Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор алкинилаланы: методы синтеза, свойства, применение 7
1.1. Основные методы синтеза алкинильных АОС 7
1.1.1. Синтез непредельных АОС через алкинильные производные щелочных металлов 12
1.1.2. Металлирование ацетиленов алгомогидридами щелочных металлов 13
1.1.3. Получение комплексов триалкинилаланов 14
1.2. Основные физико-химические характеристики алкинилдиалкил-аланов 15
1.2.1. Ассоциация алкинилдиалкилаланов 17
1.2.2, Другие соединения с фенилэтинильным мостиком 18
1.3. Химические свойства алкинильных производных алюминия 20
1.3.1. Гидроалюминирование я-ацетиленовой связи алкинильных АОС 21
1.3.2. Действие галогенов на алкинилдиалкилаланы 23
1.3.3. Синтез высокоразветвленных алкинов взаимодействием АОС с галогенпроизводными углеводородов 25
1.3.4. Карбоксилирование алкинилаланов 26
1.3.5. Реакции с карбонилсодержащими соединениями 26
1.3.6. Реакции с насыщенными альдегидами и кетонами 27
1.3.7. Реакции алкинилаланов с ненасыщенными альдегидами и кетонами 29
1.3.8. Реакции алкинильных АОС с циклическими окисями 34
1.3.9. Реакции эпокисей циклопентанового ряда с АОС ацетиленового типа 39
1.3.10. Взаимодействие 1,3-диоксацикланов с алкинилдиалкилаланами 42
1.3.11. Взаимодействие алкинилдиалкилаланов с ацетоксидиоксанами 44
1.3.12. Расщепление алкинильными АОС оксазолидиновых циклов 47
ГЛАВА 2. Обсуждение результатов 50
2.1. Синтез ацеталей высших ацетиленовых альдегидов 50
2.1.1. Взаимодействие диалкилалкинилаланов с триэтилортоформиа- том 50
2.1.2. Взаимодействие аминных комплексов алкинилдиалкилаланов с триэтилортоформиатом 5 5
2.1.3. Синтез диэтилацеталей замещенных пропаргильных альдегидов, содержащих дополнительные функциональные группы 60
2.2. Влияние структуры алкоксильного радикала ортоформиатов на их активность в реакциях с АОС 62
2.3. Взаимодействие 5- и 6-членных 2-алкокси-1,3-диоксациклоалканов с АОС различной структуры 64
2.4. Синтез а-ацетиле новых кетонов взаимодействием АОС с ортоаце-татами 70
2.5. Взаимодействие высших ортоэфиров с триалкилаланами 76
2.6. Синтез третичных аминов ацетиленового ряда 78
ГЛАВА 3. Экспериментальная часть 82
Выводы 99
Список литературы 100
- Синтез непредельных АОС через алкинильные производные щелочных металлов
- Синтез высокоразветвленных алкинов взаимодействием АОС с галогенпроизводными углеводородов
- Взаимодействие аминных комплексов алкинилдиалкилаланов с триэтилортоформиатом
- Взаимодействие 5- и 6-членных 2-алкокси-1,3-диоксациклоалканов с АОС различной структуры
Введение к работе
а-Ацетиленовые альдегиды, кетоны и их ацетали, а также третичные амины, содержащие алкинильный фрагмент, находят применение в органическом синтезе при получении широкого ряда практически ценных продуктов, в том числе биологически активных природных соединений и их аналогов [1-6].
Наиболее известной и широко используемой методикой синтеза ацета-лей замещенных пропаргиловых альдегидов и кетонов до настоящего времени остается реакция Бодру-Чичибабина, т. е. синтез соответствующих ацета-лей взаимодействием алкинилмагнийгалогенидов с ортоэфирами. Необходимость проведения процесса в среде эфирных растворителей затрудняет его применение в крупномасштабных синтезах. Замена алкинилмагниевых реагентов на аналогичные алюминийорганические, получаемые на основе производимых в промышленных масштабах простейших алюминийорганических соединений (АОС), позволила бы использовать в качестве реакционной среды негорючие галоидуглеводородные растворители, или их смеси с углеводородами. Однако реакционная способность алкинильных производных алюминия в отличие от их алкильных и винильных аналогов изучена все еще недостаточно.
В связи с этим изучение закономерностей взаимодействия алюминий-органических соединений, содержащих а-алкинильные радикалы, с ортоэфирами различного строения, а также их азотсодержащими производными, позволяющее расширить известные представления о реакционной способности этих соединений, и механизмах их взаимодействия, представляется важной и актуальной задачей.
Диссертация выполнена в соответствии с планом НИР Института органической химии УНЦ РАН по теме "Исследование реакционной способности алкинильных и гетероциклических производных алюминия" (номер государственной регистрации 0120.0500679) и проектом Федеральной целевой про-
граммы "Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2006 годы" (грант 06-15-97322 Совета по грантам Президента РФ государственной поддержке ведущих научных школ с 1.05.2003 по 1.05.2004).
Основной целью данной работы является изучение закономерностей взаимодействия алкинильных алюминийорганических реагентов с ортоэфи-рами и их производными: установление взаимосвязей между структурой реагентов и их реакционной способностью, подбор оптимальных условий проведения реакций.
Синтез непредельных АОС через алкинильные производные щелочных металлов
Металлирование терминальных алкинов может быть осуществлено при действии алюмогидридов щелочных металлов в присутствии пиридина или простого эфира. Реакционная способность гидридов в этом процессе уменьшается в ряду: КАІКЦ NaAlH4 L1AIH4. Обработка полученных тет-раалкинилалюминатов хлоридом алюминия приводит к соответствующим алюминийтриалкинилам. Интересно, что в присутствии небольших количеств диал кил алюминий гидридов реакция металлирования не идет [25].
На скорость реакции металлирования ацетиленов алюмогидридами щелочных металлов существенное влияние оказывают растворители. С увеличением основности растворителя увеличивается и скорость металлирования в ряду: Et20 (z -Bu)20 ТГФ пиридин.
Реакция металлирования ацетиленов алюмогидридами щелочных металлов носит ступенчатый характер. Первые две А1-Н связи реагируют значительно быстрее третьей [25].
Реакция диизобутил(фенилэтинил)алюмината натрия с диизобутила-люминийбромидом проводилась в гексане [26], но чаще в таких случаях используются эфирные растворители. 65 С Na-/-Bu2Al(C=CPh)2 + /-Bu2AlBr 2 /-Bu2AlC=CPh + NaBr Так, комплекс ТГФ и диэтилфенилэтинилалюминия получен [22] взаимодействием диэтил(фенилэтинил)алюмината натрия с диэтилалюми-нийхлоридом в ТГФ. Na-Et2Al(C=CPh)2 +Et2AlCl ТГФ » 2 Ет2А1С=СРп-ТТФ + NaBr
Хотя моноалкилдиалкинилаланы как правило, нестабильны, в работе [26] описывается получение этилдигексинилалюминия по реакции этил-три(гекс-1-ин-1-ил)алюмината натрия с этилалюминийдихлоридом.
Диалкилалкинилаланы могут быть также получены диспропорциони-рованием триалкил- и триалкинилаланов [ 19, 27, 28].
Тетраалкинилаланаты щелочных металлов [27-29] лучше всего получаются при взаимодействии трех молей алкинилнатрия с молем хлорида алюминия в растворе подходящего основания [19, 27- 30]. 3 RC=CNa + AICI3 + В (RC=C)3A1-B + 3 NaCl
При использовании одного моля ацетиленида натрия получен диокса-новый комплекс этинилалюминийдихлорида [29]. Другим путем получения этинилалюминийхлоридов является диспропорционирование [27, 28].
Комплексы триалкинилаланов могут также быть получены из тетраал-килалюминатов натрия, например, по приведенному ниже уравнению [26]:
Реакция бмс-алкинилртути с тонкоизмельченным алюминием приводит к быс-тетраалкинилалюминатам ртути, которые далее диспропорциони-руют до эфиратов триалкинилаланов [19, 29], тогда как триметиламинные комплексы трипропинил-, трипентинил- и трифенилэтинилаланов могут быть получены взаимодействием диалкинилртути и аминного комплекса алюмо-гидрида [29,31]. 4 (RC=C)2Hg + 2А1 tM(RC=C)4AI2 + 3Hg Hg[(RC=C)4AI]2 + 2Et20 2 (RC=QjAl-Et20 + (RC=C)2Hg 3(RC=C 2Hg +2AH?NMe3 3H2 + 3Hg + 2 (RC=(%A1 Nufej. Реакция замещения основания открывает путь от одного комплекса триалкинилалана к другому с более сильным основанием [29, 30]. (RC=C)3Al-OEt2 + Me3N (RC=C)3Al-NMe3 + ЕЮ
Таким образом, из числа алкинильных производных алюминия наиболее легкодоступными и стабильными являются диалкилмоноалкинильные.
В отличие от три- и диалкинилаланов, эти соединения вполне стабильны, в том числе и по отношению к диспропорционированию, и в некоторых случаях (например диэтилбут-1-ин-1-илалюминий [17]) могут быть очищены перегонкой.
Некоторые физико-химические характеристики наиболее хорошо охарактеризованных соединений приведены в таблице 3.
Алкинилдиалкилаланы образуют комплексы с основаниями менее легко, чем триалкилаланы, что объясняется их более прочной самоассоциацией. Так, диэтилбутинилалюминий не полность образует комплекс с эквивалентным количеством эфира. Обращает внимание [ 17] сдвиг частоты поглощения тройной связи при комплексообразовании диэтилбутинилалюминия и диме-тилфенилэтинилалюминия с эфирными растворителями.
Диалкилэтинилаланы особенно склонны к полимеризации. Так, эфират диэтилэтинилалюминия оказался нестабильным даже при пониженной температуре [18], причем полимеризация проходила с отщеплением эфира. В то же время, тетрагидрофуранильный комплекс дифенилэтинилалюминия оказался гораздо более стабильным [21].
Синтез высокоразветвленных алкинов взаимодействием АОС с галогенпроизводными углеводородов
Присоединение четвертичного углеродного атома к алкинильной группе не может быть осуществлено реакцией ятрет-алкилгалогенидов с традиционно используемыми в подобных превращениях алкинильными производными лития, магния и некоторых переходных металлов вследствие доминирования побочных процессов элиминирования и других реакций. Однако, использование триалкинилаланов, полученных из алкиниллития и безводного А1С13 позволяет селективно с высокими выходами провести реакцию кросс-сочетания с трет-алшпбромидами, хлоридами и сульфонатами [8].
Взаимодействие третичных алкилгалогенидов с ацетиленовыми АОС проходит весьма энергично и в ряде случаев приводит к почти количественному образованию продуктов. Например, 1-бромадамантан алкилирует три-гексинилалюминий с образованием большого количества 1-адамантил-1-гексина [8]. Приводимые ниже уравнения реакций показывают некоторые возможности использования этого интересного метода синтеза дизамещен-ных ацетиленов.
Следует заметить, что хотя две из трех алкинильных групп триалкини-лаланов в ходе реакции не утилизируются, соответствующие алкины могут быть выделены практически количественно из продуктов гидролиза реакционной массы для повторного использования [8].
Высокой активностью в реакциях с С02 обладают триацетиленпроиз-водные алюминия, а также диалкилдиацетиленалюминаты щелочных металлов и производные диалкил ацетил еналюминия. Соединения двух последних типов селективно реагируют с СОг только за счет ацетиленовых заместителей [37].
Известно [44], что среди органических производных натрия, лития и магния алкильные соединения этих металлов более реакционноспособны, чем винильные и ацетиленовые.
В тоже время, по данным Захаркина с сотр. [45, 46] ацетиленовые АОС, обладают большей активностью по отношению к карбонильным субстратам, чем алкильные и даже винильные. Авторы объясняют это тем, что в случае алюминия, обладающего большей электроотрицательностью, чем литий, натрий и магний, алкильные соединения содержат менее полярные связи углерод-металл и, следовательно, благодаря меньшему частичному отрицательному заряду на атоме углерода, связанному с металлом, обладают меньшей нуклеофильностью, чем алкильные соединения лития, натрия и магния. При переходе к арильным, винильным и ацетиленовым производным также имеет место увеличение полярности связи углерод-металл. Следует допустить, что увеличение при этом нуклеофильности арильной, винильной и ацетиленовой групп по сравнению с алкильными группами связано, по-видимому, с тем, что в этом случае эффект размазывания частичного отрицательного заряда по винильной и ацетиленовой группам не подавляет эффекта, вызванного эффектом полярности связи углерод-металл, вследствие чего результирующая электронная плотность на арильном, винильном или ацетиленовом атомах углерода, связанных с атомом металла, оказывается выше, чем на алкильном атоме углерода и, следовательно, нуклеофильность этих групп будет повышена по сравнению с алкильной группой.
Как показано в работах [44-48], насыщенные альдегиды различного строения весьма гладко реагируют с АОС, содержащими ацетиленовые радикалы (табл. 7). Характерно, что в реакцию вступают не только ацетиленовые а/и-комплексы, но и диалкилалкинилпроизводные алюминия.
Взаимодействие аминных комплексов алкинилдиалкилаланов с триэтилортоформиатом
Наиболее популярно предположение о том, что в среде галоидсодер-жащих растворителей происходит переход алкилаланов из мономерной в более активную димерную форму [7]. Однако, квантовохимические расчеты, выполненные А. Э. Загидуллиной и И. В. Вакулиным на кафедре биоорганической химии Башкирского государственного университета [121] показали что, по крайней мере для димерных молекул триметил- и триэтилалюминия такая возможность исключается, хотя комплексо образование с молекулой хлористого метилена приводит к некоторому увеличению длины одной из алюминий-углеродных связей в молекуле АОС.
В этих же условиях выход 3-фенил-1,1-диэтоксипроп-2-ина (7) из ТЭОФ (1) и алкинилалана (4) практически не повышается в присутствии ZrCU, CuCl и других комплексов переходных металлов, эффективных для активации взаимодействия алифатических АОС с ТЭОФ (табл. 1). Очевидно, имеет место конкуренция между ароматическим ядром алкинильного радикала и атомом катализатора за межмолекулярную координацию с атомом алюминия в интермедиатном аддукте [122]. Действительно, при проведении реакции в ароматических растворителях (бензол, толуол) металлокомплекс-ные катализаторы практически не оказывают активирующего влияния на ход реакции.
Во всех случаях рассматриваемая реакция протекает строго селективно с разрывом исключительно связи А1-С= и не сопровождается характерной для реакций алкинильных металлорганических производных ацетилен-алленовой перегруппировкой [47] или изомеризацией со сдвигом тройной связи. В образующихся ацеталях, согласно данным ЯМР-спектроскопии, не содержится даже следов 1,2-сопряженных диеновых систем.
Строение и чистота синтезированных соединений доказаны методом ЯМР н и 13С спектроскопии. Необходимо отметить магнитную неэквивалентность (0.13 - 0.15 м.д.) протонов СН2-групп при кислородных атомах во фрагменте ОСН2СН3 ацеталей (5-7, 9).
Таким образом, диэтилалкин-1-илаланы реагируют в мягких условиях с триэтилортоформиатом, образуя с высокими выходами диэтилацетали высших ацетиленовых альдегидов.
Известно [10], что комплексы диизобутилалюминийгидрида с третичными аминами, более безопасные в обращении, чем свободный гидрид, в углеводородных растворителях селективно и практически количественно ме-таллируют терминальные ацетилены без образования каких-либо побочных продуктов. Одноко, нам не удалось обнаружить в литературе сведения о реакционной способности образующихся аминных комплексов диалкилалки-нилаланов и использовании данных реагентов в синтетической практике.
С целью разработки новых доступных и более безопасных в обращении алюминийорганических реагентов нами проведено металлирование гептина-1 и фенилацетилена комплексами ДИБАГ с триэтиламином, N-метилморфолином, пиридином, НЫ-диметиланилином, N,N,N ,N -тетраметил-биоаминометаном и изучена реакционная способность полученных комплексов алкинилаланов по отношению к ТЭОФ в найденных выше оптимальных условиях.
Из числа испытанных в реакции с ТЭОФ аддуктов алкинильных АОС и третичных аминов высокую активность и селективность действия, сравнимые с аналогичными показателями незакомплексованных АОС, проявили только комплексы с триэтиламином, тогда как остальные оказались полностью неактивными.
Так, аминный комплекс 1-гептинилдиизобутилалюминия1 (12) реагирует при комнатной температуре в углеводородной среде (гексан, петролейний эфир) с эквимольным количеством ТЭОФ, селективно образуя за 24 ч. 1,1-диэтоксиоктин-2 (5) с выходом 87% (схема 5, табл. 2).
Высокая региоселективность процесса (в реакции участвуют только алкинильные группы АОС, тогда, как образования ацеталей изовалерианово-го альдегида (16) отмечено не было) и чистота целевых продуктов при этом сохраняется.
Взаимодействие 5- и 6-членных 2-алкокси-1,3-диоксациклоалканов с АОС различной структуры
Таким образом, при взаимодействии с двойным избытком триалкил-или диалкилалкинилаланов 2-этоксизамещенные 1,3-диоксацикланы, не содержащие алкильных или арильных заместителей при углеродных атомах ге-тероцикла, образуют с высокими выходами смесь ациклических (а) и циклических (б) продуктов восстановительного алкинилирования (или алкилиро-вания - в случае использования триалкилаланов) с преобладанием первых. Необходимо отметить, что в условиях наших опытов взаимодействие алюми-нийорганических реагентов с циклическими ортоэфирами (35, 41, 44) проходит достаточно хемоселективно с разрывом только одной С-0 связи и не сопровождается дальнейшим расщеплением образовавшихся ацеталей.
Полученные результаты свидетельствуют о существенных различиях в механизмах расщепления диоксациклановых ортоэфиров магний- и алюми-нийорганическими реагентами
В то время, как данные о применения для синтеза кетонов по реакции Бодру-Чичибабина высших ортоэфиров (ацетатов, пропионатов, бензоатов), в отличие от популярного синтеза альдегидов с участием ортоформиатов ограничены несколькими примерами [120, 131], сведения о возможности вовлечения высших ортоэфиров в реакцию с алюминийорганическими соединениями к началу наших исследований вообще отсутствовали.
С целью разработки препаративного малостадийного метода синтеза находящих применение в органическом синтезе, в частности, при конструировании гетероциклических систем [132], а-ацетиленовых кетонов на основе доступных продуктов, нами изучено взаимодействие алкинилдиалкилаланов (2-4), и их аминных комплексов (12-14) с триметил- (48) и триэтилортоацета-том (49), триэтилортопропионатом (50), триметилортобензоатом (51). Установлено, что триметил- (48) и триэтилортоацетатацет (49) селективно реаги руют с аминными комплексами диалкилалкинилаланов (12-14), образуя соответствующие кетали (52-55), превращающиеся при кислотном гидролизе в а-ацетиленовые метилкетоны (56-58) — ценные продукты для органического синтеза.
Как и в случае ортоформиатов, метоксиэфир (48) более активен в реакции с АОС, чем его этоксигомолог (49), причем наибольшие выходы целевых продуктов (56-58) получены при использовании двойного избытка алюми-нийорганического реагента, или при проведении реакций в среде хлористого метилена.
В данном случае оказались неактивными не только аминные комплексы ал ки нил аланов, но и что несколько неожиданно, диэтил-2-фенилэтинилалюминий (4) — вероятнее всего, вследствие стерических за 76 труднений, возникающих на стадии образования интермедиатного аддукта ортоэфира (51) с АОС (4).
Таким образом, поведение алкил- и арилортоэфиров в реакции с диал-кил ал ки нил аланами зависит от природы заместителя при реакционном центре и их активность уменьшается в ряду: формиат = бензоат ацетат про-пионат.
Триалкилаланы (ТИБА, ТЭА) в реакции с высшими ортоэфирами показали значительно меньшую активность, чем диалкилалкинилаланы. Выходы продуктов восстановительного алкилирования, сравнимые с выходами продуктов восстановительного алкинилирования, получены лишь при взаимодействии триэтилалюминия с триметилортобензоатом (51); однако, в этом случае, как и при реакции с диал кил ал ки нил аланами, образуется смесь продуктов моно- (62а) и диалкилирования (626) (табл. 10).
В реакциях с ортоацетатами и ортопропионатами ТИБА и ТЭА оказались гораздо менее активными, чем при взаимодействии с ортоформиатами. Так, выход диэтилкеталя изобутилметилкетона (64) из триизобутилалюми-ния с ортоацетатом (49) в гексане не превысил 5%, Применение избытка ТИБА в среде хлористого метилена прзволило увеличить выход кетона (65) до 45%.
В тоже время, выход диметилкеталя (63) из триметилортоацетата (48) при взаимодействии его даже с эквимольным количеством триизобутилалю-миния в гексане достигает 55%, то есть, триметилортоацетат в данном случае позволяет получить больший выход кетона (65), чем его триэтильный гомолог.
Триэтилортопропионат (50) реагирует с триэтилалюминием лишь при кипячении в хлористом метилене, причем выход диэтилацеталя пентан-3-она (66) не превышает 26% (табл. 10). В тех же условиях, при взаимодействии ортоэфира (50) с диизобутилалюминийгидридом получен исключительно 1,1-диэтоксипропан (67) - продукт восстановительного расщепления, а дальнейшего восстановления кеталя (67) до пропилэтилового эфира не наблюдалось.
![Синтез и изучение структуры каликс[4]резорцинов, модифицированных различными азотсодержащими фрагментами](/i/i/4234/289020.png "Синтез и изучение структуры каликс[4]резорцинов, модифицированных различными азотсодержащими фрагментами Шаталова Нина Игоревна")
