/7/ио-заместителем. По-видимому, реальная геометрия этой молекулы отражает компромисс между стерическими требованиями и стремлением функциональных групп к коныогации. Благодаря уплощению и вращению диметиламиногрупп, атомы N-1 и N-8 в орто-дизамещенных "протонных губках" отклоняются от средней плоскости кольца в противоположных направлениях значительно меньше, чем в незамещенном соединении 1. Так, для соединения 266с оно составляет всего 0.02 А против 0.4 А для 1 [203] (табл. 8). Наряду с изменением конфигурации NMe2-rpynn, существует два дополнительных механизма уменьшения отталкивания между четырьмя соседними заместителями в орто-дизамещенных "протонных губках". Один из них - отклонение в противоположные стороны от плоскости кольца 2- и 7-заместителей, причем величины этих отклонений сильно варируются (табл. 8).
Другой механизм реализуется только в «протонных губках» с электронодонорными o/wo-заместителями и заключается в заметном удлинении связей между кольцевым атомом углерода и ор/ио-заместителем. Например, в случае диметилпроизводного 266Ь средняя длина этих связей составляет 1.57 А (ср. с 1.50 А для стандартной Csp2-CSp3 связи). Обратимся теперь к структуре 2,7-бис(триметилсилил)производного 266d (рис. 6). Очевидно, что её особенности вызваны особым объемом БіМез-группьі. Наряду с существенным отклонением всех заместителей от плоскости кольца и увеличением расстояния N "N (табл. 7 и 8), примечательной чертой этой молекулы является необычная конформация диметиламиногрупп. В то время как неподеленная электронная пара одной NMe2 группы ориентирована в межазотное пространство, другая направлена к орто-заместителю (рис. 6 (Ь)). Насколько нам известно, такая in-out конформация NMe2 групп в ряду "протонных губок" наблюдается впервые, хотя ее возможность для соединения 1 обсуждалась для твердой и газовой фазы в работах [203,206]. Мы полагаем, что реализация in-out конформации вызвана аттрактивным взаимодействием неподеленной пары электронов инвертированной диметиламиногруппы с вакантной d-орбиталыо атома кремния. Подобное р -взаимодействие наблюдается и в бензольном ряду [207]. Кроме самого факта инверсии, такое взаимодействие, проявляется в отклонении атомов азота и кремния в одну сторону от средней плоскости кольца. Помимо этого, расстояние N Si (3.03 А) в 266d гораздо меньше суммы ван-дер-ваальсовых радиусов азота и кремния (3.65 А). Интересно, что расстояние N "Si для неинвертированной NMe2 группы составляет 3.36 А, и она, вероятно, так же проявляет слабую тенденцию к р,ё-взаимодействию с другим атомом кремния. Как и во многих подобных случаях [208], существующие в молекуле основания 266d искажения углеродного скелета практически исчезают при протонировании (рис. 8 (Ь), ср. рис. 6 (Ь)), однако остаются все же значительными по сравнению с другими ранее исследованными протонированными формами соединения 1. Так, при комнатной температуре нафталиновое кольцо в катионе 266d Н+ заметно изогнуто: торсионный угол С(2)С(3)С(3 )С(2 ) составляет 8.06 (для катиона соли 2НВг - 0.00).
Реакции Е1 -элиминирования
Мы установили, что вторичные и третичные спирты на основе 1,8-бис(диметиламино)нафталина, содержащие «-метильную группу, при действии протонных и лыоисовских кислот подвергаются Е1 -элиминированию. Так, соединения 10, 11, как и ранее полученный спирт 279 [225], при действии конц. НС1 превращаются в 4-винилпроизводные 280, 281 с выходом 40% (схема 48); реакция сопровождается значительным осмолением. Близкие результаты получены при нагревании бензольных растворов соединений 10,11 с АЬОз (выход 38 и 40% соответственно). Совершенно иначе ведут себя в тех же условиях 1,8-бис(диметиламино)нафталины, содержащие в положениях 4 и 2 а-гидроксибензильную и ог-гидроксибензгидрильную группы. При длительном выдерживании бензольного раствора соединения 12 над АЬОз оно практически не изменяется. В разбавленной НС1 образует бесцветный раствор катиона 12 Н+, из которого даже через несколько дней основание 12 высаживается при подщелачивании в неизменном виде. В то же время, при обработке спирта 12 конц. НС1 образуется темно-красный раствор. Окраска принадлежащая, по-видимому, карбокатиону 284 (схема 50), при нагревании переходит в темно-желтую.3 В качестве единственного продукта реакции с выходом 66% в этих условиях было выделено производное бензо[а]флуорена 287 (схема 50), строение которого установлено методами спектроскопии ЯМР Ключевую стадию образования соединения 287 можно рассматривать как внутримолекулярную реакцию Фриделя-Крафтса в катионе 284 (для этого его удобнее представить в виде резонасной структуры 284а). Подобная циклизация в соответствующие производные флуорена была недавно обнаружена Ола и сотр. для трис(І-нафтил)- и трис(2-нафтил)метильных катионов [27], а ранее и для трифенилметильного катиона [226]. Очевидно, что в нашем случае особенностью процесса является последующая гидролитическая замена одной из диметиламиногрупп в промежуточном енамине 286 на карбонильную. В спектре ЯМР Н соединения 287 (рис. 11) наиболее показательны сигналы группировки СНг-СН, образующей спиновую систему АМХ. Магнитно неэквивалентные протоны метиленового звена На и Нй проявляются в виде дублета дублетов при 5 2.40 и Первоначально нам не удавалось вырастить подходящие для РСА кристаллы соединения 287.
Однако в одном из опытов в реакцию с конц. НС1 случайно был введен спирт 12, содержавший примесь 1,1,2,2-тетрафенилэтандиола.4 Полученный из неочищенного спирта 12 бензо[а]флуорен 287 был выделен в виде молекулярного комплекса с 1,1,2,2-тетрафенилэтандиолом состава 1:1 (288); последний дал хорошо сформированные кристаллы, для которых и были получены кристаллографические характеристики (рис. 12). Взаимодействие между частями комплекса осуществляется посредством водородной связи между кислородом 0(1) карбонильной группы и гидроксильной группой 0(2)Н. Параметры водородной связи: расстояния 0(1)...0(2) и 0(1)...Н0(2) равны 2.867(4) и 2.00(5) А соответственно; угол 0(1) "Н-0(2) составляет 155. Атом водорода в гидроксильной группе 0(3)Н разупорядочен по двум положениям с равной заселенностью и не участвует в водородных связях (рис. 12). Спектр ЯМР !Н бензофлуоренового фрагмента в комплексе 288 почти не отличается от спектра индивидуального образца 287, за исключением некоторого уширения пиков. Представляют интерес некоторые особенности молекулярной структуры соединения 287. Атом N(1) слабо пирамидален: он выходит из плоскости окружающих атомов С(1),С(24),С(25) на 0.131 А; сумма валентных углов при нем равна 357.1, что отвечает, sp -гибридизации. Очевидно, последнее - результат весьма эффективного сопряжения ЫМег-группы с карбонилом. Глубокая желтая окраска соединения 287 согласуется с 4 Последний, очевидно, является продуктом димеризации бензофенона (при получении 12 из 9 и Ph2CO). данным выводом. Двугранный угол между плоскостями N(1)C(24)C(25) и С(1)С(2)С(3)С(4)С(5)С(6) равен 27.6, а между плоскостью фенильной группы при атоме С(11) и плоскостью пятичленного цикла - 54.1. Атом 0(1) выходит из плоскости атомов окружения лишь на 0.074 А. Соединение 287 - таутомер более устойчивой ароматической формы - нафтола 289 -стабилизированной ВВС между гидроксилом и группой NMe2. И действительно, при нагревании бензо[я]флуорена 287 он количественно изомеризуется в нафтол 289 при температуре выше 135 С. Таким образом, таутомеризация сопровождается 1,3-сигматропным сдвигом сразу двух водородных атомов. Относительная трудность перехода 287—»289 может быть объяснена необходимостью разрыва сразу двух С-Н-связей, которые, как известно, отличаются меньшей склонностью к кислотной диссоциации по сравнению с О-Н и N-H связями. Наряду с образованием соединений 261 и 262, превращение 12- 287 - один из немногих в химии нафталиновых "протонных губок" примеров, когда реакция протекает по л Ала-положению к группе NMe2.
Совершенно иначе ведут себя карбокатионы, образующиеся из 2-а-гидроксибензил и 2-а-гидроксибензгидрил производных 1,8-бис(диметиламино)нафталина (схема 51). Лучше всего это видно на примере спирта 13. При прибавлении конц. НС1 он моментально дает оранжево-красное окрашивание, исчезающее уже через 5-10 секунд; вслед за этим выпадает обильный белый осадок 2,3-дигидроперимидиниевой соли 292. Аналогично в случае вторичного спирта 290 после обработки его желтого солянокислого раствора избытком водной щелочи (рН 11) и экстракции хлороформом была выделена соль 293. метиленовый мостик сильно выведен из плоскости нафталинового кольца так, что расстояние между атомом С(11) и этой средней плоскостью составляет 0.595 А. В ту же сторону от плоскости нафталинового цикла, что и мостик, ориентирован фенильный заместитель. Такая ориентация может быть следствием упаковки молекул в кристалле и ряда невалентных взаимодействий. Так, атом НИ А участвует в образовании слабой водородной связи с ионом хлора (3.635 А) (рис. 14 (6)), а НбА находится строго над центром фенильного кольца соседнего катиона вдоль оси Ъ. Отдельного упоминания заслуживает характер проявления в спектрах ЯМР ]Н соединений 292, 293 протонов //-СНг-группы. В ДМСО- 4 они дают уширенный двухпротонный синглет при 55.33 (292, рис. 15) и 5.29 м.д. (293), соответственно, тогда как в CDCb их сигнал практически не наблюдается из-за диффузной формы (рис. 16). По-видимому, мы первые наблюдали это явление, поскольку ранее были описаны только спектры дигидроперимидиниевых солей в полярных растворителях [227-229]. Действительно, нами показано, что в спектре ЯМР Н йодида 1,1,3-триметилдигидро-перимидиния (294) [227] в CDCb наблюдается аналогичная картина: протоны метиленового мостика "размазаны" в пределах 8 4.5-6.7 м.д. (рис. 17). Весьма условно можно говорить о двух сигналах - 8 6.25 м.д. и 84.71 м.д. - тогда как в ДМСО- 4 эти протоны дают четкий двупротонный синглет при 8 5.05 м.д. [227], а в CD3CN — уширенный синглет при 84.97 м.д. [228]. Эти наблюдения свидетельствуют о том, что в диметилсульфоксиде протоны На и Нь, неравноценные в твердом образце (ср. рис. 14 (&)), вследствие быстрой инверсии мостика становятся магнитно эквивалентными. Очевидно, в растворе в CDCb этот процесс сильно замедляется, что и приводит к сильному уширению и даже "исчезновению" сигналов. Динамические процессы сказываются и на форме сигналов атомов углерода в спектре ЯМР 13С соединения 293 в CDCI3. Здесь углерод метиленового мостика проявляется острым сигналом (быстрая в шкале времени ЯМР 13С инверсия), а углероды NMe2+-rpynnbi - в виде низкой "горки" (медленное в шкале времени ЯМР перемещение).
![Синтез хиноидных соединений ряда 1,2,5,10а-тетрагидропиридо[1,2-a]-10Н-бензимидазола и аннелированных систем на их основе](/i/i/4598/45941.png "Синтез хиноидных соединений ряда 1,2,5,10а-тетрагидропиридо[1,2-a]-10Н-бензимидазола и аннелированных систем на их основе Агеенко Наталья Викторовна")
