Синтез замещенных арил-, арилметил-, арилалкенилфосфонатов на основе реакций, катализируемых комплексами переходных металлов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.08 ВАК РФ

Москоисыи'| орле мл Ленина, ордена ОктябрьскоЛ рсиолюцин к дена Трудового Красного знамени Государствеиний Университет имени И.В.Ломоносова

Химический Факультет Кафедра органической химии

На правах рукописи РГ6 Од УДК 542.97:547.539:547.26:546.16:

547.241:547.558.1:542.91

'т

Дёмик Наталия Николаевна

•ез замещенных арил-. арилметил-, арилалкенилфосфонатов на ше реакций, катализируемых комплексами переходных металлов

02. 00.08 - химия элементоорганических соединений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва - 1994

»

Работа выполнена в лаборатории элементоорганических соедш Химического Факультета ИГУ им. М.В.Ломоносова

Научные руководители - кандидат химических наук, доцент

Новикова Зоя Сергеевна кандидат химических наук, доцент КаОанник Мария Мартиновна

Научный консультант - академик Р А Н. профеосор ...

Белецкая Ирина Петровна

Официальные оппоненты- член-корреспондент РАН. профессор

Настрикова Татьяна Алексеевна. ИНЭОС РАН

доктор химических наук, профессор Дрозд Виктор Николаевич. Сельскохозяйственная академия им. К.А.Тимирязева

Ведущая организация - ВШИХСЗР

Защита состоится " /^'Л&би.О. » 1994г. в 11 час. 00 на заседании Специализированного Ученого Совета Д 053.05.41 химическим наукам при Московском Государственном университет! М.В.Ломоносова по адресу : Москва В-234. Ленинские горы, МГУ нический факультет, аудитория 337.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Химиче факультета МГУ.

Автореферат разослан "1994г.

Ученый секретарь Специализированного /

Ученого Совета, кандидат химических наук л« Т.В.Магде

Актуальность проблемы.Каталитические реакции, протекающие под действием комплексов переходных металлов, преобретают все большее шачение в препаративной органической химии.

На основе гомогенного металлокомплексного катализа разрабо-'аны многие высокоселективные методы образования углерод-углерод-гой связи, осуществлено арилирование и винилирование различных 'ерминальных алкенов и ацетиленов.

Метод синтеза органических соединений, основанный на исполь-ювании металлокомплексного катализа, в настоящее время стал мощ-1ым средством решения синтетических задач с практически неограни-денными возможностями, что позволяет на его основе разрабатывать ювые технологические процессы.

В химии фосфорорганических соединений до настоящего времени юталлокомплексный катализ используется в значительно меньшей :тепени. В основном, изучены реакции кросс-сочетания производных :ислот трехвалентного фосфора с арил-, гетарил- и винилгалогени-1ами, приводящие к образованию связи фосфор-углерод. Известно ис-юльзование арил- и винилфосфатов в каталитических реакциях в ка-:естве арилирующих и винилирующих реагентов и использование их в ■онком органическом синтезе.

В связи с этим расширение границ каталитических методов в интезе фосфорорганических соединений, поиск новых катализируемых :алладием реакций и синтез новых или труднодоступных другим путем оединений фосфора является актуальной и практически важной зада-:ей.

Цель работы. Цель настоящей работы состояла в систематически исследовании катализируемых солями переходных металлов реак-ий триалкилсилилфосфитов и алкенилфосфонатов с арил-,гетарил- и инилгалогенидами и разработка на их основе новых методов синтеза рил-,арилметил,арилалкенилфосфонатов.

Научная новизна и практическая ценность работы. Впервые проедено систематическое исследование катализируемой солями пере-одных металлов реакции кросс-сочетания трис (триметилсилил)..^ фос-ита и бис(триметилсилил)фосфита с арил-, гетарил- и винилгалоге-идами. Найдены оптимальные условия арилирования силиловых эфиров осфористой кислоты и предложен общий метод синтеза замещенных ис(триметилсилил)арил(гетарил)фосфонатов и соответствующих им осфоновых кислот.

Изучено катализируемое паладием арилирование 0.0-диэтилв нил- ис<г замещенных винилфосфонатов различными арилгелогенидам Впервые осуществлено арилирование винилфосфонатов арилгалогенид ми в водно-органических средах.

Предложен новый способ синтеза ("> арилзамещенных винил- и -замещенных винилфосфонатов с использованием галогенангидрид ароматических кислот. Показано, что во всех случаях реакции пр ходят стереоспецифично с образованием транс-изомерных арил(алк нил)фосфонатов.

Впервые проведено исследование реакций О,О-диэтилаллилфосф ната с замещенными иодаренами, протекающих в присутствии катал тических количеств ацетата палладия (П). Показано, что катализ руемое палладием (П) арилирование аллилфосфоната может происх дить с образованием ^ арилзамещенных аллилфосфонатов, а так изомерных бензилвинилфосфонатов.

Найдены оптимальные условия, позволяющие провести целена равленный синтез как ^ арилаллилфосфонатов, так и бензилвинилфо фонатов в индивидуальном состоянии с высокими выходами.

Показано, что арилирование 0,О-диэтилаллилфосфоната арили дидами в присутствии каталитических количеств ацетата паллад (П) легко протекает в водно-органических средах с образованием арилзамещенных аллилфосфонатов. Реакция аллилфосфоната с раств римыми в воде арилгалогенидами проходит в воде без добавления о ганического растворителя.

Изучено арилирование 0,О-диэтилаллилфосфоната ароилхлорида в присутствии солей палладия (П). Показано, что взаимодейств аллилфосфоната с ароилхлоридами по сравнению с иодаренами прот кает значительно быстрее и приводит к образованию^ арилзамеще ных аллилфосфонатов с практически количественными выходами, основе этих реакций предложен новый общий метод синте транс-изомерных ^арил(гетарил)аллилфосфонатов.

Впервые изучено катализируемое палладием арилирование нек торых фосфонатов, содержащих активную метиленовую группу у ато фосфора, (ЕЪ0)2Р(0)СН2Х ( где X = -СН=СН2,-СООИ, -Р(0)(0И)2 К

Найдено, что в присутствии ацетата палладия (П) в услови МФК №0Н . н-ВщИХ , бензол) арилирование 0, О-диэтилаллилфосф ната иодаренами приводит к образованию^- арилзамещенных пропени

фосфонатов. Показано, что в этих условиях в реакцию с аллилфосфо-натом легко вступают замещенные иод-, бромарены, а также хлорбензол.

Арилирование изомерного 0,О-диэтилпропенилфосфоната арилга-логенидами в присутствии каталитических количеств ацетата двухвалентного палладия в условиях МФК (ИаОН , н-ВщМ, бензол) приводит к образованию - арилзамещенных аллилфосфонатов.

Разработан новый метод катализируемого палладием арилирова-ния - замещенных фосфонатов, содержащих активную метиленовую группу у атома фосфора, позволяющий получать фосфорорганические соединения труднодоступные другими путями.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Молодежном коллоквиуме им.А.Е.Арбузова по химии Ф0С(г.С-Петербург 1992), на IX Международном симпозиуме по химии фосфора. (г.С-Петербург 1993 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи и тезисы доклада.

Структура работы. Работа состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка литературы.

Литературный обзор посвящен катализируемьм соединениями переходных металлов реакциям производных кислот фосфора с арил- и винилгалогенидами, приводящим к образованию связи фосфор-углерод и кросс-сочетанию арил- и алкенилфосфатов, протекающему в присутствии комплексов никеля или палладия.

Содержание работы.

I. Реакция кросс-сочетания триметилсилиловых эфиров фосфористой кислоты с арил-. гетарил- и винилгалогенидами.

Из литературных данных известно, что реакция кросс-сочетания триалкилфосфитов с замещенными арилгалогенидами, катализируемая солями никеля или палладия, позволяет получать соответствующие диалкиларилфосфонаты. представляющие интерес как потенциально би-ологически^активные соединения. Однако реакции, приводящие к получению соединений этого типа, протекают в жестких условиях и осложняются побочными процессами, что значительно снижает выход конечных продуктов.

3

I

В настоящей работе изучено кросс-сочетание трис(триметилси-лил)- и бис(триметилсилил)фосфитов с ароматическими галогенидам] в присутствии каталитических количеств хлорида никеля (П). Триал-килсилиловые эфиры легко доступны и обладают более высокой реак ционной способностью, по сравнению с триалкилфосфитами. Кроме то го, использование этих эфиров в реакции Арбузова, исключает по бочные реакции, обычно протекающие за счет выделяющихся алкилга-логенидов.

Нами показано, что катализируемая хлоридом никеля (П) реакция трис(триметилсилил)фосфита с арил- и нафтилгалогенидами проходит при 130-140°С в течение 20-30 мин. Выход арилфосфонато! (Па-з) практически количественный.

NIClz, 140°,ЗОмин

(Me3S10)3P +

- Me3SlBr

I z

Z = Н(а), п-С1-(б), п-Вг-(в), п-Ме-(г), п-МеО(д), о-МеО-(е), п-Шг-(ж). (з).

В реакцию с трис(триметилсилил)фосфитом были введены арил-бромиды как с электронодонорными заместителями, так и с электро-ноакцепторными. а также и-нафтилбромид. Наличие орто-заместителе! в бензольном кольце арилбромида не снижает выход продукта! кросс-сочетания. Столь же высокие выходы арилфосфонатов (Ша,б; получены при введении двух фосфорильных группировок в ароматическое соединение, при взаимодействии силилфосфита (I) с 1,4-ди-бромбензолом и 1.4-дибромдифенилом.

2(Me3S10)3P + Br W ^Г Вг———————>(Me3S10)2p/vX P(0SiMe3)i

- Me3SlBr IIУ\—/Ь II

I О о

n = 1(а), 2(6) III а,б

В отличие от арилирования триалкилфосфитов в реакциях <

трис(триметилсилил)фосфитом могут быть использованы арилиодиды. I

к

этом случае кросс-сочетание протекает при более низкой температуре 120« с, выходы соответствующих арилфосфонатов составляют ~98%.

Показано, что наряду с арилгалогенидами в реакцию кросс-сочетания с трисилилфосфитом с успехом может быть введен и меток-сивинилбромид (IV).Реакция трис(триметилсилил)фосифита (I) с ви-нилгалогенидом (IV) протекает в присутствии хлорида никеля (П) при нагревании до 150° С в течение 1 ч. Соответствующий фосфонат

(V) был получен с выходом ~78%

Же

Ше Л . N1012 / =

(МезБЮЬР + ->(Ме3310)2Р

Вг - МезБИЗг II V

I IV О

С целью разработки более эффективного метода синтеза гет-арилфосфонатов.потенциально биологически активных соединений, нами исследовано катализируемое солями двухвалентного никеля кросс-сочетание фурил- и пиридилгалогенидов с трисилилфосфитом (I).

Найдено, что взаимодействие этилового эфира 5-бромпирослизе-вой кислоты с трис(триметилсилил)фосфитом завершается при 130°С за 45 минут, и приводит к образованию соответствующего фосфоната

(VI) с выходом до 90%.

/ГЛ а • N1C12

(Me3SiO)3P + ВгЧ' y-COOEt ->(Me3Si0)2P4 >C00Et

\п/ - Me3SiBr II \п/

I 0 0 ^ VI

Ранее было показано, что пентагалогензамещенные пиридины реагируют с триалкилфосфитами в отсутствии катализатора при длительном нагревании до 200°С с образованием смеси моно- и дизаме-щенных пиридилфосфонатов. Выход монофосфорзамещенного пиридина в этих условиях не превышает ~ 50%.

Нами найдено, что галогензамещенные пиридины - пентафтор- и пентахлорпиридины легко реагируют с трис(триметилсилил)фосфитом (I) в присутствии каталитических количеств хлорида никеля (П) при температуре 150° С в течение 30 мин. Соответствующие бис(триме-

5

i

тилсилил)тетрахлор(фтор)пиридилфосфонаты (VII) получены практически с количественными выходами.

А . NiCla /=\ (Me3S10)3P + n{vX/> -> N(\X/>—P(0SlMe3)

А// —--у ич\л//—riuüiMt¿3;2

\í_y - Me3SiX

X = F(а). С1(б). Ó VII а, б

Реакция силилфосфита (I) с петафтор(хлор)пиридинами проходит строго селективно с образованием только одного изомера - 4-фос-форзамещенного пиридина (VII). Пиридилфосфонаты (VIII), содержащие две фосфорильные группы в молекуле получены реакцией монофос-форзамещенного пиридилфосфоната с одним эквивалентом трис(триме-тилсилил)фосфита (I) в присутствии каталитических количеств хлорида никеля (П), а также в результате кросс-сочетания пентафтор (хлор)пиридинов с двухкратным избытком триалкилсилилфосфита (I) в присутствии NiCI2 и нагревании до 150° С в течение 45-55 мин.

2(Me3SiO)3P + nOQ -\

\д NíC12 /=\

I ,_ь V-> N v />-P(0SiMe3)2

/ттЛ /- Me3SiX II

(Me3S10)2P + N(\X/)—P(0SiMe3)2 — ^ * 0

II \LJ/ II 0=P(0SiMe3 )г

10 0 VII

X = Fía). С1(б). VIII а, б

Катализируемое хлоридом никеля (П) взаимодействие трис(три-метилсилил)фосфита (I) с 3-циантетрахлорпиридином приводит к образованию только одного изомерного соединения - 2,4,5-трих-лор-3-циан-6-бис(триме|илсилил)фосфоната (IX). ^

' , N1012 Д. а.Л п "Г II

(МезБ10)зР+ I] -Ч^ОМ-Ч,^

i &-ц/ч1 -мезбш о ту

Все синтезированные фурил(пиридил)фосфонаты охарактеризованы физико-химическими константами, данными элементного анализа и спектров ЯМР 13С и 31 р.

С целью поиска оптимального метода получения бис(триметилси-лил)арил(гетарил)фосфонатов нами исследовано кросс-сочетание арил(гетарил)галогенидов с более доступным и стабильным бис(три-метилсилил)фосфитом. Показано, что взаимодействие дисилилфосфи-

б

•а (X) с различными арил- и гетарилгалогенидами протекает в присутствии тетракис(трифенилфосфин)палладия (2 мол.%) и триэтилами-:а и завершается при нагревании до 90°С в течение 2ч. В резуль-■ате реакции получен ряд арил(гетарил)замещенных фосфонатов с ко-ичественными выходами.

. , Pd(PPh3)4.Et3N

(Me3s10)zpf + -> (Me3S10)8P-V Л>

1 900 С, 1-2ч II

7 - Et3N-HBr ,_ 0 7

X

Z = Н (а), n-Ме (г), n-МеО (д). n-N02 (ж). -<Г V-COOEt

N0X

Таким образом показано, что использование бис(триметилсилил)-■ фосфита для синтеза бис(триметилсилил)арил(гетарил)фосфонатов [вляется более перспективным по сравнению с трис(триметилси-шл)фосфитом.

Полученные бис(триметилсилил)арил(гетарил)фосфонаты

:II-III,V-IX ) являются удобными исходными соединениями для полу-юния соответствующих замещенных фосфоновых кислот (XI).

Обработка полученных фосфонатов (II-III,V-IX) метанолом при сомнатной температуре приводит к образованию арил(гетарил)фосфо-ювых кислот (XI) с количественными выходами. Следует отметить, ¡то удаление триметилсилильной группы может быть проведено .п situ, без предварительного выделения арил(гетарил)фосфонатов.

МеОН, 20о с

(МезSiO)гР - R -> (HO)zP-R

II -Me3S10Me II

О О

XI

R = Ar, Vin , Het

Все полученные соединения охарактеризованы физико-химически-ш константами, а также данными элементного анализа и спектров IMP si р.

Таким образом, на основе катализируемой солями переходных 1еталлов реакции кросс-сочетания трис(триметилсилил)фосфита и

бис(триметилсилил)фосфита с арил(гетарил)- и винилгалогенидак нами разработан новый эффективный метод получения арил- и гета рилзамещенных фосфонатов и соответствующих фосфоновых кислот.

II. Катализируемое палладием арилирование 0,О-диэтилвинил- и 0(-замещенных винилфосфонатов арилгалогенидами и ароил-хлоридами.

Катализируемая палладием реакция арил- и винилгалогенидов олефинами является эффективным методом образования углерод-угле родной связи и широко используется в органическом синтезе для по лучения арилзамещенных алкенов. алкинов и диенов.

С целью разработки нового метода синтеза арилзамещенных ал кенилфосфонатов нами изучено катализируемое палладием арилирова ние 0, О-диэтилвинил- и с(.-метил(фенил)винилфосфонатов (ХП-Х1У различными арилирующими реагентами. Найдено, что реакция 0,0-ди этилвинилфосфонатов (ХП-Х1У) с арилиодидами, содержащими различ ные функциональные группировки, пртекает в присутствии ацетат палладия (П) в среде триэтиламина при нагревании до 100-110° течение 10-18 ч. с образованием ^-арилзамещенных винилфосфонатс (ХУ-ХУШ), выход которых составляет 82-96%.

И'

(ЕЮ)гР''"^ II

О

ХП-Х1У

К' = Н (XII), Ме (XIII), РЬ (XIV) г = Н (а). п-Ме (б). п-МеО (в), п-ГЮ2 (г)

Анализ спектров ЯМР 1Н показал, что реакция является стере специфичной, во всех случаях образуются только транс-изомернь фосфонаты (ХУ-ХУП)

Такой результат связан, очевидно, со стерическими взаимс действиями в промежуточном палладиевом комплексе (XVIII), которь получается в результате цис-присоединения АгРбХ к винилфосфона? (ХП-Х1У). (схема 1,лиганты на схеме опущены)

Е1з№, РсЗ(ОАс)г

-> (ЕЬО)гР—^^--АГ

100— 110°С, 10 - 18 4.

^эИ-Ш О

XV а-г -

ХУПа-г

+

СХЕМА 1

СН2=С1ГР(0) (ОЕШ АгХ РсЗ(ОАс)г -> Рс1(о) -> АгРйХ

или Я'

АгРс1Х + — Р<0) СОЕЪ)г

Н

И'

-> н—£- С— Р(0)(ОЕ^2

к? Х1ПЧ РйХ

— Аг

а ' Р(Р)(П14

Можно предположить, что из-за пространственного взаимодейс-гвия между фосфорильной и арильной группировками конформер (XX) неустойчив и цис-элиминирование НР(ЗХ возможно только из конформе-за (XIX), что приводит к образованию соответствующего транс-арил-зинилфосфоната (ХП-ХУ).

Ранее И.П.Белецкой с сотр. было показано, что катализируемое талладием арилирование непредельных органических соединений значительно ускоряется и протекает в более мягких условиях в водно-органических средах.

С целью оптимизации условий получения замещенных^-арилвинил-Еюсфонатов нами исследовано арилирование винилфосфонатов в органических средах в присутствии добавок воды.

Установлено, что арилирование 0,О-диэтилвинил- незамещенных зинилфосфонатов (ХП-Х1У) легко протекает в присутствии ацетата талладия (П) и неорганического основания ( МОН, ИагСОз ) в среде 0:ДМФА (1:9). Реакция проходит при более низкой температуре -70-800 с и завершается менее чем за ~ 1 ч. Соответствующие фосфо-гаты (ХУ-ХУП) образуются с выходом 96-97% (УФ/ТСХ) и выделены в вдетом виде после экстракции и перегонки в вакууме с выходом 78-80%.

R' I R'

NaOH. Pd(OAc)2, 1ч |

Н20:ДМФА 70-800 С, II

0 О

XII-XIV XV а-г - XVII а-г

R' = Н (XII). Me (XIII). Ph (XIV) Z = H (a). n-Me (б), n-MeO (в), n-N02 (r)

Наряду с арилиодидами в качестве арилирующих реагентов в настоящей работе изучено катализируемое палладием взаимодействие винилфосфонатов (XII-XIV) с ароилхлоридами.

Известно, что реакция хлорангидридов карбоновых кислот с олефинами в присутсвии солей палладия в зависимости от температуры может проходить по двум направлениям, как с образованием непредельных кетонов (XXI), ( Т < 50°С), так и приводить к получению арилзамещенных (XXII) алкенов, за счет декарбонилирования ( Т > 50о С )

О

Т<50°С II

;B,Pd -> R'CH = CHC-Ar

R'CH = CH2 + ArCOCl - T>50°C XXI

-> R'CH = CH-Ar

-CO XXII

С целью разработки нового метода получения замещенных винилфосфонатов (XV-XVII) в работе была изучена реакция винилфосфонатов с различными ароилхлоридами в присутствии солей палладия (П).

Показано, что катализируемая палладием реакция 0,О-диэтилви-нилфосфоната (XII), а такжел-метил(фенил)винилфосфонатов (XIII, XIV) с хлорангидридами ароматических кислот протекает в присутствии органического основания при температуре 85-1ООО С в течение 1-1,5 ч. В этих условиях образуются только транс-изомерные арил-замещенные 0. О-диэтилвинилфосфонаты (XV-XVII).

COCI

R' I R'

I ¿У^ ;B,Pd(0Ac)2, ЮООС, 1.5ч J

(EtO)8P-"4s. + I П -—--(Et0)2P ^Ar

СО

o ó

XV- XVII

:ь= Phtn¿f/El2) ft/; и- Ьи31/

JO

Максимальные выходы ^»-арилзамещенных винилфосфонатов ( XV - XVII ) были получены при использовании диэтилбензиламина (ДЭБА) в качестве основания.

Таким образом нами изучены условия катализируемого палладием арилирования винил- незамещенных винилфосфонатов различными ио-даренами и хлорангидридами ароматических кислот. Предложен новый метод синтеза

fj-арилвинилфосфонатов. Впервые осуществлено арилирование непредельных фосфорорганических соединений арилгалогенидами в водно-органических средах.

III.Катализируемое палладием арилирование О»О-диэтилаллилфосфо-ната арилгалогенидами и ароилхлоридами.

Функциональнозамещенные фосфонаты, содержащие активную мети-леновую группу у атома фосфора, широко используются в реакции Виттига-Хорнера для получения различных непредельных соединений, в том числе биологически активных. К числу таких фосфонатов относятся замещенные аллилфосфонаты, которые являются основой для синтеза диенов и полиенов.

В настоящей работе нами исследовано катализируемое палладием арилирование 0,О-диэтилаллилфосфоната (XXIII) различными реагентами с целью разработки новых путей синтеза /-замещенных арилал-лилфосфонатов.

Показано, что катализируемое палладием арилирование аллил-фосфоната (XXIII) в зависимости от природы арилирующего реагента, используемого основания, растворителя и времени проведения реакции может протекать по двум направлениям с образованием изомерных соединений - циннамилфосфоната (XXIVa) или бензилвинилфосфоната (XXVa).

Так, реакция аллилфосфоната (XXIII) с арилиодидами, содержащими как донорные, так и акцепторные заместители в ароматическом ядре в присутствии каталитических количеств РсИОАсЬ. в среде третичного амина при температуре 100-110° С в зависимости от времени проведения реакции (от 8 до 16 ч) приводит к смеси /-арилал-лилфосфонатов (XXIV) и^-бензилвинилфосфонатов (XXV), в различных соотношениях.

U

2 110°С,8-16ч -ЕгзИ-Н!

Ег3и,р<а(0Ас)2

■> (ЕШЬР'^А- + (Е1;0)2Р'',МШгАг

о

о

о

XXIII

XXIV

XXV

Ъ = Н (а), п-Вг (б). п-Ме (в), о-МеО(г), п-МеО (д). т-Щ> (е), п-С00Е1 (ж)

Исследование состава реакционной смеси с помощью метода ЯМР 31Р спектроскопии показало, что уже через 4-6 ч. реакция проходит на 50%. соотношение изомеров (XXIV) и (XXV) составляет 55:45, соответственно (табл. 1).Дальнейшее нагревание (100-110°с.8-10 ч) приводит к увеличению доли фосфоната (XXIV) в смеси до 90%. Общий выход продуктов арилирования достигает 80-90%.

При проведении реакции в среде более высококипящего трибути-ламина в присутствии ацетата палладия (П) и нагревании до 130-140°С в течение 9-10ч проходит полная изомеризация фосфоната (XXV) в соответствующий фосфонат типа (XXIV).

Таким образом было показано, что изменение содержания изомерных фосфонатов (XXIV) и (XXV) в смеси в процессе реакции связано с изомеризацией бензилвинилфосфонатов (XXV) в термодинамически более стабильные ^-арилаллилфосфонаты (XXIV).

Исследование влияния природы растворителя и силы основания на направление реакции показало, что при проведении арилирования аллилфосфоната (XXIII) иодбензолом в неполярном растворителе (толуол, 100-110°С. 12ч) в присутствии триэтиламина в качестве основания образуется смесь фосфонатов (XXIV) и (XXV) в соотношении 90:10,соответственно (табл.1). В то же время использование полярного растворителя (ДМФА,100-110°С,8ч) приводит преимущественно к бензилвинилфосфонату (XXV).

Следует отметить, что замена триэтиламина на более слабое основание диэтилбензиламин (ДЭБА) в реакции аллилфосфоната с ари-лиодидами приводит к получению только^арилзамещенных аллилфосфо-натов (XXIV) (табл.1).

а

Таблица N 1

Арилирование 0.О-диэтилаллилфосфоната (XXIII) арилиодидами ( I = 100-1100 с, 2м0л% Рб(0Ас)г )

1 |0пыт АГ1 Основание/ растворитель Время, ч Выход % Соотношение XXIV:XXV 1 Полученный| фосфонат 1

1 1 РЫ 6 50 55:45 ХХШ,ХХУа|

1 2 п-МеС6Н41 6 48 55:45 ХХ1Ув.ХХУв|

1 з РЫ EtзN 12 90 90:10 ХХ1Уа,ХХУа|

1 4 п-МеС6Н41 16 82 80:20 ХХ1Ув,ХХУв|

1 5 РЫ Е1зИ/толуол 12 89 90:10 ххш.ххув!

1 6 п-МеОС6Н41 Е1;3М/толуол 12 87 80:20 ХХИд,ХХУд|

1 7 о-МеОСбН*I Е13И 14 <80 90:10 ХХ1Уг,ХХУг|

1 8 П-ВГС6Н41 Е13И 14 86 88:12 ХХШ,ХХУб|

1 9 ш-02МС6Щ1 8 70 86:14 ХХ1Уе,ХХУе|

I 10 пЕШ0СС6Н41 10 82 60:40 ХХ1Уж.ХХУж|

1 И РЫ Е^КСНгРЬ 10 70 100:0 ХХ1Уа 1

1 12 п-МеС6Н41 Е^ИСНаРЬ 14 73 100:0 ХХПв |

1 13 РЫ ти/тФк 8 65 15:85 ХХ1Уа,ХХУа|

1 14 1 РЫ Ег3К/(РЬ3Р) 8 64 1 15:85 ХХ1Уа,ХХУа| |

Выходы определены с помощью метода ЯМР з1р спектроскопии.

J 3 I

На основании полученных нами результатов и литературных данных можно предложить следующую схему образования^-арилаллилфосфо-натов (XXIV) и (>-бензилвинилфосфонатов (XXV).

Каталитический цикл арилирования непредельного фосфороргани-ческого соединения включает следующие стадии. Восстановление соли палладия (П) до Рй(О) под действием алкенилфосфоната и внедрение РсЗ(О-) по связи АгХ с образованием активного комплекса Аг-Рй-Х. Дальнейшая координация активного комплекса Аг-Рй-Х по двойной связи аллилфосфоната (ХХШ) с последующим окислительным присоединением его по кратной связи фосфоната (ХХШ) с образованием промежуточного интермедиата (XXVI). Затем восстановительное элиминирование частицы НРйХ из комплекса (XXVI) с образованием конечного продукта арилирования (XXIV, XXV) и, наконец, регенерация нульва-лентного палладия.

Рй(0Ас)2 + (Е10)2РСН2СН=СН2

I 0

ра(0)— ___ АГХ

АгРсЗХ

_(ЕШ)2РСН2СН=СН2

XXIV, XXV

(Е£0)2РСН2-СН-СН2Аг О РбХ XXVI

Образование фосфонатов (XXIV) или (XXV) за счет цис-элимини-рования НРйХ из промежуточного интермедиата (XXVI) может происходить с участием о^ или ^ водородов.

х

ЕМЧ .0*., Р<1

|

X I Н

ЕЪ0 /

Ги\н Г" Аг

н

ХХ/1

По-видимому, в интермедиате (XXVI) возможна внутримолекулярная координация палладия с кислородом фосфорильной группы, которая препятствует элиминированию НРсЗХ за счетс(-водорода и является причиной образования арилаллилфосфоната (XXIV). Использование ДМФА в качестве растворителя нарушает координацию палладия с кислородом фосфорильной группы и это приводит к^-бензилвинилфосфона-ту (XXV). Кроме того, показано ,что фосфонат (XXV) образуется и при арилировании аллилфосфоната (XXIII) иодбензолом в присутствии трифенилфосфина в качестве лиганда, который также нарушает внутримолекулярную координацию палладия с кислородом фосфорильной группы.

Таким образом, найдены оптимальные условия арилирования аллилфосфоната (XXIII), позволяющие провести целенаправленный синтез ^-арилзамещенных аллилфосфонатов или [>-бензилвинилфосфонатов.

Нами показано, что как и в случае арилирования винилфосфона-тов, катализируемое палладием арилирование аллилфосфоната арилга-логенидами значительно ускоряется и протекает в более мягких условиях в водно-органических средах.

Так, взаимодействие аллилфосфоната с иодбензолом и функцио-нальнозамещенными иодаренами в присутствии ацетата палладия (П) в системе Н20 : ДМФА в присутствии неорганического основания (ИаОН, ШгСОз ) приводит к существенному снижению температуры до 75-80°С и сокращению времени реакции до 0,5-1ч, по сравнению с проведением реакции в органических средах.

^ ^ ^ ^ ИаОН, Р(3 (0Ас) г, Нг 0: ДМФА .

70-80° С; 0,5-1 Ч. II

О ^п О

XXIII А XXIV

г = Н (а), п-Ме (в), П-Мео (д)

В результате реакции получены ^-арилзамещенные аллилфосфоната с выходами до 91%.

Максимальные выходы арилаллилфосфонатов (XXIV) в данной реакции достигаются при использовании в качестве растворителя смеси НгО : ДМФА в соотношении 1:9. При увеличении содержания воды в

реакционной смеси до соотношения Н^О:ДМФА=9:1 выход конечных продуктов существенно снижается. Отметим,что в безводном ДМФА (80°С, 2ч) реакция не проходит.

В качестве катализатора в реакции аллилфосфоната (XXIII) с иодаренами нами был использован Р(Н0Ас)2, без добавок фосфинового лиганда, проведение реакции в присутствии РбС12 резко снижается выход продуктов арилирования аллилфосфоната (табл.2), а присутствие трифенилфосфина в качестве лиганда в этой реакции практически не сказывается на выходе арилаллилфосфонатов (XXIV).

В найденных оптимальных условиях ( Н20:ДМФА, 1:9,Рс1(0Ас)2, Иа0Н) осуществлено арилирование аллилфосфоната арилиодидами, содержащими как электронодонорные, так и электроноакцепторные заместители. Во всех случаях^арилзамещенные аллилфосфоната получены с высокими выходами.

Следует подчеркнуть, что арилирование аллилфосфоната растворимой в воде м-иодбензойной кислоты (0.01-0.02г/100г Н20) протекает легко 75-80°С, 1ч в воде без добавления органического растворителя.

(ЕШЬР-^Л О

XXIII

Выход фосфоната (ХХЩ) составляет 76%.

Таким образом показано, что арилирование 0.О-диэтилаллилфос-фоната в присутствии ацетата палладия (П) в водно-органических средах можно провести в достаточно мягких условиях и с высокими выходами получить соответствующие арилзамещенные аллилфосфоната (XXIV).

Далее для арилирования аллилфосфоната в качестве более доступных арилирующих реагентов нами были использованы хлорангидриды ароматических кислот.

Исследовано катализируемое палладием арилирование аллилфосфоната ароилхлоридами в зависимости от температуры, времени реакции. природы основания и растворителя и проведено сопоставление реакционной способности ароилхлоридов с иодаренами.

ИаОН, Рс1(0Ас)2

->(ЕШ)21

Н20,70-80° С; 1 ч || СООН О

С6Н4С00Н

ХХПз

Таблица N 2

Арилирование 0,О-диэтилаллилфосфоната иодаренами в водно-органических средах ( i = 75-800 с, ИаОН, зм0л% РсЗ(ОАс)2 )

1 1 1 Опыт| Аг1 Растворитель 1 1 Полученный I фосфонат 1 1 Выход»| %

1 1 1 РМ Н20:ДМФА (1:9) 1 I ХХ1Уа 1 91

1 2 1 РЫ Н20:ДМФА (1:4) 1 I ХХПа 1 50 |

1 з | РЫ Н20:ДМФА (1:1) 1 1 ХХ1Уа 1 44 |

1 4 | РЫ Н20:ДМФА (9:1) 1 I ХХ1Уа 1 22 I

1 5 | РЫ ДМФА 1 1 — 1

1 6 | РЫ а Нг 0: ДМФА (1:9) 1 I XX Па 1 29 |

1 V | РЫ б Н20: ДМФА (1:9) 1 1 XXIVа 1 92 |

1 8 | п-ВгСеШ I Н20: ДМФА (1:9) 1 1 XXIУб 1 80 I

1 9 | п-МеСб Н41 Н20:ДМФА (1:9) 1 I XXIУв 1 84 |

1 Ю | п-НеОСеН41 Н20:ДМФА (1:9) 1 1 ХХ1УГ 1 86 |

1 11 1 I 1 т-Н00ССбН41 Н20 1 1 XXIVз 1 1 76 | |

* Выходы фосфонатов определены методом ТСХ/УФ (МеОН) а Реакцию проводили в присутствии кат. количеств Ш2Рс1С14 б Реакцию проводили в присутствии 6 мол % РРЬз

Подобно арилированию винилфосфонатов взаимодействие аллил-фосфоната с ароилхлоридами в присутствии органического основания и ацетата палладия протекает при температуре не ниже 100°С и приводит к образованию^-арилаллилфосфонатов.

Отметим, что арилирование аллилфосфоната ароилхлоридами (XXVII) проходит значительно быстрее по сравнению с иодаренами и завершается в течение 1-Зч.

При использовании триэтил- или трибутиламина в качестве основания в данной реакции выход арилаллилфосфонатов не превышает 16-26%. Это. по-видимому, связано с образованием комплексов хло-рангидридов кислот с данными аминами, что затрудняет стадию окислительного присоединения Рй(0).

В то же время катализируемое палладием арилирование аллилфосфоната хлорангидридами ароматических кислот в среде ДЭБА позволяет получать арилаллилфосфонаты с практически количественными выходами.

<"°С1 -^.(ЕЮкР^^АГ

^^ ;В,Р<И0АС)2 / 1-Зч

Г I] —-( о XXI/

XXIII II

2 = Н (а). п-Вг(б). п-ме(в). п-МеО(д), т-Щ>(е) 0

XXV

Как и при арилировании аллилфосфоната (XXIII) иодаренами использование в качестве растворителя системы ДМФА:ДЭБА (1:1) приводит к образованию только -бензилвинилфосфонатов (XXV).

Наряду с ароилхлоридами в реакцию с аллилфосфонатом были введены хлорангидриды коричной, 5-бромпирослизевой килот, а также ацетилхлорид.

О 0 ' -¿0 о хмъ

о -¿о о

О -йо О

19

Таблица N 3

Арилирование 0,О-диэтилаллилфосфоната (XXIII) хлорангидридами карбоновых кислот ( Ь = 1100 с, РЬСНг^г. 2мол% РсИОАОг )

1 1 I Опыт| 1 1 1 1 ИС0С1 1 1 Время, 1 ч 1 1 Выход % Соотношение XXIV:XXV 1 Полученный! фосфонат 1

1 1 1 1 1 1 1 РЬС0С1 1 1.5 1 98 100:0 ХХ1Уа 1

1 1 1 2 | 1 1 РГ1С0С1 * 1 1 2,5 1 70 0:100 ХХ1Уа |

1 1 1 з | 1 | П-ВгС6Н4С0С1 1 1 3.0 1 80 100:0 ХХ1У6 |

1 1 1 4 | 1 | п-МеС6Н4С0С1 1 1 2.0 | 79 100:0 ХХ1Ув |

1 1 1 5 | 1 | п-МеС6Н4С0С1 # 1 2.5 1 70 0:100 ХХ1Ув 1

1 1 1 6 | 1 1 п-Ме0С6Н4С0С1 1 1 2,0 1 76 100:0 ХХ1УД I

1 1 1 7 1 1 | Г1-Ме0СбН4С0С1 * 1 1 3.0 1 71 0:100 ХХ1УД |

1 1 1 8 | 1 | т-о2нс6н4сос1 1 1 2,5 1 80 100:0 1Ше 1

1 1 1 9 | 1 | С6Н4СН=СНС0С1 1 1 2,0 1 76 100:0 ХХ№ |

1 1 1 ю | 1 1 Вг- С0С1 0' 1 1 3.0 1 78 100:0 XX Ик |

1 11 1 1 1 1 1 МеСОС! 1 3,0 1 1 76 I 100:0 ХХПл 1 1

* Реакцию проводили в присутствии ДМФА ( ДМФА:ДЭБА = 1:1 )

Реакции проводили в присутствии каталитических количеств рскоась в среде дэба при нагревании до 110«с в течение 2-10ч. в результате с выходами до 78% были получены соответствующие фосфо-наты ( XXIV н-л ). Состав и строение полученных фосфонатов (XXIV, XXV), синтезированных с использованием арилгалогенидов или ароил-хлоридов в качестве арилирующих реагентов, подтверждено с помощью данных элементного анализа, а также спектров ЯМР 'Н и 31р. Спектральные данные свидетельствуют об образовании во всех случаях транс-изомерных алкенилфосфонатов типа (XXIV) и (XXV).

Таким образом, впервые осуществлено катализируемое палладием арилирование 0,О-диэтилаллилфосфоната иодаренами и ароилхлорида-ми. Исследованы условия и направление реакции арилирования аллил-фосфоната. Предложен метод синтеза ^-арил(гетарил)замещенных ал-лилфосфонатов.

IV. Катализируемое палладием арилирование фосфонатов,

содержащих активную метиленовую группу у атома фосфора.

Проведенные нами исследования по каталитическому арилирова-нию аллилфосфоната ( XXIII ) органическими галогенидами в водно-органических средах в присутствии неорганического основания позволили предположить, что при увеличении концентрации щелочи взаимодействие может протекать не только по типу реакции Хека, но и как кросс-сочетание образующегося в щелочной среде карбаниона, стабилизированного фосфорильной группойарилгалогенидами .

Катализируемое палладием арилирование карбанионов, стабилизированных электроотрицательными группами, исследовано мало. Эти реакции изучены, главным образом, на примере некоторых производных малоновой кислоты. Что касается арилирования фосфорорганичес-ких соединений, содержащих активную метиленовую группу у атома фосфора, то до настоящего времени такого типа реакции остаются не исследованными.

В настоящей работе нами изучено катализируемое палладием арилирование некоторых фосфонатов. содержащих активную метиленовую группу у атома фосфора, в том числе 0, О-диэтилаллилфосфоната, О, О-тетраэтилметилендифосфоната, 0,О-диэтилкарбэтоксиметилфосфо-ната.

Известно, чтофзамещенные метилфосфонаты металлируются различными реагентами, например, йаН, ВиЫ, ЛДА и др. Многие реакции

с участием карбанионов, стабилизированных фосфорильной группой, проводятся в условиях МФК.

В настоящей работе нами исследовано арилирование замещенных метилфосфонатов в условиях МФК в присутствии ацетата палладия (П), гидроксида натрия и н-тетрабутиламмоний галогенида.

При арилировании 0,О-диэтилаллилфосфоната можно было ожидать, что за счет образования амбидентного аллильного аниона кросс-сочетание его с арилгалогенидами будет протекать как по -с(, так и ио^- углеродному атому.

Поскольку аллильный анион может образовываться металлирова-нием как аллилфосфоната (XXIII), так и изомерного пропенилфосфо-ната (XXVIII)? представляло интерес изучить влияние фосфорильной группы на направление арилирования аниона в зависимости от строения исходного фосфоната и условий реакции.

Показано, что катализируемое палладием арилирование 0,О-диэтилаллилфосфоната различными арилгалогенидами легко проходит в условиях МФК в присутствии 50% NaOH, н-BmNI и бензола в качестве растворителя. Реакция протекает при комнатной температуре и завершается в течение 2-3,5 ч. В результате реакции образуется -арилзамещенный пропенилфосфонат ( XXIX ). Оказалось, что в реакцию вступают незамещенные иодбром- и хлорбензолы, а также арилга-логениды, содержащие донорные и акцепторные заместители.

Hol дг

Во всех случаях с(-арилзамещенные пропенилфосфонаты получены практически с количественными выходами.

Отметим, что при взаимодействии аллилфосфоната с п-иодбен-зойной кислотой ( Pd(0Ac)2, 50% NaOH, h-Bu4NI, бензол ) образующийся фосфонат (XXIX в) (выход 46%) содержит карбэтоксильную группу. Это связано, очевидно, с алкилированием карбоксилат-анио-на 0, О-диэтилаллилфосфонатом в процессе реакции.

I Мч М-п

Л i ' Йй/1> о

и ¿ООН о хт(ь)

Далее нами исследовано катализируемое палладием арилирование изомерного пропенилфосфоната ( XXVIII ). Реакцию также проводили в присутствии каталитических количеств ацетата палладия (П) в условиях МФК. (50% ИаОН, н-Ви4Ш, бензол). Найдено, что арилирование в этом случае протекает по|*- углероду с образованием ^ ари-лаллилфосфоната (XXIV) с выходом 80%.

X

Показано, что использование краун-эфира ( 15-бенз.краун- 5 ) в реакции аллилфосфоната ( XXIII ) или пропенилфосфоната ( XXVIII) ■ с иодбензолом приводит к одному и тому же продукту ск- арилзаме-щенному пропенилфосфонату ( XXIX ). Таким образом, особенность протекания этих реакций отражает свойства аллильного карбаниона, стабилизированного фосфорильной группой.

й ххпп

Разработанный нами метод арилирования 0,О-диэтилаллилфосфо-ната (XXIII) в условиях МФК был использован для кросс-сочетания других фосфонатов, содержащих активную метиленовую группу у атома фосфора, с арилгалогенидами, что позволило расширить границы этой реакции.

Среди известных фосфорорганических соединений, обладающих биологической активностью, наибольший интерес представляют различные производные метиленбисфосфонатов, в том числе одарил(гета-рил)замещенные метиленбисфосфонаты. Однако соединения этого типа труднодоступны и разработка нового метода их синтеза является актуальной задачей.

П

Нами показано, что арилирование 0,О-тетраалкилметиленбисфос-фоната (XXX) протекает в присутствии ацетата палладия (П) в условиях МФК ( NaOH. H-BU4NI. бензол ). Выход соответствующих фос-фонатов ( XXXI ) составляет -90%.

Ы. Аг

0-0 I Ü0

т

НоЫ1,Ьп п-Ме(г) mi

Одним из широко используемых в синтетической органической химии фосфонатов является 0,О-диэтилкарбэтоксиметилфосфо-нат(ХХХП). В литературе подробно изучено его алкилирование и ацилирование , а также использование в реакции Хорнера. Арилирование фосфоната ( XXXII ) до настоящего времени не было проведено.

Нами показано, что катализируемое палладия арилирование О,О-карбэтоксиметилфосфоната ( XXXII ) в присутствии 50% NaOH, h-BU4NI в бензоле сопровождается гидролизом сложноэфирной группировки, а также расщеплением связи фосфор-углерод.

Катализируемое палладием арилирование фосфонуксусного эфира удалось осуществить при проведении реакции в бензоле в присутствии ИагСОз и h-BU4NI. Выход соответствующего арилзамещенного

фосфоната ( XXXIII ) составил ~88%.

Hot

PK f

(ай^иоа

О хуу/1 1 4 ^

(JflM.Br шт

Таким образом, нами впервые осуществлено катализируемое палладием арилирование4- замещенных метилфосфонатов в условиях МФК. Предложен новый каталитический метод синтеза^арилзамещенных ал-килфосфонатов, трудно доступных другими путями.

выводы

1.Проведено систематическое исследование катализируемой солями переходных металлов реакции триметилсилиловых эфиров фос-фосфористой кислоты с арил(гетарил)- и винилгалогенидами и разработан общий метод синтеза арилзамещбнных бис(триметилсилил)арил-(гетарил)фосфонатов и соответствующих кислот.

2.Изучено катализируемое палладием арилирование винил- и а-замещенных винилфосфонатов различными арилирующими реагентами, в том числе арилиодидами, бромидами, а также хлорангидридами ароматических кислот. Предложен новый метод синтеза транс-изомерных В-арилзамещённых винилфосфонатов.

3.Впервые исследовано арилирование 0,О-диэтилаллилфосфо-ната функциональнозамещенными арилгалогенидами и хлорангидридами ароматических кислот в присутствии каталитических количеств ацетата палладия (II). Показано, что взаимодействие аллилфосфоната с различными реагентами в зависимости от природы реагента, используемого основания, растворителя и времени проведения реакции, протекает с образованием к-арилзамещбнных аллилфосфонатов или р-бензилвинилфосфонатов. Найдены условия, позволяющие провести целенаправленный синтез к-арилзамещбнных аллилфосфонатов или р-бензилвинилфосфонатов. Во всех случаях реакции протекают стере-оспецифично с образованием транс-изомерных алкенилфосфонатов.

4.Впервые осуществлено катализируемое палладием арилирование 0,О-диэтилвинил- ,а также 0,О-диэтилаллилфосфонатов различными иодаренами в присутствии неорганического основания в водно-органических средах. Показано, что реакции алкенилфосфонатов с воднорастворимыми арилгалогенидами протекают в чистой воде в присутствии ацетата палладия (II) без добавления органического растворителя.

5. Изучено катализируемое палладием арилирование а-замещенных фосфонатов, содержащих активную метиленовую группу у атома фосфора, различными арилгалогенидами. Впервые показано, что арилирование а-замещенных фосфонатов протекает в присутствии ацетата палладия в условиях МФК ШаОН. н-ВщМ, бензол). В реакцию легко вступают иод-, бромарены, а также хлорбензол.

6.Найдено, что катализируемое палладием арилирование ал-лилфосфоната и изомерного пропенилфосфоната протекает в условиях МФК (NaOll. н-ВщNX. бензол) с образованием а-арилзамещнного

fiponiHUA^oapona то -и jf-apv/ijja плещем и <?ге> лу-лилфосфоната. соответственно. При проведении реакции в тех-же условиях, в присутствии крау.н-эфира .( бенэ.15 краун-5) образуется только а-арилзамещнный винилфосфонат.

7.Впервые проведено арилирование (Р.0)гР(0)СНгХ (где X-COOR. Р(0)(0R>2) арилгалогенидами в присутствии ацетата палладия (II) в условиях МФК. Предложен новый метод синтеза а-арилза-мещенных фосфонатов, содержащих активную метиленовую группу.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1.Д6МИК H.H.. Кабачник М.М., Новикова З.С.. Белецкая И.П. Получение арилфосфонатов реакцией арилгалогенидов с трис(триме-тилеилил)фосфитом в условиях гомогенного катализа //Изв. АН СССР. Сер. хим. 1991.Т.6. С.1461-1462.

2.демик H.H.. Кабачник М.М.. Новикова З.С.. Белецкая И.П. Синтез циннамилфосфонатов //Изв. АН СССР. Сер. хим. 1992. Т. 2. С. 506-507.

3.демик H.H.. Кабачник М.М.. Новикова З.С.. Белецкая И.П. Синтез арил- и гетарилфосфонатов //Изв. АН СССР. Сер. хим. 1992Л.10.С.2432-2435.

4.демик H.H.. Кабачник М.М... Новикова З.С.. Белецкая И.П. Катализируемое палладием арилирование 0.0-диэтилаллилфосфоната

//Ж. Орг. химии./принято к печати/.

5.Новикова З.С.Кабачник М.М.Дбмик Н.Н.Бордачев A.A. Белецкая И.П. Синтез фосфорорганических соединений в условиях металлокомп-лексного катализа.// Тезисы докладов IX Международного симпозиума по химии фосфора. С-Петербург. 1993г.. с. 62.

Подписано к печати гг •1юрлат 60x90/16 Усл.печ.л. 1,25

Тира* SO Экз.Заказ »' Ив

Типография в/ч 3600