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

Это положение о сохранении конфигурации при мягком окис­ лении под действием НК имеет важное значение, так как кристал­ лические сульфоны часто используются для характеристики со­ ответствующих им сульфидов, и такая характеристика еще не полностью может быть заменена иследованием, например, ЯМРили ИК-спектров этих сульфидов. Только в исключительных слу­ чаях окисление может сопровождаться частичной пост-изомери­ зацией, как это, например, было замечено на примере реакции окисления ^ис-метилтиометилсульфонилэтела НУК в среде эфи­ ра [30]. Однако при окислении эндо- и экзо-сульфидов, принадле­ жащих к тетрахлорнорборненовому ряду, и экдо-сульфидов гексахлорнорборненового ряда, как было.показано в специальном исследовании, сопровождавшемся подробным анализом ПМР-спек- тров этих соединений [38], эпимеризация не наблюдается. Поэтому результаты работы Девиса и сотр. [39, 40] в этом направлении, ут­ верждавших существование легкой э«5о,экзо-изомеризащш в процессе окисления подобных сульфидов, подлежат исправлению, как, впрочем, об этом заявили впоследствии и сами авторы [41].

(х = н, СО.

Как известно, ввиду своей квазитетраэдрической структуры, в которой уединенная пара электронов занимает место одного из заместителей, а сера находится в вершине тетраэдра, сульфоксиды

сразноименными заместителями способны к оптической изомерии.

Вобычных реакциях образуются, конечно, рацематы. В послед­ ние годы большое внимание было привлечено к асимметрическому синтезу сульфоксидов, в частности путем окисления сульфидов оптически активными НК [42—49]. Монтанари с сотр. [43] пред-

308

лагает для объяснения наблюдаемых закономерностей асимметри­ ческого синтеза и с целью установления связи между конфигура­ цией НК и образующихся сульфоксидов следующую схему про­ цесса, приводящую при той же хиральности НК к различным ре­ зультатам в зависимости от расположения в переходном состоянии заместителей А и В различного объема:

алифатические и ароматические радикалы]. Однако в этих реакциях не удалось достигнуть высокого оптического выхода — он не пре­ вышал 2—5% при общем высоком выходе сульфоксидов [42—47]. Были также сделаны попытки дальнейшего окисления полученной рацемической смеси в присутствии 0,5 моля активной НК в надеж­ де, что оптический выход повысится за счет преимущественного окисления в сульфон одного из оптических изомеров сульфокси­ дов, однако это не привело к существенному улучшению резуль­ татов асимметрического синтеза [48, 49]. Зато довольно высокие оптические выходы были получены при окислении оптически ак­ тивных эфиров о-метилтиобензойной кислоты неактивными Н К . Оптический выход повышался при понижении температуры. При

[ A r = C e H s , 2,4,6-(СНз)зС«Н2 ].

Интересно, что использование НУК, меченной О 1 8 , для окисления

О»

309

Присутствие в молекуле двух атомов серы приводит при окислении этого сульфида до дисульфоксида, что довольно избирательно (па

тиомерных форм, которые удается разделить хроматографически [29]. Таким образом, Монтанари и сотр. показали, что при окисле­ нии цис- и т/жнс-1,2-диалкилтиоэтенов образуется 4 изомерных формы сульфоксида: транс, мезо-, транс, рацемо-, цис, мезо- и цис,рацемо-. При этом окислитель преимущественно подходит со стороны, противоположной первому сульфоксидному атому; по­ этому в серии /п/жкс-соединений образуются преимущественно леезо-изомеры, а в серии г^ис-изомеров — преимущественно рацемо- изомеры [29].

транс, рацемо цис, мезо

Была также исследована стереохимия окисления до сульфоксидов атомов серы, входящих в замещенные тиэтановые [52],— конформационно фиксированные тиолановые [53] или тиановые [53а] циклы, и показано, что дальнейшее окисление в сульфоны идет с различной скоростью для разных изомерных форм из-за стерических препятствий при подходе окислителя к электронной паре атома серы в некоторых изомерах

310

Алкил(арил)тиогруппа, находящаяся рядом с системой алициклов, также окисляется нерегиоснецифично. Так, Монтанари и сотр. показали, что различные замещенные норборнилсульфиды при окислении НК дают смесь син- и а«/?ш-изомеров [34]:

В нашей лаборатории, однако, было найдено, что содержащие пространственно более объемистые заместители гексахлор- и тетрахлораналоги образуются только в одной форме [36]. Интерес­ ные данные о региоспецифичности окисления различных 5х-хо- лестанов, замещенных алкилтиоили бензилтиогруппами в поло­ жениях 3, 5 и 7 (а- и [5-), и о специфике дальнейших реакций пиролитического разложения полученных алкилсульфинилстероидов с образованием олефинов содержатся в большой серии работ Джонса и Грина с сотр. [54].

Наконец, остановимся на диапазоне применения НК для син­ теза разнообразных окисленных сернистых соединений. Эти реак­ ции, как правило, идут в очень мягких условиях и приводят, если исходить из сульфидов, к почти теоретическим выходам сульфокси­ дов (один эквивалент окислителя) и сульфонов (избыток окисли­ теля). Использовать НБК для количественного окисления и титриметрического определения разнообразных диалкилсульфидов, в том числе — содержащих а- и (3-атомы хлора, а также для определения дифенилсульфида и дибензилсульфида впервые предложил Левин [55, 56]. Арбузов получил дибензилсульфоксид и сульфон окис­ лением сульфида под действием Н У К в эфире с выходом - ' 9 9 % [57]. Боме [58] предложил использование МНФК, причем высокие выхода сульфонов он получал с этим окислителем не только из дибензилсульфида, но и из сравнительно неустойчивого а-хлорме- тилэтилсульфида.

В дальнейшем окислением НК часто получали сульфоны из меркапталей С а х а р о в , играющих большую роль в химии этого важ­

в растворе эфира — является универсальным средством, позволяю­

3 1 1

случаях — и сульфоксиды. Этот окислитель совершенно неза­ меним для получения а,р-пенасыщеш1ых сульфонов, в первую оче­ редь винилсульфонов [60—62]. Ввиду нуклеофилыюго характера двойных связей сульфида получение сульфонов из этих соедине­ ний действием Н 2 0 2 в уксусной кислоте совершенно не удается осуществить, так как сульфид в кислой среде разлагается. При действии двух молей НУК в эфире через несколько часов в реак­ ционной смеси еще содержатся сульфоксиды [60]. При большей продолжительное™ окисления (примерно одни сутки) получают высокие выходы для всего ряда вшшлалкилсульфонов [61]. Осо­ бенно хорошо окисляется винилфеиилсульфид, образующий сульфон, легко выпадающий из эфирного раствора [62]. Другие приме­ ры получения разнообразных сс,{3-ненасыщенных сульфоксидов

Несколько слов о получении алкилсульфонилацетиленов (А), которые были также синтезированы в нашей лаборатории с исполь­ зованием НУК [66]. Этот метод оказался более удобным, чем опи­ санные в литературе на примере синтеза арилэтинилсульфонов в присутствии МХНБК [67[ или НБК [68]. Однако высоких вы­ ходов для низших членов ряда здесь удалось достигнуть, только применяя для отмывки уксусной кислоты после окисления на­ сыщенные водные растворы бикарбоната натрия, высаливая та­ ким образом этинилсульфоны из водного раствора.

Следует еще упомянуть, что Левин [55, 56] описал получение дивинил- и диаллилсульфоксида и сульфона, а также р-хлорви- нилэтилсульфона окислением НБК соответствующих сульфидов, а Боме [58] использовал для аналогичных целей МНФК.

Все эти данные показывают, что сульфидная сера окисляется НК настолько быстрее кратной связи, что в ее присутствии окис­ литель не затрагивает любые С=С-связи, как находящиеся в а,6-положении, так и более удаленные.

312

Имеются также сведения о том, что при одновременном при­ сутствии в молекуле атомов серы и азота в первую очередь окис­ ляется сера [ 6 9 , 7 0 ] .

По-видимому, в природе наблюдаются такие же закономерности, так как из природных источников удалось выделить (4^-Э-метил-

пу, но и другие сернистые функции. Так, имеются сведения о по­ лучении тиолсульфниатов и сульфонатов при окислении НБК или Н У К различных диалкил- [ 7 3 ] и диарилдисульфидов [ 7 4 ] , а из дибензилполисульфидов (до тетрасульфида), по данным [ 7 5 ] , при окислении НБК получены полисульфоксиды. В нашей лабо­ ратории окисление тиолацетатпых групп НУК в среде эфира при 0° С использовано как универсальный метод введения в молекулы сульфонатных или алкилсульфонатных групп [ 3 8 , 7 6 , 7 7 ] . Метод позволяет с количественным выходом вводить эти группы в значи­ тельно более мягких условиях, чем это предлагалось ранее [ 7 8 ] . Различные примеры подобных реакций приведены ниже.

основной продукт

313

Механизм этой интересной реакции не совсем ясен; возможно, она идет через предварительный ацидолиз с немедленным окислением образующихся тиолов. В связи с этим осложнением тиоацетатная группа окисляется много медленнее сульфидной и, как видно из предыдущей схемы реакций, при наличии в молекуле достаточно нуклеофильной С=С-связи может происходить конкуренция за окислитель.

Наконец, в патенте [79] предлагается использовать окисление сульфидной серы в крекинговых маслах до сульфонной действием НМК как метод обессеривания этих масел.

Невозможно не упомянуть здесь также о работах последних лет по окислению одним эквивалентом НК атомов серы, входящих

втионовые группировки с получением разнообразных сульфинов

(А). Ниже приводятся некоторые примеры из обзорного доклада Цваненбурга и Стрэтинга [79а]. Авторы указывают на очень боль­ шую скорость окисления тиокарбонильной серы при действии НК, причем, как видно из приведенных реакционных схем, окислитель, взятый в эквимолярном количестве, атакует исключительно атом серы. Образующиеся сульфины являются полезными промежуточ­ ными продуктами для разнообразных реакций.

314

О К И С Л Е Н И Е А З О Т И С Т Ы Х Ф У Н К Ц И О Н А Л Ь Н Ы Х Г Р У П П И Р О В О К

Очень краткое изложение огромного материала, имеющегося в этой области, мы подразделяем на 3 части: окисление третичных (алифатических, жирноароматических и гетероциклических) ами­ нов с получением N-оксидов; окисление первичных аминов и об­ разующихся из них продуктов (гидроксиламинов, нитрозо- и азо-

азотистые соединения окисляются НК по гетеролитическому пути и играют при этом роль нуклеофилов, хотя встречаются и противо­ положные мнения [5].

Окисление третичных аминов

Электрофильное окисление третичного аминного азота неизмен­ но приводит к образованию N-оксидов, интересных благодаря своей физиологической активности, а также высокой реакционной способности [81], делающей их важными промежуточными продук­ тами для дальнейших синтезов, в частности для введения двойной связи при пиролитическом элиминировании [82].

Гетеролитическая природа окисления третичного азота надкислотами подтверждена в ряде кинетических работ, причем во всех случаях было найдено строгое соответствие бимолекулярной кинетике. Здесь можно назвать работу [83], где при окислении НБК найдена хорошая линейная корреляция между величинами

чительно более высокой энергией активации (14,3 ккал/моль про­ тив 10,1 для диметил анилина). В свою очередь, для различных за­ мещенных пиридинов скорость окисления НБК также хорошо коррелировалась для заместителей в положениях 3 и 4 с основ­ ностью этих пиридинов [84], как показано на рис. И . Заметно более медленное окисление большинства 2-замещенных и особенно 2-трет-бутилыюто производного свидетельствует о наличии стерического эффекта, проявляющегося, однако, в этой реакции мно­ го слабее, чем при кватернизации этих же пиридинов действием йодистого метила [84]. Большая зависимость скорости окисления

чены с высоким выходом аминоксильные радикалы [ 8 0 ] , представляющие существенный интерес [80а]; это свидетельствует о свободнорадикальном характере процесса .

315

диоксан) от электронной плотности на азоте, вычисленной методом ЛКАО — МО, найдена в работе [85]; в ней приводятся следующие значения /с2 -103 молъ-л~1-сек~1: пиридин — 5,3; изохинолин — 5,8; хинолин — 5,9; 9-азафенантрен — 3,3; 1-азафенантрен — 4,4; 4-азафенантрен — 0,14; акридин — 317. Все это позволяет пред­ полагать, что окисление по азоту проходит через переходное со­ стояние, аналогичное наблюдаемому при эпоксидировашш или окислении сернистых соединений:

Недавно показано, что лучшим окислителем для получения разнообразных N-оксидов является М Х Н Б К [86], позволяющая с почти теоретическим выходом получать оксиды триэтил- и триметиламина, диметиланилина, а также никотина, кодеина и морфина,

или НУК, при котором требуется подщелачивание для разложе­ ния образующихся солей N-оксидов. Среди подобных работ упо­ мянем окисление НБК третичных аминов типа А [87], окисление НУК метилфениланилина и диметиланилина [88], а также окисле­

316

нопиридины [92] окисляются по пиридиновому азоту с образова­ нием соединений Е и Ж, что объясняют электронными взаимодейст­ виями внутри этих молекул [92], которые в случае Д не могут преодолеть стерических факторов 6 .

Очень большая литература имеется по окислению ароматиче­ ских азаоснований, содержащих один, два и три атома азота в цик­ ле, а также разнообразные комбинации циклов, причем, как пра­ вило, сообщается о получении N-окисей с очень высоким выходом. Из более старых источников отметим первые исследования Майзенгеймера [93], предложившего использовать НБК для получе­

другие заместители; оказалось, что окисление кипящей ТФНУК приводит к образованию N-оксида пентабромпиридина при одно­ временном частичном окислительном дегалогенировании, веду­

317