Содержание к диссертации
Введение
1. Методы синтеза и химические превращения с1жр0/2,4/геп-тадиегов-4,6 7
1.1.Методы синтеза спиро/2,4/гептадиенов-4,6 7
1.1.1. Взаимодействие диазоциклопентадиенов с непредельными соединениями 8
1.1.2. Циклометиленирование экзоциклической двойной связи фульвенов 17
1.1.3. Циклиалкилирование циклопентадиена 1,2-дибро-мидами и подобными I,2-дифункциональными соединениями 25
1.1.4. Другие методы синтеза спиро/2,4/гептадиенов-4,6 29
1.2. Химические превращения спиро/2,4/гептадиенов-4,6 32
2. Синтез и химические превращения спир0/2,4/гепта- диенов-4,6 45
2.1. Спиро/2,4/гептадиен-4,б 46
2.2. Алкилзамещенные спиро/2,4/гептадиены-4,6 59
2.3. Функциональнозамещенные спиро/2,4/гептадиены-4,6 64
2.4. Циклиалкилирование циклопентадиена 1,4-дигалогеналкенами-2 70
2.5. Механизм циклиалкилирования циклопентадиена в условиях межфазного катализа с образованием спиро/2,4/гептадиенов-4,6 72
2.6. Химические превращения спиро/2,4/гептадиенов-4,6 80
3. Экспериментальная часть 86
3.1. Аппаратура и исходные вещества 86
3.2. Получение спиро/2,4/гептадиена-4,6 и его алкилзамещенных 89
3.3. Получение функциональнозамещенных спиро/2,4/гептадиенов-4,6 91
2.4. Взаимодействие спиро/2,4/гептадиенов-4,6 с малеиновым ангидридом 93
3.5. Окисление спиро/2,4/гептадиена-4,6 93
3.6. Методика проведения кинетических опытов 94
3.7. Квантово-химические расчеты 95
Выводы 111
- Химические превращения спиро/2,4/гептадиенов-4,6
- Функциональнозамещенные спиро/2,4/гептадиены-4,6
- Получение спиро/2,4/гептадиена-4,6 и его алкилзамещенных
- Методика проведения кинетических опытов
Введение к работе
Соединения ряда спиро/2,4/гептадиена-4,6, первые представители которых были синтезированы лишь 30 лет назад, к настоящему времени превратились в класс химических веществ, интерес к которому проявляется с самых разнообразных сторон. На основе этих соединений созданы высокоэффективные инсектициды пирет-роидного ряда /I-Ю/ и новые лекарственные препараты /II/, предложены методы синтеза ряда природных и биологически актив-ных соединений, в частности, простагландинов /12/, получены практически ценные полимерные материалы /13-19/. С другой стороны, спиро/2,4/гептадиены-4,6 являются интересными объектами для изучения таких важных вопросов современной органической химии, как спиросопряжение и комплексообразование,
Однако, известные методы получения спиро/2,4/гептадие-нов-4,6 на основе реакций диазоциклопентадиена с олефинами или нуклеофильных карбенов с фульвенами сложны и не имеют препаративного значения. В то же время одним из путей к этим соединениям может быть циклиалкилирование циклопентадиена 1,2-дигалогенэтанами, что, в частности, позволяет использовать прогрессивный метод межфазного катализа. Однако, использование этой реакции для синтеза соединений ряда спиро/2,4/гептадие-на-4,6 ограничивалось лишь простейшими примерами. Но уже немногочисленные известные примеры свидетельствуют о перспективности данного метода для синтеза спиро/2,4/гептадиенов-4,6. Наконец, также мало исследованы и химические превращения спиро/2,4/гептадиенов-4,6. Очевидно, что большая доступность этих интересных соединений, являющихся перспективными синто-нами в органической химии, будет стимулировать и всестороннее изучение их свойств, в том1 числе химических.
В связи с этим настоящая работа посвящена изучению, синтетических возможностей реакции циклиалкилирования циклопента-диена 1,2-дигалогенэтанами, их производными и подобными 1,2-ди- ункциональными соединениями в условиях межфазного катализа для получения соединений ряда спиро/2,4/гептадиена-4,б, установление особенностей механизма этой реакции, а также исследование некоторых химических превращений получаемых спиро/2,4/-гептадиенов-4,б.
Диссертация состоит из трех глав, выводов и списка цитируемой литературы.
В первой главе изложен обзор литературы по методам синтеза и химическим превращениям спиро/2,4/гептадиенов-4,б. При этом рассмотрена вся доступная нам периодическая и патентная литература до середины 1984 года.
Во второй главе рассмотрены и обсуждены экспериментальные результаты исследования реакции циклиалкилирования цикло-пентадиена 1,2-дибромэтаном, его производными и аналогами под действием основания в присутствии катализатора фазового переноса с целью разработки общего метода синтеза соединений ряда спиро/2,4/гептадиена-4,6, которые включают в себя нахождение оптимальных условий получения спиро/2,4/гептадиенов-4,6, доказательство их структуры, а также выяснение особенностей механизма циклиалкилирования циклопентадиена. Кроме того, рассмотрены также результаты исследования некоторых химических превращений получаемых спиро/2,4/гептадиеноБ-4,6
В третьей главе описана методика проведения экспериментов, аппаратура и синтез исходных веществ, а также характеристики полученных соединений " в конце работы приведены выводы и список цитируемой литературы, включающий 205 наименований..
Химические превращения спиро/2,4/гептадиенов-4,6
В этом разделе нами будут рассмотрены наиболее близкие к объектам настоящего исследования реакции с участием соединений ряда СГД, а именно, /2+0/-, /2+2/-,и /2+4/-циклопри-соединение, а также реакции окисления, воостановления и термической изомеризации. Напротив, в данный обзор не включены выходящие за рамки настоящего исследования многочисленные, хорошо изученные реакции комплексообразования с участием соединений ряда СГД, реакции полимеризации /13-19/, основная часть литературных источников по которым представлена патентами, а также реак- ции дегидрохлорирования I-хлорпроизводных СГД, представленные работой /101/, и, наконец, реакции СГД и его производных с литийорганическими соединениями мышьяка и других элементов, описанные в /102/. Л В реакциях /2+0/-циклоприсоединения, то есть в реакциях с карбенами, СГД дает соответствующие продукты моно- или дициклопропанирования. Так, в условиях реакции Симмонса-Смита. из СГД образуется продукт циклопропанирования обеих его кратных связей с выходом Ъ0% /103/ Полученные- таким образом производные циклобутанонов под действием щелочи претерпевают изомеризацию с раскрытием четырехчленного углеродного цикла, приводящую с выходом 35-40% к трополонам, являющимся удобными полупродуктами в синтезе ряда важных биологически активных и природных соединений /107/ Большинство изученных реакций с участием соединений ряда СГД являются реакциями /2+4/-циклоприсоединения, в которых СГД и его производные реагируют в качестве диеновой компоненты, давая производные бицикло/2,2,І/гептен-2-спиро-7,Ґ -циклопропана. В соответствии с доступностью исходных соединений ряда СГД подавляющее большинство .разнообразных превращений такого типа осуществлено лишь на примере самого СГД и в значительно меньшей степени на примере 1-оксиметилпроизводного. Помимо этого, известно несколько примеров использования в этих реакциях 1-винилзамещенного СГД, а также некоторых других производных СГД. Имеющиеся в литературе данные об участии в реакции /2+4/-циклоприсоединения. самого СГД, суммированные в табл. 14, свидетельствуют о высокой активности СГД, как и ЦПД, в данной реакции, что позволило широко использовать его для синтеза каркасных структур / І2І-І26/. СГД легко образует /2+4/-циклоаддукты с дегидробензо-лом и его производными. При этом генерированный из различных предшественников дегидробензол ...взаимодействует с СГД,приводя с выходами 50-74% к соответствующему циклоаддукту /65,121-123/
Говоря о практически полезных свойствах соединений ряда СГД, следует отметить, что некоторые из Дильс-Альдеровс-ких аддуктов СГД обладают физиологической активностью /II/, в том числе инсектицидными свойствами /118/. В качестве химических полупродуктов большой интерес представляют диеновые адцукты 1-оксиметилзамещенного СГД. На основе ряда химических превращений таких аддуктов предложены наиболее простые и эффективные из известных методы синтеза простагландинов, например, простагландина А . (14) /12/, а также некоторых природных веществ - таких, как синуларен (15) и лонгифолен (16) /85/ Наконец, изучены также некоторые термические превращения соединений ряда СГД.. При температурах 300-400С СГД и его производные аналогично 5,5-дизамещенным ЦГЩ претерпевают необратимую изомеризацию в результате 1,2-сдвига метиленового звена трехуглеродного цикла, сопровождающегося 1,2-гидридным переносом, приводящую к термодинамически более стабильным изомерным бицикло/3,2,0/гептадиенам-1,3 /131,132,133,44/ Таким образом соединения ряда СГД представляют собой чрезвычайно интересный класс химических веществ. На основе этих соединений созданы новые лекарственные препараты и высокоэффективные инсектициды пиретроидного ряда, предложены простые методы их синтеза, созданы практически ценные полимерные материалы. Соединения ряда СГД также вызывают и неослабевающий интерес в связи с постановкой проблемы спиросопряжения /134-136/. Кроме того, они являются удобными полупродуктами в синтезе каркасных соединений. В то же время, как следует из приведенного выше обзора литературы, существующие методы синтеза соединений ряда СГД пригодны лишь для ограниченного числа соединений или сложны в экспериментальном плане. Особенно мало внимания было уделено изучению возможностей применения реакции циклиалкилирования ЦПД в синтезе соединений ряда СГД. В то же время немногочисленные известные примеры показывают, что эта реакция может быть перспективным синтетическим путем к производным СГД, особенно, учитывая возможность использования в этом случае метода межфазного катализа.
Очевидные преимущества межфазного катализа в этом случае наглядно проявились в синтезе самого СГД и характеризуются, наряду с максимальной простотой методики, наибольшим выходом СГД (см.1.1.3, /70/). Наконец, как следует из приведенного литературного обзора, исследование химических превращений СГД и его производных также носит лишь эпизодический характер. Очевидно, что большая ДОС тупность этих интересных соединений будет стимулировать и всестороннее изучение их свойств, в то числе химических. Как видно из приведенного выше литературного обзора, до настоящего исследования карбенные методы являлись наиболее общими и изученными из известных методов синтеза соединений ряда спиро/2,4/гептадиена-4,6 (СГД). В то же время указанным методам присущи серьезные недостатки, отмеченные выше, что делает их малоперспективными и побуждает искать новые синтетические пути к этим соединениям. Среди таких потенциально перспективных методов, как следует из обзора литературы, заслуживает внимания практически не изученная реакция циклиалкилирования циклопентадиена (ЦПД) с образованием соединений ряда СГД особенно с использованием простой и эффективной методики межфазного катализа (М К) /73,74/. Преимущества применения МФК для проведения этой реакции, как указывалось в обзоре литературы, наглядно были проиллюстрированы на примере синтеза самого СГД. Однако, до последнего времени использование этой реакции, для синтеза соединений ряда СГД было ограничено лишь простейшими примерами. Все это указывает на целесообразность дальнейшего детального исследования синтетических возможностей реакции циклиалкилирования ЦПД в условиях МФК с образованием СГД и его производных. Разработка простых и эффективных способов получения производных СГД, являющихся перспективными синтонами в органической химии, делает также актуальным изучение их химических превращений. Л.І. Спиро/2,4/гептадиен-4,6. С целью оценки синтетических возможностей реакции цикли-алкилирования ЦГЩ 1,2-дигалогенэтанами, их производными и подобными I,2-дифункциональными соединениями в условиях МФК и нахождения оптимальных условий получения СГД и его производных нам представлялось необходимым подробно изучить влияние различных факторов на протекание этой реакции. На примере циклиалкилирования ЦПД I,2-дибромэтаном (ДБЭ) под действием основания в присутствии катализатора фазового переноса (КФП) мы исследовали влияние природы основания, КФЇЇ и растворителя, а также концентрации всех реагентов, температуры и интенсивности перемешивания на выход и скорость образования в этой реакции СГД
Функциональнозамещенные спиро/2,4/гептадиены-4,6
возможность циклиалкилирования ЦПД различными функцио-нальнозамещеиными ДБЭ. Однако, как было обнаружено, под дейст- виєм 50%-ной водной JfaOH в указанных выше условиях могут протекать побочные реакции (например, гидролиз), затрагивающие некоторые функциональные группы исходных дибромидов и образующихся соединений ряда СГД. Так, например, как было показано нами, взаимодействие ЦЦЦ 1,2-дибромметилпропионатом под действием 5096-ной JSfaOH. (мольное соотношение ВДЦ:ДБЭ:№ЮН:ТЭБА = 1,3:1:2,3:0,01 при 20-25) приводит к соответствующему 1-метоксикарбонилспиро/2,4/гептадиену-4,б с выходом лишь 10%, тогда как выход спиро/2,4/гептадиен-4,б-карбоновой-1 кислоты, получающейся в результате гидролиза функциональной группы в об разующемся производном СГД, составил 25% В связи с этим взаимодействие ЦЦЦ с функциональнозаме-щенными I,2-дибромэтанами проводили под действием порошкообразной КОН в среде CH2CI2 в присутствии ТЭБА при 20-40 в найденных выше оптимальных условиях (мольное соотношение ЦЦЦ:ДБЭ:КОН:ТЭБА = 1,1-1,3 : I : 2,2-2,5 : 0,005-0,02, 50-80 мл на 0,1 моль дибромида). Это позволило полностью исключить протекание побочных реакций, затрагивающих функциональные группы. При этом выходы соединений ряда СГД существенным образом зависят от электронных свойств функциональной группы ( R ) в исходном производном ДБЭ. Так, если она обладает электроноакцепторными свойствами ( R = СООМе, СОМе, СН, Pb, 4-МеСбН4, 4-МеОСбН4, 4-ВгСбН4, 44% CI ), соответствующие производные СГД гладко образуются с высокими выходами (70-95%, см.табл.19) Данные ЙК-, УФ-, IMP- и масс-спектров полученных соединений, были в полном согласии с их структурой. Так, Ж-спект-ры имели полосы поглощения в области 1020-1030 см , подтверждающие наличие циклопропанового фрагмента, а полосы в области 1620-1640 см" указывали на наличие двойных связей. УФ-спект-ры содержали две полосы поглощения cAfrifl/ ПРИ 222 и 255 нм, отвечающие наличию в них СГД-фрагмента. В ПМР-спектрах этих соединений наблюдались следующие сигналы: мультиплеты в области 5,8-6,6 м.д. (протоны ЦПД-кольца), дублет в области 3,5-4,2 м.д. (протоны С -группы), сигналы в области 1,5-2,5 м.д. (протоны циклопропанового кольца). Масс-спектры содержа- ли пики фрагментов CgHg(M+-R ), С7К7, С5Н5, а также молекулярные ионы. Наконец, была показана возможность получения по реакции циклиалкилирования ЦПД производных СГД с двумя функциональными группами.
Так» исходя из 1,2-дибром-3,3-ди-ацетоксипропана был получен с выходом 75% І-(диацетоксиметил)-спиро/2,4/гептадиен-4,6 На примере реакции ЦПД с \,1_-1,4-дихлор-2,3-дибром-.бутаном .была рассмотрена возможность получения 1,2-дифункцио-нальнозамещенных СГД. При этом характер образующихся продуктов позволял еще раз оценить сравнительную реакционную способность бромидов и хлоридов в этих реакциях, а стереохимия получающихся производных СГД могла дать дополнительную информацию о механизме реакции. Оказалось, что в этом случае с выходом 55% образуется транс-I,2-ди(хлорметил)спиро/2,4/гептадиен-4,6 В ЙК-спектре полученного производного СГД наблюдалось поглощение в области 1620 см" , характерное для ЦПД-кольца, -Т а также в области 1030 см , характерное для циклопропанового фрагмента СГД. В УФ-спектре присутствуют две полосы поглощения с максимумами при 222 нм (,2200) и 255 нм (6- 950), под- тверждающие наличие СГД-фрагмента. В спектре IMP присутствуют два мультиплета ЦПД-кольца при 6,1-6,4 м.д. (2Н) и 6,4-6,7 м.д. (2Н), свидетельствующие о магнитной эквивалентности протонов Ег и йг , Н и Н , что в свою очередь указывает на трансконфигурацию полученного производного СГД. В пользу такой конфигурации говорит также и низкое наблюдаемое значение константы спин-спинового взаимодействия (J = 4,0 Гц) протонов циклопро- I 2 панового фрагмента (Н и Н ), мультиплеты которых находятся в области 2,2-2,6 м.д. В спектре ПМР присутствуют также сигна- лы протонов при 3,55 м.д. (дублет, J = 7,8 Гц), отвечающие СНо-группе. В масс-спектре присутствуют пики с массами, соответствующими фрагментам CgHg (100%), СдН- СІ4", С Н , а также молекулярному иону. Образование исключительно транс-изомера, полностью согласуясь с бимолекулярным механизмом циклиалкилирования ЦЦЦ, одновременно говорит о большей реакционной способности бромидов по сравнению с хлоридами, даже несмотря на вторичный характер связи С-Вг и первичный характер связи C-CI, которая обычно активней в реакциях нуклеофильного (3N2) замещения. Л.4. Циклиалкилирование циклопентадиена 1?4-дигалогеналкенами-2. Далее с целью выхода.к винильным производным СГД была изучена реакция ЦПД с 1,4-дигалогеналкенами-2. При этом можно было ожидать протекания в ходе реакции известной для таких соединений аллильной перегруппировки /41,81,82/ с образованием в конечном счете 1-винилпроизводных СГД.
Как оказалось, действительно взаимодействие ЦПД с цис-1,4-дихлорбутеном-2 под действием твердой КОН. в оптимальных условиях приводит с выходом Структура,полученных винильных производных СГД установлена на основании данных ИК-, №-, ПМР- и масс-спектров. Присутствие в ИК-спектрах этих соединений полос поглощения в области 1620-1640 см" подтверждает наличие двойных связей,, а в области 1030-1045 см - присутствие циклопропанового фрагмента, характерного для СГД-системы. В Ш спектрах наблюдаются две полосы поглощения в области 233-234 (6. 7600-8000) и 271 нм С 6 1700-1900), подтверждающие присутствие в молекуле СГД-фраг-мента. В спектрах ПМР наблюдаются следующие сигналы: в области 5,8-6,6 м.д. (мультиплеты) - протоны циклопентадиенового кольца, в области 4,6-5,6 м.д. (мультиплеты) - протоны винильной группы, в области 1,38-1,79 м.д. (дублет дублетов)- протоны, метиленового звена циклопропана и в области 2,25-2,67 м.д. -(мультиплет) - циклопропановый протон при винильной группе. В масс-спектре наблюдаются пики с массами, соответствующими фрагментам CgHg(I00%), С7Н7, СЩ,а также молекулярному иону. Следовательно, циклиалкилирование ЦГЩ.. 1,4-дигалогенал-кенами-2 в условиях МФК сопровождается аллильной перегруппировкой исходного дигалогенида и может служить удобным препаративным .методом получения 1-алкен-1-илспиро/2,4/гептадиенов-4,6. Таким образом, разработанный нами метод циклиалкилирования ЦПД носит универсальный характер и позволяет легко и с вы-, сокими выходами получать производные СГД с различными функциональными группами, что делает эти соединения.доступными синто-нами для широкого использования в направленном органическом синтезе различных органических веществ, в том числе простаглан-динов, некоторых природных соединений, полимерных материалов. С целью исследования особенностей и установления механиз- -ма циклиалкилирования ЦПД в условиях МФК мы изучили кинетику этого процесса. Для установления порядков реакции по ЦПД и ДБЭ использовали метод изоляции, т.е. проведение реакции в условиях, когда концентрация одного из реагентов на много больше концентраций других /139,140/. При этом при 20 в стандартных условиях (объем органической фазы 10 мл, 5 г 50 -ной водной НаОН, 0,1 г ТЭБА) для разных соотношений ЦПД и ДБЭ были определены наблюдаемые константы скорости (Кн ) циклиалкилирования ЦПД (табл.20) Оказалось, что при 10-кратном или большем избытке ДБЭ начальная скорость накопления СГД не зависит от концентрации. ЦГЩ (т.е. реакция имеет нулевой порядок по ЦПД). Напротив, при
Получение спиро/2,4/гептадиена-4,6 и его алкилзамещенных
К перемешиваемой смеси 40 мл 50%-ного водного раствора ЯаОН и 0,2-0,8 г (0,1-0,4 ммоля) ТЭБА при 20-35 за 30 мин. добавили смесь 17 мл свежеперегнанного ЦПД и 0,2 моля дибромида (или его аналога), затем перемешивание продолжали еще 2-3 часа при той же температуре. Окончание реакции контролировали методом ПХ по превращению исходного дибромида. Реакционную массу экстрагировали эфиром, объединенные эфирные вытяжки сушили СаСІ (плавленный), растворитель упаривали, остаток перегоняли в вакууме. Спиро/2,4/гептадиен-4,6 а) Из 38 г ДБЭ, 0,2 г ТЭБА получено 15,6 г СГД (см.табл. 27,28). б) Из 9,8 г дихлорэтана и 0,5 г ТЭБА при 30-40 за 3 ч выделили 5,6 г СГД. в) Из 38 г 50 -ной %0Н, 0,2 г ТЭБА, 9,2 мл ЦЦД и 34 г дибензолсульфоната этиленгликоля при 30-35 за 2 ч. получили 5,5 г СГД. І-Метилспиро/2,4/гептадиен-4,6. К 32 мл 50%-ной водной КаОН и 0,2 г ТЭБА прибавили при 20-25 9,2 мл ЦПД и 20,1 г 1,2-дибромпропана. После выделения получили. 7,4 г метилзаме-щенного СГД (см.табл.27,28). 1-Пропилспиро/2,4/гептадиен-4,6. К 15 г ЯаОН (50%) и 0,2 г ТЭБА прибавили при 30 5 мл ЦПД и II г I,2-дибромпен-тана. После перегонки получили 5 г пропилзамещенного СГД (см.табл.27,28). 1-Еутилспиро/2,4/гептадиен- 4,6 . К 15 г ЯаОН (50%) и 0,2 г ТЭБА прибавили при 20-25 5 мл ЦПД и 12 г I,2-дибромгексана. После выделения получили 5,1 г производного СГД.(см.табл.27,28). 1-Амилспиро/2,4/гептадиен-4,6. К 15 г ЯаОН (50%) и 0,2 г ТЭБА при 25-30 прибавили 6 мл ЦПД и 13 г 1,2-дибромгептана. После выделения получили 5,1 г замещенного СГД (см.табл.27,28). 1-Циклопропилспиро/2,4/гептадиен-4,б. К 35 г ЯаОН (50%) и 0,5 г ТЭБА при 25-30 прибавили 28 г 1,2-дибром-1-циклопропил-этана. Выделили 10,5 г циклопропилзамещенного СГД (см.табл.27,28). 1,2-Диметилспиро/2,4/гептадиен-4,6. К 15 г НаОН (50%) и 0,2 г ТЭБА при 30-35 прибавили 5 мл ЩЦ и 21,5 г 2,8-дибром-бутана.."Выделили-8,4 г диметилСГД (см.табл.27,28). Спиро(бицикло/4Д,0/гептан-7,5 -циклопентадиен). К 10 г ЯаОН (50%) и 0,1 г ТЭБА при 30-40 прибавили 5 г цис-1,2-дибром-циклогексана и 2 мл ЦПД. Выделили 1,1 г трициклического производного СГД (см.табл.27,28). Дициклопентадиенилметан. Смесь 8,3 мл ЦПД, 20 мл С СІр, 7 г порошкообразной КОН, 0,1 г ТЭБА,перемешивали 2 часа при 30, отделяли от осадка, растворитель упаривали, остаток очищали от смолы переконденсацией в вакууме.Получили 4,3 г дициклопента-диенилметана.
ИК-спектр (SUCM""1): 3060, 2960, 2930, 2890, 2845, 1615, 1605, 1440, 1430, 1370, 1340, 1300, 1260, 1245, 980. У-спектр:Лгщ248 нм (6 2840). Спектр IMP (S ,м.д.): 6,55 м (ЗН), 6,32 м (ЗН), 6,17 м (ЗН), 3,61 м (2Н), 3,10 м (2Н), 3,01 м (2Н). Масс-спектр, Ш%: 144 (М), 129, 128, 79, 77, 66. Ш.З. Получение функциональнозамещенных спиро/2,4/гептадие-нов-4,6. Общая методика получения (йункциональнозамещенных СГД. К перемешиваемой смеси 5 г порошкообразного КОН, 0,2 г ТЭБА, 4 мл свеже-перегнанного ЦПД и 15 мл СН2С12 при 20-35 за О, 5-І час добавили 0,04 моля дибромида в 15 мл ( и перемешивание продолжали 2-3 ч при той же температуре. Протекание реакции контролировали с помощью ГЖХ. Реакционную массу отделяли от осадка, растворитель упаривали, остаток очищали переконденсацией в вакууме при 10 мм рт.ст. I-Фенилспиро/2,4/гептадиен-4,6. Исходя из II г дибромсти-рола получили 4,4 г фенилСГД (см.табл.27,28). 1-(4-Бромфенил)спиро/2,4/гептадиен-4,6. Исходя из 2 г КОН, 0,1 г ТЭБА ,1,5 мл ЦПД,3,4 г замещенного дибромстирола в 15мл CHpCIo при 20-25 без переконденсации получили после отгонки растворителя смесь (2,0 г), содержащую (по данным ПМР) более 95% замешенного СГД (см.табл.27,28). 1-(4-Метоксифенил)спиро/2,4/гептадиен-4,6. К 1,5 г КОН, 0,05 г ТЭБА в 10 мл CHgCIg при 20-25 добавили 3 г 1-(4-меток-сифенил)-ДБЭ в 5 мл CHgCIg. Через 3 ч добавили 20 мл пентана, фильтровали от осадка, растворитель упаривали. Получили 1,5 г 4-метоксифенилСГД (см.табл.27,28). I-(4-Нитрофенил)спиро/2,4/гептадиен-4,6, Аналогично метокси-фенилСГД из 3 г 4-нитрофенилДБЭ получили 1,5 г нитрофенилСГД (см.табл.27,28). 1-(4-Метилфенил)спиро/2,4/гептадиен-4,6. В соответствии с общей методикой из 13,2 г замещенного дибромстирола выделили 5,3 г метилфенилСГД (см.табл.27,28). I-Этоксиспиро/2,4/гептадиен-4,6. К 3 г КОН, 0,1 г ТЭБА, 2 мл ЦПД в 10 мл Clg при 15-20 добавили 4,5 г этилдибромэтилового эфира в 5 мл CH2CI2. После очистки выделили 1,2 г этоксиСГД (см.табл.27,28). 1-(1 ,1 -Дихлорциклопропилокси)спиро/2,4/гептадиен-4,6. В аналогичных этоксиСГД условиях исходя из 3,1 г соответствующего дибромэтилдихлорциклопропилового эфира получили 0,86 г замещенного СГД.(см.табл.27,28). 1-Ацетоксиспиро/2,4/гептадиен-4,6. В соответствии с общей методикой исходя из 9,6 г ацетоксиДБЭ при 20-25 получили 1,4 г ацетоксизамещенного СГД (см.табл.27,28). 1-Хлорспиро/2,4/гептадиен-4,6. К 2,5 г КОН, 0,1 г ТЭБА, 2 мл ЦПД при 20-25 добавили 4,4 г хлорДБЭ .Общий объем CH2CI2 20 мл. Выделили 1,6 г хлорзамещенного СГД, который затем очищали с помощью препаративной ГЖХ (собирали 0,6 г) (см.табл.27,28). ,1-Метоксикарбонилспиро/2,4/гептадиен-4,6. По общей методике из 9,8 г метилового эфира I,2-дибромпропионовой кислоты получили 5,7 г замещенного СГД (см.табл.27,28).
При температурах 80-100 метоксикарбонилСГД быстро полимеризуется. Спиро/2,4/гептадиен-4,6-карбонитрил-1. К 3 г КОН, 0,1 г ТЭБА, 2 мл ЦПД в 10 мл СН Сі при 20-25добавили 4,2 г нитрила дибромпропионовой кислоты в 10 мл СН2СІ2. Выделили 2,0 г.замещенного СГД (см.табл.27,28). І-Ацетилспиро/2,4/гептадиен-4,6. К Зг КОН, 0,1 г ТЭБА, 2 мл ЦПД, 10 мл CHgOig добавили 4,6 г ацетоксиДБЭ. Выделили 1,9 г ацетилСГД(найдено %: С 80,70, Н 7,55; СдНэдО вычислено %: С 80,56, Н 7,52; физико-химические характеристики приведены в табл.27,28). І,2-Ди(хлорметил)спиро/2,4/гептадиен-4,6. К 2 г КОН, 0,1 г ТЭБА, 2 мл ЦПД, 10 мл СН2СІ2 добавили 2,8 г дихлордибром-бутана в 5 мл С СІр. Выделили 1,0 г дизамещенного СГД (найдено %: С 57,20, Н 5,54, СІ 37,68; Сф10С1г вычислено %: С 57,17, Н 5,33, СІ 37,50; физикохимические характеристики приведены в табл. 27,28). І-Хлорметилспиро/2,4/гелтадиен-4,6 . К 3 г КОН, 0,1 г ТЭБА, 2 мл ЦПД, 10 мл СН2СІ9 добавили 4,7 г хлордибромпропана. Выделили 1,7 г хлорметилСГД (см. табл.27,28). 1-Ацетоксиметилспиро/2,4/гептадиен-4,6. Аналогично хлорметилСГД исходя из 5,2 г соответствующего 1,2-дибром-З-ацетокси-пропана получили 2,3 г ацетоксиметилСГД (см.табл. 27,28). 1-Метоксиметилспиро/2,4/гептадиен-4,6. Аналогично хлорметилСГД исходя из 4,6 г 1,2-дибром-З-метоксипропана выделили 1,6 г метоксиметиСГД (см.табл.27,28). 1-Щанометилспиро/2,4/гептадиен-4,6. Аналогично хлорметилСГД исходя из 4,5 г 2,3-дибромпропаннитрила получили 2,0 г замещенного СГД (см.табл. 27,28). I-(Диацетоксиметил)спиро/2,4/гептадиен-4,6. Аналогично хлорметилСГД исходя из 6,3 г 1,2-дибром-3,3-диацетоксипропана получили 3,3 г замещенного СГД (найдено %: С 64,98, Н 6,22; 12%4 4 вычислено %: С 64,85, Н 6,35; физико-химические характеристики приведены в табл. 27,28). І-Винилспиро/2,4/гептадиен-4,6. К б г КОН, 0,1 г ТЭБА, 4 мл ЦПД и 20 мл СНг,С12 при 30-35 за 0,5 ч добавили 5 г І,4-дихлорбутена-2 в 15 мл Cf CIg. После выделения получили 2,8 г винилзамещенного СГД.(см.табл.27,28). 1-(ПропенКГ-ил)спиро/2,4/гептадиен-4,6. Аналогично винилСГД из 9,1 г транс-1,4-дибромпентена-2 получили 2,9 г лропен-1-илза-мещенного СГД (см.табл. 27,28 ) Ш.4. Взаимодействие спиро/2,4/гептадиенов-4,6 с малеиновым ангидридом.
Методика проведения кинетических опытов
Кинетические опыты проводили по обычной методике /199-201/ в термостатированной (-1) колбе объемом 35 мл, снабженной мешалкой. В колбу помещали 5-6 г свежеприготовленного 50$-ного водного раствора НаОН, затем добавляли КФП, ЦЦЦ , 1,2-дибромэтан, стандарт - н.-октан и смесь интенсивно перемешивали. При расчете концентраций пренебрегали растворимостью органических компонентов в водном слое. Периодически отбираемые пробы вводили в хроматограф без предварительной обработки. Для количественного анализа использовали метод внутреннего стандарта /202-204/ с учетом найденных калибровочных коэффициентов, в качестве внутреннего стандарта применяли н.-октан. Калибровочные графики строили по методу наименьших квадратов на основе 4-5 смесей.. Точность ГЖХ-анализа -3-5%. Обработку кинетических кривых образования СГД для определения нулевых скоростей (Wo ) проводили по методу Ньютона-Грегори /178/. Точность определения наблюдаемых скоростей образования СГД составляет - 7-15%. Найденные значения Кц (или Wo ) приведены на рисі, в табл. 20-20 и на стр.63. Опыты по определению зависимостей выхода СГД от концентрации исходных реагентов и других параметров проводили в аналогичных условиях, перемешивание реакционной массы продолжали. 0,5 часа с последующим ГЖ-анализом полученной смеси. Найденные зависимости приведены на рис.2-6. Кроме того, в этих условиях изучение влияния скорости перемешивания на выход СГД показало, что в интервале скоростей мешалки 100-1000 об/мин выход СГД не менялся. При более слабом перемешивании выход СГД уменьшался. Это позволяет считать, что при скоростях мешалки 80-100 об/мин перемешивание уже не сказывается на скорости циклиалкилирования ЦПЦ и диффузия не влияет на результаты кинетических измерений. . Ш.7. Квантово-химические расчеты. Квантово-химические расчеты.в рамках полуэмпирического метода МЧПДП/3 /154/ проводили на ВЦ АН СССР (ЭВМ БЭСМ-6). Автор благодарит В.И.Фаустова за предоставленный комплекс квантово-химических программ. Расчет электронного строения молекулы СГД проводили на основе геометрии, оптимизированной в /187/. 1. С целью разработки общего метода синтеза соединений ряда спиро/2,4/гептадиена-4,6 исследовано взаимодействие циклопентадиена с 1,2-дибромэтаном, его производными и аналогами под действием основания в присутствии четвертичной аммониевой соли или краун-эфира в качестве катализатора фазового переноса и изучены некоторые химические превращения полученных спиро/2,4/гептадиенов-4,6. 2. На примере реакции циклопентадиена с 1,2-дибромэтаном изучено влияние природы и концентрации всех реагентов, а также температуры и других условий на скорость образования и выход спиро/2,4/гептадиена-4,б, найдены оптимальные условия проведения и .бимолекулярный механизм этой реакции.
При этом показано, что исключительное образование продуктов спироцикли-зации, термодинамически менее выгодных, чем, например, изомерные им бицикло/3,2,0/гептадиены-1,3, обусловлено электронным строением промежуточных продуктов. 3. Установлено, что циклиалкилирование циклопентадиена с образованием производных спиро/2,4/гептадиена-4,6, носит общий характер практически для всех вицинальных дибромидов с атомами брома при первичных или вторичных атомах углерода и позволяет получать с выходами 70-95% спирогептадиены как с электронодонорными, так и с электроноакцепторными заместителями в трехуглеродном цикле, в том числе и оптически активные соединения. При наличии в вицинальном дибромиде хотя бы одного атома брома при третичном атоме углерода образования соответствующих спирогептадиенов не происходит в силу легкости дегидробромирования исходного дигалогенида. 4. Осуществлено взаимодействие циклопентадиена с 1,2-ди- хлорэтаном и дибензолсульфонатом этиленгликоля, приводящее с выходами 60-65% к спиро/2,4/гептадиену-4,6, что открывает воз можность использования в этой реакции наряду с производными I,2-дибромэтана более дешевых и доступных соответствующих 1,2-дихлоридов и 1,2-дибензолсульфонатов. 5. Взаимодействие циклопентадиена с 1,4-дигалогеналкена-ми-2 под действием основания в присутствии катализатора фазового переноса сопровождается аллильной перегруппировкой исходного дигалогенида с образованием соответствующих 1-алке-нилспиро/2,4/гептадиенов-4,6 с выходами 55-60%\ 6. Обнаружена способность дихлорметана, используемого в качестве растворителя в реакциях циклиалкилирования циклопентадиена и других процессах с применением межфазного катализа, к двойному алкилированию циклопентадиена с образованием неизвестного ранее дициклопентадиенилметана. Получаемый с выходами до 60% дициклопентадиенилметан представляет интерес в качестве полупродукта в направленном синтезе металлорганических, полициклических и ароматических соединений. 7. Показана высокая активность диеновой системы в спиро/2,4/гептадиенах-4,6, которые, в частности, легко реагируют с малеиновым ангидридом, приводя к исключительному образованию эндо-/2+4/-циклоаддуктов с выходами 80-100%. 8. Проведено селективное окисление спиро/2,4/гептадие-на-4,6 под действием ШпО в условиях межфазного катализа, что позволяет предложить альтернативный малоновому синтезу простой путь получения производных циклопропандикарбоновой-1,I кислоты и других производных циклопропана, в том числе и оптически активных.
Похожие диссертации на Синтез и химические превращения спиро/2,4/гептадиенов-4,6
