Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Литературный обзор реакции нужеофилшого присоединения к алленам 8-43
1.1. Присоединение к алленовым нитрилам 9
1.2. Присоединение к алленовым амидам 14
1.3. Присоединение к производным алленил-фосфиновой кислоты и окисям фосфинов 15
1.4. Присоединение к еналленовым фосфона-там . 21
1.5. Присоединение к фосфониевым солям -алленовой группировкой 24
1.6. Присоединение к алленовым сульфонам и сульфоксидам 25
1.7. Присоединение 24
1.8. Присоединение к алленовым карбоновым кислотам, эфирам и галогенангидридам кислот 33
1.9. Присоединение, нуклеофилов к перфторал-ленам 36
1.10. Восстановление алленов гидридами ме таллов 38
ГЛАВА II. Обсуждение результатов взаимодействие адленшіацетиленов с азотистыми нужеофилами 44-64
II. І. Реакция алленилацетиленов с аминами 44
II. 2. Присоединение гидразинов к алленилаце тиленам 51
II. 3. Взаимодействие алленилацетиленовых хлоридов с аминами.Синтез еншювых диаминов 58
ГЛАВА III. Экспериментальная часть 65-96
Выводы 97-98
Список литературы 99-113
Приложение I14-128
- Присоединение к алленовым амидам
- Присоединение к фосфониевым солям -алленовой группировкой
- Восстановление алленов гидридами ме таллов
- Присоединение гидразинов к алленилаце тиленам
Присоединение к алленовым амидам
Алленовые амиды менее склонны к нуклеофильному присоединению по Михаэлю,чем нитрилы. Так, взаимодействие амида 15 с бутилами-ном протекает лишь при кипячении реагентов и приводит к сопряженному аддукту 16 [ІЗ]. Щелочной гидролиз амидной группировки 15 также часто сопровождается реакцией присоединения по аллену. Очевидно, даже в случае менее электроотрицательной по сравнению с цианогруппой,амидной группировки, эта реакция предпочтительна. Лишь в случае 15 (R=CHg; R = -C.HQ) удается гидролизовать амид в кислоту [із]. Это является подтверждением того, что нуклеофильное присоединение к ал-леновой группировке протекает по наиболее электрофильной 1,2-двой-ной связи. Только в этом случае объемистая " -С Нд группа может эффективно препятствовать подходу нуклеофила. Исследованию присоединения нуклеофильных агентов к алленовым системам активированным фосфонатными группами посвящен ряд работ Пудовика с сотр.[7,I4-I6].Изучено присоединение в присутствии основных катализаторов спиртов [7].меркаптанов [14,15],аминов[іб], малонового,ацетоуксусного эфиров и их гомологов [l5], неполных эфи-ров фосфористой кислоты [іб]. Ориентация и конфигурационная селективность присоединения диалкилфосфитов к алленовым фосфонатам изучены А.А. Петровым с сотр.[l7]. Этими работами установлено,что присоединение нуклеофилов в основном протекает по 1,2-двойной связи. Высказано предположение [15,1б],что аддукты 18 при В =Е =ал-кил,термодинамически более устойчивы, чем изомерные сопряженные фос фонаты, поскольку не подвергаются прототропии в присутствии сильных оснований [18]. Однако, было бы неправильно считать, что реакция протекает под термодинамическим контролем, поскольку ни в одном случае не было показано промежуточное образование сопряженных фосфонатов и их изомеризации в 18 в условиях реакции. Присоединение первичных и вторичных аминов к незамещенным 17 (R =R=R=H) и 3- моноалкилзамещенным фосфонатам 17 (Rг=СНд; 1г"Бг=Н) приводит к сопряженным аддуктам 19.
Лишь этиленимин(= =\ 7) образует несопряженный изомер 18 [19]. Показано,что аддук-ты со вторичными аминами выделяются исключительно в Е-форме, в то время как в случае метиламина преобладает -изомер,стабилизированный внутримолекулярной водородной связью. Найдено, что изомерные ацетиленовые субстраты реагируют в идентичных условиях медленнее, что исключает изомеризацию в условиях реакции. Хотя фактические данные о промежуточных продуктах отсутствуют, по-видимому, присоединение осуществляется по 1,2- двойной связи фосфо-ната с последующей прототропией несопряженных аддуктов 18 в сопряженный 19. Очевидно,что соединение 18 с R =R =Б?=Н; X =/V должно быть намного лабильнее аналога с R=R?=CHg; R =Н [іб] в условиях присоединения аминов. Однако, и 3,3- диметилалленилфос-фонат способен давать сопряженный аддукт 19, если нуклеофилом яв случае легкость изомеризации кинетического продукта 18 обусловлена возможностью образования иминного интермедиата. Изучение присоединения диалкилфосфитов [х=(К0)2Р-0Н) к различным фосфонатам 14 показало,что лишь в случае 1,2-пропадиенфос т о о фонатов 17 (R =R =R =Н) образуется минорное количество сопряженного изомера 19, имеющего Е-конфигурацию двойной связи [17]. Тот же продукт образуется при осуществлении контрольного присоединения диалкилфосфитов к эфирам I- пропинфосфоновой кислоты.
Вероятно, в случае незамещенного субстрата присоединение сопровождается частичной изомеризацией в ацетиленовый фосфонат с последующим присоединением нуклеофила. Изучение стереохимии продуктов присоединения диалкилфосфитов к фосфонатам 12 (R =Н; I CHg) позволило выявить высокую конфигурационную селективность процесса. Так, подход нуклеофила осуществляется исключительно со стороны водородного атома, а не метильной группы, приводя к Е- аддуктам 18 [17]. Таким образом,осуществляется стерический контроль реакции замес т тителями R и R . 0 влиянии электронных факторов на направление присоединения и реакционную способность алленилфосфонатов нет достоверных данных. А.А.Петров с сотрудниками показали,что к более электрофиль-шш по сравнению алленилфосфонатами дигалогенангидридам 1,2-алка-диенфосфоновых кислот способен присоединяться даже такой слабый нуклеофил,как хлоранион [21]. При пропускании газообразного HGI через растворы дигалогенангидридов, содержащие основания, были получены продукты присоединения по 1,2- двойной связи 21. 0 нуклеофильной природе присоединения HCI в этих условиях свидетельствует тот факт, что в зависимости от заместителей суб страта, реакция в отсутствие оснований В либо не идет, либо протекает намного медленнее и приводит к другшл продуктам. Показано, что изомерный сопряженный аддукт в основном не образуется. Лишь в случае 20 (R=]T=R. =Н) получается небольшое количество смеси Е -и Я -изомеров дигалогенангидрида 2-хлор-1-пропенфосфоновой кислоты. Изучение продолжительности реакции при определенной степени превращения от природы заместителей показало,что электроотрицательные группы(Р) у атома фосфора ускоряют процесс, а алкильные Т 2 заместители в положении 3( R и R) - замедляют. Если в первом случае очевидна роль электронных факторов, то во- втором—пространственный эффект алкильной группы также может играть определенную роль. В пользу действия стерических факторов свидетельствует, на наш взгляд, замедление реакции в 2,5 раза при переходе от 20а ( 1) к 206 (AcigHg, В?=СНд) и четырехкратное замедление при замене CHg в 20а на L-Px. . Соединения 21 выделены в виде смеси Е- и 2. -изомеров, что говорит о присоединении CI" с обеих сторон плоскости 1,2- двойной связи [21]. К сожале-нию;не приведены соотношения 21 и 21Z ,что не позволяет выявить степень стерического контроля заместителями R и R . Тем не менее, ясно,что в отличие от диалкилфосфитов, присоединение менее объемистого CI" стерически мало контролируется заместителями.
Присоединение к фосфониевым солям -алленовой группировкой
Присоединение к фосфониевым солям с о( -алленильной группировкой , Фосфониевая группировка - достаточно сильный активатор для осуществления легкого присоединения аминов, гидразина, спиртов, дифенилфосфина, триэтилфосфита-, меркаптанов к аллену. Показано, что присоединение этих нуклеофилов к солям трифенил(3-фенил--ї,2-пропадиенил)фосфония (36 , R=Pb )[34-3б] и трифенил(4-метил--1,2,4-пентатриенил)фосфония (36 , R HgC iy [37] протекает по 1,2 -двойной связи. В случае триэтилфосфита присоединение сопровождается перегруппировкой Арбузова с образованием соли 37. Гидразин реагирует по обоим атомам азота приводя к 2:1 аддукту 38.
Единственным примером, при котором наряду с аддуктом Михаэля 39 наблюдается изомерная сопряженная соль 40 является аллилмеркап-тан. Показано,что продукт присоединения по 2,3-двойной связи образуется в результате изомеризации кинетического продукта 39 в условиях реакции. Реакция может быть проведена под термодинамическим контролем, позволяющим после длительного нагревания реакционной смеси в ДША выделить чистый сопряженный изомер 40« Приведенные данные показывают, что возможность кинетического контроля реакции зависит от природы реагента. Ввиду отсутствия данных о геометрии двойной связи соединений 39 и 40 трудно судить в какой степени подход нуклеофила контролируется заместителем К. и каков характер изомеризации первичного продукта. Присоединение нуклеофилов к аллену, активированному сульфоно-вой и сульфоксидной группировками осуществляется очень легко.Направление присоединения как и в случае фосфониевых солей зависит от природы нуклеофила. Метокси ион атакует 1,2- двойную связь фе-нилалленилсульфона с образованием аллильного аддукта, быстро изо-меризующегося в сопряженный Е-аддукт [38]. Аналогичным образом протекает реакция с дибензиламином [38].Показано,что присоединение протекает намного быстрее, чем изомеризация исходного сульфо-на в ацетиленовый изомер. Реакция с бензиламином приводит к смеси Е- и Z -аддуктов, меркаптаны и карбоксилат анионы присоединяются по 1,2-двойной связи без последующей изомеризации [38,3э). Интересные результаты получены при изучении присоединения этилен-имина к сульфонам и сульфоксидам 41 [40]. Найдено, что хемоселек-тивность реакции зависит от растворителя. Так, в этаноле атака этиленимина осуществляется исключительно по 1,2- двойной связи сульфоксида 41 (I SOC I ). В бензоле реакция менее селективна и приводит частично (23$) к продукту 2,3- присоединения 42 с Е--конфигурацией двойной связи.
Показано,что изомерные аддукты не превращаются друг в друга в условиях реакции, а ацетиленовый аналог 43 образует смесь Е- и 2. -изомеров 42. Таким образом}эта реакция является одним из немногих примеров где доказана кинетическая природа обоих изомеров, полученных присоединением нуклеофила по двум взаимно перпендикулярным двойным связям аллена. Реакция симметричных и несимметричных гомокупратов, а также гетерокупратов с алленовыми сульфонами и сульфоксидами во многом аналогична взаимодействию с окисями фосфинов. Присоединение протекает только по 1,2- двойной связи субстрата, изомерные виниловые сульфоны и сульфоксиды не образуются [23,24,26,41-43]. Подход реагента контролируется заместителем в 3-положении и осуществляется с транс-позиции по отношении к нему [24]. Селективность переноса углеводородного радикала в случае смешанных купратов подчиняется закономерности приведенной на стр. 19 .Образованные в результате присоединения купратов к 41 промежуточные органомедные комплексы 44, в отличие от своих аналогов с X PCPh) , неустойчивы и необратимо разлагаются на литийорганические соединения 45. Гидролиз последних приводит к аллильным соединениям 46 с выходом 80$ [43]. Промежуточные купраты способны без выделения взаимодействовать с иодистшл метилом и халконом [42], ацилгалогени-дом [23] с образованием соответствующих 1-замещенных соединений. Стабильность 44 несколько возрастает при К=СА/ ,что объясняется электроотрицательным влиянием этой группы [43]. X Среди обсуждаемых в рамках данного обзора активированных ал-леновых систем алленовые кетоны занимают особое место. Присоединение нуклеофильных реагентов по центральному углеродному атому алленовои системы в этом случае конкурирует с атакой по карбонильной группе. Легкость изомеризации аллилкетонов,полученных в результате Лс/ А/ ПО 1,2-двойной связи, в сопряженные винилкетоны затрудняет выяснение истинного характера процесса [44].Взаимодействие реагентов
Гриньяра с алленовыми кетонами полностью отражает совокупность вышеназванных реакций {45,46,47].Показано,что этил-магнийбромид присоединяясь по С=С связи приводит к смеси аллиль-ного и винильного кетона.Аллил- и пропаргилглагнийбромиды в основном присоединяются по карбонильной группе. Аналогичным образом реагируют литийорганические соединения [45,48]. Использование в качестве нуклеофилов купратных реагентов позволяет исключить реакцию по карбонильной группе и изучить присоединение по алленовому фрагменту [26,27,48-50).Показано,что присоединение диметилкупрата лития к алленилбензилкетону 47 ,после гидролиза органомедных ин-термедиатов приводит к смеси изомерных аддуктов с преобладанием Предполагается,что первоначально происходит быстрое 1,2-при-соединение с образование аллильного купрата 50, медленно изомери-зующегося в енолят меди 51 [49]. Гидролизом этих промежуточных соединений получаются кетоны 48 и 49, первый из которых является кинетическим продуктом реакции, второй- термодинамическим.
Восстановление алленов гидридами ме таллов
Апленовые углеводороды с трудом восстанавливаются гидридами металлов.І,І-їїентаметилен-І,2-бутадиен инертен по отношению к алю-могидриду лития при кипячении в ТГФ. 4,5-Диметил-2,3,5-гептатриен 85 в этих условиях при степени превращения 50% образует смесь дие новых углеводородов [7б]. Более эффективным гидрирующим агентом является диизобутил-алюминийгидрид [77,78]. Восстановление I,1-дифенилаллена с последующей обработкой промежуточного алюминийорганического соединения 86 jOgO приводит к смеси продуктов частичного восстановления.Фикси рование дейтерия в аллильном положении позволило авторам предло жить следующую схему реакции [78]. видно,что реакция региоселектив-на( из двух двойных связей избирательно восстанавливается наиболее замещенная) и стереоселективна( образуется только Е-изомер). Гидролиз промежуточных алюминийорганических соединений тяжелой водой приводит к аллильным деитеропроизводным. Таким образом,ориентация присоединения совпадает с направлением атаки типичных нуклеофилов к активированным алленам; гидрид ион связывается с центральным утле родным атомом. Предполагается,что группа Лці- становится у менее замещенного углеродного атома. Последующий гидролиз протекает с преимущественной аллильной перегруппировкой через шестицентровое переходное состояние [77]. Гор и Бодуи, изучением взаимодействия с/-алленовых 87, ft-ал-леновых 88 и оС -винилалленовых 89 спиртов с алюмогидридом и меток-сиалюмогидридом лития показали;что восстановление алленовой группы значительно облегчается при наличии с/-или Ь -гидроксильной группы [7б]. В случае 87 и 89 восстановление сопровождается замещением гидроксильной группы гидрид ионом,приводя к сопряженным диенам 90 и триенам 91. По аналогии с гидрированием пропаргиловых спиртов [79] предполагается, что легкость протекания реакции заключается во внутримолекулярном переносе гидрид иона в промежуточно образуемом алкоголяте. Ориентация присоединения ЕГ и природа промежуточных алкоголятов определялись с использованием дейтерирован-ных реагентов [7б]. Найдено,что соотношение продуктов замещения и присоединения зависит от природы заместителей субстратов 87 , 88 ,89 и восстановителя .
Реакция присоединения наиболее благоприятна в случае первичных спиртов с использованием метоксиалюмогидрида лития, а замещение гидроксила, отражающее вероятность переноса гидрид иона к центральному углеродному атому аллена; предпочтительно в случае третичных спиртов[7б] Восстановление алленилацетиленовых спиртов 92 и их ацетатов алюмогидридом лития в эфире приводит к смеси о( -аллененовых спиртов, сопряженных триенов 94 и винилбутатриенов 95 [80,8l].Последние не образуются при использовании метоксиалюмогидрида лития. Механизм реаіщии предложенный изучением деитерированных продуктов, предусматривает участие алленовой группы в двух типах внутримолекулярного нуклеофильного замещения » W. Таким образом, обсуждаемые в последних двух разделах,реакции показывают,что а) ориентация нуклеофильного присоединения к алле-нам, не принадлежащим общей формуле СН2=С=СН-Х(Х=группа с -М-эф-фектом) неоднозначна; б) при наличии в (X -положении аллена группы способной к элиминированию, наряду с нуклеофильным присоединением, происходит замещение с переносом реакционного центра.
Исходя из совокупности работ по нуклеофильному присоединению к алленам можно сделать вывод об актуальности дальнейших исследований в этой области. Во-первых, это следует из перспективности использования глногих реакций в синтетическом плане.Как было показано, возможность четкого кинетического и термодинамического контроля отдельных превращений делает нуклеофильное присоединение к алленам удобным способом достижения аллильных и винильных функционально замещенных соединений типа В подтверждение сказанного достаточно упомянуть методы получения ипсенола и ипсдиенола, аллильных нитрилов, аминовинилкетонов.Интересны в препаративном плане методы получения гетероциклпв,основанные на реакции активированных алленов с бинуклеофилами типа гидразина, гидроксиламина, производных мочевины, этаноламина и т.д. Перспективность изучения реакции нуклеофильного замещения в теоретическом плане вытекает из возможности обсуждения таких вопросов как ориентация присоединения хемоселективность и конфигурационная селективность присоединения, стереохимия. Дальнейшее развитие работ в этой области кажется логичным в направлении поиска новых активированных алленовых субстратов. Как показали результаты восстановления алленилацетиленовых спиртов, группой, активирующей аллен, может являться углерод-углеродная тройная связь. Вышеизложенное, в целом, и побудило нас изучить взаимодействие алленилацетиленов с аминами.
Присоединение гидразинов к алленилаце тиленам
Как было показано в обзоре литературы присоединение гидразинов к алленовым нитрилам и кетонам является удобным методом синтеза пиразолов. Представляя алленилацетилены как карбоаналоги алленовых нитрилов можно было ожидать подобной реакции и в этом случае.В литературе имелось единственное сообщение о присоединении гидразин-гидрата к 2-метил-5,6-гептадиен-3-ин-2-олу без указания выхода полученного пиразола [l04J.Проведение реакции на различных субстратах показало,что взаимодействие I и Ш с гидразингидратом экзотер-мично и приводит с хорошими выходами к 3(5)-метил-5(3)-замещенным пиразолам Ш, ХУШ,ХХ [l05,I06,I07J. Методами ГХ и TCX не было обнаружено никаких промежуточных соединений,а также аддуктов, свидетельствующих об ином направлении присоединения.В случае 6-метил-1,2,6-гептатриен-4-ина(1а) наряду с основной реакцией протекает вторичный процесс - прототроп-ная изомеризация пиразола ХУІа в 3(5)-метил-5(3)-(2-метилпропенил) пиразол ХЛЇ. Соотношение ХУІа и ХУЛ зависит от температуры реакции и меняется от 3:1 до 1:1,2(по ПХ и ПМР) при повышении температуры от 50 до 100. Полная изомеризация происходит при длитель-ном(34ч) кипячении смеси с метанольным раствором едкого натра.В ИК спектрах пиразолов ХУІ и ХУЛ имеются полосы поглощения,характерные для пиразольного кольца f108]. Интересно,что С=С валентное колебание тризамещенной двойной связи пиразола ХУІа проявляется при 1640 см , что говорит об отсутствии сопряженной двойной связи с ароматическим кольцом. Сигнал протона 4-Н в спектре ПМР пи/-разола ХУП( =5,89 м.д.) наблюдается в более слабом поле(рис.5) по сравнению с аналогичными сигналами пиразолов ХУ1,ХУШ( о 4-Н= =5,65-5,75 м.д.).Подобное слабопольное смещение свидетельствует в пользу сопряжения пиразольного кольца и фрагмента(СНд)2С=СН в положении 5.
В поиске вероятной схемы обсуждаемой реакции можно было предположить,что присоединению предшествует прототропная изомеризация алленилацетиленов в сопряженные метилдиацетилены [94,95], с дальнейшим присоединением гидразина{ 109]. Однако, все известные реакции присоединения гидразина к несимметричным дизамещенным диацети-ленам приводит к смесям пиразолов [і04,IIо]. Сообщение.об исключительном региоселективном присоединении гидразингидрата к 2- ме-тил-3,5-гептадиин-2-олу с образованием пиразола ХУШа [104] не подтвердилось. В условиях, описанных авторами, нами получена смесь пиразолов ХУШа и XXI с соотношением 2:1.Нагреванием смеси при 200 осуществлена дегидратация карбинола XXI в изопропенилпиразол ХХП что является надежным доказательством образования XXI[ПО]. Единственный случай региоселективного присоединения гидразингидрата к несимметричным дизамещенным диацетиленам был зафиксиро ван на примере І-фенил-І,3-пентадиина.Реакция с высоким выходом приводит к 3(5)-м8тил-5(3)-бензилпиразолу(ХУ1в)-аддукту гидразина и 5- фенил-1,2-пентадиен-4-ина(1в). Однако, если в случае диацетиленового спирта необходимо нагревание реагентов в этиловом спирте в течение 8,5 часов при 75-78, то алленилацетилено-вый аналог реагирует экзотермично и реакция заканчивается за 30 мин, при 40-50 в отсутствие растворителя. Таким образом, как по региоселективности, так и по реакционной способности алленилаце-тилены отличаются от изомерных метилдиацетиленов, что позволяет исключить изомеризацию как стадию предшествующую присоединению гидразина. Высокая региоселективность присоединения гидразина к алленилацетиленам обусловлена; по-видимому, первоначальной атакой л/Е группы на центральный углеродный атом алленовой группировки с последующей гетероциклизацией в пиразол.
Присоединение метилгидразина к алленилацетиленам происходит при нагревании реагентов в водно-спиртовой и тетрагидрофурановои среде при 45-50. Реакция протекает региоселективно по субстрату и нерегиоселективно по реагенту: т.е. центральный углеродный атом алленовой системы связывается как с первичной, так и вторичной аминной функцией [Ю5,10б]. В смеси пиразолов как правило, преобладает 1,3-диметильные производные ХЖ и ХХУ.Проведение реакции в ТГФ и водно-спиртовой присоединения,как это можно было ожидать на основании литературных данных по влиянию растворителя на региохимию присоединения алкилгидразинов к диацетиленам [ill]. Изомерные пиразолы не удалось разделить при помощи ТСХ на окиси алюглиния и силикагеле.Соотношения ХЖ : ХХІУ и ХХУ:ХШ определяли методами ЖХ и ПМР (см. эксп.часть и рис.6).Различие изомеров в ПМР спектре проявляется прежде всего в слабопольном смещении З-CHg группы соединений ХЖ и ХХУ по сравнению с 5-CHg группой в ХХІУ и ХХУІ [lI2j. При взаимодействии алленилацетиленов с метилгидразином наряду с основным процессом имеет место лишь 1в. Судя по спектру ПМР и данных ШХ в сырой смеси содержится 18-20% 1-фенил-1,3-пентадиина. Прототропная изомеризация становится ощутимой в водно-спиртовой среде, где количество диацетиленов в случае Шд и 1в достигает 80% и 41% соответственно. Полученные данные кажутся неожиданными ввиду меньшей основности метилгидразина по сравнению с гидразином [ИЗ], в случае которого изомеризация не наблюдается.Наличие конкурирующего процесса в случае метилгидразина, по-видимому, обусловлено срав
