Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Реакции галогенидов элементов различной координации с апротонными неионогенными реагентами. Монография
.pdf
51
реагентов хлороводорода. Был сделан важный вывод о том, что примесь
HCl в хлориде P(III) катализирует эту реакцию. Можно предположить,
что HCl способствует анионидному отрыву атома хлора от атома фосфора благодаря синхронному шестичленному переносу электронов:
Здесь следует подчеркнуть, что каталитический эффект примеси
HСl в хлоридах Р(III) был обнаружен в реакциях со многими О-содержащими органическими соединениями – оксидами алкенов
[5, 195, 198], карбоновыми кислотами [196], ацеталями [5, 198, 199]
и альдегидами [5, 101, 197, 198, 201, 204, 205].
Удаление HСl способствует также ингибированию взаимодействия первичного интермедиата со второй молекулой альдегида,
т. е. препятствует образованию вторичного интермедиата. Замечательным является то, что очищенный от НСl хлорид Р(III) реагирует с альдегидом в присутствии каталитических количеств третичного амина
и алкилвиниловых эфиров (АВЭ) с образованием первичного интермедиата (хлорид Р(III):альдегид:амин:1:1:0,03–0,05).
Считают, что суть подхода к синтезу первичного интермедиата (3)
заключается в удалении HCl из хлорида P(III) и в каталитическом блокировании электрофильного центра карбонильной группы от присоединения второй молекулы альдегида. Цель была достигнута использованием соединений, проявляющих основные и нуклеофильные свойства,
т. е. третичных аминов и АВЭ [193, 194, 197–203]. Разработаны три способа синтеза первичных интермедиатов [193, 194, 204–211]: с использованием третичных аминов (метод 1), АВЭ (метод 2) и трансформацией одного интермедиата в другой (метод 3).
По первому методу были получены первичные интермедиаты, которые по ближайшему окружению P(III) (OPCl2, O2PCl, O3P) были отнесены к трем типам (173–175):
52
Когда количество альдегида, вводимого в реакцию, увеличивали,
то происходило дальнейшее замещение атомов хлора у РС13:
Соединения (173б, в) были выделены в индивидуальном виде вакуум-перегонкой. Они устойчивы при комнатной температуре, в запаянной ампуле хранятся в течение нескольких месяцев. При попытке перегнать в вакууме вещество (174а) полностью разлагается в соединения
(1а), (32) и (173а). При длительном нагревании в вакууме до 100 °С интермедиат (173а) также распадется на РС13 и альдегид. Здесь следует
подчеркнуть, что предполагаемая ранее изомеризация соединения
(173а) в производное Р(IV) не реализуется и при нагревании оно распадается на исходные продукты [192, 193,197].
По второму методу к очищенному от примеси HCl с помощью
АВЭ монохлорофосфиту при 10 °С сначала по каплям добавляют АВЭ,
а затем альдегид в соотношении 1:2:2÷7:
Соединение (175и) было выделено в индивидуальном виде перегонкой в вакууме, а остальные идентифицировались в неочищенном
виде сразу после удаления легколетучих веществ в глубоком вакууме [205].
53
В интермедиатах X2POCH(Cl)R замена атомов хлора (Х=Cl) на более электроположительные группы (алкоксил- и или алкил-) приводит
к снижению их устойчивости. Интермедиаты (RO)2POCH(Cl)Pr-i (175,
R=Me (к), Et (л)) вообще не удается синтезировать прямым способом,
т. е. взаимодействием диметил- или диэтилхлорофосфитов с изомасляным альдегидом. Их получали третьим способом – трансформацией интермедиата (173в) действием спиртов в растворителе в присутствии
третичного амина, и они устойчивы лишь на холоде в разбавленных
растворах [207].
Что касается механизма катализа, можно предположить, что в результате мягкого взаимодействия третичного амина или АВЭ (Nu)
с карбонильным углеродом увеличиваются нуклеофильные свойства
карбонильного атома кислорода и одновременно блокируется электрофильный центр карбонильной группы от присоединения второй молекулы альдегида. Активированная молекула альдегида (192) взаимодействует с хлоридом P(III) с разделением заряда (193) или через синхронный циклический перенос электронов (194), образуется первичный интермедиат, и регенерируется катализатор [197, 206, 211]:
Было предположено, что при значительном понижении концентрации амина (в 8–10 раз) его блокирующая способность элекрофильного центра в комплексе (193) или (194) также сильно уменьшится, хотя
его каталитическое действие через образование активированной формы
(192) еще сохранится. Тогда катализируемая основанием реакция будет
осуществляться, но разблокированный электрофильный центр в комплексе (193) или (194) присоединит вторую молекулу альдегида, что
приведет к образованию вторичного интермедиата (185). Особенно
успешным оказалось использование двух хлоридов P(III) − РС13 (1а)
и бис(2,2,2-трихлорэтил)хлорофосфита (1). Последний, в отличие от
незамещенных диалкилхлорфосфитов, не проявляет нуклеофильные
54
свойства, и поэтому образование полимерных продуктов не происходит. Образуется устойчивый первичный интермедиат (175б), который
вводили в реакцию с одним эквивалентом изомасляного альдегида при
малой концентрации амина (1:1:0,0075) при 0 °С. В спектре ЯМР 31Р
наблюдали новые сигналы при 132,3 и 24 м.д., которые были отнесены
к атомам фосфора во вторичном интермедиате (185б) и фосфонате
(181б):
При повышении температуры до 25 °С в течение 0,5 часа сигнал при
132,3 м.д. исчезал и в спектре наблюдался интенсивный сигнал при 24 м.д.
Нуклеофильность P(III), видимо, достаточна для изомеризации интермедиата (185а) в фосфорильное соединение (181б) При перегонке происходило дегидрохлорирование соединения (181б) и образование непредельного фосфоната (182б), выделенного в индивидуальном виде [196].
Известно также о выделении в индивидуальном виде ди-α-хлорэфи-
ров R(Cl)CHOCH(Cl)R (179) из реакции РС13 с альдегидами [184, 185,
187]. Было предположено, что они образуются из производного P(III)
X2POCHROCH(R)Cl (185б), т. е. из одного из вторичных интермедиатов
исследуемой реакции, где нуклеофильность P(III) сильно понижена,
например, при X=Cl. Было установлено, что реакционная смесь, полученная при взаимодействии PCl3 и уксусного альдегида в присутствии
N,N-диэтиламина в соотношении 1:1÷20,0075 при (–30)–(–20) °С, по
данным ЯМР 31Р состоит из PCl3, первичного (173а) и вторичного (185а)
интермедиатов в соотношении 10:1:13. При постепенном повышении
температуры до –10 °С наступает экзотермическая реакция с образованием 1-хлор-1-(1-хлорэтокси)этана (179а) и полимерного продукта
(POCl)n (180).
Таким образом, было экспериментально установлено, что прекурсором ди-α-хлорэфира (179а) является вторичный интермедиат
Cl2POCHMeOCH(Me)Cl (185а). Строение интермедитов (185, R=Me (а),
n-Pr (б), i-Pr (в)) было подтверждено их реакцией с хлором, приводящей
к ди-α-хлорэфирам Cl(R)CHOCH(R)Cl (179), R=Me (а), Pr (б), i-Pr (в)
и трихлороксиду фосфора [192, 193, 197, 209, 211]:
55
Таким образом, можно утверждать, что на кафедре органической
химии КНИТУ найден новый вариант взаимодействия алифатических
альдегидов с электрофильными хлоридами P(III), которое осуществляется в совершенно иных условиях (отсутствие гидрогалогена и наличие
нуклеофильного или основного катализатора) и приводит к исключительно новым результатам, чем реакция, описанная Фоссеком [165,
166]. Речь идет о новом варианте реакции Фоссека.
2 . 2 . В з а и м о д е й с т в и е г а л о г е н и д о в Р ( III) ( 1 ) ,
P ( IV) ( 2 ) , S ( III) ( 6 а ) , S ( IV) ( 6 б ) , Si( IV) ( 8 )
с о к с и р а н а м и и о к с е т а н а м и
Две группы российских химиков – под руководством М. И. Кабачника [212–218] и А. Н. Пудовика [218, 219] – систематически исследовали
реакции хлоридов Р(III) (1) с оксиранами (30). Б. А. Арбузов с сотр. изучали взаимодействие соединений (1) с оксетанами (31) [220–224]. В разное время эти реакции обсуждались и в других работах [225–230]. Исходя
из научных результатов, полученных в этих работах, можно сделать вывод о том, что оксираны и оксетаны взаимодействуют с хлоридами Р(III)
с раскрытием оксидного кольца. Постепенно можно заместить все атомы
хлора у Р(III) на n-хлоралкоксильные группы (дехлоро-n-хлоралкоксилирование). Образуется эфир кислоты Р(III) (197). В мягких условиях повышение координации атома фосфора не происходит [227]:
56
При нагревании осуществляется реакция Михаэлиса–Арбузова
[212–215, 231, 232] и образуются соединения с фрагментом
СlCH2(CH2)mCH2P(O) (196). Ее обычно проводят при нагревании в растворителе [212, 215]:
Под действием спиртовой щелочи вещества (198) отщепляют НСl
и трансформируются в соединения с алкенильным радикалом у Р(IV),
которые широко применяются в полимерной химии [212, 233]. Несимметричное оксидное кольцо раскрывается при разрыве одной из двух
связей С-О:
Установлено, что место разрыва цикла мало зависит от природы
радикала R. Раскрытие на 90 % происходит по направлению а, т. е. по
связи С-О при первичном атоме углерода [218–223, 229].
Установлено, что электроноакцепторные заместители в положении 2 оксидного кольца и электронодонорные у Р(III) замедляют реакцию, т. е. хлориды Р(III) проявляют электрофильную, а циклические
эфиры – нуклеофильную реакционную способность. Было также установлено, что примесь НСl в хлоридах Р(III) катализирует эту реакцию.
Она способствует анионидному отрыву хлора в результате шестичленного синхронного переноса электронов [5, 218, 219]. Поэтому первичный процесс этой реакции рассматривают как каталитическое нуклеофильное дехлоро(2-хлорэтоксилирование) у электрофильного Р(III) [5]:
57
Важными являются порядок смешения реагентов и их агрегатное
состояние. Сначала было предложено пропускать оксид этилена через
хлорид Р(III) [212]. Однако прибавление РCl3 к жидкому оксирану повышает выход целевого продукта [213] и процесс делает более безопасным. Работа с газообразным оксидом этилена представляет большую
опасность в связи с его высокой летучестью и сильной специфической
ядовитостью [234].
Реакция хлоридов Р(III) с оксиранами используется в синтезе
психотропных препаратов «Фосеназида» (197) и «Капаха» (198). Первый из них – дифенилфосфинилэтангидразид – используется в качестве транквилизатора и антиалкогольного средства, а второй – [4-(диметиламино)фенил]-(2-хлорэтокси)фосфонилэтангидразид – обладает ноотропным, антидепрессивным и транквилизирующим действием [235–238]. Дифенилхлорфосфин Ph2PCl и [4-(диметиламино)фенил]дихлорфосфин 4-Me2NC6H4PCl2 являются исходными
хлоридами Р(III). При их реакции с этиленоксидом образуются фосфинит Ph2POCH2CH2Cl (199) и фосфонит 4-Me2NC6H4P(OCH2CH2Cl)
2
(200), которые, взаимодействуя с этилхлорацетатом, трансформируются в эфиры фосфорилированных уксусных кислот
Ph2P(O)CH2COOR (201) и 4-Me2NC6H4P(OCH2CH2Cl)CH2COOR
(202). Реакция последних с гидразином приводит к соответствующим
гидразидам:
На кафедре органической химии КНИТУ был разработан усовершенствованный способ получения «Капаха», где изменялись: 1) агрегатное состояние оксида этилена – вместо газообразного оксида этилена использовался жидкий; 2) порядок смешения реагентов – раствор
дихлорфосфина добавлялся по каплям к раствору жидкого оксида этилена в этилхлорацетате, что привело к снижению продолжительности
процесса с 4 часов до 1,5 часа; 3) количество этилхлорацетата – применяли четырехкратный избыток вместо двухкратного с целью подавления вклада побочного направления реакции [239]. Эти изменения способствовали тому, чтобы процесс стал более безопасным и конкурентноспособным.
Усовершенствованный метод был использован в синтезе нового
аналога «Капаха» с диэтиламинной группой в ароматическом ядре
58
[240] – гидразида [4-(диэтиламино)фенил]-(2-хлорэтокси)фосфонилук-
сусной кислоты (203:.
Следует отметить, что для дехлоро(2-хлорэтоксилирования) хлоридов Р(III) можно использовать триметил-(2-хлорэтокси)силан (204)
и 1-(2-хлорэтокси)-1-этоксиэтан (205) [102, 241]:
Аномально протекает взаимодействие оксида этилена с 4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутилбензилхлоридом (10г) в гексане. В результате
дегидрохлорирования образуются 4-(хлорометилен)-2,6-ди-трет-бутилциклогекса-2,5-диенон и этиленхлоргидрин. Без растворителя даже
при большом избытке оксида этилена лишь один атом хлора замещается на 2-хлорэтоксильную группу. Распад неустойчивого α-хлорэфира
приводит к 4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутилбензолкарбальдегиду (33г)
и 1,2-дихлорэтану [242]:
Оксиран, содержащий 1-дихлороциклопропильную группу (206),
реагирует с РСl3 в соотношениях от 1:1 до 3:1 с образованием соединений фосфитного строения (207а–в) [243–246]. Разрыв дихлороциклопропанового цикла не наблюдается:
59
По аналогии с хлоридами Р(III) хлориды Р(IV) взаимодействуют
с оксиранами с раскрытием оксидного кольца: образуются 2-хлоралкоксильные производные кислот Р(IV) (208). В полихлоридах дехлоралкоксилирование происходит ступенчато – замещением одного, двух
или трех атомов хлора. В отличие от хлоридов Р(III), хлориды Р(IV) реагируют с оксиранами менее энергично, и для осуществления этой реакции требуется катализатор. Обычно в качестве последних используют кислоты Льюиса: хлориды алюминия [247, 248], цинка [247, 248],
олова [247, 248] и титана [248–250]. В эти реакции вводились трихлороксид фосфора, дихлорангидриды фенилфосфоновой [248, 251] и арилфосфорных кислот [249, 250], монометилфосфоновой кислот [252].
Из замещенных оксиранов применялись оксиды 1- и 2-бутенов [249],
стирола [248] и диоксид дивинила [248]:
В присутствии тетрахлорида олова оксираны с 1-(2,2-дихлороциклопропильным фрагментом в заместителе (209) взаимодействуют с хлоридами Р(IV) по схеме дехлоро(2-хлорэтоксилирования) с образованием соответствующих эфиров (210). Раскрытие карбоцикла не наблюдается [32]:
60
С оксиранами реагируют и хлориды более высокой координации
фосфора. Так, было найдено, что пентахлорид фосфора в присутствии
тетрахлорида титана в качестве катализатора при 40–50 ºC реагирует
с оксидом этилена с образованием три(2-хлорэтил)фосфата [253].
С целью разработки новых доступных способов получения органических соединений фосфора изучались реакции органилтрихлорофосфоний гексахлорофосфатов (3) в соотношениях 1:2 и 1:4. Синтезированы дихлорангидриды органилфосфоновых кислот (74) [253, 254,
255] и ди(2-хлоралкиловые) эфиры алкенил- и 2-хлоралкилфосфоновых
кислот (212) [256–258]:
Взаимодействие стирилтетрахлорофосфорана и дистирилтрихлорофосфорана с оксидами алкена в соотношениях 1:4 и 1:3 приводит
к получению 2-хлоралкиловых эфиров стирилфосфоновой и дистирилфосфиновой кислот (213) [259–61]:
Взаимодействие оксетанов с диметилдихлоросиланом происходит
по схеме дехлоро(3-хлоралкоксилирования). Под действием натрия
первичный продукт (214) превращается в гетероциклическое соедиение
(215) [262]:
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]