Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методы синтеза виниловых эфиров углеводов 10
1.1. Прямое винилирование углеводов ацетиленом 11
1.1.1. Винилирование Сахаров, содержащих одну свободную гидроксильную группу 11
1.1.2. Винилирование Сахаров, содержащих две и более свободные гидроксильные группы 15
1.1.3. Винилирование целлюлозы 20
1.2. Методы косвенного винилирования углеводов 24
1.2.1. Каталитическое перевинилирование ' 25
1.2.2. Разложение смешанных ацеталей 29
1.2.3. Восстановительная десульфонизация фенил сульфонилэтенов 30
1.2.4. Метиленирование сложных эфиров по Теббе 31
1.2.5. Изомеризация аллиловых эфиров 35
1.2.6. Гидрирование ацетиленовых и (ацетилен)виниловых эфиров Сахаров 42
1.2.7. Взаимодействие галогенидов углеводов с диорганилртутными соединениями 43
1.2.8. Другие косвенные методы винилирования 44
1.2.9. Винилирование целлюлозы 46
Глава 2. Винилирование производных глюкозы и целлюлозы ацетиленом
2.1. Винилирование углеводов ацетиленом 49
2.1.1. Винилирование низкомолекулярных производных D-глюкозы 49
2.1.1.1. Винилирование 1,2:5,6-ди-0-изопропилиден-сс-В-глюкофуранозы 50
2.1.1.2. Винилирование метил-4,6-0-бензилиден-а-Б-глюкопиранозида и 1,2-0-циклогексилиден-ск-О-глюкофуранозы 54
2.1.1.3. Винилирование метил-a-D-глюкопиранозида 57
2.1.1.3.1. Винилирование метил-a-D-глюкопиранозида ацетиленом при повышенном давлении в системе КОН-ДМСО 57
2.1.1.3.2. Винилирование метил-a-D-глюкозида ацетиленом при повышенном давлении в системе КОН-ТГФ 64
2.1.1.3.3. Винилирование метил-сс-Б-глюкозида ацетиленом при повышенном давлении в системе NaOH-ТГФ 69
2.1.1.3.4. Винилирование метил-cc-D-глюкозида ацетиленом при атмосферном давлении 71
2.1.1.3.5. Исследование структуры метил-2,3,4,6-тетра-Овинил-а-В-глюкопиранозида 79
2.1.2. Винилирование целлюлозы 88
2.1.2.1. Винилирование микрокристаллической целлюлозы 89
2.1.2.2. Винилирование щелочной целлюлозы 93
2.1.2.2.1. Винилирование щелочной целлюлозы в ДМСО 95
2.1.2.2.2. Винилирование щелочной целлюлозы в системе CsF-MOH-ДМСО (М = Li, Na, К) 100
2.1.2.2.3. Винилирование щелочной целлюлозы в ТГФ 103
2.1.2.2.4. Винилирование щелочной целлюлозы в системе МОН-ТГФ-Н20 (М = Na, К) 106
2.1.2.2.5. Винилирование щелочной целлюлозы в системе МОН-Н20 (М = Na, К) 109
2.1.3. Винилирование (1Д9аД)-1-(гидроксиметил)октагидро-хинолизина 115
2.2. Присоединение вторичных фосфинов к виниловым эфирам 1,2:5,6-ди-(7-изопропилиден-ог-0-глюкофуранозы и (1R,9гЛ)-1 -(гидроксиметил)октагидрохинолизина; свойства полученных третичных фосфинов 118
2.2.1. Присоединение вторичных фосфинов к виниловому эфиру диацетон-Б-глюкозы и свойства полученных третичных фосфинов 119
2.2.2. Присоединение вторичных фосфинов к виниловому эфиру лупинина и свойства полученных третичных фосфинов 121
Глава 3. Методические подробности 124
3.1. Синтез 1,2:5,6-ди-(9-изопропилиден-3-(>винил-а-Т)-глкжофуранозы 125
3.2. Синтез метил-4,6-0-бензилиден-2,3-ДИ-0-винил-а-В-глюкопиранозида 128
3.3. Синтез 1,2-0-циклогексилиден-3,5,6-три-0-винил-еЯ> глюкофуранозы 129
3.4. Синтез метил-2,3,4,6-тетра-0-винил-сЯ1>-глюкопиранозида 131
3.5. Синтез виниловых эфиров целлюлозы 134
3.6. Синтез {\R,9aR)-1 -(винилоксиметил)октагидро-хинолизина 138
3.7. Синтез диорганилэтокси[3-(9-(132:5,6-ди-0-изопропилиден)-сНЭ-глюкофуранозил] фосфинов 140
3.8. Синтез диорганилэтокси[3-0-(1,2:5,6-ди-<3-изопропилиден)-а-В-глюкофуранозил]фосфиноксидов 141
3.9. Синтез диорганилэтокси[3-0-(1,2:5,6-ди-0-изопропилиден)-а-В-глюкофуранозил]фосфинсульфидов 142
3.10. Синтез диорганил [2-(октагидрохинолизин-1 -илметилокси)этил]фосфинов 144
3.11. Синтез диорганил [2-(октагидрохинолизин-1 -илметилокси)этил] фосфиноксидов 145
3.12. Синтез диорганил [2-(октагидрохинолизин-1 -илметилокси)этил] фосфинсульфидов 146
3.13. Синтез ди(2-фенилэтил)[2-(октагидрохинолизин-1 -илметилокси)этил] фосфинселенида 148
Выводы 149
Литература 151
- Винилирование Сахаров, содержащих одну свободную гидроксильную группу
- Восстановительная десульфонизация фенил сульфонилэтенов
- Винилирование низкомолекулярных производных D-глюкозы
- Синтез метил-4,6-0-бензилиден-2,3-ДИ-0-винил-а-В-глюкопиранозида
Введение к работе
Среди многочисленных представителей виниловых эфиров особое значение имеют виниловые эфиры углеводов. Сочетание высокой реакционной способности винилоксигруппы с оптической активностью фрагмента природного материала делает эти соединения ценными хиральными интермедиатами, перспективными для использования в тонком органическом синтезе [1-8], для получения лигандов металлокомплексных катализаторов [9], биополимеров (олигосахариды и др. [10-12]) или гибридных природно-синтетических полимеров [13-15].
Кроме того, виниловые эфиры углеводов представляют огромный теоретический интерес, так как они являются удобными моделями для исследований в области стереохимии, изомерии, механизмов реакций присоединения.
Исходные углеводы рассматривают в свою очередь как перспективное возобновляемое сырье, которое в будущем может широко использоваться в промышленном органическом синтезе, прежде всего, в синтезе сложных природных соединений [1,2, 16, 17] и биоразлагаемых полимеров.
В связи с этим разработка на основе ацетилена новых общих подходов к синтезу виниловых эфиров углеводов, изучение их реакционной способности и использование в качестве исходных веществ для направленного синтеза новых оптически активных соединений остается актуальной задачей современной органической химии.
Данная работа выполнялась в соответствии с планом НИР ИрИХ им. А. Е. Фаворского СО РАН по теме: "Новые методы, реакции и интермедиа для тонкого органического синтеза на базе ацетилена и его производных" (№ государственной регистрации 01200406373), в рамках проекта СО РАН № 8: "Прямые реакции ацетилена, его замещенных, производных, а также других электрофилов с элементным фосфором и РН-кислотами в присутствии сверхосновных и металлокомплексных катализаторов: дизайн полидентных
хиральных лигандов, фоторецепторов, люминофоров, нелинейно-оптических материалов, экстрагентов, флотореагентов, антипиренов", а также при государственной поддержке ведущих научных школ (гранты НШ-2241.2003.3 и НШ-5444.2006.3).
Цель работы. Разработка эффективных технологически реальных подходов к винилированию производных глюкозы и целлюлозы ацетиленом; изучение свойств полученных виниловых эфиров.
В рамках этой цели автор ставил перед собой следующие задачи:
разработка методов получения виниловых эфиров ацетальных производных глюкозы, содержащих от одной до четырех свободных гидроксильных групп, на основе ацетилена при повышенном и атмосферном давлении в присутствии сверхосновных каталитических систем: гидроксид или алкоголят щелочного металла (К, Na) - полярный негидроксильный растворитель (ДМСО, ТГФ);
разработка технологичных методов винилирования ацетиленом щелочной целлюлозы в воде, а также в органической и водно-органической средах;
- изучение спектральных свойств полученных виниловых эфиров и
синтез на их основе хиральных органофосфорных соединений -
потенциальных лигандов металлокомплексных катализаторов.
Научная новизна и практическая значимость работы. На примере доступных производных глюкозы, содержащих от одной до четырех гидроксильных групп (диацетон-О-глюкоза, метил-4,6-0-бензилиден-а-Б-глюкопиранозид, моноциклогексилиден-Б-глюкоза и. метил-a-D-глюкопиранозид), получены новые данные о закономерностях нуклеофильного присоединения гидроксилсодержащих соединений к ацетилену в сверхосновных каталитических средах. Показана зависимость скорости реакции винилирования от природы катиона щелочного металла и растворителя, образующих сверхосновную каталитическую систему. Это послужило основой для разработки высокоэффективных в препаративном
отношении методов синтеза ранее труднодоступных виниловых эфиров; природных спиртов и полиолов, таких как распространенный природный полигидроксилсодержащий полимер целлюлоза и алкалоид лупинин. Проведено систематическое исследование винилирования щелочной целлюлозы ацетиленом в различных средах (ДМСО, ТГФ, вода, а также вода в присутствии органической фазы); в результате которого предложены технологически реальные подходы к синтезу винилцеллюлозы.
Показано, что электрононасыщенные двойные связи виниловых эфиров диацетон-Б-глюкозы и лупинина способны присоединять вторичные фосфины в условиях радикального инициирования. Реакцией с кислородом; серой или селеном полученные фосфины легко окисляются в соответствующие фосфиноксиды, -сульфиды и -селениды. В результате разработаны удобные, технологичные, атом-экономные и экологически безопасные методы синтеза новых хиральных третичных фосфинов и фосфинхалькогенидов - потенциальных органофосфорных ,. лигандов металлокомплексных катализаторов.
Методами рентгеноструктурного анализа, ЯМР !Н и 13С, ИК спектроскопии и масс-спектрометрии изучено строение метил-2,3;4,6-тетра-О-винил-сс-О-глюкопиранозида. Показана преимущественно s-транс-конформация для винилоксигрупп при С-2, С-3 и С-4 атомах пиранового цикла и 5-г/г/с-конформация для. винилоксигруппы при; С-6 атоме как в кристаллической фазе, так и- в^ растворе. Определены» путю фрагментации исследуемого винилового эфира под действием электронного удара.
Апробация работы и публикации. Основные результаты работы представлялись на VII молодежной научной школе-конференции по органической химии (Екатеринбург, 2004), конференции молодых ученых СО РАН, посвященной М.А. Лаврентьеву (Новосибирск, 2004), XVII Международной научно-технической конференции "Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии. Реактив - 2004" (Уфа; 2004),
VIII молодежной научной школе-конференции по органической химии (Казань, 2005).
По материалам диссертации опубликованы 4 статьи в отечественных и зарубежных изданиях и тезисы 4 докладов.
Объем и структура работы. Работа изложена на 172 страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав, выводов и списка цитируемой литературы. Первая глава (литературный обзор) посвящена анализу известных данных о методах получения виниловых эфиров углеводов; вторая глава - изложению и обсуждению результатов собственных исследований; необходимые экспериментальные подробности приведены в третьей главе. Завершается рукопись выводами и списком литературы (188 ссылок).
Винилирование Сахаров, содержащих одну свободную гидроксильную группу
Исторически винилирование смеси ацетонпроизводных глюкозы и фруктозы [25-27] было первой попыткой синтеза виниловых эфиров на основе моносахаридов. Эти исследования проводились Реппе В. в 1935-1938 гг. Процесс осуществлялся в автоклаве при 155-185С в течение 17.5 ч. Была получена смесь виниловых эфиров диацетонпроизводных D-глюкозы и фруктозы - сироп с т. кип. 134-135С (1 мм рт. ст.). Реппе В. был получен также индивидуальный виниловый эфир 2,3:4,5-ди-0-изопропилиден-/?-В-фруктозы [22, 27]. Реакция шла под давлением ацетилена, разбавленного азотом, в присутствии 3 масс.% КОН при 150-160С в течение 18 ч. Полученная 1-0-винил-2,3:4,5-ди-0-изопропилиденфруктопираноза (1) (выход 91%) - кристаллический продукт (т. пл. 43-45С), перегоняющийся при 130-134С (3-4 мм рт. ст.). 150-160С, 18 ч 0 О -р-0 СН2ОН нс=сн кон о о О о сн2о Моновиниловый эфир 2 индивидуальной диацетон-О-глюкозы с выходом 55% был получен Михантьевым Б. И. [31] при винилировании соответствующего производного D-глюкозы - 1,2:5,6-ди-(9-изопропилиден-D-глюкофуранозы ацетиленом с начальным давлением 25 атм в диоксане (20% КОН, 150С, 7 ч). Отмечено, что длительность процесса свыше 7 ч приводит к значительному осмоленню, а уменьшение времени винилирования до 3-4 ч приводит к резкому снижению выхода винилового эфира 2 - до 5-8%.
Интересно отметить, что, в отличие от описанных выше примеров винилирования моногидроксилсодержащих Сахаров, винилирование 1,2:3,4,- ди-Оизопропилиден-О-галактозы осуществлялось как при повышенном [34], так и при атмосферном давлении ацетилена [35]. Винилирование под давлением протекало в диоксане при более низкой температуре и потребовало меньше времени (145-150С, 6 ч по сравнению со 160-180С, 16 ч в проточной системе). Выход винилового эфира диацетон-О-галактозы 5 при винилировании под давлением также несколько выше, чем без давления: 67 и 58%, соответственно, однако для винилирования под давлением использовалось 25 масс.% КОН, тогда как при атмосферном давлении ацетилена только 5%. Более высокий выход продукта при винилировании диацетон-Э-галактозы [34] по сравнению с винилированием диацетон-D-глюкозы [31] авторы объясняют положением свободного гидроксила, в случае галактозы более открытого для внедрения винильной группы.
Синтез проводили в диоксане в присутствии КОН (20 масс.%) в течение 7 ч при 170-175С и давлении 100 атм. Продукт выделили с выходом 72% в виде слегка окрашенного сиропа с т. кип. 108-111С (0.025 мм рт. ст.). Однако никаких доказательств строения полученного винилового эфира 6 (кроме элементного анализа) не приведено. 1.1.2. Винилирование Сахаров, содержащих две и более свободные гидроксильные группы
Известно, что винилирование диолов, в отличие от моногидроксил-производных, протекает в две стадии [18]. На первой происходит присоединение одной из гидроксильных групп к ацетилену, в результате чего образуется моноаддукт, на второй - присоединение к ацетилену гидроксильной группы винилового моноэфира. При винилировании диолов, содержащих в молекуле различные по характеру гидроксильные группы, первичный гидроксил на порядок активнее вторичного [18, 37], тем не менее реакционные смеси наряду с дивиниловым эфиром всегда содержат моновиниловые эфиры по обеим гидроксильным группам [38]. При 1,2- и 1,3-расположении гидроксильных групп имеет место также внутримолекулярная циклоацетализация первоначально образующихся моновиниловых эфиров [18].
Так, образование смеси неполных виниловых эфиров наблюдал Реппе при винилировании моноацетонглюкозы, содержащей три свободные гидроксильные группы (толуол, 5% КОН, 24 ч, температура не указана) Была получена смесь продуктов частичного винилирования, представляющую собой светло-желтый сироп с диапазоном температур кипения от 140С до 180С [22, 25-27].
Этой же исследовательской группой были разработаны методы синтеза тривиниловых эфиров 1,2-0-циклогексилиден-Б-глюкозы [23, 32] и 1,6-ангидро-/Ш-глюкопиранозы [36]. Винилирование проводилось ацетиленом под давлением в диоксане в присутствии КОН. Синтез тривинилового эфира 1,2-( циклогексилиден-0-глюкозы 8 протекал при температуре 160-165С в течение 6 ч, а 1,6-ангидро-/Ш-глюкопиранозу подвергали двукратной обработке ацетиленом при 170-175С в течении 10 ч. Выходы продуктов составили 66 и 75%, соответственно.
Были предприняты попытки винилирования -хлораль-О-глюкозы [23, 40]. Несмотря на применявшиеся различные варианты температур, концентраций ацетилена, растворителей (диоксан, спирт и др.) и катализаторов (едкое кали, окись цинка или окись кадмия), были зафиксированы лишь следы (около 0.5%) виниловых эфиров. В целях снижения блокирующего действия трихлорэтильной группы производилось частичное дехлорирование /З-хлораль-О-глюкозы.
В опытах по винилированию 4,6-0-бензилиден- и 4,6-Оэтилиден-Б-глюкоз- в качестве среды применялся диоксан, варьировались температурный режим, длительность реакции, катализатор, однако для этих соединений, имеющих незащищенный полуацетальный гидроксил, не удалось получить соответствующих тривиниловых эфиров ввиду полного осмолення исходных углеводов [23].
Детальное изучение винилирования метил-a-D-глюкозида под давлением ацетилена в автоклаве представлено в работе Шостаковского М. Ф. и сотр., опубликованной в 1954 году [29]. Для такого соединения возможно образование четырнадцати разных виниловых эфиров, отличающихся, расположением и количеством винилоксигрупп, а для неполных виниловых эфиров можно представить также образование циклоацеталей. Авторы, однако, показали, что получение продукта исчерпывающего винилирования может быть успешным при избытке ацетилена, обеспечивающего преобладание реакции винилирования над процессами циклизации виниловых эфиров. Образование ацеталей предотвращается также путем подбора минимальной температуры времени реакции.
Восстановительная десульфонизация фенил сульфонилэтенов
Интересный двухстадийный метод синтеза виниловых эфиров описан в работе [70]. Методика включает конверсию спиртов в производные Р алкоксивинилсульфонов и дальнейшую восстановительную десульфонизацию. ROH + /= PhSo/ /2рь CMe3sg2NLi ТГФ,-78С, 12ч RQ/ / Ph Na/Hg г МеОН R0 Авторы [6, 70] успешно применили данную методику к углеводам и получили большую серию их виниловых эфиров с высоким препаративным выходом. Исходный углевод Выходвиниловогоэфира, % 1,2:3,4-ди-0-изопропилиден-а-В-галактопираноза 66 2,3:4,5-ди-0-изопропилиден-/Ш-фруктопираноза 82 2,3:4,6-ди-(9-изопропилиден-ог-Ь-сорбофураноза 65 1,2:4,5-ди-0-изопропилиден- -Б-фруктопираноза 94 3,4-ди-Обензил-1,2-0-изопропилиден-/?-Ь-сорбопираноза 93 Метил-4,6-0-бензилиден-2-деокси-2-метил-- a-D-альтропираноза 84 Метил-4,6-0-бензилиден-2-деокси-а-О-глюкопираноза 84 . 1,2:5,6-ди-0-изопропилиден-а-В-глюкофураноза 60 1,2:4,5-ди-0:изопропилиден-/?-В-псикопираноза 55 2,3:5,6-ди-0-изопропилиден-сЯ маннофураноза 65 Для осуществления- первой стадии процесса - получение Р-алкоксивинилсульфонов углеводов - авторами [70] были протестированы два реагента: NaH и литийгексаметилдисилазан. Был выбран литийгексаметилдисилазан, так как при его использовании обработка углеводов 1,2-бис(фенилсульфонил)этеном селективно и с высоким выходом дает ожидаемые продукты. Согласно методике смесь сахара и 1,2 31 бис(фенилсульфонил)этена в присутствии нескольких кристаллов тетрабутиламмоний бромида обрабатывали раствором литийгексаметилдисилазана в ТГФ при температуре -78С.
Среди нескольких восстановительных методик для проведения второй стадии была выбрана обработка полученных (3-алкоксивинилсульфонов углеводов 6%-ной амальгамой натрия в метаноле с добавлением дигидрофосфата натрия. В пользу этой методики свидетельствует низкая стоимость реагентов, мягкость реакционных условий, легкость исполнения процесса и очистки продуктов реакции.
В 1978 г. Теббе Ф. с соавт. [71] предложил в качестве С [-строительного блока металл ациклобутановый реагент 22, который получил широкое распространение в реакции олефинирования Ср2Ті С -А1(СН3)2 карбонильных соединений. Если в качестве XI 22 карбонильного компонента выступает эфир карбоновой кислоты, то в результате реакции образуется виниловый эфир. Марра А. и сотр. [72] ввели использование реагента
Впоследствии олефинированием по Теббе был синтезирован ряд виниловых [13] и изопропениловых [73-81] эфиров Сахаров. Метод применялся, в частности, для получения 2-изопропениловых эфиров замещенных этилтио-а-Б-маннопиранозида 24а [73-77], этилтио-/М}-маннопиранозида 246 [76, 77] и этилтио-/Ш-глюкопиранозида 24в [76, 77]. С этой целью 2-0-ацетаты этилтио-а(/?)Т)-маннопиранозида или этилтио- -D-глюкопиранозида, защищенные по всем остальным группам, обработали реагентом Теббе. Выход эфиров 24 составлял 68-90%. Полученные виниловые эфиры в дальнейшем использовались авторами для получения олигосахаридов.
Условия синтеза, подробно приведенные в работе [75], являются типичными для этого метода: растворитель или смесь растворителей, органическое основание, минусовые температуры, атмосфера аргона. В данных работах в качестве растворителя и основания использовалась смесь толуола, ТГФ и пиридина в соотношении 6 : 2 : 0.1, причем 1.5-2-кратный избыток реагента Теббе в толуоле добавлялся к охлажденному до -40С раствору исходного ацетилированного тиогликозида.
Теббе метиленированию подвергались также карбоксилированные производные гликалей. Так, с целью синтеза С-гликозидов авторы работ [80, 81] на первой стадии проводили Теббе метил енирование сложных эфиров, полученных по 3-ОН-группе гликалей, получая замещенные виниловые эфиры 26а-д с выходами 93-96%, которые в дальнейшем использовались в перегруппировке Кляйзена, давая С-гликозиды.
И, конечно, необходимо отметить работу, вышедшую в 2006 г. [13], отличающуюся от прочих, прежде всего, тем, что в ней получены незамещенные виниловые эфиры и винилгликозиды. Это достигается использованием формиатов в качестве субстратов олефинирования по Теббе, тогда как обычно в реакцию вводятся ацетаты, реже - другие сложные эфиры.
Довольно старым, но применяющимся и в настоящее время методом получения -замещенных виниловых эфиров, в том числе виниловых эфиров углеводов, является изомеризация соответствующих аллиловых эфиров под действием сильных оснований (КОН, Л-BuOK в ДМСО) ИЛИ металлокомплексных катализаторов, таких как трис(трифенилфосфин)родийхлорид (катализатор Вилькинсона).
Большое количество работ по изомеризации аллиловых эфиров Сахаров в пропениловые эфиры опубликовано в 60-70-х годах прошлого столетия Гиггом Р. с соавт. [84-96]. Обычно они проводили реакцию при 100С, используя эквимольное или избыточное количество /-ВиОК в ДМСО. Так в работе [84] замещенный 3-О-виниловый эфир 1,2:5,6-ди-0-изопропилиден-0-глюкофуранозы 28 был получен изомеризацией соответствующего аллилового эфира под действием эквимольного количества ґ-BuOK в ДМСО (100С, 15 мин). ВЫХОД продукта 28 не приводится.
Изомеризации в присутствии ґ-BuOK в ДМСО подвергались 6-0- и 4-0-аллилпроизводные замещенного по гидроксильным группам бензил- a-D-галактопиранозида [89], 4-0-аллилпроизводное фенил-2,3-бутенил-у#-В-галактопиранозида [94], 2-0-аллил-3,4,6- [87], 6-0-аллил-2,3,4- [85], 6-0-тритил-2,3,4- [85], 6-0-бутенил-2,3,4- [93], 2,4,6- [88], 3,4,6- [92] и 2,3,4-три-0-бензилпроизводные [90] аллил-а-Б-галактопиранозида, а также такой 3-0-аллилгалактопиранозид, как 3-0-(2,4,6-три-0-бензил-3-0-аллил-/Ш-галактопиранозил)-1 -0-гексадецил-Ь-глицерин [95].
Винилирование низкомолекулярных производных D-глюкозы
Широкая доступность, оптическая чистота и дешевизна углеводов, наличие в них почти универсальных комбинаций хиральных центров сделали эти соединения важнейшими исходными веществами для асимметрического синтеза сложных соединений.
Химия D-глюкозы наиболее полно разработана не только по сравнению с другими моносахаридами, но и с углеводами вообще. Среди производных D-глюкозы чемпионом по использованию является легкодоступная 1,2:5,6-ди-0-изопропилиден- CK-D-глюкофураноза (диацетон-О-глюкоза), гидролиз изопропилиденовых групп которой открывает доступ к другим производным глюкозы. К этому же классу соединений относится целлюлоза, чрезвычайно широко распространенная в растительном мире, которая является полимером, состоящим из звеньев (3-1— 4 связанных D-глюкопираноз.
Как описывалось в литературном обзоре (см. раздел 1.1.1), винилирование диацетон-О-глюкозы 1 ацетиленом под давлением было осуществлено Михантьевым Б. И. [31] в диоксане в присутствии 20% КОН. При этом выход целевого продукта составил 55%. Сведений о винилировании диацетон-Б-глюкозы ацетиленом при атмосферном давлении в литературе нет. Следует особо подчеркнуть, что в цитируемойработе [31] строение образующегося винилового эфира доказывалось только химическими методами, а именно, гидролизом и гидрированием винилоксигруппы. Лишь позднее при получении виниловых эфиров диацетон-О-глюкозы косвенными методами (см. раздел 1.2) их строение изучили с применением спектральных методов исследования.
Скорость винилирования диацетонглюкозы 1 существенно замедляется при замене высокополярного ДМСО на ТГФ. Так, если в системе КОН-ДМСО винилирование ацетиленом под давлением гладко протекает при 80-89С, то в системе КОН-ТГФ даже при 100-110С и времени реакции 5 ч целевой виниловый эфир 2 практически не образуется (табл. 1, оп. 3), а при повышении температуры до 125-138С (4 ч) выход эфира 2 составляет всего 42% (табл. 1, оп. 4).
Как и следовало ожидать, для получения сопоставимых результатов винилирование диацетонглюкозы при атмосферном давлении ацетилена (табл. 2) следует проводить в более жестких условиях (ДМСО, 107-118С), чем при повышенном давлении (ДМСО, 80-89С).
Винилирование диацетонглюкозы 1 ацетиленом при атмосферном давлении мы проводили, пропуская ацетилен со скоростью примерно 2 л/ч через реакционную смесь, состоящую из диацетон-Б-глюкозы 2, основания (КОН или t-BuOK) и ДМСО в мольном соотношении 1 : 0.35 : 56. Контроль за ходом реакции осуществляли методом ИК спектроскопии по появлению полосы поглощения при 1620-1640 см"1 и других полос поглощения винилоксигруппы. Выделение продуктов во всех случаях проводилось экстракцией реакционных смесей, эфиром и последующей дистилляцией эфирных экстрактов. Следует отметить, что непрореагировавшую диацетонглюкозу можно вернуть с незначительными потерями после обработки реакционной смеси.
Таким образом, винилирование диацетон-Б-глюкозы 1 протекает достаточно гладко, без заметных побочных превращений исходного сахара 1 или образующегося винилового эфира 2, т.е. диацетон-О-глюкоза ведет себя как обычный вторичный спирт.
Полученный виниловый эфир диацетон-В-глюкозы 2 представляет собой бесцветную или слегка желтоватую вязкую жидкость и является левовращающим хиральным соединением, характеризующимся величиной удельного вращения [a]D = -26.7 (с 2.0, СС14).
ИК спектр выделенного винилового эфира 2 не содержит полосы поглощения гидроксильной группы, но содержит характерную полосу поглощения С=С-связи с двумя максимумами равной интенсивности при 1610 и 1628 см"1, а также другие полосы винилоксигруппы: 837, 953, 1200, 1323, 1380, 3110 см"1.
В ЯМР Н спектре эфира 2 присутствуют интенсивные сигналы винилоксигруппы при 6.38 м.д. (д.д, =СНО), а также 4.37 м.д. (д.д, =СНтраис) и 4.13 м.д. (д.д, =СНг с). Спектр ЯМР С винилового эфира диацетон-О-глюкозы 2 имеет сигналы винилоксигруппы при 150.0 (=СНО) и 89.5 м.д. (=СН2).
Легкость гидролиза ацетальных группировок исходной диацетон-О-глюкозы 1 обусловливает в некоторых случаях появление в ЯМР 1Н спектре эфира 2 кроме интенсивного сигнала при 6.38 м.д. (д.д, =СНО) еще двух сигналов низкой интенсивности в той же области с центрами при 6.45 и 6.27 м.д. Соответственно, наряду с дублетом протона Н-1 при 5.87 м.д. можно,, , различить еще два дублета: 5.77 и 5.97 м.д. При этом в спектрах ЯМР !Н" исходной диацетон-О-глюкозы 1, снятых в ДМСО, присутствуют соответствующие сигналы гидроксильных групп: интенсивный дублет протонов при 5.35 м.д. (диацетон-О-глюкоза) и слабые дублеты в области 5.10 и 5.44 м.д (примесь моноацетон-О-глюкозы).
Введение винилоксигруппы в молекулу диацетон-О-глюкозы открывает новые возможности химической модификации этого соединения с сохранением его оптической активности [1], например реакции радикального присоединения вторичных органилфосфинов (раздел 2.2.1) [115-118].
Таким образом, показана принципиальная возможность винйлирования диацетон-О-глюкозы ацетиленом как при повышенном, так и при атмосферном давлении в системе основание-ДМСО.
Как указывалось в литературном обзоре (раздел 1.1.2), винилирование 1,2-0-циклогексилиден-а-В-глюкофуранозы - углевода с тремя свободными гидроксильными группами проводилось ранее [23]. 3,5,6-Три-0-винил-1,2-0-циклогексилиден-Э-глюкофураноза была получена с выходом 66%. О винилировании таких Сахаров ацетиленом при атмосферном давлении не сообщалось.
В отличие от диацетонглюкозы для Сахаров, имеющих несколько незащищенных гидроксильных групп, возможно образование как полных, так и неполных виниловых эфиров, а также изомеризация последних в циклические ацетали подобно тому, как это происходит при винилировании диолов [18, 20-22, 119]. Известно также, что процесс винилирования 1,2-диолов и полиолов в высокоосновных системах может сопровождаться элиминированием винилового спирта из полученных виниловых эфиров с образованием новой ненасыщенной группировки, например, при винилировании этандиола образуется простой дивиниловый эфир [20, 120], а в случае глицерина - дивинилоксипропены [20, 121].
Синтез метил-4,6-0-бензилиден-2,3-ДИ-0-винил-а-В-глюкопиранозида
Метод А. Винилирование метил-4,6-0-бензилиден-аг-В-глюкопиранозида (3) ацетиленом при повышенном давлении (табл. 3, оп. 4). Bfстальной вращающийся автоклав объемом 0.25 л поместили 1.61 г (5.7 ммоль) метил-4,6-0-бензилиден-сг-В-глюкопиранозида (3), 0;34 г (6 ммоль) КОН и 30 мл ДМСО, подавали ацетилен с начальным давлением 12. атм и нагревали при вращении до 84-85С в течение 2 ч. За ходом реакции следили по поглощению ацетилена. После окончания поглощения ацетилена реакционную смесь охладили до комнатной температуры, выгрузили, и обработали пропусканием С02. Полученный осадок" отфильтровали; и; фильтрат сконцентрировали в два раза при пониженном давлении. . Концентрат, растворили в Н20 и экстрагировали эфиром (6 х 20 мл).Экстракт промыли Н2 дляї удаления остатков,- ДМСО; сушили над:К2С03 и. затем перегоняли при пониженном- давлении. Перегонкой: получили желтый;: кристаллический продукт (5) 1.14 г (60%). Метод Б. Винилирование мети л-46-0-бензил идеи-a-D-глюкопиранозида (3) ацетиленом при атмосферномдавлении (табл. 3; оп. 2). Через смесь. метил-4,6-(9-бензилиден-а-В-глюкопиранозида (3) (2182 г, 10 ммоль), ґ-BuOK (0.84 г, 7.5 ммоль) и ДМСО (40 мл); помещенную в цилиндрический/реакционный сосуд, снабженный трубкой"для пропускания газа;с пористым стеклянным фильтром и магнитноймешалкой; пропускали ацетилен со скоростью 2 л/ч;. Смесь перемешивали ш нагревали на магнитной мешалке влечение 10ч при 115-117С. После охлаждения через реакционную смесь в течение 0.5-1 ч пропускали С02. Реакционную смесь упаривали при пониженном давлении (7 мм рт.ст.) до 20 мл, разбавляли 40 мл воды: и: экстрагировали диэтиловым эфиром (7 х 30 мл). Экстракты промывали водой (3x10 мл), сушили над К2С03 и. очищали пропусканием через слой А120з- Растворитель упаривали и в остатке получили 3.02 г (90%) желтых кристаллов винилового эфира 5. Опыт 1 (табл. 3) проводили аналогично.
Дополнительную очистку полученных образцов дивинилового эфира 7 провели перекристаллизацией из гексана. Метил-4,6-0-бензилиден-2,3-ди-0-винил-а4)-глюкопиранозид (5): бесцветные иглы, т. пл. 87-88С (из гексана), [a]D22 +68.3 (с 1.5, СС14) ИК спектр (КВг, см-1): 3114, 3066, 3041 (v, =СН, =СН2); 1637 (v, С=С); 1371, 1354, 970, 846 (5, =СН, =СН2). Спектр ЯМР !Н (CDC13, S, м.д., J/Гц): 3.34 с (ЗН, ОМе); 3.63-3.78 м (3 Н-4, Н-5, Н-6); 3.86 д. д (Ш, =СН!/!(С, 3J4UC 6.4, ZJ , 1.2)-3.99 д. д (Ш, =СН,/ИС, %IC 6А, 2JeeM 1.6); 4.02 д. д(Ш, Н-2,3J9.1, V«3.5); 4.10 т (Ш, Н-3, V9.1); 4.21 д. д (1Н; =СЯтранс, 3JmpaHC 13.8, 2JeeM 1.2); 4.23 д. д (Ш, Н-6, V9.6,3/4.3); 4.32 д. д (1Н, =СНтраис, 3JmpaHC 14.0, 2Jeeu 1.6); 4.93 д (Ш, Н-1, V3.5); 5.64 с (Ш, ОСНО); 6.39 д. д (1Н, =СНО, 3JmpaHC 13.8, 3Ji uc 6.4); 6.44 д. д(1Н, =СНО, 3JmpaHC 14.0; %1С 6.4); 7.35-7.41 м (5Н, Ph). Спектр ЯМР 13С (CDCI3, S, м.д.): 55.1 (ОМе), 62.1 (С-5), 68.2 (С-6), 79.2 (С-2, С-4), 79.9 (С-3), 88.6 (=СН2), 89.5 (=СН2), 97.6 (С-1), 100.6 (ОСО), 126.7 (2C-Ph), 128.4 (2C-Ph), 128.9 (C-Ph), 137.8 (C-Ph), 152.5 (=CHO), 154.4 (=CHO). Найдено, %: С 64.88; H 6.71. С18Н22Об. Вычислено, %: С 64.66; Н 6.63.
Метод А. Винилирование 1,2-0-циклогексилиден-а-В глюкофуранозы (4) ацетиленом при повышенном давлении (табл. 3, оп. 5). В стальной вращающийся автоклав объемом 0.5 л поместили 3.93 г (15 ммоль) 1,2-0-циклогексилиден-а-Б-глюкофуранозы (4), 0.66 г (11.8 ммоль) КОН и 50 мл ДМСО, подавали ацетилен с начальным давлением 12 атм и нагревали при» вращении в течение 2 ч при температуре 85-90С. За ходом реакции следили по поглощению ацетилена. После окончания поглощения ацетилена смесь охлаждали. От выгруженной из автоклава реакционной смеси примерно половину растворителя отгоняли при пониженном давлении. Оставшуюся реакционную массу разбавляли двукратным количеством воды и проводили ее экстракцию диэтиловым эфиром (6 х 30 мл). Объединенные экстракты промывали водой (3 х 20-30 мл), сушили над К2С03. После удаления растворителя на роторном испарителе тривиниловый эфир 1,2-0-циклогексилиден-сЯ глюкофуранозы 6 выделяли перегонкой остатка в вакууме. Получили продукт 6 в количестве 4.24 г (83%) в виде бесцветной вязкой жидкости. Опыт 6 (табл. 3) проводили аналогично. Метод Б. Винилирование Г,2-0-циклогексилиден-а-В глюкофуранозы (4). ацетиленом при атмосферном давлении (табл. 3, оп. 3). Смесь 2.62 г (10 ммоль) 1,2-0-циклогексилиден-а-О-глюкофуранозы (4), 0,84 г (7.5 ммоль) ґ-BuOK и 40 мл ДМСО загрузили в цилиндрический реакционный сосуд, снабженный трубкой-для пропускания газа с пористым стеклянным фильтром и мешалкой. Сосуд опустили в масляную баню, нагретую до температуры 113-117С, и пропускали ацетилен ( 2 л/ч) в течение 15 ч. По окончании синтеза реакционную смесь нейтрализовали С02, отгоняли половину ДМСО в вакууме, остаток разбавляли водой в два раза и экстрагировали эфиром. Экстракт сушили над К2С03, очищали пропусканием над А1203 и отгоняли эфир. Остаток разогнали при температуре 142-148С (3 мм рт. ст.) и получили продукт 6 в количестве 2.68 г (79%).
Повторной перегонкой в вакууме провели дополнительную очистку полученного винилового эфира 6. 1,2-0-циклогексилиден-3,5,6-три-0-винил-а-В-глюкофураноза (6): бесцветная вязкая жидкость, т. кип. 142-148С (3 мм рт. ст.), nD20 1.5041, [a]D22 -10.7 (с 2.3, СНСІз). Лит. данные: т. кип. 120-123С (0.1 мм рт. ст.), nD20 1.5020 [32]. ИК спектр (микрослой, см 1): 3118, 3000 (v, =СН, =СН2); 1636, 1622 (v, С=С); 1369, 1321, 953, 846 (5, =СН, =СН2). Спектр ЯМР Н (CDC13, S, м.д., J/Гц): 1.36-1.39 м (2Н, СН2-циклогексил); 1.48-1.56 м (4Н, 2СН2 циклогексил); 1.60-1.73 м (4Н, 2СН2-циклогексил); 3.85 д.д(1Н,Н-6,2Л1.2, V5.8); 3.99 д. д (1Н, =СН„„С, 3J„UC 6.3, %ем 1.8); 4.00 д. д (1Н, =СНЧИС %ІС 6.6, 2JZUi 2.0); 4.07 д. д (1Н, Н-6, V11.2, V 1.8); 4.14 д. д (1Н, =СН„„С, %lc 6.7, 2J:eM 2.3); 4.22 д. д (1Н, =СНтранс, 3JmpaHC 14.2, 2J2eM 2.0); 4.25 д. д. д (1Н, Н-5, V11.9, V5.8,3J 1.8); 4.31 д. д (Ш, Н-4,3J9.3, V 3.0); 4.35 д. д (1Н, =СНтранс, 3Jmpailc 13.8, 2JseM 1.8); 4.36 д (Ш, Н-3,3J3.0); 4.39 д. д (1Н, =СЯтранс, 3JmpaHC 14.2, 2JeeM 2.3); 4.56 д (Ш, Н-2, 3J3.7); 5.88 д (1Н, Н-1, 3J3.7); 6.26 д. д (1Н, =СНО, 3JmpaHC 13.8,3Jmc 6.3); 6.30 д. д (1Н, =СНО, 3Jmpam 14.2, %1С 6.6); 6.37 д. д (Ш, =СНО, 3JmpaHC 14.2,3J4UC 6.7). Спектр ЯМР ,3С (CDC13, , м.д.): 23.7, 24.0, 24.9, 35.8, 36.5 (6С-циклогексил), 68.4 (С-6), 75.5 (С-5), 77.5 (С-4), 80.3 (С-3), 81.5 (С-2), 87.2 (=СН2), 89.7 (=СН2), 90.0 (=СН2), 104.8 (С-1), 113.0 (ОСО), 149.8 (=СНО), 151.5 (=СНО), 151.9 (=СНО). Найдено, %: С 62.84; Н 7.73. С18Н2606. Вычислено, %: С 63.89; Н 7.74. а) (табл. 4, опыт 5). Смесь 5.82 г (30 ммоль) метил-a-D-глюкозида 7, 2.24 г (40 ммоль) КОН, СН3ОН (3 мл) и ДМСО (100 мл) помещали в стальнй 1-литровый вращающийся автоклав, подавали ацетилен (начальное давление при комнатной температуре 16 атм) и нагревали при 85-87С в течение 45 мин. После охлаждения до комнатной температуры (остаточное давление ацетилена 12 атм.) реакционную смесь выгружали, разбавляли 100 мл воды, нейтрализовали катализатор, пропусканием через реакционную смесь в течение 0.5-1 ч С02 и экстрагировали петролейным эфиром (6 х 30 мл). Экстракт промывали водой (3 х 10 мл), сушили над К2СОз, очищали пропусканием через слой А12Оз, и концентрировали при пониженном давлении, получая тетравиниловый эфир метил-a-D-глюкозида 8 в виде твердого желтого остатка. Выход сырого продукта 8.1 г (90%). Опыты 3,4,6,7 (табл. 4) проводили аналогично. Дополнительную очистку полученных образцов тетравинилового эфира метил- a-D-глюкозида 8 провели перекристаллизацией из гексана. б) (табл. 4, опыт 1). Смесь 7.0 г (35 ммоль) метил-a-D-глюкозида 7 (а : /?= 1 : 1), 3.4 г (60 ммоль) КОН, и ДМСО (100 мл) помещали в стальнй 1-литровый вращающийся автоклав, подавали ацетилен (начальное давление при комнатной температуре 18 атм) и нагревали при 100-105С в течение 2 ч. После охлаждения до комнатной температуры (остаточное давление ацетилена 12 атм.) реакционную смесь выгружали разбавляли 100 мл воды и экстрагировали диэтиловым эфиром (6 х 30 мл). Экстракт промывали водойм (3 х 10 мл), сушили над К2СОз, концентрировали и приливали к петролейному эфиру. Образующийся осадок отфильтровали, фильтрат очищали пропусканием через слой А1203 и концентрировали при пониженном давлении, получая тетравиниловый эфир метил-a-D-глюкозида 8 в виде твердого темного,остатка. Выход сырого продукта 3.7 г (35%).
