Производные трехвалентного фосфора в реакциях с 3,4-дихлор-2(5Н)фуранонами тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.08 ВАК РФ

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

К и СМ

ОВЕЧКИ НА ЕЛЕНА ВАЛЕРЬЯНОВНА

ПРОИЗВОДНЫЕ ТРЕХВАЛЕНТНОГО ФОСФОРА В РЕАКЦИЯХ С 3,4-ДИХЛОР-2(5Н)ФУРАНОНАМИ

Специальность 02.00.08 - химия элементоорганических соединений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Казань -1997

Работа выложена на кафедре высокомолекулярных и элементоорганических соединений Казанского государственного университета.

Научные руководители: доктор химических наук,

старший научный сотрудник Н.А. Полежаева,

доктор химических наук, профессор Р.А. Черкасов

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Е.А. Красильникова,

доктор химических наук, профессор И.С. Антипин

Ведущая организация: Институт органической и физической

химии им. А.Е. Арбузова КНЦ РАН

Защита состоится » декабря 1997 года в ¿^'"часов на заседании диссертационного Совета К 053.29.02 по химическим наукам в Казанском государственном университете по адресу: ул. Кремлевская, 18, химический факультет, Бутлеровская аудитория.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Казанского государственного университета.

Отзывы на автореферат просим присылать по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, 18, КГУ, Научная часть.

Автореферат разослан /¿-»^-^У 1997года

Ученый секретарь диссертационного Совета кандидат химических наук

Н.Р. Федотова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Исследования в области кислородсодержащих гетероциклических соединений занимают важное место в органической химии. К этому классу соединений относятся Да,Р-бутенолиды и их дигалоидопроизвод-гые. Обширные исследования в области Да,р- бутенолидов были начаты в 60-е годы, когда у этого класса соединений был обнаружен широкий спектор биологической активности. Эти исследования показали возможность широкого использования данных соединений в различных областях народного хозяйства, а также в органическом синтезе. Благодаря наличию таких реакционных центров, как двойная связь и лак-тонное кольцо, атомов галоида они способны вступать в реакции с нуклеофильными и электрофильными агентами.

К таким полифункциональным гетероциклам относятся мукохлорная кислота (3,4-дихлор-5-гидрокси-2(5Н)фуранон) и ее производные, обладающие высокой реакционной способностью и биологической активностью. Наличие в мукохлорной кислоте карбонильной и гидроксильной групп, двойной связи, атомов хлора позволяет вводить в нее различные функциональные группы.

До настоящего времени взаимодействие мукохлорной кислоты и ее производных с ФОС практически не было изучено, имеются лишь единичные сообщения.

В связи с вышесказанным изучение реакционной способности мукохлорной кислоты и ее производных по отношению к различным фосфорилирующим агентам является рациональным подходом к целенаправленному синтезу веществ, сочетающих в себе полезные качества обоих классов соединений. Исследование этих реакций наряду с практическим, имеет и теоретическое значение, т.к. тесно связано с вопросами фосфорилирования полифункциональных соединений.

Цель работы заключалась: 1) в изучении реакционной способности мукохлорной кислоты (3,4-дихлор-5-гидрокси-2(5Н)фуранона) и ее эфиров в реакциях с производными трехвалентного фосфора и установлении активных центров по их отношению к Р-нуклеофилам; 2) в изучении влияния структуры используемых Р-нуклеофилов на строение образующихся продуктов и 3) в разработке новых эффективных методов синтеза полифункциональных фосфорили-рованных фуранонов на основе мукохлорной кислоты и ее производных.

Научная новизиа и практическая значимость. Впервые проведено систематическое исследование реакций мукохлорной кислоты (3,4-дихлор-5-гидрокси-2(5Н)фуранона) и ее эфиров с производными трехвалентного фосфора. Исследования показали, что направление этих реакций и строение образующихся продуктов сильно зависят от природы используемого Р-нуклеофила. На основании синтетического и кинетического изучения взаимодействия триап-килфосфитов с мукохлорной кислотой установлено, что оно протекает с нук-леофильным винильным замещением атома хлора и представляет собой как классический, так и неклассический варианты реакции Арбузова с элиминированием на второй стадии как галоидного алкила, так и хлористого водорода.

Установлено новое направление в реакции фосфорилирования мукохлор-ной кислоты фосфитами, связанное с участием в реакции гидроксильной группы фуранонового цикла.

Найдена необычная внутримолекулярная перегруппировка в реакции му-кохлорной кислоты с хлорфосфитами.

Практическая значимость работы заключается в разработке высокоэффективных и региоселективных методов синтеза новых типов фосфорилированных функционально-замещенных фуранонов, основными из которых являются новые трифенилфосфониевые соли, содержащие фураноновый цикл; необычные фосфабетаины и фуранонилфосфонаты с различным расположением фосфон-группы в фураноновом фрагменте.

Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ХПТ Международной конференции по химии фосфора (Иерусалим, Израиль, 1995г.), на XI Международной конференции по химии фосфора (Казань, 1996г.), на итоговых научных конференциях КГУ (Казань, 1996г. и 1997г.), на Молодежном симпозиуме по химии фосфорорганиче-ских соединений «Петербургские встречи '97» (С.-Петербург, 1997г.), на научной сессии посвященной памяти профессора И.М. Шермергорна (Казань, 1997г.).

По материалам диссертации опубликованы 6 статей в центральных научных журналах и тезисы 4 докладов. Еще 1 статья находится в печати.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 120 страницах, содержит 6 таблиц, 14 рисунков и библиографию, включающую 95 сылок. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов и списка библиографии.

В первой главе представлен обзор литературных данных по строению и химическим свойствам мукохлорной кислоты (3,4-дихлор-5-гидрокси-2(5Н)фуранона) и ее производных.

Во второй главе обсуждаются результаты собственного исследования.

Третья глава содержит описание проведенных синтетических и кинетических экспериментов.

Работа входит в планы РАН и в Федеральную целевую программу НТР (№ гос.рег. 01960001505).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Как уже отмечалось выше, 3,4-дихлор-5-гидрокси-2(5Н)-фуранон (мукохлорная кислота) и его производные, содержащие несколько электро-фильных реакционных центров, представляют собой чрезвычайно интересные и перспективные объекты как в практическом плане для синтеза новых полифункциональных гетероциклических соединений, так и в теоретическом отношении для изучения тонких аспектов реакционной способности в реакциях с нуклеофильными реагентами.

Работа выполнена на кафедре высокомолекулярных и элементоорганиче-ских соединений КГУ совместно с лабораторией элементоорганических соединений НИХИ им. А.М. Бутлерова.

Взаимодействие триалкилфосфитов с 3,4-днхдлор-5-гидрокси-2(5Н)фураноном. Необычный вариант реакции Арбузова.

Изученное ранее1 взаимодействие замещенных фуранонов (1) с триалкил-фосфитами показало, что реакция Арбузова протекает региоселективно по атому углерода, находящемуся в р-положении к карбонильной группе лакгонного цикла, с образованием 3-хлор-4-ди&теоксифосфинил-2(5Н)-фуранонов (2).

Положение фосфон-группы для одного из таких продуктов, полученного взаимодействием хлорида мукохлорной кислоты с триметилфосфитом (11=0, К'=СНз), было доказано методом рентгеноструктурного анализа.

Для детального выяснения механизма этого процесса нами было проведено более тщательное синтетическое и кинетическое изучение реакции триалкилфосфитов с мукохлорной кислотой, т.к. механизм реакций мукохлорной кислоты с нуклеофильными реагентами ранее не изучался.

В результате исследования, проведенного на примере триметилфосфита, на основе анализа ИК, ЯМР 'Н, 31Р и масс-спектров конечной реакционной смеси до и после ее фракционирования установление, что основными продуктами реакции являются совместно перегоняющиеся [т.кип. 126-12В °С (0.7 мм рт. ст.)] Р-фосфорилированная мукохлорная кислота (3) и ее метиловый эфир (4).

Изучение кинетики этой реакции спектрофотометрическим методом позволило установить сложный многостадийный характер реакции. Поскольку скорость первой стадии существенно превышает скорость второй, имеется возможность отдельно рассчитать константа скорости д ля каждой из стадий, что и было сделано с

О 2

3

4

1 Арбузов Б.А., Полежаева H.A., Елыпина Е.В. Взаимодействие мукохлорной кислоты с триметилфосфитом. //ЖОХ. - 1988. - Т. 58. Вып. 6. - С. 1213-1215.

использованием специально разработанной В.И.Галкиным программы для ЭВМ.2 При этом установлено, что первая стадия имеет общий второй порядок реакции -первый по каждому из реагентов. В то же время вторая (более медленная) стадия протекает по общему первому порядку - порядок по триалкилфосфиту равен нулю.

Анализ совокупности кинетических данных с привлечением, полученных в данной работе, результатов синтетических исследований и литературных сведений позволило предложить следующую их интерпретацию.

+ <RO)3P

er

н он

KRO) Зр

а

-RC1

й

(К0Чн ОН

о ,

-HCl

(RObP

%

I9„ CK ^C-0

(RO) 3P CH =0 9

(RO)2Fj rei H

R'

(R0)f H OR О

10

2 H.A. Полежаева, И.В. Логинова, В.И. Галкин, Е.В. Овечкина, В.Г. Сахибуллина, P.A. Черкасов. Кинетика и механизм реакций триалкилфосфитов с мукохлорной кислотой. Необычный вариант реакции Арбузова. // ЖОХ. - 1996. - Т. 66. Вып. 5. - С. 798-803.

На первой стадии в рамках классической реакции Арбузова происходит нуклеофильная атака трехвалентного атома фосфора на р-углеродный атом двойной связи фуранонового цикла (исходя из вышеизложенного, мы не видим достаточных оснований привлекать к рассмотрению ациклическую форму му-кохлорной кислоты) с образованием квазифосфониевого интермедиата (5). Вероятнее всего, этот интермедиат образуется по классическому механизму нук-леофильного замещения у эр2 -атома углерода, т.е. путем присоединения - отщепления. Предполагается, что первая бимолекулярная стадия реакции как раз и состоит в образовании квазифосфониевого интермедиата (5).

Последующая стабилизация этого интермедиата может протекать по двум направлениям. Первое реализуется в рамках классической реакции Арбузова с отщеплением алкилгалогенида и образованием фосфорилированной мукохлор-ной кислоты (6). Второе направление реакции обусловлено особенностью строения интермедиата (5), фосфониевый фрагмент которого содержит достаточно кислый протон: элиминирование этого протона приводит к бетаиновой структуре (8), которая может находиться в равновесии с ациклической формой (9). В сущности, это вариант реакции Арбузова, протекающий, однако, с отщеплением от квазифосфониевой соли (5) не галогеналкила, а хлористого водорода. Далее осуществляется вторая стадия необычного варианта реакции Арбузова -стадия мономолекулярного дезалкилирования с образованием фосфоната (7).

Справедливость предложенного нами механизма подтверждена также и специально проведенными синтетическими исследованиями.

При сопоставлении величины алкильного радикала II в фосфите и соотношения образующихся фуранонов 6 и 7 отмечено заметное снижение скорости образования фуранонов 7 с увеличением размера алкильных радикалов в молекуле триалкилфосфита, которое было сделано на основании ЯМР 31Р-спектральных данных.

Таблица 1.

Характеристика смесей продуктов б и 7 в реакциях триалкилфосфитов (ШЭ)зР с мукохлорной кислотой (Г),

R Основная фракция Т.кип.(°С)/мм рт.ст. п 20 По Отношение 6:7 (%)

CHj 126-128/0.7 мм рт.ст. 1.4740 45:55

с2н5 135-136/2 мм рт.ст. 1.4599 63:37

С\н, 108-110/2 мм рт.ст. 1.4613 69:31

С4Н9 78-79/2 мм рт.ст. 1.4362 84:16

сбн5 142/2 мм рт.ст. 1.5589 100:0

Различное соотношение фосфонатов 6 и 7, полученных в результате реакции фуранона 1 с выбранным нами рядом фосфитов, связано с конкуренцией двух альтернативных направлений трансформации квазифосфониевого интермедиата 5 - с отщеплением RC1 или HCl. Фосфиты с более объемными заместителями

(Я= С2Н5, С3Н7, С4Н9, СбН5) предпочтительно образуют гидроксифураноны 6 в результате элиминирования ЯС1. Согласно нашим кинетическим данным стадия внутримолекулярного дезалкилирования 8->7 при этом заметно замедляется и, соответственно, образование алкоксифуранона 7, проходящее путем нук-леофильного замещения у алкоксильного атома углерода, затруднено по стери-ческим причинам.

Выделяющийся в реакции хлористый водород был зафиксирован в виде солянокислого триэтиламина при добавлении EtзN в реакционную смесь.

Реализация классического направления реакции Арбузова с образованием фосфорилированной мукохлорной кислоты (6) была дополнительно подтверждена выделением и идентификацией соответствующих хлоруглеводородов -хлористого бутила в реакции мукохлорной кислоты с трибутилфосфитом и хлорбензола в реакции с трифенилфосфитом, которая была осуществлена в жестких условиях, при высокой температуре, в отсутствие растворителя.

Таким образом, результаты кинетического и препаративного исследования реакции триалкилфосфитов с мукохлорной кислотой находятся в хорошем соответствии с предложенным механизмом, отличительной особенностью которого является реализация наряду с классическим направлением реакции Арбузова ее необычного варианта с элиминированием во второй стадии не галоге-налкила, а хлористого водорода.

3,4-Дихлор-5-гидрокси-2(5Н)фуранон и его производные в реакциях с

трифенилфосфином.

В отличие от триалкилфосфитов трифенилфосфин реагирует с мукохлорной кислотой и ее эфирами с образованием стабильных фосфониевых солей. Так, взаимодействие трифенилфосфина с мукохлорной кислотой (1) приводит к трифенил[3-хлор-5-гидрокси-2(5Н)фуранонил]-4-фосфоний хлориду (И) с Т.пл. 143 °С, 8 31Р 16 м.д.

Взаимодействие циклического и ациклического эфиров (12 и 13) мукохлорной кислоты с трифенилфосфином приводит к образованию соответствующих солей: трифенил[3-хлор-5-метокси-2(5Н)фуранонил]-4-фосфоний хлорида (14) с Т.пл. 102°С, 8 Р 12 м.д. и трифенил[3-хлор-4-оксометил-бутеноато]фосфоний хлорида (15) с Т.пл. 79 °С, 8 31Р 21 м.д.

+ PPh3

®/

. . Ph3P

Н ОСН3 Н ОСН3

12 14

© С?

СЦХООСНз РЬзР^СООСНз

Т + PPh3 —-

СГХНЮ

13

В 3>4-дихлор-5-метокси-2(5Н)фураноне (циклический эфир) происходит замещение атома хлора в положении-4. Метиловый эфир мукохлорной кислоты (ациклический эфир), обладающий сопряженной системой С=С-СН=0, подвергается атаке PPh3 на атом винильного углерода, находящегося в ß-положении к альдегидной группе.

Предположение, что трифенилфосфониевая соль (11), содержащая свободно гидроксильную группу, может отщеплять HCl, приводя к стабильному бетаину, оказалось верным. Действительно, при прибавлении триэтиламина к раствору соли И частично выпадает солянокислый триэтиламин. Из маточного раствора при удалении растворителя в вакууме кристаллизуется вещество с Т.пл. 72-73 °С, 6 31Р 31 м.д.

Полученные спектральные данные, а также результаты элементного анализа указывают на то, что вещество с Т.пл. 72-73 °С представляет собой продукт совместной кристаллизации фосфониевого бетаина (16) и солянокислого триэтиламина.

© © Et3NHCl +

О

I!©

С СкХ-0

©JL / ©

Ph3P /\ я РЬзР^ ^СН=0

Н О

•А

р/ ^г

16

Таким образом, легко протекающее взаимодействие трифешигфосфина с мукохлорной кислотой и ее эфирами позволяет получить новые фосфониевые соли, которые могут претерпевать дальнейшие превращения, приводящие к новым типам необычных фосфабетаиновых соединений.

Образование в реакции фуранона (1) с РРЬз трифенил[3-хлор-5-гидрокси-2(5Н)-фуранонил]-4-фосфоний хлорида (11), который является ключевым соединением в рассмотренных выше схемах, подтверждено нами также методом рентгеноструктурного анализа.

Установлено, что дегидрохлорирование фосфоний хлорида (11) происходит не только под действием триэтиламина, но уже в процессе синтеза И в результате взаимодействия этой соли с избытком трифенилфосфина.

Воспроизведение этого процесса отдельно действием моля РЬ3Р на соль 11 позволяет получить бетаин 16 . При этом, как оказалось, процесс может идти и по параллельному маршруту: осуществляется замещение второго атома хлора в галоидфураноновом фрагменте до дифосфониевой соли П. Об этом свидетельствует появление в ЯМР 31Р спектре двух дублетов равной интенсивности с 5р +23.8 и +25.3 м.д,, %р=11Гц.

а ч

Контроль за ходом реакции с помощью спектроскопии ЯМР 31Р показал, что бетаин 16 и соль 17 могут быть получены как из фосфоний хлорида И, так и при действии двух молей РЬ3Р на исходный дихлорфуранон 1. Соотношение образующихся солей 11 и 17 может несколько изменяться в зависимости от условий проведения эксперимента - температуры и количества РРЬз, однако во всех случаях дифосфониевая соль 17 присутствует в продуктах реакции лишь в небольших количествах - не более 10-15%, причем, как установлено методом динамического ЯМР, образование 17 из Д носит равновесный характер. Поэтому все наши попытки выделить дифосфониевую соль 17 в индивидуальном виде не привели к положительному результату, хотя сам факт образования такого соединения сомнений не вызывает.

Неожиданный результат был получен нами при попытке выделить чистый кристаллический образец бетаина 16 с целью исследования его структуры методом РСА. Оказалось, что многократная перекристаллизация фосфабетаина 16 из хлороформа приводит к образованию небольшого количества кристаллического вещества, представляющего собой трифенилфосфиноксид (т.пл. 151 "С, 6р +28 м.д). Вероятнее всего, процесс идет через бициклический оксафосфоран 18.

о

<у\0

ы

0=РРЬ3

18

С целью повышения стабильности циклического интермедиата бьшо осуществлено присоединение фосфабетаина 16 к фенил- и трихлорацетилизоцианатам.

О

а^Д

о

Р^ск?

16

о

а|Л

„О =5= РЬзР-^СН

О-С— гог ¿;е

19

РЬзР^^

У-С

II

ш

20

-г- 0=РРЬ3

Я=РЬ, С13СО

При комнатной температуре реакция не идет, а при нагревании до 80-

100°С среди продуктов реакции нам удалось обнаружить лишь трифенилфос-финоксид.

Наиболее вероятной представляется последовательность превращений, включающая возникновение бетаина 19 и циклоаддукта 20, с дальнейшим элиминированием фосфиноксида. Аргументом в пользу такого течения реакции служит результат исследования реакции фосфабетаина 16 с фенилизотиоциана-том: с выходом 8% был получен трифенилфосфинсульфид (т.пл. 156°С, 8р +44 м.д.) и трифенилфосфиноксид. Следует отметить, что окись трифенилфосфина может образоваться и из исходного фосфабетаина. Поэтому в реакции фосфабетаина 16 с фенилизотиоцианатом образуются как трифенилфосфинсульфид, так и трифенилфосфиноксид.

Естественным представляется предположение об образовании в ходе реакции интермедиатов 21 и 22, распадающихся до трифенилфосфинсульфида.

О

Ск Л.

О + РЬСМ=С=5-Р^ШС? О

I

ОРРЬз

С1.

©

РЬ3Р

ей

¿-С-КСРЬ ;'е 6

О РЬ3Р'<

I!

КСРЬ

22 Л .

$=РРЬ3

Новое направление в реакции триметилснлилфосфитов с 3,4-дихлор-5-гидрокси-2(5Н)фураноном.

В продолжение этих исследований также было изучено взаимодействие диэтилтриметилсилилфосфита (ЕЮ^РОБЛДез (23а) и

трис(триметилсшшл)фосфита (Мез8Ю)зР (236) с 3,4-дихлор-5-гидрокси-2(5Н)фураноном (1). Мы установили, что триметилсилиловые эфиры кислот трехвалентного фосфора (23а, 236) реагируют с 1 в тех же условиях, что и три-алкилфосфиты. Однако, тщательный анализ данных ЙК, ЯМР !Н, 31Р и масс-спектров конечных реакционных смесей до и после фракционирования дал несколько неожиданные результаты.

Так, при эквимолекулярном соотношении реагентов 1 и 23а были получены как ожидаемые р-фосфорилирозанные соединения - З-хлор-4-диэтоксифосфонил-5-гидрокси-2(5Н)фуранон (25а) и З-хлор-4-диэтоксифосфонил-5-триметилсилокси-2(5Н)фуранон (26а) с 8р 0 и -4 м.д., так и диэтил-[3,4-дихлор-2(5Н)фуранон-5-ил]фосфонат (27а) с химическим сдвигом 11 м.д.

С1

О

х>

-МезБ^С!

СЛСОДРО&Мез 23 а, 23 б

(КО^р-^-СНОН

в н

о

о

сул

снон

С1

¿б:

Ше3 24

-НС1

(К0Ч 26 о —

СНС^Мез

(а) Я = Е1

(б) Я =81Мез

С1

О

уУ +

а^снон 1

(КО^РС^Мез 23а, 236

(а)Я = Е1

(б) Я = 81 Мез

-МезБЮН

СНОР(ОК)

а

о

о

-------СНР(СЖ) 2

Т7 II

_ о

При взаимодействии 1. с трис(триметилсилил)фосфитом (236) наблюдается очень близкая картина. В ЯМР 31Р спектре реакционной смеси и основной фракции, полученной в результате ее перегонки имеются сигналы -5 м.д. (276) и -20 м.д. (266). В ИК спектрах реакционной смеси до и после перегонки не обнаруживаются полосы гидроксильной группы, что свидетельствует об отсутствии продукта 256. ЯМР 31Р спектр также свидетельствует о наличии только двух соединений 266 и 276.

Очевидно, механизм реакции триметилсилилфосфитов с X подобен механизму взаимодействия триалкилфосфитов. Образующийся квазифосфониевый интермедиат (24) стабилизируется с отщеплением RC1 или HCl. В пользу данного механизма свидетельствует образование смеси продуктов 25 и 26.

Исследование данных реакций показывает, что при введении триметилси-лильных групп процесс становится менее хемоселективным и сопровождается образованием большого количества фосфоната 27. Наличие в молекулах фосфитов 23а и 236 лабильного OSiMe-гфрагмента приводит к тому, что процесс становится более сложным и, наряду с обычным направлением реакции, реализуется конкурентный процесс, связанный с участием в реакции другого реакционного центра - гидроксильной группы органического субстрата.

Образование фосфоната 27 может происходить как процесс переэтери-фикации триметилсилильной группы фосфита 23а или 236 высшим спиртом - 3,4-дихлор-5-гидрокси-2(5Н)фураноном.

Фосфорилирование обоих реакционных центров фуранона 1.-4-хлоралкенилыюго и 5-гидроксиалкильного атомов углерода - можно было ожидать при использовании триамидофосфитов. Действительно, высоконуклео-фильный трис(диметиламидо)фосфит, способен реагировать по гидроксильной группе фуранона X, приводя через стадию неустойчивого диамидофосфита (28) (8р 140 м.д.) к фосфонату 29 (6Р 13 м.д. ; vP=0 1225 см"1) (путь а). Наряду с ним в реакционной смеси фиксируются фосфониевая соль 30 (5Р 20 м.д. ; Voh 3400 см" '), которая легко отщепляет хлористый водород, давая фосфабетаин 31 (5Р 28 м.д.). Этот последний, по-видимому, находится в равновесии с фосфорановой формой 32 (5Р -19 м.д.) (путь б). Разделить полученные вещества на аналитически чистые продукты не удалось, однако по данным ЯМР 31Р, *Н и ИК-спектров присутствие этих соединений сомнения не вызывает.

О

О

зг О

С1 зо

31

Органилгалогениды трехвалентного фосфора в реакции с 3,4-дихлор-5-гидрокси-2(5Н)фураноном.

В развитие этих исследований нам представлялось целесообразным изучить реакцию 3,4-дихлор-5-гидрокси-2(5Н)фуранона (1) с хлоридами трехвалентного фосфора, которая могла бы пойти по нуклеофильному механизму с участием несущего неподеленную электронную пару атома Р(Ш) или по схеме замещения гидроксильной группы мукохлорной кислоты (1). Мы не могли отрицать возможности фосфорилирования спиртового фрагмента 1 по пути а с образованием дифенилфосфинита (33) и/или его фосфиноксидного изомера 34- Реакция могла также пойти по пути б как нуклеофильное замещением атома хлора в Р-положение к карбонильной группе фуранонового цикла - так, как реагируют другие соединения трехкоординированного фосфора.

Образующаяся фосфониевая соль (35) отщепляет хлористый водород аналогично тому, как это ранее наблюдалось в реакциях 1 с фосфитами и фосфи-нами, с образованием бетаинового интермедиата 36, который далее подвергается внутримолекулярной перегруппировке через бициклическую квазифосфо-ниевую соль 37 в 3,5-дихлор-4-дифенилфосфон-2(5Н)фуранон (38).

По существу, превращение 37 -> 38 является второй стадией реакции Арбузова.

Найдено, что реакция дифенилхлорфосфина с 1 протекает очень легко - в эфире при комнатной температуре. Через несколько часов выпадает кристаллический осадок (Т.пл. 169-171°С), Ж спектр этого соединения содержит полосы поглощения V, см"1: 1000, 1190 (Р=0), 1580, 1600, 1770 (Аг, С=С, С=0). В спектре ЯМР 31Р имеется один сигнал 28,9 м.д.

О

О

о

О 38

Полученные ИК, ЯМР и масс-спектральные данные не позволили однозначно установить структуру продуктов 34 и 38. Это побудило осуществить встречный синтез соединения 38 взаимодействием 3,4,5-трихлор-2(5Н)фуранона (39) с дифеншшетилфосфинитом. В данном случае реакция могла пойти только с замещением атома хлора у С-4 атома.

Действительно, реакция идет уже при комнатной температуре; при этом был получен продукт с Т.пл. 169-171°С, который по ИК-, ЯМР- и масс-спектральным и хроматографическим данным полностью идентичен продукту 38. полученному в реакции 1 с дифенилхлорфосфином. Попытки провести реакции 1. с фенилдихлорфосфином и с треххлористым фосфором оказались безуспешными: в принятых условиях возвращаются без изменения исходные реагенты. Столь существенное падение реакционной способности в ряду РЬзР > РЬ2РС1 > РЬРС12 > РС13, очевидно, связано с понижением нуклеофильности фосфорного реагента, ингибирующим осуществление нукпеофильной атаки атома фосфора на атом С-4. Это еще раз подтверждает нуклеофильный механизм реакции (путь б).

При взаимодействии дифенилхлорфосфина с 3,4-дихлор-5-метокск-2 (5 Н)ф у ран оном (12) наряду с фураноном 38, образуется также 3,4-дихлор-5-дифенилфосфон-2(5Н)фуранон (34) (5Р 21 м.д.); причем образование последнего является в данном случае превалирующим (соотношение (38):(34) = 1:1.5).

Предполагается, что реакция протекает в соответствии со схемой, которая вплоть до образования интермедиата 37 и продукта 38 в целом напоминает о б тую схему взаимодействия производных Р(Ш) с эфирами муко-хлорной кислоты.

39

О 38

Цвитгерионная структура 36 возникает в данном случае при отщеплении хлористого метила от фосфониевой соли 40. Следует отметить, что аналогичный процесс (отщепление СНзС1 от фосфониевой соли) наблюдался и ранее при взаимодействии фуранона 12 с трифенилфосфином.

Реакция дифенилхлорфосфина с 12 протекает в гораздо более жестких условиях (~130 °С). Это приводит к тому, что в этих условиях атака хлорид-аниона в квазифосфониевом интермедиате 37 может направляться не только на атом С - 5 фуранонового цикла (путь а), как это имело место на предыдущей схеме, но и на атом С - 4, приводя к разрыву Р-С связи и образованию в конечном итоге фосфоната 34 (путь б).

Очень отчетливо тенденция к протеканию реакции в двух направлениях наблюдалась при взаимодействии фуранона 1 с диэтилхлорфосфитом.

Нуклеофильное замещение хлора в Р-положении к карбонильной группе приводит к образованию фосфониевой соли 41, которая, отщепляя хлористый водород, через образование бетаиновой соли 42 внутримолекулярно переходит в 3,5-дихлор-4-диэтоксифосфон-2(5Н)фуранон (43) (8р 1 м.д.). Этот путь аналогичен образованию фуранона 38. Фосфониевая соль 41 имеет у атома фосфора алкоксигруппы, поэтому от нее кроме хлористого водорода может отщепляться также и хлористый алкил (классический вариант реакции Арбузова) с образованием фуранона 44 (5р -1 м.д.).

С1

ч

©

(ЕЮ)2Р'

¿1 С1е

о

с'нон

С|г<

а^снон_

+ ^

(ЕЮ)2РС1

I 41

I

I

СГ^СНОР(ОЕГ)2 С!"^СНР(0Е!)2 45 (!)

а

-НС! © (ЕЮ)2Р

С1 42

о

О -

с'но9

о

С1>г-Л

(ЕЮ)2Р

о

Л 0

43

о

- ЕгС!

аТП

СГИ о

о

снон

44

Как конкурхфующий процесс имеет место другое направление реакции, связанное с взаимодействием атома галоида в галоидфосфите с гидроксильной группой фуранона 1, что приводит к образованию 3,4-дихлор-5-диэтилфосфон-2(5Н)фуранона (45) (6р 15 м.д.).

Изученные нами реакции производных трехкоординированного фосфора с 3,4-дихлор-5-гидрокси-2(5Н)фураноном (1) позволили установить, что направление реакций, состав и строение образующихся продуктов существенно зависят от пространственной и электронной природы заместителей у фосфора.

Получены различные 4- и 5-фосфорилированные фураноны, фосфониевые соли, фосфабетаины. Строение полученных соединений доказано методами ИК-и ЯМР- спектроскопии, масс- спектрометрии, рентгенострукгурным анализом.

Основные результаты н выводы.

1. Впервые проведено систематическое изучение реакции мукохлорной кислоты (3,4-дихлор-5-гидрокси-2(5Н)фуранона) и ее эфиров с производными трехвалентного фосфора и показано, что синтетический результат взаимодействия и строение образующихся продуктов определяются в первую очередь природой заместителя у атома фосфора.

2. Установлено, что взаимодействие триалкилфосфитов общей формулы (110)зР, где Я=СНз, С2Н5, С3Н7, ¡-С3Н7, С4Н9, СбН5 с мукохлорной кислотой представляет собой необычный вариант реакции Арбузова с нуклеофильным винильным замещением атома хлора на первой стадии; на второй стадии происходит элиминирование как галоидного алкила, так и хлористого водорода.

3. Экспериментально продемонстрировано, что при увеличении объема заместителя в триалкилфосфите (СНз < С2Н5 < С3Н7 < С4Н9 < С6Н5) предпочтительным становится классическое направление реакции Арбузова с выделением галоидного ал кила. Для трифенилфосфита такое направление (с выделением РКС1) является единственным. Альтернативное направление взаимодействия фосфитов с мукохлорной кислотой, сопровождающееся выделением хлористого водорода, подтверждено экспериментально его улавливанием с помощью оснований.

4. Впервые показано, что при наличии в молекуле фосфита триметилсилиль-ной группы - (ИСУЬР-ОБМез (Мез8Ю)зР - взаимодействие с мукохлорной кислотой порисходит по двум реакционным центрам и образуются продукты фосфорилирования в положении 4 и 5 фуранонового цикла.

5. Реакцией трифенилфосфина с мукохлорной кислотой и ее циклическим и ациклическим метиловым эфирами (3,4-дихлор-5-метокси-2(5Н)фураноном и метил-[2,3-дихлор-4-оксо]-2-бутеноатом) синтезированы новые трифенил-фосфониевые соли. Структура трифенил[3-хлор-5-гидрокси-2(5Н)фуранонил]-4-фосфоний хлорида подтверждена методом рентгеност-руюурного анализа.

6. Впервые показано, что при обработке трифенилфосфониевых солей , содержащих 5- гидрокси(5-алкокси)фураноновый цикл происходит образование необычного фосфабетаина, который выделен в кристалическом состоянии.

7. Найдено, что реакции фосфабетаина с гетерокумуленами ССЬС(0)ЖЮ, РШСО, РЬС(0)ИС8 приводят к элиминированию трифенилфосфиноксидов или -сульфидов. Исходный фосфабетаин при мягкой термической обработке (перекристаллизация) также распадается с элиминированием окиси трифенилфосфина.

8. Изучены реакции хлоридов трехвалентного фосфора - дифенилхлорфосфина, фенилдихлорфосфина, треххлористого фосфора - с мукохлорной кислотой. Установлено, что в этом случае реакция также протекает как нуклеофильное замещение атома хлора в (3-положении к карбонильной группе фуранонового цикла. В соответствии с этим меняется и реакционная способность изученных хлоридов, которая падает в ряду: РЬ2РС1 > РйРСЬ > РС1з. При переходе к хлорфосфитам реакция с мукохлорной кислотой протекает в двух направлениях: замещение атома хлора в фураноновом цикле протекает по классической схеме реакции Арбузова с реализацией редкого случая участия в ней хлорида Р(1П). Кроме того, осуществляется также реакция по 5-гидроксильной группе с последующей изомеризацией образующегося полного фосфита в термодинамически стабильный фосфонат.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Kinetic Investigation of Unusual Arbuzov Reaction. / N.A. Polezhaeva, I.V. Loginova, E.V. Ovechkina, V.l. Galkin, V.G. Sakhibullina and R.A. Cherkasov. // Abstracts of XIII International Conference on Phosphorus Chemistry, Jerusalem, Israel. - July, 16-21. 1995. - P. 211.

2. Kinetic Investigation of Unusual Arbuzov Reaction. / NA. Polezhaeva, I.V. Loginova, E.V. Ovechkina, V.l. Galkin and R.A. Cherkasov. // Phosphorus, Sulfur, and Silicon. - 1996. - Vol. 111. - P. 143.

3. Кинетика и механизм реакций триалкилфосфитов с мукохлорной кислотой. Необычный вариант реакции Арбузова. / H.A. Полежаева, И.В. Логинова, В.И. Галкин, Е.В. Овечкина, В.Г. Сахибуллина, P.A. Черкасов.// ЖОХ. -1996. - Т. 66. Вып. 5. - С. 798-803.

4. Получение новых трифенилфосфониевых солей на основе 2,3-дихлор-4-оксобутеновой кислоты и ее эфиров. Синтез необычного фосфониевого бетаина. / H.A. Полежаева, И.В. Логинова, Е.В. Овечкина, В.И. Галкин, В.Г. Сахибуллина, P.A. Черкасов.//ЖОХ. - 1996. - Т. 66. Вып. 6. - С. 927-929.

5. Новое направление в реакции с с триметилсилилфосфитами. / H.A. Полежаева, И.В. Логинова, Е.В. Овечкина, В.И. Галкин, В.Г. Сахибуллина, P.A. Черкасов.//ЖОХ. - 1996.-Т. 66. Вып. 11. - С.1871-1873.

6. Derivatives of Tricoordinated Phosphorus in Reactions with 3,4-Dich!oro-5-hydroxy-2(5H)-fiiranone. New Types of Polyfunctional Phospnorylated Furanones. /N.A. Polezhaeva, I.V. Loginova, E.V. Ovechkina, V.l. Galkin, V.G. Sakhibullina, R.A. Cherkasov. // Abstracts of XI International Conference of Phosphorus Compounds, Russia, Kazan - 1996. - P. 123.

7. Органилгалогениды трехвалентного фосфора в реакции с 3,4-дихлор-5-гидрокси-2(5Н)фураноном. / H.A. Полежаева, И.В. Логинова, Е.В. Овечкина, В.И. Галкин, В.Г. Сахибуллина, P.A. Черкасов.// ЖОХ. - 1997. - Т. 67. Вып. 4. - С. 616-620.

8. Синтез полифункциональных фосфорилирофанных фуранонов. Влияние структуры используемых Р-нуклеофилов на строение образующихся продуктов. / H.A. Полежаева, И.В. Логинова, Е.В. Овечкина, В.И. Галкин, В.Г. Сахибуллина, P.A. Черкасов.// Тез. докл. Молодежного симпозиума по химии фосфорорганических соединений. - С.-Петербург. - 2-4 июня. 1997. - С. 12.

9. Взаимодествие производных трехвалентного фосфора с мукохлорной кислотой и ее эфирами. Зависимость направления реакции от природы фосфорного реагента. / H.A. Полежаева, И.В. Логинова, Е.В. Овечкина, В.И. Галкин, В.Г. Сахибуллина, P.A. Черкасов.// Тез. докл. научн. сессии, поев, памяти профессора И.М.Шермергорна. Казань. - 1997 -С. 43.

Ю.Некоторые вопросы взаимодействия фосфитов с 3,4-дихлор-5-гидрокси-2(5Н)фураноном. Влияние заместителей в фосфите на направление реакций. / H.A. Полежаева, И.В. Логинова, Е.В. Овечкина, В.И. Галкин, В.Г. Сахибуллина, P.A. Черкасов.// ЖОХ. - 1997. - Т. 67. Вып. 7. - С. 1076-1079.

11. Синтез и молекулярная структура трифенил[3-хлор-5-гидрокси-2(5Н)-фуранонил]-4-фосфоний хлорида. Необычные химические превращения фосфа-бетаинов, плученных на его основе. / Н.А. Полежаева, И.В. Логинова, Е.В. Овечкина, В.И. Галкин, В.Г. Сахибуллина, Р.А. Черкасов, А.Т.Губайдуллин, И.В. Литвинов, В.А. Наумов.//ЖОХ. (per. № д7362). - в печати.