Карцев В.Г.Избранные методы с-за и модифик. гетероциклов т.1 , 2003

Взаимодействие замещенных бензальдегидов с дихлорацетатами в условиях реакции Дарзана, как эффективный метод в синтезе кислородсодержащих гетероциклов

Мамедов В.А.1, Хамамато Х.2, Губайдуллин А.Т.1, Комияма T.2, Литвинов И.А.1, Цубой С.2

1Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН 420088, Казань, ул. Арбузова, 8

2Department of Environmental Chemistry and Materials Faculty of Environmental Science and Technology Okayama University, Okayama 700-8530, Japan

Реакция эфиров дихлоруксусной кислоты 1a–d с ароматическими альдегидами 2 в присутствии t-BuOK при –20°С в зависимости от природы заместителя в ароматическом кольце и условий ее проведения протекает с образованием эфиров 3-арил- 2-хлорглицидной кислоты 3 (в случае использования п- и м-нитробензальдегидов и 2,4-дихлорбензальдегида) и изомерных им эфиров арилхлорпировиноградных кислот 4 (в случае использования бензальдегида, п-хлор-, п-бромбензальдегидов) или при более высоких температурах с образованием смесей эфиров глицидной 3 и пировиноградной 4 кислот в различных соотношениях в зависимости от условий проведения реакции [1–3].

3 O

O

2

R'

R"

Cl

O

R

O

3

Cl

R" +

R'

H

i

∆

(74−97%)

Cl

O

Cl

R

2

1a−d

R'

R"

O

R

4

i - t-BuOK/t-BuOH, t-BuOK/эфир, MeONa/эфир (−20 − +20°С);

R = H, Cl, Br, NO2; R' = H, o-Cl, m-NO2;

R" = OMe (1a), OEt (1b), i-PrO (1c), i-BuO (1d)

Легкость изомеризации хлороксиранов 3 в производные хлорпировиноградной кислоты 4, по-видимому, объясняется нарушением симметрии эпоксидного кольца, вызванным наличием в нем различных по своей природе заместителей, и присутствием в реакционной смеси хлор-ионов. Экспериментально установленные нами методом РСА удлинение одной связи (С(3)−О) и укорочение другой (С(2)−О)

Генеральный спонсор и организатор – InterBioScreen Ltd.

337

благоприятствуют нуклеофильной атаке хлор-аниона по третьему атому углерода эпоксидного кольца. С другой стороны, представляется очевидным, что электроноакцепторные заместители в арильном фрагменте, препятствующие делокализации положительного заряда на атоме С(3), замедляют изомеризацию.

Сравнение времени термической (в отсутствие Cl−) изомеризации (в кипящем бензольном растворе) хлороксиранов 3 с одинаковыми заместителями у углеродного атома С(2) позволяет расположить их в ряд по стабильности в зависимости от заместителей в ароматическом кольце р-NO2 > m-NO2 > 2,4-дихлор >> Cl, Br, H.

Во всех рассмотренных выше реакциях образование производных глицидной и пировиноградной кислот определялось природой заместителей в бензальдегидах, которые всегда носили в различной степени электроноакцепторный характер. Возникли вопросы: как будут влиять на направление исследуемых реакций электронодонорные заместители в ароматических альдегидах? Зависит ли направление этих реакций только от природы заместителей в бензальдегидах или имеет место влияние других факторов? Чтобы прояснить эти вопросы мы исследовали реакции анисового альдегида с метиловым и трет-бутиловым эфирами дихлоруксусной кислоты и поведение о-монохлор- 5 и дихлорацетоксибензальдегидов 6 в присутствии различных оснований.

	Cl O		MeO		O
	OBu-t	+			O +
MeO	O				MeO
	9 (86.3%)		MeO	10
	R = t-BuO			t-BuOK, ТГФ
				−80°С до т.комн.
	O
		H	+		O
				Cl
	MeO				R
				t-BuOK (или NaOMe),
		R = OMe
				ТГФ

−80°С до т.комн.

O

H

	Cl O	MeO	Cl O
	OMe	+	O
			O
MeO	O
	7	MeO	O OMe
			8

338	Устные доклады

По результатам тонкослойной хроматографии и спектров реакционной смеси и/или сырых продуктов, полученных из реакции анисового альдегида и метилдихлорацетата, видно полное расходование исходных веществ, образование нормального "дарзановского" продукта 7 (неустойчивого к примесям, образующимся в результате реакции), который в течение ночи почти количественно превращается в пирандион 8.

Основной продукт, образующийся в тех же условиях в результате реакции трет-бутилового эфира дихлоруксусной кислоты с анисовым альдегидом, в отличие от α-хлоркетона 9, получаемого из реакции метилдихлорацетата и анисового альдегида, является более устойчивым после очистки колоночной хроматографией. Стоит отметить, что при попытке перегнать сырой продукт с целью его очистки соединение 9, разлагаясь, практически количественно превращается в ненасыщенный лактон 10. Образование этого соединения наряду с анисовой кислотой, как минорного продукта реакции, показано также в результате более тщательно проведенной хроматографической очистки (разделения) реакционной смеси. Мы предлагаем следующую схему протекания лактонизации: на первой стадии, по-ви- димому, протекает димеризационное дидегалогенирование с образованием соединения А, которое, подвергаясь характерному для трет-бутиловых эфиров карбоновых кислот декарбоксилированию с элиминированием изо-бутилена, превращается в бис-альдегид B на второй стадии и в результате диспропорционирования альдегида по схеме реакции Канницарро превращается в лактон 10 на последней стадии.

		O			O
9	Ar	CO2Bu-t		Ar	H
			−Me2CCH2
		CO Bu-t		Ar	H
	Ar	2	−CO2
		O			O
		O− B	O
	Ar	H	Ar	B
					−B− 10
	Ar	H	Ar	O−
		O

о-Монохлор- и дихлорацетоксибензальдегиды (соответственно, 5 и 6) под действием оснований (t-BuOK, NaN(SiMe3)2) не дают характерные для реакции Дарзана продукты (соединения типа 11 или продукты их изомеризации). Монохлорацетат 5 в этих условиях образует продукт реакции Перкина – 3-хлоркума- рин 12, а дихлорацетат 7 в результате последовательных меж- и внутримолекулярных реакций приводит к 2,2-дихлор-3-(о-гидроксифенил)-3-(о-формилфе- нокси)пропионовой кислоте 13 и дихлоркетену [4]. Скорее всего, структурные особенности интермедиата А являются причиной неосуществления ожидаемого направления реакции дарзановского типа. В оксианионе А, по-видимому, не реализуется линейное расположение атакующего отрицательно заряженного атома кислорода, атакуемого атома С(3) и уходящего атома C(1), необходимое для осуществления внутримолекулярной реакции SN2-типа.

Генеральный спонсор и организатор – InterBioScreen Ltd.

339

H

O

Cl

H O

Cl

O−

Cl

O

R

i

O

− R

R

O

O

O

O

B

R = H (5), Cl (6)

A

R = H

O

Cl

R

O

O

O O

11

12

H

O

Cl

Cl

O

Cl

O

O

CO2H

ii

Cl

B

+

+

7

OH

(R = Cl)

Cl

Cl

13

14

i- t-BuOK/Et2O−C6H6 (1 : 1); NaN(SiMe3)2/C6H6−Et2O (2 : 1);

ii- t-BuOK/Et2O−C6H6−циклопентадиен (1 : 1 : 1)

Образование дихлоркетена подтверждено получением 7,7-дихлорбицикло- [3,2,0]гепт-2-ен-6-она 14 при использовании циклопентадиена в качестве ловуш-

ки [4].

Таким образом, показано, что реакции дихлорацетатов с замещенными бензальдегидами, проведенные в условиях конденсации Дарзана, могут быть применены в синтезе различных типов трех-, пяти- и шестичленных кислородсодержащих гетероциклических систем.

Структура синтезированных соединений подтверждена методами ИК (UR-20),

ЯМР 1Н, (Bruker MW-250, ДМСО-d6, 250.132 МГц) и 13С (MSL-400, ДМСО-d6, 100.6 МГц) спектроскопии, масс-спектрами, элементным анализом и в некоторых случаях рентгеноструктурными исследованиями (CAD4 Enraf-Nonius).

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 03-03-32865) и Фонда содействия отечественной науке.

Литература

1.Мамедов В.А., Нуретдинов И.А., Изв. АН, Сер. хим. 1992 (9) 2159.

2.Tsuboi S., Furutani H., Takeda A., Synthesis 1987 (3) 292.

3.Мамедов В.А., Цубой С., Мустакимова Л.В. и др., ХГС 2000 (8) 1042.

4.Mamedov V.A., Gazisova L.Kh., Nurkhametova I.Z., et al., Chem. Lett. 1998 243.

340	Устные доклады

Синтез и химическое поведение 4,5-дизамещенных 2,3-дигидро-2,3-фурандионов

Масливец А.Н., Лисовенко Н.Ю., Востров Е.С., Андраковский М.В., Новиков А.А.

Пермский государственный университет 614600, Пермь, ул. Букирева, 15

Разработка методов синтеза замещенных 2,3-дигидро-2,3-фурандионов (ФД) и исследование их химических превращений начались в 1967 г. после публикации работы Циглера Э. [1], в которой описывался синтез 4-бензоил-5-фенил-ФД взаимодействием дибензоилметана с оксалилхлоридом. С этого момента началось интенсивное развитие химии замещенных ФД [2], продолжающееся и по настоящее время. Как показали исследования, химические превращения фурандионов существенным образом зависят от наличия и структуры заместителей в фурандионовом цикле. В докладе рассматриваются методы синтеза и химические превращения ФД, содержащих как в положении 4, так и в положении 5 цикла два отличных от атома водорода заместителя.

Существующие методы синтеза этих замещенных ФД неравноценны. Некоторые методы являются препаративными, а некоторые представляют собой скорее теоретический интерес и на практике не используются.

4,5-Дизамещенные ФД, являясь полифункциональными реагентами, представляют большой интерес для органической химии. Для них характерны реакции дециклизации под действием мононуклеофилов, протекающие в мягких условиях. При температуре выше 80°С 4,5-дизамещенные ФД элиминируют молекулу СО, превращаясь в реакционноспособные ацилкетены. Характер превращения ФД в значительной степени определяется природой реагента. В присутствии сильных нуклеофилов генерирование ацилкетенов становится невозможным, а использование слабых нуклеофилов или реагентов, лишенных нуклеофильных свойств, позволяет вводить их в реакцию с ацилкетенами, генерируемыми при термолизе 4,5-дизамещенных ФД.

Нуклеофильные реакции ФД начинаются с атаки атомов С(2) или С(5) фурандионового цикла. В первом случае нуклеофилы раскрывают фурандионовый цикл с образованием продуктов, существующих в виде линейных либо кольчатых изомеров. Во втором случае происходит присоединение по еноновой системе ФД. Взаимодействие 4,5-дизамещенных ФД с бинуклеофилами – удобный метод получения разнообразных гетероциклических систем, отличающихся как размером цикла, так и числом и расположением гетероатомов.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (гранты № 01-03-32641,

№ 02-03-96411).

Генеральный спонсор и организатор – InterBioScreen Ltd.

341

Доклад сделан по материалам обзора, полный текст которого опубликован: в кн. "Избранные методы синтеза и модификации гетероциклов", под ред.

Карцева В.Г., М.: IBS PRESS, 2003, т. 2, с. 361.

Литература

1.Ziegler E., Eder M., Belegratis C., Prewedourakis E., Monatsch. Chem. 1967 98 2249.

2.Химия пятичленных 2,3-диоксогетероциклов, под ред. Андрейчикова Ю.С., Пермь: Изд-во Перм. ун-та, 1994, c. 5.

342	Устные доклады

Реакция P,P,P-тригалогенбензо[d]-1,3,2-диокса- фосфолов с монозамещенными ацетиленами

как новый метод синтеза бензо[e]-1,2-оксафосфоринов – Р-аналогов природного гетероцикла кумарина

Миронов В.Ф., Штырлина А.А., Вараксина Е.Н.

Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН 420088, Казань, ул. Арбузова, 8

Взаимодействие галогенидов Р(V) с соединениями, содержащими кратные связи С=С и С≡С, является одним из наиболее используемых синтетических подходов к синтезу производных тетракоординированного фосфора со связью Р–С [1, 2]. Предполагается, что первоначально возникают комплексы π- или σ-типа, переходящие далее в труднорастворимые фосфониевые соли [2]. Эти соли не выделяют, а подвергают дальнейшим превращениям в зависимости от конкретных целей синтеза (гидролиз, фторирование, обработка SO2 или фосфином, термолиз и т.п.). Мы изучили реакции фосфоранов, содержащих орто-фенилендиоксафосфолано- вый цикл, – P,P,P-тригалогенбензо[d]-1,3,2-диоксафосфолов (в отличие от PCl5 они легко растворимы в органических растворителях) с моно- и некоторыми дизамещенными ацетиленами. Оказалось, что при взаимодействии простейшего 2,2,2- трихлорбензо[d]-1,3,2-диоксафосфола 1 с арилацетиленами происходит новая реакция, приводящая в конечном итоге к образованию 4-арил-2,6-дихлорбензо[e]-1,2- оксафосфоринов 2 – Р-аналогов природного гетероцикла – кумарина или α-хро- мена [4] (схема 1).

Схема 1

O		O	O
	Ar		P	Cl	+
PCl3						Ar Cl
O		Cl
		Ar
1		2 (80−95%)				следы

Ar = Ph, 4-ClC6H4, 4-BrC6H4, 4-MeC6H4

В ходе этой реакции происходит целая последовательность необычных превращений, среди которых наиболее интересным является ипсо-замещение ароматического кислорода на атом углерода, сопровождающееся образованием связей Р–С и Р=О, формально напоминающее стадию отщепления в реакции Арбузова, однако с тем отличием, что в очень мягких уcловиях в качестве уходящей группы выступает арил и возникает связь С–С (а не углерод–галоген как в реакции Арбузова). При этом происходит также региоселективное хлорирование бензо-

Генеральный спонсор и организатор – InterBioScreen Ltd.

343

фрагмента в пара-положение к эндоциклическому атому кислорода фосфоринового гетероцикла. Совокупность этих реакций, реализующихся в рамках одного процесса, не имеет аналогов в химии фосфора. Выделяющийся HCl частично присоединяется к ацетилену, давая хлорстиролы (схема 2). Аналогичные реакции осуществляются в системе арилацетилен–бромбензофосфол 3. Однако здесь образуются два бензофосфорина 4, 5, из которых первый 4 не содержит атома брома в фениленовом фрагменте.

Схема 2

	Ar	O			O
O	O			O		Br
		P Br			P Br
PBr3	(80−95 %)		+			+
O			Br			Ar Br
	Ar			Ar
3	4			5

Бензоаналог фосфола 1 – фосфоран 6 реагирует с фенилацетиленом аналогично с образованием нового гетероцикла – 1,2-оксафосфаантрацена 7, содержащего атом хлора в положении 6 оксафосфаантраценовой системы (схема 3).

Схема 3

O		Ph	O	O
				P OH
	PCl3
O		H2O	Cl
			Ph
6			7 (42%)

С целью установления региохимии галогенирования фениленового фрагмента была исследована реакция бензофосфола 8 с фенилацетиленом. Методом РСА на примере выделенной после гидролиза кислоты 9 показано, что при этом осуществляется миграция атома хлора в ароматический фрагмент, так что атомы хлора и брома оказываются в орто-положении друг к другу и в пара-положении к атомам О и С фосфоринового цикла (схема 4).

Схема 4

	O		Ph	Br	O	O
		PCl3	H2O			P OH
Br	O		−HCl	Cl
					Ph
	8			9	(70%)

344	Устные доклады

Замещенные трибромбензофосфолы 10, 11 также легко реагируют с фенилацетиленом, но при этом атом брома имеет существенно меньшую склонность к миграции в фениленовый фрагмент. В результате с высоким выходом после гидролиза были получены моногалогензамещенные гидроксифосфорины 12 и 13 (схема 5). Таким образом, меняя природу галогена у атома фосфора можно управлять региохимией галогенирования и получать различные изомеры (либо 6-, либо 7-галогензамещенные).

Схема 5

	O		Ph		X	O	O
		PBr3	H2O				P OH
X	O		−HBr
						Ph
	10, 11					12, 13 (61%)
		X = Cl (10, 12), Br (11, 13)

Если оба пара-положения в исходном фосфоле заняты атомами брома (соединение 14), то введение третьего атома галогена (хлора) не происходит (схема 6). Выделенным преимущественным продуктом реакции (после гидролиза) является дибромфосфорин 15. В небольшой степени происходит необычный процесс ипсо- замещения атома брома на атом хлора в 6 положении бензофосфорина (соединение 9).

									Схема 6
Br	O		Ph	Br	O	O	Br	O	O
		PCl3	H2O			P OH +			P OH
Br	O		−HCl	Br			Cl
			Cl		Ph			Ph
			−
	14		Cl Ph		15			9

Наличие атомов хлора в орто-положениях фосфола 16 не является препятствием для легкого взаимодействия с фенилацетиленом (схема 7). Однако содержание 2-оксо-4-фенил-2,5,6,7,8-пентахлорбензо[e]-1,2-оксафосфорин-3-ена 17 в реакционной смеси достигает только 40–45%, а основными продуктами данной реакции (55–60%) являются ациклические хиноидные винилфосфонаты 18, образующиеся в виде смеси Z- и E-изомеров [5].

Генеральный спонсор и организатор – InterBioScreen Ltd.

345

Схема 7

Cl						Cl		O
Cl	O			Ph		Cl	O
								P	Cl +
	PCl3			−Cl2
Cl	O					Cl
			−PhCClCHCl
Cl						Cl	Ph
16						17
	Cl		O			Cl
Cl		O		Cl		Cl	O
+ Cl			P	Cl	+				Cl
						Cl
								P
Cl	Cl	Ph				Cl			Cl
						Cl	Ph O
	(Z) 18					(E) 18

uпсо-Замещение атома кислорода осуществляется с высокой региоселективностью и при взаимодействии фосфорилированного производного пирогаллола 19 с фенилацетиленом – в фосфорильной группе продуктов реакции 20, 21 оказывается атом кислорода, находившийся в орто-положении к дихлорфосфорильной группе исходного фосфола 19 (схема 8). Хлорирование в этом случае менее селективно (соединение 21 лишь преимущественное).

Схема 8

O

Ph Cl

O

O

O

O

P Cl

+

P Cl

PCl3

−HCl

O

O

O

O

O

O

Ph

O

Ph

P

Cl

Cl

P

Cl

P

Cl

Cl

M [442]+

Cl

M [408]+

19

20

21

С использованием метода ЯМР 1Н, 13С, 31Р показано, что взаимодействие метилфосфола 22 с арилацетиленами отличается высокой региоселективностью и приводит к образованию (после гидролиза) фосфоринов 23 с высокими выходами (80–90%) (схема 9). В ходе реакции происходит региоселективное хлорирование бензо-фрагмента в пара-положение к эндоциклическому атому кислорода, причем так, что метильная группа и атом хлора оказываются соседними.

346	Устные доклады