книги из ГПНТБ / Прилежаева Е.Н. Реакция Прилежаева. Электрофильное окисление

НК — окисление этилового эфира енола бутирофенона [6]:

держащаяся в этих соединениях га-алкоксигруппа, естественно, действует (через бензольное кольцо) несколько слабее, чем непо­ средственно стоящая у С=С-связи. Мы не будем здесь вновь рас­ сматривать приведенные в главе I результаты различных кинети­ ческих исследований, указывающих на существенное ускорение реакций окисления стиролов и стильбенов такими алкоксигруппами. Отметим лишь, что их присутствие также усиливает тенден­

лабильность соответствующих эпоксидов в кислых средах. Так,

Высокая скорость окисления НБК и особая склонность соответст­ вующих эпоксидов к ацидолизу или (и) изомеризации в карбо­ нильные соединения, обычно уже в процессе разгонки в вакууме, была отмечена на примере многочисленных этиленов с различным числом и комбинацией анизильных ядер в работах [18—23]. Несколько более слабое действие имеют о- и особенно ж-алкокси- группировки [24, 25]. Так, с точки зрения легкости вызываемого ими раскрытия эпоксидного цикла ароматические группы распо­ лагаются в ряд:

Совместное присутствие нескольких алкоксильных групп в арома­ тическом ядре содействует исключительному ^ис-гидроксилиро-

158

ванию соседней С=С-связи под действием НМК [26]:

Ускоряющее влияние метоксигрупп в кольце отмечеп.> также для реакции соокисления жирноароматических углеводородов и ароматических альдегидов, проходящее, как известно, с образова­ нием надкислот. В работе [27] найден следующий порядок падения скоростей соокисления:

анетол > а-метиланетол > изосафрол > р-метиланетол > и-метоксистильбен.

При сравнении одинаково замещенных алкоксигруппами изо­ мерных жирноароматических углеводородов сохраняется обычное соотношение скоростей для концевых и срединных С=С-связей. Так, сафрол окисляется НБК много медленнее изосафрола, а эв­

Имеется много данных о получении устойчивых эфиров глицидолов общего строения I при окислении соответствующих аллиловых эфиров.

Окисляли под действием НБК [ 1 , 29], а также НУК [30—32] в стан­ дартных условиях преимущественно ароматические аллиловые эфиры, а также алкиловые и ариловые эфиры алкил-[33], арил-[34] или алкиларилзамещенных [35] аллиловых спиртов. Неожидан­ ный ход реакции наблюдается за счет кляйзеновской перегруппи­ ровки в процессе эпоксидирования диаллилового эфира 1,4-гид- рохинона [29], хотя аллилфениловый эфир [28], а также .м-метил- [30], га-метил- и о-метиоксифенил аллиловые эфиры [31] при окисле­ нии НБК образовывали эпоксиды с достаточно высоким выходом.

159

сн,

При окислении о-аллилзамещенного фенилаллилового эфира из­ бирательно окислялась С-аллильная связь, что подтьерждает замедление окисления под действием аллильного атома О. Строе­ ние продукта доказано его склонностью к кляйзеновской изоме­ ризации, к которой не способен изомерный эпоксид, синтезирован­ ный заведомым путем [32]:

Глицидиловые эфиры типа I в кислой среде, как правило, пре­ терпевали нормальное раскрытие цикла с образованием моноэфиров глицеринов. Однако для 1,1',3,3'-тетраалкилзамещенных было замечено чрезвычайно трудное раскрытие цикла в щелочной среде [36], что, по-видимому, связано с индуктивным влиянием алкильных групп. Имеются сведения и о гидроксилировании аллиловых и металлиловых эфиров под действием НМК или Н У К с образова­ нием замещенных глицеринов [37, 38], в том числе содержащих бензольные кольца с разнообразными полярными заместителями. Из диаллилового эфира и 1,3-диаллилового эфира глицерина этим путем получили смесь стереоизомеров ди- и триглицеринов [37]:

Действием избытка НБК на диаллиловый эфир получили его ди~ эпоксид [39], и, наоборот, окисляя безводной Н У К избыток этого эфира получили его моноэпоксид [2].

Окислением НБК 3-алкоксициклогексенов [40, 41] илиЗ-п-ал- коксиарилциклопентенов [42] получают эпокиси, легко измеризуемые в 3-замещенные цикланоны, находящие применение в дал ь- нейших синтезах [42].

160

Индуктивный эффект алкоксигруппы вызывает в этих случаях еще более существенное понижение скорости реакции эпоксиди­ рования: так, Хенбест и Вильсон [43] нашли, что 3-метокси- и 3-этоксициклогексены реагируют с НБК почти в 15 раз медленнее, чем циклогексен. Уже давно было замечено, что подобные реак­ ции идут нестереоспецифичио, так как при восстановлении этих эпоксидов алюмогидридом лития образуются стереоизомерные смеси эфироспиртов [40], а при гидроксилировании 3-алкокси- циклогексена НУК—смеси триодов [41]. Хенбест доказал, что эф­ фект удаленной алкокси- [44] и эпоксигруппировки [45] носит в зна­ чительной степени полярный характер, так как процент транс­ атаки окислителя снижается в полярных средах(табл.2, см.стр.162).

Из данных таблицы также ясно, что с возрастанием сложности по­ лициклической системы этот полярный эффект уменьшается по сравнению с моноциклическими молекулами.

Возможно, что некоторую роль в том, что эпоксидирование бициклического эфира А идет сравнительно медленно, играет при­ сутствующая в его молекуле гомоаллильная этоксигруппа [46]:

А

По-видимому, наличие в аллильном положении ацетальной груп­ пировки приводит к осложнениям в ходе окисления НК, так как дибутилацеталь кротонового альдегида неожиданно образует при этом эфир кротоновой кислоты [47]:

СН з С Н = С Н — С Н ( О С 4 Н 9 ) г - — _ 1 - * С Н з С Н = С Н С О О С Ш в .

Вэтом случае, однако, хорошие результаты дает использование надацетамидиновой кислоты по Пайну: при окислении диэтилацеталя кротоновой кислоты получают с выходом ~ 70% его эпо­ ксид [16]. Циклические этиленгликольацетали, в том числе сильно замещенные, с высоким выходом образуют эпокиси и

Из этих данных вытекает, что ацетальную защиту можно с успехом применять для эпоксидирования ненасыщенных кетонов, чтобы избежать нежелательного их окисления по Байеру — Виллигеру.

Окисление соединений с ацилоксигруппаии

Окисление ацилоксисоединений изучалось почти исключитель­ но на примере веществ с ацетоксигруппами. В соответствии со своей электронной природой эти группы скорее замедляют, чем ускоря­ ют электрофильную реакцию окисления по соседней С=С-связи (см. табл. 1), а также не вызывают существенного повышения ла­ бильности соседнего оксиранового цикла в кислой среде. Эпоксидирование енолацетатов больше всего использовалось в стероид­ ном ряду, и поэтому соответствующие примеры будут рассмотрены в главе I V . Укажем лишь, что в работе [50] замечено значительно более медленное эпоксидирование соседней с ацетоксигруппой С=С-связи по сравнению с другими ненасыщенными связями сте­ роидной молекулы. Для алифатических енолацетатов мы нашли в литературе патентное указание на возможность получения гли­ церина при гидроксилировании винил ацетата действием Н 2 0 2 и

162

Как указывается в работе [41], лучшим методом получения цик-

164

телыю тракс-эпоксид, а гс-нитробензоилоксипроизводное — более 90% г^ас-эпоксида. Эти соотношения объяснены влиянием элек­ тростатического эффекта n-нитр огруппы [45J.

Окисление спиртов Если бы высказанное в ранней работе предположение

эти реакции были бы первым примером эпоксидирования соеди­ нений с а-гидроксильной группой. Но в действительности реак­ ции НК с карбонильными соединениями (окисление по Байеру — Виллегеру), затрагивающие карбонильную группу, идут много медленнее, чем обычное эпоксидирование, и имеют другой меха­ низм, не требующий участия енола.

Соединения, дающие стабильные енолы, принадлежат к поли­ функциональным молекулам и их окисление будет рассматриваться ниже в этой главе. Несколько забегая вперед, можно констати­ ровать, что подобные соединения окисляются НК с большой ско­ ростью и именно по С=С-связи, а не по карбонильной группе, несмотря на присутствие дополнительных электронооттягивающих группировок, однако окисление обычно сопровождается деструк­ цией молекулы. Таким образом, в этом специфическом случае а-гидроксил, действительно, проявляет себя как достаточно эф­ фективный донор электронов.

Значительно больше сведений имеется о влиянии на окисление двойной связи гидроксильных групп, расположенных в аллильном положении. Еще Прилежаев получил окись аллилового спирта (глицидол) и доказал, что она при гидратации легко дает глицерин [62]. Окиси затем были получены с выходами 50—90% из гомологов аллилового спирта, содержащих различное число ал-

в эфирной среде [64, 67—70] или ПННБК [66]. Окиси были полу-

165

чены также из аллиловых спиртов с ароматическими или жирноароматическими заместителями: коричного спирта (для которого констатирована очень быстрая реакция с НБК [71, 72]) и п-нитро- коричного [73], а также спиртов:

/

с6 н5 снсн=с

I \

ОН СНз

Устойчивые окиси при действии МНФК, НБК или НУК (при бу­ ферированном окислении) получают также из аллиловых спиртов, содержащих циклоалкильные заместители:

СНС15Н5

На примере аллильных и гомоаллильных спиртов циклогексенового рядов показано, что при окислении НБК в эфирном растворе можно с помощью простого приема увеличить выходы водораст­ воримых эпоксидов с 10—20% до 80—90% [78]. Для этого при нейтрализации бензойной кислоты применяют Са(ОН)2 вместо поташа. Этот прием может использоваться и при получении аци­ клических водорастворимых эпоксидов, так как авторы получили с выходом 76% эпоксид бутен-3-ола. Все эти окиси гидратируются в слабокислой среде с образованием замещенных глицеринов.

сс-расположенное ароматическое кольцо: они расщепляются очень легко под влиянием кислоты или при нагревании [70, 76], вероят­

( I : R = A l k = X; H : R = A r , Х = Н ) .

2 Авторы предполагают участие в этой реакции «енольной» формы эпокиси, что, однако, маловероятно.

166

Окислением НУК переводят в окиси также ениновые и диениновые карбинолы, например [81]:

или этиленовые триолы, окиси которых являются удобными ис­

Влияние ОН-группы в аллильном или других пространствен­ но близких положениях на эпоксидирование С=С-связи имеет, помимо чисто синтетического интереса, еще и важный теоретиче­ ский аспект, так как представляет собой один из хорошо изучен­ ных примеров содействия реакции со стороны соседней группы. Впервые на такое содействие указали Хенбест и Вильсон для аллильных спиртов циклогексенового [43], а также стероидного [83] рядов. Оказалось, что такая ОН-группа: 1) существенно ускоряет реакцию эпоксидирования; 2) направляет атаку окислителя пол­ ностью с ^ас-стороны (по отношению к положению самой ОН-груп­ пы). Так, скорости эпоксидирования (НБК, бензол, 5° С) по отно­ шению к циклогексену (к2 = 6 , 3 3 - Ю - 3 моль/л-сек) для различных замещенных циклогексенов равны:

3-оксициклогексен образует при окислении любыми НК 90—96% г^с-эпоксида и только 4—10% тракс-эпоксида [43, 45, 80], а конформационно фиксированные 5-торет-бутилциклогексен-2-олы — 84—96% ^ггс-эпоксида [80], в то время как соответствующие аце­ таты дают примерно эквомолярные смеси эпимерных эпоксидов. В последнем случае более благоприятные условия для направ­ ляющего действия наблюдаются у спирта с псевдоэкваториальным расположением гидроксила [80], который не только демонстрирует большую г/цс-избирательность, но и заметно большую 6—7 раз) скорость эпоксидирования [80]. Это понятно из конформационных соображений.

Предложенное Хенбестом и Вильсоном объяснение этого явле­ ния состоит в концепции «закрепления» («anchoring*) окислителя

167