Примеры реакций диенового синтеза - Диеновый синтез

Реакции циклоприсоединения

Реакции циклоприсоединения - реакции, протекающие с образованием нового цикла из двух реагирующих молекул (без отщепления каких-либо групп или атомов). Такие реакции сопровождаются общим уменьшением кратности связей. Конечным продуктом реакций циклоприсоединения являются циклические субстраты.

Существует две основных группы реакций этого типа:

Присоединение к сопряженным системам - Реакция Дильса - Альдера;

1,3-диполярное циклоприсоединение - Реакция Хьюсгена.

В связи с усилением ароматичности в ряду соединений фуран < пиррол < тиофен пятичленные гетероциклы значительно различаются по легкости вступления реакции 1,4-циклоприсоединения по Дильсу - Альдеру (диеновый синтез).

В рассматриваемой группе соединений ароматический характер наименее выражен в случае фурана. Это вещество отчетливо проявляет свойства сопряженного диена и легко вступает в реакцию Дильса - Альдера с соединениями, содержащими двойную или тройную связь, активированную диенофилами. Например, при быстром добавлении фурана к малеиновому ангидриду при комнатной или более низкой температуре получают термодинамически устойчивый продукт реакции (Схема 2).

Схема 2

Пиррол с большим трудом вступает в реакцию 1,4-циклоприсоединения по Дильсу - Альдеру. Для него типична реакция заместительного присоединения по второму атому углерода кольца. Так, например, при взаимодействии пиррола с малеиновым ангидридом в основном образуется продукт замещения (Схема 3).

Схема 3

Циклоприсоединение широко используют в органической химии для синтеза карбо - и гетероциклических соединений с различным набором и числом атомов в кольце; оно представляет большой теоретический интерес.

Реакции циклических ангидридов с соединениями содержащими аминогруппу

В ходе Реакции Дильса - Альдера из бутадиена-1,3 и малеинового ангидрида получается 1,2,3,6-тетрагидрофталевый ангидрид (Схема 4).

Схема 4

Ангидрид тетрагидрофталевой кислоты - белый кристаллический порошок температура плавления, которого 103 - 104°C. Молекулы данного вещества имеют циклическое строение.

В реакциях ацилирования ангидридов аммиаком и первичными аминами получаются имиды, в которых с атомом азота связаны две ацильные группы. Это происходит особенно легко в случае циклических ангидридов, из которых образуются циклические амиды (Схема 5).

Схема 5

При взаимодействии циклических ангидридов со вторичными аминами можно последовательно ввести две амидные группы, используя методы пептидного синтеза для мягкого введения второй амидной группировки (Схема 6).

Диеновый синтез реакция катализатор

Схема 6

Циклические ангидриды взаимодействуют и с аминокислотами с образованием N-ацильных производных (Схема 7).

Схема 7

Данная реакция используется для защиты аминогруппы в синтезе пептидов. Такая защита должна легко сниматься, а амиды, как известно, гидролизуются в жестких условиях. При разработке методов синтеза пептидов были найдены защитные группы, которые легко удаляются путем гидролиза или гидрогенолиза [5].

Алюмина - и магнезациклопентадиены в реакции диенового синтеза

Реакция Дильса-Альдера между гетероатомсодержащими органическими 1,3-диенами и диенофилами является одним из наиболее популярных и широко применяемых методов синтеза труднодоступных непредельных карбо - и гетероциклических соединений различной структуры. Открытие препаративных методов синтеза металлолов позволило вовлечь некоторые из них в реакции [4+2]-циклоприсоединения с диенофилами.

Так например для выяснения возможности вовлечения алюмина - или магнезациклопентана-1,3-диенов в реакцию [4+2]-циклоприсоединения, а также для получения замещенных 7-алюмина - и магнезанорборненов первоначально исследовались взаимодействие 1-этил(хлор)алюминациклопента-2,4-диенов, синтезированных из ацетиленов и RalCl2(R=Et, Cl) под действием катализатора Cp2ZrCl2 по методу, с диенофилами различной структуры. В качестве последних выбрали малеиновый ангидрид, N-метилмалеинимид, бензо - и нафтохинон.

Алюминациклопентантадиены (Ia, б), полученные каталитическим циклоалюминированием 1,2-диэтил и 1,2-дипропилацетиленов с помощью EtAlCl2, реагирует с малеиновым ангидридом или 7-алюминанорборненов (IIа, б) и (IIIa, б). Последние после гидролиза 10%-ным водным раствором HCl превращаются в производные циклогексена (IVa, б) и (Vа, б) с выходами 70-85%.

Бензохинон и нафтохинон проявляют низкую активность в качестве диенофилов в реакции диенового синтеза с 1-этилалюминациклопента-2,4-диенами(I). Однако вышеуказанными диенофилы, используемые в двукратном избытке, достаточно активно вступают в реакцию с 1-хлоралюминациклопента-2,4-диенами(IV), полученными циклоалюминированием ацетиленов с помощью AlCl3.

Циклоприсоединение 1-хлор-2,3,4,5-тетраэтилалюминациклопентена-2,4-диена (VIа) к 1,4-бензохинону и последующий кислотный гидролиз реакционной массы приводит к смеси соединений(VIIIa) и (IXa), 1:1, с общим выходом -75%. Реакция диенового синтеза

Диенового синтеза 1-хлоралюминациклопента-2,4-диена(VIa) c 1,4-нафтохиноном и последующий гидролиз реакционной массы приводит к соединению (XIa) c выходом-70% [6].

Асимметрическая реакция Дильса-Альдера в присутствии катализатора

Асимметрическая реакция Дильса - Альдера в присутствии катализаторов является одним из перспективных методов получения различных полифункциональных соединений, которые широко используются для синтеза природных веществ и их синтетических аналогов, лекарственных препаратов, биологически активных веществ и полимерных материалов специального назначения на основе доступных сравнительно простых реагентов. В работах современных химиков представлены результаты исследований взаимодействия 1,3-бутадиенов(I, II) с диментилфумаратом(III) в присутствии ВВr3, который является эффективным катализатором для данной реакции.

Каталитическое действие может быть объяснено образованием их комплексов с диенофилом(III).

Этот катализатор является эффективным в данной реакции, и применение его позволяет получить замещенные циклогексены с оптическими выходами 78-81% [7].

Синтез и строение фосфорилированных нитроциклогексенов

Реакция Дильса - Альдера так же является методом синтеза функциональнозамещенных шестичленных циклов, использование в которой алифатических диенов позволяет формировать шестичленное кольцо, а применение в качестве диенофилов вицинальнозамещенных нитроалкенов дает возможность вводить в состав цикла легко модифицируемые NO2, CO2R, SO2Ph и другие функциональные группы. Наличие таких групп в молекулах циклогексенов открывает перспективы успешного использования их в качестве удобных реагентов в синтезе биологически активных веществ. Так, например, получение нитроциклогексенов (или нитроциклогексадиенов) является ключевой стадией в синтезе природного анальгетика эпибатидина, алкалоида ненаркотического типа действия мезембране, эстрогенных гормонов, производных морфина, а также кондуритолов - важных исходных реагентов, используемых для создания препаратов по борьбе со СПИДом.

Согласно литературным данным нитроалкены вступают в диеновую конденсацию с алкадиенами, как правило, в жестких условиях (многочасовое нагревание в автоклаве). Введение в в-положение нитроалкенов второго электроноакцепторного заместителя (СO2R, CCl3, SO2Ph) способствует протеканию реакции в более мягких условиях.

Ранее 2-нитроэтенилфосфонаты были успешно введены в реакции с некоторыми открытоцепными и циклическими [9-10] диенами. Ученые исследовали взаимодействие нитроэтенилфосфонатов (I-III) с типичными ациклическими диенами (дивинилом, изопреном, 2,3-диметил-1,3-бутадиеном).

Реакции исследуемых нитроэтенилфосфонатов (I, II) c 2,3-диметил -1,3-бутадиеном осуществляются путем кипячения взаимодействующих реагентов в бензоле (1-2 ч), это приводят к образованию соответствующих фосфорилированных нитроциклогексенов (IV, V) с выходами 90-98%.

Нитроалкен (III), содержащий метильную группу при атоме С1 и изопропоксигруппу в фосфонатной функции, в аналогичных условиях с 2,3-диметил-1,3-бутадиеном не взаимодействуют. Реакция требует более жестких условий - кипячение в толуоле в течение 10 ч в присутствии AlCl3. В этом случае процесс сопровождается дегидрированием и завершается образованием фосфорилированных нитроциклогексена (VI) и нитроциклогексадиена (VII) c выходами 22 и 45 % соответственно.

Конденсация нитроалкенов (I, II) c тиолен-1,1-диоксидами, являющимися синтетическими предшественниками алифатических 1,3-алкадиенов (дивинил, изопрен), требует еще более жестких условий (кипячение в течение 18-34 ч в n-ксилоле), поскольку процесс их дусульфонилирования, генерирующий диены, протекает при повышенной температуре.

Взаимодействие нитроалкена (I), с незамещенным тиолен-1,1-иоксидом приводит к бис(2-хлорэтил)-6-нитро-3-циклогексен-1-илфосфонату (VIII); при этом, как и в предыдущем случае, жесткие условия реакции способствовали дегидрированию циклогексена (VIII) и образованию фосфорилированных 1, 4 и 2,4-циклогексадиенов (IX, X), а также 2-нитрофенилфосфоната (XI).

Анологично в реакцию с тиолен-1,1-диоксидом вступает гемм-бромнитроэтенилфосфонат (II) и наряду с циклогексеном (XIII) (выход 80%) дает изомерные 1,4- и 2,4 - циклогексадиены (IX, X), нитро-фенилфосфонат (XI) и бис(2-хлорэтил)-2-бром-2-нитроэтилфосфонат (XIV).

Известно, что взаимодействие нитроалкенов с 2-замещенными 1,3 диенами протекает обычно с образованием пара - и мета - изомеров нитроциклогексена. В нашем случае не симметричный диен-изопрен, образующийся из 3-метил-3-тиолен-1,1-диоксида, реагирует с нитроалкенами с образованием смеси региоизомеров с пара - и мета - расположением метильного заместителя в циклогесеновом кольце относительно нитрогруппы. Реакция протекает при 1400С (в n-ксилоле, 13-24 ч) и заканчивается получением смесей структурных изомеров (XV а, б) и (XVI а, б) с общими выходами 48 и 67% соответственно. Об образовании региоизомеров свидетельствует удвоение сигналов протонов цикла, метильных групп и ядер фосфора в спектрах ЯМР1Н и 31Р. Соотношение пара - (XV а, XVI а) и мета-изомеров (XV б, XVI б) также определено методом ЯМР1Н и 31Р спектроскопии и составляет 4:1 (для соединений XVа:XVб) и 3:1 (для соединений XVIа: XVIб).

Установлено, что реакции Дильса-Альдера с участием 2-нитроэтенилфосфонатов и ациклических 1,3-алкадиенов можно рассматривать как препаративно доступный метод синтеза нитроциклогексенилфосфонатов - нитропредшественников потенциально биологически активных соединений и, в частности, циклогексановых в-аминофосфоновых кислот [8].

Синтез алкилтетрафосфонатов (первый пример никелевого катализатора присоединения н-фосфонатов к динам).

Ученые выяснили, что 100% эффективные реакции присоединения молекул со связью углерод-фосфор к насыщенным органическим соединениям будут только при использовании необходимых катализаторов.

В 1996 г. ученый Танака впервые осуществил катализируемую комплексами палладия реакцию гидрофосорилирования. Присоединения (МеО)2Р(О)Н к алкинам в присутствии комплексов палладия в мягких условиях(670С, 15-20 ч) приводило к образованию винилфосфонатов с высокими выходами [12].

Ранее учеными была разработана каталитическая система Pd-CF3COOH, которая была с успехом опробована на реакции гидрофосфорилирования ряда алкинов.

Высокая регио - и стереоселективность превращения позволила получить продукты присоединения с отличными выходами и чистотой. Исследование механизма реакции показало, что добавка CF3COOH в каталитическую систему является необходимым условием для подавления побочных реакций [12].

В ходе дальнейших исследований было установлено, что применение в качестве предшественника катализатора Ni позволяет проводить реакции в отсутствии кислоты без снижения выхода и потери селективности. С использованием разработанной каталитической системы удалось осуществить присоединения фосфонатов как к терминальным, так и интернальным алкинам с отличительной селективностью.

Бис (2-хлорэтил) этенилфосфонат в реакции Дильса-Альдера

В литературных данных говорится, что винилфосфонаты вступают в реакцию Дильса-Альдера только в жестких условиях - при многочасовом и высокотемпературном нагревании в ампуле или автоклаве (150-2000С, 5-25ч) [11].

Так винилфосфонат(I) реагирует с 2,3 диметилбутадиеном-1,3, в отличие от известных данных (автоклав, 1500С, 7-10ч., выход 36%) уже при кипячении в бензоле (20ч) и дает соответственно 3,4-диметил-3-циклогексен-1-илфосфосфонат(II) c выходом 64% . Увеличение времени реакции до 30 часов приводит к уменьшению выхода продукта до 30%, что обусловлено, очевидно, обратимостью диенового синтеза.

Конденсация винилфосфоната (I) с изопреном требует более жестких условий (кипячение в n-ксилоле 20ч), что связано с повышенной температурой его десульфонилирования. Изопрен, как несимметричный диен, дает смесь региоизомеров 3-и 4-метил-3-циклогескен-1-илфосфонатов (IIIa, IIIб). Согласно спектроскопий ЯМР1Н и 31Р соотношение мета - и пара - изомеров (IIIa, IIIб) составило 1:2 соответственно (об. в. 55%).

Наряду с циклогексенами (IIIa, IIIб) в реакционной смеси обнаружены региоизомерные n - и м - толилфосфонаты (IVa, IVб)(15%). Образование которых можно рассматривать как результат внутримолекулярного дегидрирования первично образующихся циклогексенов.

Циклопентадиен взаимодейсвует с винилфосфанатом при кипячении реакционной смеси компонентов в растворе бензола (10ч), при этом получается смесь диастереомерных эндо - и экзо - бицикло[2,2,1]-5 гептен-1-илфосфонатов (Va, б) в соотношении 1:1 с общим выходом 62% (табл. 1).

Взаимодейсвие диенофила (I) с фураном протекает при температуре 25-300С в ацетрониле (8ч) и образуются 7-октабицикло [2,2,1]-5 гептен-1-илфосфонатов (VIа, б) в соотношении 1:1 с выходом 43%

В диеновой конденсации с 1,3-циклогексадиеном винилфосфонат (I) вступает в реакцию путем кипячения реакционной смеси в бензоле в течении 76 часов, в результате получается эндо - и экзо - бицикло[2,2,2]-5-октен-1-илфосфонат (VIIа, б) в соотношении 3:1 с общим выходом 45%

Отнесение к эндо - и экзо - изомерам осуществляется на основании анализа сигналов метинового (H2) и олефиновых (H5,6) протонов цикла, которые в спектрах этих изомеров имеют различное расположение. При таком отнесении в качестве аналитического критерия используются величины химических сдвигов метиновых протонов у атома С2 , как это принято в литературе для структурноподобных соединений. Различие в химических сдвигах этих изомеров возникает в результате влияния магнитноанизотропной двойной связи, по отношению к которой метиновые протоны имеют различную ориентацию в пространстве.

Антрацен в силу своей ароматичности реагирует с винилфосфонатом (I) в еще более жестких условиях: при кипячении в толуоле в течении 30 часов в присутствии АlCl3. Процесс завершается формированием 9,10-дигидро-9,10-этаноантрацен-11-илфосфоната (VIII) с выходом 48% [11].

Похожие статьи




Примеры реакций диенового синтеза - Диеновый синтез

Предыдущая | Следующая