Содержание к диссертации
Введение
Литературный обзор 4
Классификация методов синтеза сопряжённых диинов 4
Методы синтеза симметричных диинов. Реакция Глазера и связанные с ней методы 9
Методы синтеза несимметричных диинов. Реакция Кадио-Ходкевича и связанные с ней методы 24
Обсуждение результатов 50
Синтез моноацетиленовых N-арилкарбаматов 50
Синтез дииновых бис(Ы-арилкарбаматов) 56
Синтез гидроксиалкадиинил-К-арилкарбаматов 58
Экспериментальная часть 99
Синтез исходных веществ
Синтез ацетиленовых спиртов
Синтез моноацетиленовых N-арилкарбаматов
Синтез дииновых N-арилкарбаматов
Выводы 146
Список литературы 147
Приложение
- Методы синтеза симметричных диинов. Реакция Глазера и связанные с ней методы
- Методы синтеза несимметричных диинов. Реакция Кадио-Ходкевича и связанные с ней методы
- Синтез дииновых бис(Ы-арилкарбаматов)
- Синтез ацетиленовых спиртов
Введение к работе
Функционально замещённые сопряжённые диины представляют большой теоретический и практический интерес и являются объектом разнообразньк междисциплинарных исследований [1]. Диацетиленовый фрагмент входит в состав многих природных соединений и их производных [2-9], а синтетические антибиотики с ендииновой структурой обладают выраженным противораковым действием [10]. Эти соединения находят также широкое применение в практике тонкого и основного органического синтеза [11,12]. Большой интерес исследователей вызывают дииновые соединения как мономеры в твердофазной топохимической полимеризации (ТТП) [13-15], в результате которой образуются полидиацетилены (ПДА) — полимеры с квазиодномерной полностью сопряжённой основной цепью. ТТП может быть инициирована как нагреванием, так и УФ светом, рентгеновским или у-излучением [16]. В последнее десятилетие существенно возрос интерес к применению ПДА в качестве хроматического элемента в хемо- и биосенсорах [17-28]. Особенно перспективным представляется их применение в нелинейной оптике, поскольку они обладают наивысшими значениями коэффициентов нелинейной оптической восприимчивости третьего порядка (х(3)) из всех известных органических соединений [29-31]. Способность к полимеризации исходных мономерных диинов и её скорость существенно зависят от особенностей упаковки молекул в кристалле [32], однако в общем случае упаковку молекул диина практически невозможно предсказать на основании его структурной формулы.
Цель настоящего исследования заключалась в установлении связи строение-активность в ТТП для диинов с N-арилкарбаматными группами, способными образовывать водородные связи в соседних стопках и таким образом сближать их в пространстве. Если концы соседних молекул закреплены водородными связями, то, варьируя числом метиленовых групп (n, т) между системой тройных углерод-углеродных связей и карбаматной группой, можно влиять на кристаллографические параметры упаковки молекул, и, таким образом, хотя бы в случае одного класса диинов определить зависимость активности в реакции ТТП от строения диинового соединения. Другим фактором, влияющим на реакционную способность дииновых N-арилкарбаматов в ТТП, является природа заместителя в N-арилкарбаматной группе (X), от электронных свойств которого зависит сила водородной связи. В связи с этим был предпринят синтез сопряжённых диинов симметричного и несимметричного строения, содержащих карбаматные и/или гидроксильные группы, которые способны к образованию водородных связей.
Таким образом, одной из основных задач настоящей работы являлся синтез дииновых N-арилкарбаматов, различающихся числом метиленовых групп и заместителем в бензольном ядре.
II. Литературный обзор.
II. 1. Классификация методов синтеза сопряжённых диинов.
К настоящему времени известно достаточно большое число методов синтеза сопряжённых дииновых соединений, которые можно условно разделить на три принципиально отличающиеся группы [33]. К первой группе относятся различные способы получения диинов окислительной димеризацией терминальных алкинов и реакции сочетания терминальных алкинов и 1-галоген-1-алкинов с образованием новой углерод-углеродной связи. Во вторую группу методов входят превращения соединений, молекулы которых уже содержат сопряжённую дииновую систему. В этой группе можно выделить два основных типа реакций: конструктивные (деструктивные) и реакции, протекающие без образования новой углерод-углеродной связи.
К конструктивному типу относятся, например, реакции алкилирования 1,3-бутадиина и терминальных 1,3-диинов. Непосредственно перед алкилированием проводят металлирование диинов. Наиболее широко используются натриевые и литиевые производные, которые получают при взаимодействии диацетилена и его гомологов (1) с амидами, гидридами и органическими производными щелочных металлов. Эти металлические производные (2) являются сильными нуклеофилами и легко вступают в реакции нуклеофильного замещения с галогенами и галогенпроизводными, а также в реакции присоединения с кетонами и альдегидами [33]: R Hal NH RC= СС= СН Na?!H2 RC= СС= CNa 3 ж (1) (2) -NaHal RC=CC=CR Современная общая стратегия синтеза несимметрично замещённых диинов в рамках рассматриваемого типа реакций может быть основана на использовании легкодоступного моно- и бис(триметилсилил)-защищённого 1,3-бутадиина [34]: R1C=CC=CSiMe3 1. MeLi-LiBr/ „і тг і R1 = Ar, Vinyl RlX R»C=CC=CR2 R Ar.R Alkyl Pd(II)/Cu(I) JM(0)/Ag(I), R3X R CEECC CR3 R,,R3 = Ar,Vmyl HC=CC=CSiMe RteCC CR1 R2 = AIkyl R!=Ar, Vinyl Pd(0)/Ag(I), RlX 1. MeLi-LiBr 2. H+ Me3SiC=CC=CSiMe3 R2CHCCHCR4 R2,R4 = Alkyl 1. MeLi-LiBr/ 2. R /l. MeLi-LiBr 2. R4X R2C=CCEECSiMe3 R2 = Alkyl
Триметилсилил-1,3-бутадиин может подвергаться Pd-катализируемому сочетанию с арил- или винилгалогенидами (R X) В стандартных условиях реакции Соногашира. Использование смеси MeLi-LiBr позволяет производить селективное снятие одной из триметилсилильных групп, ведущее к количественному образованию диинового литийпроизводного, которое может быть алкилировано галогеналканом (R2X, R4X) [34]. Недавно был предложен метод, позволяющий непосредственно проводить сочетание моносилилированных ацетиленов с винилтрифлатами и арилйодидами (R X, R3X) в присутствии КгСОз/МеОН и каталитических количеств AgCl и Рс1(РРпз)4 [35].
Из деструктивных реакций следует особо выделить расщепление третичных ацетиленовых (диацетиленовых) спиртов, т. н. ретро или обратная реакция Фаворского. В зависимости от условий [36] по этой реакции можно получать с хорошими выходами из дииновых диолов дииновые спирты, а из дииновых спиртов терминальные дииновые углеводороды, например [37]: нз «-С10Н21С=СС-С- р-СН3 NaOH, ксилол, А, 20 мин, „_с10Н21С=СС=СН ОН -СН3ССН3 97о/о О Второй тип данной группы методов синтеза - это различные превращения диинов, заключающиеся в модификации функциональных групп, например [38]: 1 NaH ТГФ 1 ч А НОСН2С=СС=ССН2ОН —— -СН3ОСН2С=СС ССН2ОСН3 2. CH3I (2 экв.), ТГФ, 4 ч, А Ъ К этой же группе методов получения сопряжённых диинов следует отнести прототропную изомеризацию дииновых соединений. Впервые прототропная изомеризация диинов, ранее известная на примере алкинов как изомеризация Фаворского, была описана в 1959 году Гербертсом [39]. СН3СН2С=СС=СН СН3Ша» СН3С=СС=ССН3
В отличие от обычных сильных оснований - гидроксидов и алкоксидов щелочных металлов, в суперосновных средах, например, при действии амида натрия в жидком аммиаке или металлического натрия происходит изомеризация дизамещённых алкинов в 1-алкины [40]. Так, в 1965 году было показано, что 2,4-гексадиин (3) в этих условиях изомеризуется в 1,3-гексадиин (4) с 45% выходом [41]: CH3CSCCSCCH3 fjf"2 СНзСН2СнСС5СН „. 2.Н20 или Н (4)
Направление реакции можно объяснить исходя из механизма прототропной изомеризации и сравнения основности используемых протон-акцепторов. При действии гидроксидов и алкоксидов реакция изомеризации находится в равновесном режиме и подчиняется термодинамическому контролю, поэтому образуются более устойчивые дизамещённые диины. В среде супероснования продукт выводится из сферы реакции в виде ацетиленида щелочного металла, и вследствие этого равновесие почти нацело смещается в сторону образования терминального диинового производного.
Широкое применение прототропная изомеризация получила после работ Брауна и Ямашита. В 1975 году они опубликовали данные о чрезвычайно быстрой изомеризации ацетиленовых углеводородов под действием 3-аминопропиламида калия (КАРА) в 1,3-пропандиамине в очень мягких условиях [42]. Реакция протекала всего за несколько минут с образованием 1-алкинов с практически количественными выходами. Использование реагента КАРА в 1,3-пропандиамине впервые позволило осуществить смещение тройных углерод-углеродных связей в терминальное положение через несколько метиленовых групп. По этим причинам данное превращение получило название реакции "ацетиленовой молнии". старщ цздцщ, -K H NH CH3(CHJnwiCSCH
2.Н20 или Н Позднее реакция "ацетиленовой молнии" была распространена и на сопряжённые дииновые соединения. Эффективной оказалась суперосновная система 2-аминоэтиламид лития в смешанном растворителе (этилендиамин-бензол-н-гексан [43] или бензол-н-гексан-ТГФ [44]). Смещение тройных связей происходило на 3-6 углеродных атомов и выход терминальных 1,3-диинов (5) составлял 70-75%: R-C=CC=C(CH2)nCH3 NiXiNH(CH2)2NH2/NH2(CH2)2NH2 2.Н20\ R-(CH2)n+1C=CC=CH (5) К третьей группе относятся реакции элиминирования, при которых образуются сопряжённые тройные углерод-углеродные связи. Наиболее удобным методом синтеза симметричных сопряжённых диинов, относящегося к этой группе, является отщепление хлороводорода от моно- или дизамещённых 1,4-дихлор-2-бутинов (6) по Джонсу [45]. ОН olf-2HC-S02 Т сГ -2NaC1-2NH3 RC=CC=CR По реакции данного типа в частности может быть получен 1,3-бутадиин (8) дегидрогалогенированием 1,4-дихлор-2-бутина (7) с помощью спиртового раствора гидроксида калия [33]: 9к"Г)ТТ FtOH С1СН2С=ССН2С1 7 нс=сс=сн (7) -2КС1-2Н20 1,3-Бутадиин (8) образуется также в промышленных условиях как побочный продукт при производстве ацетилена окислительным пиролизом и электрокрекингом метана в количестве 5 % от объёма производства ацетилена [11,12]:
СН4 -&- • ЯС= СН + Н2С=СН2 + НС= СС= СН+Н2 +.. •
Реакции элиминирования могут быть применены для синтеза арилбутадиинов (11) из жирноароматических р-дикарбонильных соединений (9) через синтез промежуточных тетрахлоридов (10) с последующим дегидрохлорированием с помощью амида натрия в жидком аммиаке [46,47]: АгССН2ССН3 Я АгСС12СН2ССС12СН3 LNaNH2/NH? K = = II 2и -2РОС1з 2 2 2 3 2В,ОилиН+ 0 (10) Ан2иилии (П) (у) Ar = Ph, р-МеОСбН4, p-N02Cl4, p-VhC i4 Для синтеза терминальных и несимметрично дизамещённых 1,3-диинов (13) можно использовать Pd-катализируемую реакцию сочетания ацетиленидов цинка с ()-1-йод-2-хлор- или 1-бром-2-йодэтиленом [48]. 1./-Pr2NLi , /Н l./-Pr2NLi R C=CH Н- R C C-C 2. Ї Ч Х PdLn %_ Y 2. ZnX2, X = CI, Br X-QBr (12) I R2I R C CC CZnX -гтг R C CCSCR2 PdLn ЩК \D20 (13) С=СС=СН R C COECD
Дегидрогалогенирование первоначально получающегося енина (12) требует сильноосновного реагента, что ограничивает применение метода. Однако элиминирование оказывается возможным при использовании в качестве отщепляющего реагента w-Bu4N+F (ТБАФ) для Рс1(0)-катализируемого продукта сочетания 1-алкина с (Z)-1,2-дихлорэтиленом, что делает возможным синтезировать диины с различными функциональными группами [49].
Вместо 1,2-дигалогенэтиленов лучше использовать 1,1-дихлорэтилен. Сочетание можно проводить в условиях реакции Соногашира, Д экв.) RiC=CH _У У RfeC-C + /С=СН2 Pd(PPh3)4, CuCl NQ Ric C (14) (15) а ещё более эффективно по реакции Негиши [48]. R CEECZnX — r- R CEEOC 5%Ра(РРЬ3)4,ТГФ,23°С ЧС1 (16) 1./-Pr2NLi „. _ . - R C CC CR2 2. безв. ZnX X = CI, Br 3. 5% Pd(PPh3)4, R2X " °
При использовании в качестве катализатора других палладиевых комплексов с фосфиновыми лигандами, таких как Рс1(РРпз)2СІ2 и Рс1( -ВизР)2, кроме 2-хлор-1-ен-3-инов (16) в значительном количестве образуются 3-метилиден-1,4-диины (15), как и по реакции Соногашира.
Недавно был открыт низкотемпературный метод синтеза дизамещённых диинов, триинов и полиинов на основе соединений, содержащих один или несколько сопряжённых 1,2-дибром-1-бутен-3-иновых фрагментов, благодаря обмену литий-галоген при действии на них w-BuLi [50,51]. СВг4 (1.2 экв.), PPh3 (2.6 экв.) CH2CI2, комн. темпер. /у л-Ви1Л(1.2экв.)/н-гексан -78°С- -40°С К - - - R 61-80% R = Alkyl, Ar, R3Si Этот метод вызывает большой интерес не только с практической точки зрения, но и с теоретической, поскольку является примером превращения винилиденовых карбеноидов в алкины, известной как перегруппировка Фрица-Баттенберга-Вихелля. Механизм данного превращения, по сути, идентичен механизму винилиден-ацетиленовои перегруппировки Роджера Брауна [52], за счёт которой происходит перемещение изотопной С метки в алкинах при их флеш-вакуумном пиролизе. Возможность дальней перегруппировки Роджера Брауна в диинах [53] недавно была подтверждена экспериментально на основе меченного Ph1 C=CC=CTol-p, полученного по методу Джонса. При нагревании до 700-900 С и давлении 10 мм рт. ст. были получены все возможные изотопомеры — продукты частичной рандомизации по системе тройных углерод-углеродных связей. При теоретическом исследовании перегруппировки Роджера Брауна было показано, что возможны следующие превращения: и = н- - Н Н 07) (18) Н (19)
Вычисленные различия в энергиях этинилвинилидена (18) и триалена (19) по сравнению 1,3-бутадиином (17) составляют 52.2 и 64.6 ккал/моль соответственно [53].
Рассмотрим более детально первую группу методов синтеза сопряжённых диинов -реакции конденсации, так как именно эти методы находят наиболее широкое применение.
Методы синтеза симметричных диинов. Реакция Глазера и связанные с ней методы
К настоящему времени известно достаточно большое число методов синтеза сопряжённых дииновых соединений, которые можно условно разделить на три принципиально отличающиеся группы [33]. К первой группе относятся различные способы получения диинов окислительной димеризацией терминальных алкинов и реакции сочетания терминальных алкинов и 1-галоген-1-алкинов с образованием новой углерод-углеродной связи. Во вторую группу методов входят превращения соединений, молекулы которых уже содержат сопряжённую дииновую систему. В этой группе можно выделить два основных типа реакций: конструктивные (деструктивные) и реакции, протекающие без образования новой углерод-углеродной связи.
К конструктивному типу относятся, например, реакции алкилирования 1,3-бутадиина и терминальных 1,3-диинов. Непосредственно перед алкилированием проводят металлирование диинов. Наиболее широко используются натриевые и литиевые производные, которые получают при взаимодействии диацетилена и его гомологов (1) с амидами, гидридами и органическими производными щелочных металлов.
Триметилсилил-1,3-бутадиин может подвергаться Pd-катализируемому сочетанию с арил- или винилгалогенидами (R X) В стандартных условиях реакции Соногашира. Использование смеси MeLi-LiBr позволяет производить селективное снятие одной из триметилсилильных групп, ведущее к количественному образованию диинового литийпроизводного, которое может быть алкилировано галогеналканом (R2X, R4X) [34]. Недавно был предложен метод, позволяющий непосредственно проводить сочетание моносилилированных ацетиленов с винилтрифлатами и арилйодидами (R X, R3X) в присутствии КгСОз/МеОН и каталитических количеств AgCl и Рс1(РРпз)4 [35].
Направление реакции можно объяснить исходя из механизма прототропной изомеризации и сравнения основности используемых протон-акцепторов. При действии гидроксидов и алкоксидов реакция изомеризации находится в равновесном режиме и подчиняется термодинамическому контролю, поэтому образуются более устойчивые дизамещённые диины. В среде супероснования продукт выводится из сферы реакции в виде ацетиленида щелочного металла, и вследствие этого равновесие почти нацело смещается в сторону образования терминального диинового производного.
Широкое применение прототропная изомеризация получила после работ Брауна и Ямашита. В 1975 году они опубликовали данные о чрезвычайно быстрой изомеризации ацетиленовых углеводородов под действием 3-аминопропиламида калия (КАРА) в 1,3-пропандиамине в очень мягких условиях [42]. Реакция протекала всего за несколько минут с образованием 1-алкинов с практически количественными выходами. Использование реагента КАРА в 1,3-пропандиамине впервые позволило осуществить смещение тройных углерод-углеродных связей в терминальное положение через несколько метиленовых групп. По этим причинам данное превращение получило название реакции "ацетиленовой молнии". старщ цздцщ, -K H NH CH3(CHJnwiCSCH 2.Н20 или Н Позднее реакция "ацетиленовой молнии" была распространена и на сопряжённые дииновые соединения. Эффективной оказалась суперосновная система 2-аминоэтиламид лития в смешанном растворителе (этилендиамин-бензол-н-гексан [43] или бензол-н-гексан-ТГФ [44]). Смещение тройных связей происходило на 3-6 углеродных атомов и выход терминальных 1,3-диинов (5) составлял 70-75%: К третьей группе относятся реакции элиминирования, при которых образуются сопряжённые тройные углерод-углеродные связи. Наиболее удобным методом синтеза симметричных сопряжённых диинов, относящегося к этой группе, является отщепление хлороводорода от моно- или дизамещённых 1,4-дихлор-2-бутинов (6) по Джонсу [45]. Этот метод вызывает большой интерес не только с практической точки зрения, но и с теоретической, поскольку является примером превращения винилиденовых карбеноидов в алкины, известной как перегруппировка Фрица-Баттенберга-Вихелля. Механизм данного превращения, по сути, идентичен механизму винилиден-ацетиленовои перегруппировки Роджера Брауна [52], за счёт которой происходит перемещение изотопной С метки в алкинах при их флеш-вакуумном пиролизе. Возможность дальней перегруппировки Роджера Брауна в диинах [53] недавно была подтверждена экспериментально на основе меченного Ph1 C=CC=CTol-p, полученного по методу Джонса. При нагревании до 700-900 С и давлении 10 мм рт. ст. были получены все возможные изотопомеры — продукты частичной рандомизации по системе тройных углерод-углеродных связей. Глазером, требовал выделения взрывоопасного в твёрдом состоянии чистого ацетиленида меди(1), то он не нашёл широкого применения. Получить чистый ацетиленид меди(1) также затруднительно, потому что метод перекристаллизации малопригоден для его очистки. Необходимо было найти способ проведения обеих стадий (образование медного производного и его окисление) без выделения взрывоопасного промежуточного соединения, т. е. найти условия для проведения реакции, при которых медное производное было бы растворимо. Широко изучалось влияние различных факторов на ход реакции, таких как, окислитель, рН, время реакции, температура, растворитель и характер алкина. Прорыв был сделан отечественными химиками Залкиндом и Айзиковичем в 1937 году [55]. Они обнаружили, что третичные терминальные ацетиленовые спирты в водном растворе при комнатной температуре в присутствии хлорида меди(1) и хлорида аммония непосредственно в одну стадию в течение 5 минут превращаются в соответствующие диацетиленовые гликоли, которые в указанных условиях выпадают в осадок. Этот метод первоначально оказался непригоден для вторичных ацетиленовых спиртов [56]. Позднее Реппе осуществил аналогичное превращение первичных и вторичных ацетиленовых спиртов, используя избыток кислорода [57].
Методы синтеза несимметричных диинов. Реакция Кадио-Ходкевича и связанные с ней методы
Реакция Глазера и её многочисленные модификации обычно дают неудовлетворительные результаты при синтезе несимметричных диинов из-за преобладания симметричного продукта. При совместном окислительном сочетании двух терминальных ацетиленов образуется смесь всех трёх возможных продуктов сочетания, причём выход несимметричного продукта колеблется от 10 до 30%:
Выход несимметричного диина можно существенно повысить, если использовать многократный избыток более дешёвого и доступного реагента. В качестве такого реагента чаще всего применяют пропаргиловый спирт или терминальные ацетиленовые углеводороды. Так, например, Больман использовал 10-кратный избыток З-пентен-1-ина для встречного синтеза природного спирта 7,13-пентадекадиен-9,11-диин-6-ола (45), выделенного из растения Oenanthe crocata L [113].
Решение проблемы синтеза несимметричных диинов было найдено Кадио и Ходкевичем. Метод Кадио-Ходкевича состоит в конденсации терминальных алкинов с бромацетиленидами в присутствии каталитического количества галогенида меди(1) и подходящего амина [36,114]. Этот метод применим для синтеза большого числа алифатических и ароматических диинов, а также их функциональных производных [115]: алифатических и ароматических дииновых одноатомных и многоатомных спиртов, пероксидов, эпоксидов, аминов, ацеталей, карбоксилатов, сложных эфиров и амидов, дисульфидов, силил-защищённых диинов и даже нитроксильных радикалов. Классические условия реакции Кадио-Ходкевича применяются и в современной органической химии, в том числе для синтеза оптически активных дииновых соединений [116-118].
Следует отметить, что среди силил-защищённых ацетиленов в стандартных условиях реакции Кадио-Ходкевича (за исключением амина: вместо EtNH2 30% раствор W-B11NH2 в воде), устойчивыми к десилизации остаются только триалкилсилил-защищённые ацетилены с объёмистыми группами, что позволяет проводить их эффективное кросс-сочетание с 1-бром-1-алкинами. Этинилтриметилсилан не даёт удовлетворительных результатов при сочетании в данных условиях [119].
Механизм реакции Кадио-Ходкевича окончательно не установлен. Изучение кинетики гетеросочетания по Кадио-Ходкевичу классическими способами оказалось чрезвычайно трудным, поскольку скорость реакции с участием 1-бром-1-алкинов достаточно высока. Однако некоторые попытки были сделаны на примере 1-хлор-1-алкинов, которые существенно менее реакционноспособны [115].
Предполагаемый механизм реакции Кадио-Ходкевича без учёта координации с амином [114]. Авторы предполагают (схема 7), что сочетание протекает через ацетиленид меди(1), образование которого происходит по схеме, описанной для окислительной димеризации по Хею. Затем вносимый в реакционную смесь 1-галоген-1-алкин (47) окисляет ацетиленовое производное меди(1) (46) до промежуточного комплекса меди(Ш) (48), который быстро распадается на целевой диин (49) и исходный катализатор.
Условия проведения реакции Кадио-Ходкевича изучены детально (растворитель, природа основания и ацетилена, время, температура) [36,115,120-123]. Ароматические 1,3-диины по этой реакции обычно получаются с большими выходами, чем их алифатические аналоги. Кажущаяся реакционная способность алкинильной компоненты зависит в первую очередь от свойств её медного производного. Выходы образующихся диинов в расчёте на 1-бром-1-алкин увеличиваются в следующем раду: /р-ОгМСбН СнСН СбНбСЬСН RC=CH, что, по-видимому, связано с кислотностью атома водорода при тройной связи. Ацетиленовая компонента реакции Кадио-Ходкевича особенно подходит для гетеросочетания, если содержит гидрофильные функции такие как гидрокси-, амино-и карбоксильные группы, способствующие повышению растворимости. Терминальные 1,3-диины также являются подходящими алкинильными компонентами для гетеросочетания по Кадио-Ходкевичу. В результате их конденсации с 1-галогеналкинами можно получать триацетилены. В качестве 1-галоген-1-алкинов могут быть использованы 1-бром- и в меньшей степени йодпроизводные. 1-Хлор-1-алкины имеют малую практическую ценность из-за их низкой реакционной способности [120].
Введение в реакционную смесь основания способствует связыванию выделяющейся кислоты и облегчает растворение производного меди(1), вероятно, за счёт образования комплекса. Основание оказывает решающее влияние на реакционную способность реагирующих веществ, способствуя конденсации. Растворитель подбирается таким образом, чтобы медное производное не выпадало в осадок [36].
Нежелательно образование ионов меди(И), так как они способствуют образованию симметрично замещённых диинов за счёт параллельно протекающего окислительного гомосочетания по Эглинтону [120]. Для предотвращения окислительной димеризации медного производного реакцию проводят в инертной атмосфере, а в реакционную смесь добавляют сильный восстановитель - гидрохлорид гидроксиламина.
Данный побочный процесс может быть в значительной степени подавлен аминами, использованием низких концентраций Cu(I) (5 мол. % и менее) и медленным добавлением 1-галоген-1-алкина к реакционной смеси [115,123]. В некоторых случаях целесообразным оказывается использование заранее полученного ацетиленида меди(1).
Курт и Шор недавно опубликовали интересную методику, в которой полностью подавляется самоконденсация галогеналкинильной компоненты [124]. Реакция сочетания 1-хлор- и 1-бром-1-алкинов, привитых на полимерной матрице, с 1-октином в условиях реакции Кадио-Ходкевича даёт высокие выходы целевого несимметричного соединения без образования симметричного диина как побочного продукта "вторичной" конденсации по Кадио-Ходкевичу, тогда как при проведении данной реакции в растворе образуется до 34% побочного продукта самоконденсации 1 -галоген- 1-алкина.
Синтез дииновых бис(Ы-арилкарбаматов)
Для окислительной димеризации полученных моноацетиленовых карбаматов (За-о,р-ф) был выбран ставший уже классическим вариант реакции Глазера в модификации Хея (CuCl-ТМЭДА, Ог, МЄ2СО/Н2О) [71]. Первоначально была предпринята попытка ввести в реакцию Глазера-Хея N-фенилкарбамат (За). Но данную реакцию осуществить не удалось, так же как и реакции окислительной димеризации N-арилкарба-матов (Зз), (36) и N-тозилкарбамата (Зф). Был проведён ряд экспериментов с эквимолярными количествами катализатора и карбаматов, которые также не привели к успеху. Реакции проводили в течение нескольких часов, однако по данным ТСХ во всех случаях обнаружено лишь следовое количество диинового продукта. Таким образом, реакция окислительной димеризации дииновых карбаматов по методу Глазера-Хея практически не наблюдается (в данных условиях) или протекает слишком медленно, что не позволяет её использовать в препаративных целях.
В итоге пришлось изменить условия проведения окислительной димеризации. Согласно литературным данным в реакции Кадио-Ходкевича, применяемой для синтеза несимметричных диинов, эффективным оказывается использование в качестве основания пирролидина в сочетании с йодидом меди [125].
Данная методика имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами, описанными в литературе [135]. Во-первых, реакция протекает всего за 15-20 мин в отличие от классических вариантов [65,66,71], при использовании которых реакцию необходимо проводить в течение нескольких часов. Во-вторых, не требуется пропускание чистого кислорода через реакционную смесь, что упрощает применение метода. Помимо этого, в данных условиях целевые продукты образуются с высокими выходами (70-90 %). Преимущество использования пирролидина по сравнению с ТМЭДА (рКа 9.1) [220] вероятно связано с его высокой основностью (рКа 11.2) [221].
Нами были предприняты попытки получения соответствующего диина окислительной димеризацией соединения (Зф) с использованием каталитической системы Cul-пирролидин, системы СиІ-/-Рг2 Ш-РсІ(РРпз)2СІ2-І2 [106], а также по методу Хея [71] и Эглинтона [65,66]. Использование первых двух систем приводило к сильному осмоленню, а при проведении окислительной димеризации по Глазеру-Хею и Эглинтону оказалось, что исходный N-тозилкарбамат (Зф) полностью оставался в реакционной смеси и был выделен в неизменном виде. Специальными опытами было показано, что при перемешивании раствора соединения (Зф) как в пирролидине, так и в СН2СІ2 с эквимолярными количествами суспендированного Cul не происходит никаких изменений исходного N-тозилкарбамата. Также была проведена реакция между 10,12-докозадиин-1,22-диолом и тозилизоцианатом, однако из образовавшейся сложной смеси продуктов выделить соответствующий дииновый карбамат не удалось. В то же время реакция 2-бутин-1,4-диола с тозилизоцианатом в условиях, аналогичных получению моноацетиленовых карбаматов (Зр-ф), привела к образованию целевого бис(М-тозилкарба-мата) (Зх), строение и состав которого были доказаны спектральными данными и данными элементного анализа. На данный момент представляется затруднительной интерпретация столь различного поведения ацетиленового и диацетиленового диолов в реакции с тозилизоцианатом.
Спектральные данные и данные элементного анализа подтверждают строение и состав полученных симметричных дииновых бис(М-арилкарбаматов) (4а-о,р-у). В ПМР и ИК спектрах данных соединений по сравнению со спектрами моноацетиленовых карбаматов (За-о,р-у) отсутствуют сигналы терминальных ацетиленовых протонов и полосы поглощения С=С и =С-Н групп. Сигналы sp атомов углерода претерпели сильнопольный сдвиг на 3-7 м. д. благодаря тому, что ядра этих атомов углерода находятся в области поля экранирования появляющейся по соседству С=С связи, обладающей анизотропией магнитного экранирования. Сигналы внутренних атомов углерода (=С-С=) дииновых бис(Ы-арилкарбаматов) (4а-о,р-у) наблюдаются в области 65.70-66.97 м. д., а внешних (=ССН2) - при 76.24-78.85 м. д. По сравнению с ПМР спектрами моноацетиленовых N-арилкарбаматов (За-о,р-у) изменился характер расщепления сигнала протонов СНг-группы при тройной углерод-углеродной связи, но химический сдвиг остался практически неизменным. Данная метиленовая группа в дииновых бис(Ы-арилкарбаматах) (4а-о,р-у) имеет триплетньш сигнал в области 2.26-2.77 м. д. (J 6 Гц) в связи с отсутствием концевого ацетиленового протона, имевшегося в моноацетиленовьгх N-арилкарбаматах (За-о,р-у) (расщепление только от протонов соседней СНг-группы). Дииновые N-арилкарбаматы (4а-о,р-у) существенно менее растворимы в дейтерохлороформе, чем моноацетиленовые N-арилкарбаматы (За-о,р-у), а Ы-(4-метоксифенил)карбаматы (4з-о) в свою очередь обладают меньшей растворимостью, чем N-фенилкарбаматы (4а-ж). Наименьшей же растворимостью обладают №(4-нитрофенил)карбаматы. В связи с этим регистрацию спектров 13С ЯМР производили в DMSO-сІб для ряда дииновых бис -фенилкарбаматов) (п = 2, 3 и 4) и для всех дииновых бисР -(4-метоксифенил)карбаматов], кроме №(4-метоксифенил)карбамата с п = 9, и в ацетоне-сіб для бисЪГ-(4-нитрофенил)карбаматов] (4р) и (4с). Растворимость дииновых бис -арилкарбаматов) (4а-о,р-у) позволяла снять ПМР спектры в CDCb для всех образцов, кроме (4р) и (4с). ПМР спектры для многих соединений данного ряда были получены как в CDCb, так и в DMSO-oV Главное отличие ПМР спектров, полученных в CDCb и DMSO-сІб, как и ожидалось, заключается в химическом сдвиге протона N-H группы (почти на 3 м. д.). Уширенные синглетные сигналы протонов N-H группы в CDCb наблюдаются при 6.48-6.88 м. д., а в DMSO-de в области 9.38-9.76 м. д. Этот сдвиг в слабое поле объясняется дезэкранирующим влиянием водородных связей между N-H группой и кислородом DMSO-de (N-H—O-SMe?) на N-H протон. Оно обусловлено смещением электронной плотности от центрального атома Н к лигандам N и О, что происходит в любой гипервалентной связи. Другое отличие между спектрами ПМР, состоит в уширении и, как следствие, отсутствии расщепления сигналов протонов в мультиплеты для соединений (4а), (46) и (Зз), спектры которых зарегистрированы в DMSO-сіб. Различия в значениях максимумов полос соответствующих валентным v N-H в растворе и таблетке КВг также объясняются наличием водородных связей между карбаматными группами. В растворе хлороформа валентное колебание v N-H группы проявляется при 3450-3440 см-1, а в твёрдом состоянии в области 3330—3300 см-1. Таким образом, разница составляет 120-140 см"1, что несколько меньше, чем у моноацетиленовых карбаматов (За-о,р-у). Из этого можно заключить, что в твёрдом состоянии водородная связь соединений (За-о,р-у) прочнее. Такое различие необычно, так как нет никаких структурных причин для изменения энергии образования водородной связи при переходе от моноацетиленовых карбаматов к дииновым. Объяснить этот факт можно только различной упаковкой молекул, которая влияет на геометрию водородной связи и может изменить её оптимальные геометрические характеристики. Все остальные сигналы, как протонов, так и ядер углерода присутствуют и близки, как и следовало ожидать, к значениям, приведённым для моноацетиленовых N-арилкарбаматов (За-о,р-у).
Синтез ацетиленовых спиртов
Из литературных данных известно, что в исходных дииновых соединениях частоты колебаний сопряжённых углерод-углеродных связей имеют более высокое значение по сравнению с С=С связями в ПДА. Так, в мономерах колебания С=С связей происходят при 2260 см-1, а в полимерах: при 2100 см-1, и С=С при 1500 см-1 [259]. В спектрах исследуемых соединений имеются линии, соответствующие колебаниям сопряжённой двойной связи при 1475 см-1 (Юз), 1480 см-1 (Юр), 1500 см-1 (Юу) и сопряжённой тройной связи при 2100 см-1 для всех трёх ПДА (Юз), (Юр) и (Юу), что говорит о пренебрежимо малом вкладе бутатриеновой структуры.
Для плёнки ПДА, полученной облучением тонкого слоя мономера (5а) толщиной 70 ц с помощью источника у-излучения 60Со дозой 60 Мрад, методом динамической голографии были произведены измерения её нелинейных оптических свойств. Использовался лазер SOLAR LQ-129 с длиной волны генерации 532 нм и длительностью отдельного импульса 20 не. Величина коэффициента нелинейной оптической восприимчивости третьего порядка оказалась на два порядка выше (х(3) =1-10-8 ед. СГСЕ), чем аналогичная величина для плёнки фуллерена (%(3) = 2-Ю-10 ед. СГСЕ). Таким образом, доказана перспективность использования ПДА данного класса в нелинейной оптике.
Спектры ПМР и 13С ЯМР получены на приборе Bruker DPX-300 (300.13 МГц), внутренний стандарт - ТМС, растворители CDC13, DMCO-d6 и CD3COCD3. ИК спектры зарегистрированы на спектрометре Specord IR-75 в СНС13 и в таблетке КВг. Электронные спектры сняты на спектрофотометре Specord М40 UV-VIS в ДМФА и CH3CN. Спектры КР получены на приборе Ramalog-5 с аргоновым лазером (к 488 нм). Аналитическая ТСХ проводилась на пластинах Silufol UV-254, проявление производилось УФ светом (Ятоах 254 нм) или раствором перманганата калия. Препаративная ТСХ — на силикагеле Silpearl, проявление УФ светом; колоночная хроматография — на силикагеле М60 (производство фирмы Merck). Топохимическая твердофазная полимеризация проводилась при облучении УФ светом с помощью ртутных ламп низкого давления БУВ-15 ( 253.7 нм).
Получили 12.1 г 4-пентин-1-ола. Общий выход составил 30 %. Ткип. 61-63 С / 20 мм рт. ст., nD22 1.4440. Литературные данные nD225 1.445, Ткип. 154-155 С / 766 мм рт. ст. [262]. 5-гексин-І-ол был получен в результате четырёхстадийного синтеза по методике аналогичной [215]. Получили 6.7 г 5-гексин-1-ола. Общий выход составил 23 %. КИП. 121-123 С/18 мм рт. ст. по17 1.4675. Литературные данные: Ткип. 110 С / 10 мм рт. ст., nD19 1.4663 [215]. б-гептин-1-ол был получен в результате четырёхстадийного синтеза по методике, приведённой для 5-гексин-1-ола. Получили 8.0 г 6-гептин-1-ола. Общий выход составил 25 %. Ткип. 92-94 С / 18 мм рт. ст. nD22 1.4557. Литературные данные: Ткип. 98 С / 20 мм рт. ст., nD251.4534 [264]. 7-Октин-1-ол был получен в результате четырёхстадийного синтеза по методике, приведённой для 5-гексин-1-ола. Получили 7.54 г 7-октин-1-ола. Общий выход составил 30 %. Ткип. 90-93 С / 18 мм рт. ст. nD17 1.4582. Литературные данные: Ткип. 102 С / 27 мм рт. ст., nD20 1.4566 [265].
В сухую трёхгорлую колбу ёмкостью 25 мл, снабжённую насадкой для ввода аргона и насадкой для создания вакуума поместили 52 мг (0.1 ммоль, 1%) дибутилолово-бис(2-этилгексаноата) Bu2Sn[02CCH(Et)Bu]2. Центральное горло закрыли силиконовой пробкой и заполнили колбу сухим аргоном путём четырёхкратного вакуумирования и напуска аргона. Далее шприцом в колбу через силиконовую пробку ввели 0.701 г (10 ммоль) осушенного над молекулярными ситами З-бутин-1-ола, 1.191 г (10 ммоль) фенилизоцианата и 5 мл абсолютного ТГФ, перегнанного над Na с бензофеноном, и перемешивали 1 ч на магнитной мешалке. Методом ТСХ показано наличие двух веществ (элюент CH2CI2). Очистку проводили с помощью колоночной хроматографии на силикагеле; элюент CH2CI2. Раствор концентрировали и сушили MgS04, затем отфильтровали и отогнали растворитель в вакууме. Перекристаллизовали из 250 мл н-гексана и получили 1.457 г (77 %) 3-бутан-1-ил- Т-фенилкарбамата (За). Тш 55.5-56 С.
В плоскодонную колбу ёмкостью 10 мл, снабжённую магнитной мешалкой, поместили 283.5 мг (1.5 ммоль) 3-бутин-1-ил-Ы-фенилкарбамата (За), 29 мг (0.15 ммоль, 10 %) Cul и 1 мл пирролидина до полного растворения смеси. Раствор стал сине-зелёным. В ходе реакции наблюдали слабое разогревание. Реакционную смесь перемешивали при комнатной температуре, пока раствор не приобрёл ярко-синюю окраску (20 мин). По окончании этого времени с помощью ТСХ показано отсутствие исходного вещества. Затем реакционную смесь разложили насыщенным водным раствором NH4CI (20 мл). Образовавшийся белый осадок отфильтровали на фильтре Шотта, промыли 50 мл насыщенного водного раствора NH4CI, затем 50 мл 10%-ной соляной кислоты, водой до нейтральной реакции (150 мл) и сушили в вакууме. Перекристаллизовали из 25 мл этанола и получили 210 мг (75%) 3,5-октадиин-1,8-диил-бис(М-фенилкарбамата) (4а). Вещество на дневном рассеянном свету приобретает первоначально ярко-жёлтый, а затем морковный цвет. Тпл 164-164.5 С.
