Циклопропаны с гем.карбофункциональными заместителями. Методы получения, свойства и синтетическое применение тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ



¡Ь, I

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В.ЛОМОНОСОВА

На правах рукописи УДК 547.512 + 547.284

КУЗНЕЦОВА Тамара Степановна

ЦИКЛОПРОПАНЫ С ГЕМ.КАРЕОФУНКЩОНАЛЬННМЛ ЗАМЕСТИТЕЛЯМИ. Методы получения, свойства и синтетическое применение.

0£.00.03 - органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ушной степени доктора химических наук •

/

Москяч - 1У91

Химический факультет Кафедра органической химии

Райота выполнена в лаборатории органического синтеза химического факультета Московского государственного университе имени М.В.Ломоносова.

Официальные оппоненты: Член-корреспондент АН СССР

доктор химических наук Трофимов Б. А.,

Доктор химических наук Яновская H.A..

Доктор химических наук Анисимов A.B.

Ведущее предприятие: Киевский политехнический институт

Защита диссертации состоится " ноября_199 I г.

в " II " час. в 337 ауд. на заседании специализированно! ■ученого Совета Д.053,05.46 по химическим наукам при химическое факультете МГУ им. М.В.Ломоносова по адресу: 119899, ГСП-3, Москва, В-234, Ленинские Горы, химический факультет МХУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке химичеокого факультета МГУ им. 1.1.Б.Ломоносова, .

Ii и

Автореферат разослан 11 V±_ " октября 1991 года

/ченый секретарь специализированного Совата, кандидат химичоских наук, f научай" сотрудник • \ s ^ ()

Ыагдесгева Т. В.

| ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

I ЦИ'! ]

-•Актуальность работы. Одним из перспективных направлении раз-;ш современной органической химии является химия циклопропано-г со единений. ■ Повышенный интерес к циклопропанам вызван не толь-своеобразием их строения и химических свойств, но и все возрас-щим практическим значением. Цшшшропановые соедщюния находят менение в качестве инсектицидов, противовирусных препаратов,слу-г исходными вещества1ли в синтезе природных соединений и их ана-хда, а так же при получении различных труднодоступных веществ, > они играют ключевую роль при решении задач как структурного,

< и стереохимического контроля. Еще одним актуальным направле-эм развития циклопропановой химии является разработка методов ■ 1теза напряженных углеводородов, которые представляют практичес-

о ценность благодаря большим теплотам сгорания и, вследствие это-весьма перспективны в плане поиска новых высокоэнергетических шив.

Развитие этого направления органического синтеза связано, с пучением и определением термохимических характеристик'широкого та индивидуальных циклопропановых углеводородов достаточно сло-зй структуры. Удовлетворение потребностей науки и техники в <ого рода соединениях не может быть достигнуто без развития но-

< и совершенствования известных методов синтетической циклопро-ювой химии и, прежде всего, химии циклопропанов с карбофункци-алышми заместителями.

Однако, анализируя важнейшие достижения синтетической химии отопропана, следует отметить, что практически все они связаны с гальзованием гетерозамещошшх циклопропановых реагентов, т.е. агентов, имеющих связь циклопропан-гетероатом. Химия дизамещэн-с циклопропанов, имеющих карбофункционалыше заместители, продавлена почти исключительно превращениями 1,1-биоалкоксикарбо-щшитопронанов, реакции раскрытия которых нуклзофилами находят менешм в синтезах природных соединений и их аналогов (С.Да-швскии, 1979). В то же время дизамещешше циклопропаны о други-карсю&ункциональниш: заместителями, которые в синтетическом зио не менее интересны и песрпектпвны, оставались неизученными, з больиинствв своём, неизвестными.

- г -

В связи с этим, целью данной работы явилось изучение способов получения и химии широкого круга циклопропанов о гешшалышми кар-Оофункциональньош заместителями, выявление их характерных реакций с разработкой препаративно удобных методик их осуществления, и с.эа дания на этой основе новых методов синтеза 'малодоступных классов веществ, а так же соединений, имеющих практическую ценность. Одна из главных задач работы состояла в разработке методов синтеза и очистки ряда энергоемких цшиюпропановых углеводородов, в экспериментальном определении их термохимических параметров и выявлении перспективных углеводородов.

Научная новизна работы. Предложена универсальная система -углекислый калий в диметилсульфоксиде - для осуществления реакций циклоалкилированш соединений с активной метильной группой дигалогеналканами и разработана удобная эффективная методика полу' чения циклопропанов с геминалышми ^акцепторными карбофункцио-нальными заместителями. Впервые синтезирована большая серия ! Д-диацющиклопропанов - новых перспективных реагентов для органического синтеза. Осуществлено систематическое изучение химии циклопропанов -с геминалышми карбофункциональними заместителями, найдет ноше, часто весьма нетривиальные, реакции с раскрытием, расширением, перегруппировкой, сохранением трехчленного цикла и предложат эффективные методы синтеза труднодоступных или неизвестных ранее как циклопропанов, так и соединений других классов. Впервые изучено взаимодействие 1Д-диацилциклопропанов с гидразинами и гидроксил-аыином и найдена новая реакция нуклеофильного раскрытия трехчленного Цикла с включением внешнего нуклеофила, в том числе и нуклеофиль ного растворителя в структуру образующихся 4-/уЗ -Х-этш1/-аиразолов и -изоксазолов. Изучены закономерности реакции и её синтетические возможности. Выявлены ключевые^ стадии этих' реакций с использованием метода ЯМР-спектроскопии в проточной жидкости.'Выдвинута концепция "динамического сцироактивирования" .для объяснения своеобразия ,найденной реакции.

йункционализацией препаративно доступных циклопропанов с гем.-И-окцепторными заместителями получена большая серия 1-1-г1-ацил- и 1-Н-1-форышщиклопропшов и исследована реакция карбе::ного разложения их .тозклгвдразонов /реакция Бамфорда-Стш;онса/ в различных

:овиях. Впервые изучено влияние гем.-карбофушсционального зачес-•еля на направление реакций внутримолекулярной стабилизации 1-1?-шлопропилкарбенов. Выявлены особенности конкуренции цинлопропил->бен- циклобутеновой и карбен-олефиновой изомеризаций, а также исций внедрения карбенов в у-С-Н-связь. '

Изучены химические превращения карбонильных групп в 1,1-диацил-слрпропана* и найдены хемоселективше реакции с сохранением мало-цикла, на основе которых разработали лрепаратквние методики по-книи циклопропанов с гем.-ненасыщенными заместителями. Впервне ¡тезирована серия уникальных углеводородов - 1,1-дизамещенных .июпроланов с различишь сочетаниями алкеннльных и алдиннлышх иесгителей. Методом ФЭС изучены особенности их электронного и _ иформацаонного строения, определены энергии ионизации, природа ниэационных переходов, характер взаимодействия орбиталей алкиль-х, алкенильншс и циклопропилыгаго фрагментов. Впервые получены дежные значения юс энтальпий образования и энергий напряжения.

Изучена проблема целенаправленного получения нового масса пер-ективных уникальных углеводородов - циклопропанов с геминалышн клическим замещением - полиспироцкклопропанов. Разработана рагегия поляспяромэгяленирования, позволяющая получать полиспилы с любим числом трехчленных циклов в спироцепи /трианцуланы/. ервые синтезирован ряд триан1уланов с числом малых циклов от трох шести, изучены их свойства и стереохимические отношения, полу-¡ны экспериментальные значения их энтальпий образования и спиро-гкрементов.

В результате цикла этих исследований било создано новое синтв-меское направление в химии циклопропановых соединений - химия пигопрогганов с геминальними карбофункциональнш.® заместителями и «работали перспективные направления их синтетического применения.

Практическая значимость работы заключается в разработке мото-' )в получеши широкого круга 1,1-дмэамещённых цмслопроланов; в ко-зрцх малый цикл содержит практшески все традиционные карбосЬушс-жшальные заместители и различных сочетаниях и в выявлении новых ^тац их препаративного использования в органическом синтезе. Изу-зние химии циклопропанов с гемииальныш карбофушащональннми заверителями привело к созданию препаративно удобных методик полу-

чйния функциональнозамещенных гетероциклов: дигвдрофуранов, дип ропиранов, 4-метиленгетрагадрофуранов, триоксаадамантанов, 4~/jô Х-отшг/-замещенных изоксазолов и пиразолов, из которых ашшоэтил производные обладают биологической активностью /пролонгирование наркотического действия этанола/ и могут найти применение в меди не; различных карбоциклов: 1Д~дизамещенннх циклобутанов и цикл лентанов, Я,2-дизаме1цэнных циклобутенов, функционально замещенных бицщслобутенов, циклооктатриеноцов, разнообразных спиранов, а та же полифункциональных олефинов и ацетиленов.

Обширный скрининг циклопропановых.углеводородов с нетривиаль: un сочетаниями трехчле!шых циклов и кратных связей в своей струк туре выявил целый ряд перспективных энергоемких углеводородов, к< торив могут найти практическое применение.

Разработан общий универсальный подход к получению полиспироц] лопропанов /триан1уланов/ с любым числом трехчленных циклов в ц| пи спиросочетания - уникальных углеводородов с рекордно высокими значениями энергетических параметров в сочетании со стабильность! молекулы. Получены наделение экспериментальные значения энтальпи; образования и' значений инкрементов ряда связей и групп для 20-ти циклопропановых углеводородов, которые являются ценными табличны* данными, необходимыми для расчетов и прогнозирования полезных свойств перспективных углеводородов, а также для параметризации эмпирических и шлуэммрических методов расчета.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на конференциях, съездах и семинарах: на У Всесоюзной конференции по хими ацетилена (Тбилиси, 1975), У Всесоюзной.конференции по химии ди-карбонильннх соединений (Рига, 1981), Ш Всесоюзной конференции но химии гетероциклических соединений (Ростов-на-Дону, 1983), Л1 Всо союзной конференции по химии дикарбонильнше соединений (Рига,198и У11 Всесоюзной конференции по химии ацетилена (Ереван, 1984), Всесоюзной конференции по химии непредельных соединений (Казань,IB86 , I Региональном совещании по химическим реактивам (Душанбе, 1987) Лиионосонских чтениях (Москва, МГУ, 1987), ХП Всесоюзной конферен цик по химической термодинамике и калориметрии (Горький,- 1988), ХГУ Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Ташкент,198' Всесоюзных совещаниях по химическим реактивам fАшхабад, 1989, Таш-

, 1990), Ленинградских городских семинарах но напряжённым о- и гетероциклам (1990 и 1991 гг. ).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 36 статей, торских свидетельства СССР и 17 тезисов докладов на конферен-и совещаниях.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введе-

литературного обзора, посвященного реакциям нуклеофильного рытия трехчленного цикла в дважды активированных циклопропанах ,ва I), обсуждения результатов собственник исследований (Главы 5), экспериментальной части (Глава'6), выводов и библиографии.

риал диссертации изложен на _ страницах машинописного текс-

включая _схем и__ таблиц, а также список цитируемо!)

ратуры из _наименований.

ОСНОВНОЕ СОДБЕШШЕ РАБОШ.

Г. ЩКГОАЛШШГОМНИЕ СОЕДИНЕНИЙ С АКТИВНОЙ МВШШГОВОЯ ГРУППОЙ. СИНТЕЗ ИСХОДНЫХ ЦИКЛОПРОПАНОВ С ГЕМ.КАРШ-

флпщон/шшш тг-акщштоиыли замесштешми.

В данном разделе была поставлена цель разработать удобную пра-тивиую методику синтеза ряда 1 Д-дизамещенных циклопропанов с кцепторнш.ш заместителями - основных исходных соединений. При особое внимание бьио уделено получению 1,1-диацилциклопропа-ошгтетическая перспективность которых очевидна, но препаратив-методы синтеза не разработаны.

Классическим способом получения циклопропанов с гем. 37-акцепции заместителями является реакция алкилировалш СН-кислот ,ди-геналканами н присутствии ялкоголятол или амидов щелочных мо-ов, а тагж п двухфазных системах. Однако, некоторые нренара-по помету в пропеде.чни таких циклизаций нувдаигся в улучшении. в ряде случаев наблюдаются низкие выходи целевых цшоюпрона-а в двухфазных системах - омияоние сложнозфирних или нитрнль-1'рупп, что не всегда является желательным процессом. Суиествен-недостатком дш'ног. циклизации является такав ивприцоиш/ооть ее птозу IД ••д;и«ш«цюшж.српаи©в, нслоцствие чего, до наших работ Л>лн праьгичр'л'.'л ;лс мпс&пш, а вдвшгшке иредстзаители а то а

ряда циклопропанов били синтезированы обходным препаративно'неу бнкы путем (через ацегоксимеркурацетаг).

Мы разработали простую эффективную методику получения 1,Т-би ацилциклопропаяов, основанную на прямом взаимодействии ^-дикет нов с вицинапьным дибромзтаном в диметилсулъфоксиде в присутств карбоната калия. Именно эти условия позволили получить 1Д-диац циклопропаны с достаточно высокими и хорошо воспроизводимыми в; ходами. Алки_л1-ние, фенильные, гетероциклические заместители 1 мешают протеканию реакции двойного С,С-алкилирования. Простота предложенной методики превращает гем.дикетоны циклопропанового ] да в легко доступные реагенты для органического синтеза.

о

Н,С' +- Вг(СН2)2Вг

>-0 ■ >1

г

к2со3-визо

Л соединения К1 # Выход, %

I Ме Ме 60

2 Ег Ег 60 .

3 Не РЬ 54

4 РЬ РЬ 62

' 5 Ее СН^СОМе 60

' 6 1,'е 2-(С5Н4Н ) 80

'. 7 Не . . •цикло "с31% • 55

8 65

сАЛ: 1

Дальиейаие исследования показали, что система карбонат калия - дасс является универсальной препаративно удобной методикой по учения 1,1-дизаие'дешшх циклопропанов с выходами, как правило, прошт^иш максимальные, приведенные в литературе:

K2CO-3- DKSO • X -+ Br(CH?)?Br -

Y

9 - 14

X=y=COOEt , 90$; Х=СООЕ t , У=СК , 92%; Х=У=С W , 56?; Х=СОМе, У=СООЕ t , 80$; X=Ph , У=СИ , 33$;

Х=У=0 ,

Мы изучили синтетические возможности предложенной нами методи-I установили,- что для 1,3-дигалогенвдов направление реакции иглрования определяется строением метиленовой компоненты. ТД-змещенные циклобутаны образуются только в случае неенолизируе-СН-кислот. Если в состав метиленовой компонента входит ацияь-группяровка, то реакция протекает по схеме С.О-алкалировпния Зразованием дигвдроянранов:

х = СОМе

н?с

X

+ BrCCHjJjBr.

к^оо^

DHSO

<х

15.1G

Y

COOEt , 765* 56%

СОСНч

15, X = Y = COOEt , 37% Г6, х =C00Et , Y =Cn , 50%

Циклоалкилирование соединений с активной метиленовой группой i-дибромбутаном во всех случаях протекает гладко я приводит к -ди замещенным диклопонтанам: ■ •

/

\

-f- Вг( СНр ). Пг

■ о?

13-??

X=y=COOEt , 60% Х=С0Ме , У=С0Е^ , 65!Í

Y

_ 821, Х=У=СОМе , 68? 22, ь 60%

Что касается алкилирования циклических 1,3-дш:е тонов, изуче го наш на примере димедона, то дая 1,2- и 1,3-дибромвдов наблвд ются реакции С,0- и О-ашшшрования, а спироциклические дикетон оказалось возможным получать, если размер образующегося цикла : менее пятичленного,. т.е. в случае алкилирования 1,5-дибромбуташ (22).

Такшд образом, на большой группе СН-кислот и дигалогеналкаш были изучены синтетические возможности предложенной нами методш цшмоалкшшроваши в системе карбонат калия - ДОСО. Полученные ^ ние являются существенным вкладом в классический метод синтеза I лоалканов.

2. ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ЦИКЛОПРОПАНОВ С ГЕМ.КАРБО-ШКЩЮНМЬНЫМИ ЗАМЕСТИШЯМИ..

Ш осуществили многоплановое изучение реакционной способност гем.дизаыЁщенннх циклопропанов с различными иарбофушщионалышми заместителями и выявила множество новых химических превращений, обусловленных, во-первых, присутствием в их составе напряженной фрагмента, малого цикла (реакции с раскрытием и расширением трех-тленного кольца), во-вторых, присутствием I,3-дикарбафункцконал1 ной группировки, химические модификации которых привели к разрабс ко эффективных методик получения разнообразных новых полифункцио-иалшшс циклопропанов. Кроме этого, был обнаружен ряд своеобрази нетривиальных превращений, присущих именно изучаемым полифункцио-цалы'шм молекулам в целом, ,Это,. в первую очередь, реакции внутри молекулярного а двукратного реагирования.

2Д. Раскрытие трехчленного цикла нуклеоДилами в реакциях ^.Т-диашдиклопропаяов с пооизЬояными пиразина- и гилоокси^и^инат Новый синтез 4-(е> -Х-этил)-замещенных;

рдамж орцраа^едГ"~.

2.1 Д. Реакции 1,1-диащшшклопропанов о гшшазиг щ. Мы наши что реааддя 1 Д-дилцотилцихлапрдаада (1) о гид^зин гидратом в эта-

фотекает неояшданным образом - при комнатной температура и эшении исходных реагентов 1:1 с высоким выходом образуется мтелыго 3,5-диметил-4-(^-этоксиэтил)пиразол (23):

+. Ш12т2

ЕЪОН

гз (65*)

Н2 мозшо Рас"

лее интересным аспектом этой реакции является включение нук-льного растворителя в структуру продукта реакции. Эти данные тельствуют в пользу того, что систему ивать как синтетический эквивалент карбокатиона А;

Мы изучили поведение этой оис-темы в различных растворителях .с разнообразными нуклеофилймн и нашли, что такая реакция сопровождается включением внешнего нуклеофила в боковую цепь гетероцшига, носит общий харак-; является новым препаративным методом получения ранее нёиз-;ых производных пиразола Т1ша 24.

х

н

А

и ИХ или Г,IX

г°

'1 63%; . 29, Х=0Н, 80&

Х=Ше, 58%; 30. Х=ОАс, 32$;

Х=С1, 80%; 31, Х=0№ ,93%;

Х=Вг , 8'3%; 22, Х=ЗСН, 34%;

Х=1 , ЭЗЙ; 33, Х=СИ , 44%;

г .

24 -за 34, Х=

Х-НИ-ф ,81 ¡5;

Значительная группа пира-золов била получена а экстраординарно

35, '36,-37(

за.

Х= (З'Н, 50^'

67%;

мягких условиях - в водных растворах солей или аминов при 20° в течение нескольких минут. Установлено, что целый ряд других кетонов вдклопроданового ряда реагируют о гидразином аналогич образом с образованием Х-этилпиразолов (39-42):

и . . Д

\А

ин^п^на -> у'

АД

н

39 - 42

Е «. ГЬ; цикло -С3Н5» г-пириды ; ОЕ%

В случае дикетона 7, имеющего в своем составе двазды активиро] ный и моноактив ированшй трехчленные циклы в реакции с гидраз: происходит раскрытие исключительно первого из них с образован! пиразола 40. Введение метильного заместителя в положение 2 тр< членного цикла в молекуле дикетона 43 приводит к образованш только одного изомера 4-(2-Х-пропил)пиразола 44:

ИНрНН^ШС

Е+ОН

. н

.43 44

X => СП»0Е1;;

т.е. атака нуклеофилом осуществляется исключительно но метилза ценному атому углерода малого цикла.

Мы нашли, что реакция' 1,1 -диацилциклопропанов с замещении, гидразинами протекает в различных наяравляениях. Фенилгидразш агйрует о дикстоном (1) исключительно с образованием 1-фэнил-4 ( -Х-этил)пиразолов типа 45, Ведение электроноакцелторных за тителей в молекулу гидразина может в определенных условиях пре ствовать замыканию пиразольного цикла,. Так, тозил-, 2,4-динит фенил-, ацетилгидразаны и семикарбазид при реакции с 1,1-диащ циклопропанами образуют традиционные моно- и биспроизводные и карбонильной группе 46 и 47 в условиях отсутствия кислотного к лиза в абсолютных растворителях. В противном случай образуются замощешще эшширазолы 45: •

45 R

47

. Tb; 2,4-C6H3(N02)2j NIi,CO; MeCO|

Изучаемая реакция была распространена на кетоэфиры щшгапро-нового ряда. При этом образуется только один из двух возможных оизводных пиразола - 5-этокси-производное 48, а не пиразолон-5:

X. + НН-НИдШП \-OOEt ^ 2 0Et

н 43 (70JS).

Целевым назначением для биологических испытаний мы синтезиро-ли ряд пиразолов с разнили аминогруппами в боковой цепи (34-38). to установлено, что эти пиразолы обладают способностью пролонга-вать наркотическое действие этанола, в этом свойстве имеют пре-ущества перед ранее применявшимися препаратами и Moiyr найти именение в медицине.

2.1.2. Реакция 1.1-диацилциклопропанов с гидроксиламином.' Ре-■дия дикетона (1) с гвдрохсиламином (хдоргидрат) в этаноле при-циг исключительно к 3,5-дшетил—К 6-хлорэтил)изоксазолу (49): . J ' •' С1 F= О Eton ^-^ •

NHo0!I' HCl -

49 (60*)

Для получения изоксазолов с различными заместителями в боковом лльном фрагменте целесообразно использовать сульфат гдцроксиламя-из-за слабой нуклеофшшюсти сульфатаниона:

■°о -Ь (1ГН2ОН ligisOj -Ш-..> -¡Q^

49 - 55

X =С1, Бг, X, ОН, ОМе, ОН, ОАс.

Отметим, что при взаимодействии гидрокоиламина с различными дике тонами во всех случаях образуется только один из двух возможных изомеров. Реакция с дикетоном 7 происходит с раскрытием исключи тельно дважды активированного цикла и образованием изоксазола 57

4- ян2он.нс1

'Н-.РЬ| цикло —сзн5» 2-пиридил.

56-58

2.1.3. К вопросу о механизме образования 3.2-азолов в реакии ях З.Т-диацшмиклопропаиов о гидразинами и гядроксия-амином. Реакция гетероциклизации Я,<1-диацилциклопро: панов под действием гвдразинов и гвдрокоиламияа, кроме синтегичв! кого применения для получения разнообразных этилдроизводных пяти-членных гетероциклов имеет принципиально важный теоретический а< пакт: эта реакция представляет собой пример удивительно легкого раскрытия трехчленного цикла нуклеофилами. Мы изучили эту реамдо методом спектроскопии ЯМР в проточной жидкости.к

, Проведение реакции дикетона (1) с безводным гидразином в дей-тероыетаноле с систематической регистрацией ЯМР-спектров при -40е позволило нам зафиксировать и установить структуру трех интерме-диатов А-С (рис. 1 и схема):

• он

В » к».

рис, 1

ссшостиая работа с Селивановым С.И. и Ершовым Б.Л., ЯГУ

¡той схеме ключевой стадией является образование изопиразолов С, горце, по-существу, являются гетероциклическими аналогами спиро-швированных циклопропанов (спироацеталь Дан ¡паев ско го) и ответе т-иш за супер-легкое раскрытие трехчленного цикла в изучаемых ре-циях. Такое,явление, когда при протекании многстадийного процес-один из интермедиагов обладает геометрией и распределением ектронной йлотности, характерными для спиро-активировашшх цик-пропанов и способствующими нухлеофильному раскрытию трехчленно-цикла, мы назвали "динамическим спиро-активированием". Подчерк-м, что в отличие от классического термина "спиро-активирование", торый применяется по отношению к стабильным структурам, термин ;инамическое спиро-активирование" относится только ¡к антермедиа-1М.

Далее мы установили, что в отсутствии внешних нудаеофллов конечны продуктами реакции 1,1-диацилциклопропанов с гидразином явдя-гоя изопиразолы, что было зафиксировало и химическим путем, в час-

гостя, реакциями с РТАДом: ф + —

С

п = ?; 6.

'еакцвд дикетона (I) с гвдроксиламином была также изучена методом труевой ЯМР-спектроскопии. Доказано образование по крайней море ■рех интермедиатов согласно схеме:

» ОН *

:+¡г — $г -- &, - ^

Лнтермедиат А - дигидроксипроиззодтоо", В - циклическая таутомер-ная форма монооксима I, а С - кетиленслироактивированное производное циклопропана.

Таким образом, в заключение отметим, что найденная нами реа! ция является реакцией особого типа и протекает с образованием щ межуточных спироактнвированных циклопропанов с последующей нукле фильной атакой. Стратегия садроактивирования в реакциях раскрыт! трехчленного цикла в варианте динамического, наводимого в ходе I акции, может быть полезна для поиска ключевых субстратов в синте зах целевых соединений, напрямую не связанных с исходными реаге* тами.

2.2. Т-1?-1-Анилциклопропаны. Синтез и карбеновые превращения.

Карбеновые превращения I-функционально замещенных ацшшиклопт: панов не изучены. В таких пшцессах реализуется склонность трехчленного цикла к перегруппировкам углеродного скелета, а гем.кар бофункциональные заместители ммут обуславливать их специфическо протекание, вследствие чего появляется вероятность-образования и тривиальных напряжённых структур или их предшественников,-

2.2.1. Синтез Т-Е-^Г-ацшмикяопропанов. 1-Функционально-замещенные ацилциклопропаны не могут быть получены реакцией прям го циклоалкилирования. Нами разработаны препаративные способы их синтеза на основе хемоселективных превращений функциональных гру а легкодоступных 1,1-дизамещенных циклопропанах, получение котор дано в Гл. I.

нн,(водн

ош2 (cf3co)2o

Ру

cn

Meli

tx

cn

cn

60

п-ТСК

^ ßooet'lu1h4

он пхх^

12

62

63 (92*)

6А (65*)

1 )ьшн4

?)Н30+

пхх_

65 (7 3*)

66 (е-цй)

етил-Тцианоциклопропан 60 был получен в две препаративные ии из кетозфира 12 с выходом 55$. Такие трансформации кето-а 12 как ацеталеобразование (62), восстановление алвмогвдри-лития в эфире (63) и окисление пирвдинийхлорхроматом (64) про-ют без раркрцгия малого цикла и приводят'к неизвестным ранее -замещенным формилциклопропанам 54, 66, перспективным для пре-тивного использования соединениям. Однако попытки применить ;едуру восстановления-окисления к диэфиру 9 с цельп получения ■бисформилциклопропана 6? приводят к 3-формиддигидрофурану 68:

COCEt ЫА1Н. / _1.

СООЕ^

он гга

68 (35*) 67 (3*)

[зучили несколько подходов к-получению 1-алкенил-щи'лопропилкв-

г>-ТСК,ЭГ;(Е)__^ [><0-, СН3КЙ1(А) «А си

: 0 "

1 (ВО??)

67 (5С£)

*ботка дикетона/1 одним экв. мотилмагнийиодида или метиллития I и протекает о сохранением трехчленного цикла, но не селектив-I поэтому получение целевого кетоолеЗина 07 способом А не аф-. гивно. Однако введение монокетадшой защиты в молекулу! позпо-г гладко проводить стадию присоединения металлоргацических реа-гов по одной карбонильной группо и препаративно удобно из дос-:шх исходных соединений получать алкотилкетоны хидагопропаноного

ряда типа 67 (способ Б). Перспективным способом олефинировани карбонильных соединений является реакция Виттига. Дикетон 1 гл; ко реагирует с метилентрифенилфосфоний бромидом в присутствш димсилнатрия в ДМС0, и, в зависимости от соотношения исходных ] агентов, образует диен 71 (80$) или кетоолефин 67 (50/?). Попы: олефшшровать дикетон 1 другим клидом - циклопропшщценфосфора-иом в различных условиях оказались безуспешными. Единственным продуктом такой реакции является даклооктагриенон 72 с выходом 60$:

и

72а

Е 72, 73

-О

1, 3 Н » Мв) РЪ,

Образование соединения 72 можно объяснить протеканием двукратно конденсации с участием двух молекул дикетона I, промежуточным о разованием циклического ингермедиага 72а с последующей перегруп ппровкой одного кегоциклопропанового фрагмента в дигидрофуранов; группировку. При этом именно фосфоран выполняет роль специфичес: го основания, катализирующего этот процесс. 1-Ацетил-1-бензоил-циклопропан (3) реагирует с циклопролилиденфосфораном аналогиям образом, но образует продукт конденсации 73 с низким выходов. Целый ряд функционально замещенных фосфоранов не реагирует ( дикетоном 1 в условиях реакции Виттига, вызывая лишь его изомер1 зацию в 2-аетил-3-ацетш1дигидрофуран. В отличие от дикетона I э^ фэктивныш карбонильными субстратами в реакции Виттига явились альдокетон 66 и его хеталь. Предпочтение следует' отдать коследне му. Реаэдия альдокеталя 64 с метиленфосфораном в системе каН-даС

£4

75, X » Н

76. X * •СН-СНд .

шх

74

77, х - сост

78, х - С1-

н3о

ор;

75 - 76 ■

ко приводит к олефину 75 с выходом 74$; о метиленфосфораном стеме Вии -пентан-пиперидин - к олефину 78 с выходом 84$; оксикарбонилметаленфосфораном при нагревании в бензоле - к у 77 с выходом аллилиденфосфоран образует диен 76 о вы-м 20%. Защита в ряду алненилкеталей 74 снимается без ослолс-й 10% серной кислотой. Для гем.винильных производных альде-в и кетонов циклопропанового ряда мы использовали другой под-основанный на реакции Шапиро. Тозилгидразон кеталя 68а поо-го обработки избытком метиллития и гидролиза образует 1-ви-1-ацетилциклопропан 79 с выходом 70$:

\/h 1 ).MeLi

Ршггв

68-а '79

огичнкм образом тозилгвдразон кетоспирта 65а был превращен в. нил-1-гидроксиметилциклопропан ВО с выходом 86$, окисление poro приводит к целевому •Т-виншщиклопропанкарбальде'гиду (81) соким выходом.

Я

ОН MeLi ^ .— ОН ПХХ

\>С — t>C

ИНТ 8

65-а .8о 81

Таким образом, на'основе I Д-дизачещенннх циклопропанов 1,9,. ■или разработаны удобные синтетические подходы к 1-функциональ-меценннм ацил- и формплциклопропанаы.

.2.2. Реакции карбенового разложения в ряду 1-К-1-ацил- и «плциклопропанов (реакция БамФорда-Стивенса). Препаративно ным способом генерирования карбенов из карбонильных.соединен«!*, ется реакция Бамфорда-Стивенса - термическое разложение тозил-лзонов в присутствии оснований в апротонных или протонных сро-Синтозировашше Я-Я-Г-ацдщиклопропшш (К ) были превращены зилгидразонн О'-Ос высокими выходами. Принимая во внимание факт, что Т Д-диацилцик.топроланн реагируют с тозилгвдразином

в спирте под действием кислотного катализа с образованием пираз< лов, практически все тозилгвдразоны ( И-а) были получены без нагревания в абсолютных растворителях.

Мы изучили валдтшый пиролиз натриевых солей монотозилгидра-зонов (и-а} Полученные результаты представлены на схема и в таб; I. Соотношения соединений в полученных смесях были установлены г данным ШР-спектроскопии и ШХ-анализа. Все вещества были выделе ¡ш в индивидуальном виде и полностью охарактеризованы.

Как следует из полученных данных, направление внутримолекуля ной стабилизации 1-Е-циклопропилкарбенов зависит от природы гем заместителя в трехчленном цикле. В случае заместителей, не относ щихся к сильным акцепторам, таких как гидроксиметилышй или алке нильный - стабилизация циклопропилкарбэнов происходит клаосяческ способом с расширением цикла и образованием Х-замещенных циклобу тенов { N-3). 1-Н-электроноакцепторные заместители, такие как э ксикарбонильный, ацильный, нитрильный, этиленкетальннй, непосред сгвенно в превращениях карбешого центра не-участвуют. Влияние т. ких заместителей, расположенных в гем.позиции к карбеновому цент] проявляется в том, что они повышают стабильность малого цикла и уменьшают скорость карбеновой изомеризации в циклобутены, в резу.1 тате чего реализуется конкурентный процесс карбен-олефиновой изомеризации с образованием олефинов(н-2К Для подтвервдения этого факта мы изучили реакции разложения тозилгидразона 82а. В структ} ре отого субстрата имеются два неэквивалентных малых цикла, приче один из них "стабилизирован" атоксикарбонильной группой, а вторе ~ нёт. Нами было установлено, что пиролиз 82-* дает продукт перегруппировки исключительно о участием, того цикла, в котором отсутс вует <7Г-акцепторный заместитель:

NNN»1» л . - .СООМе' СООИе

^ — |>К

соояч '•

82-е ' • 83 84 •

Более того, если в структуре генерируемого карбона реализуются одновременно и стабилизирующее действие ОТ-акцептора и невозможность ооущес "леяия 1,2-гадридного сдв^Г® (заменой ацетильной

.-{ , »ешчв.

■14™

ггатз

=-■ + и; + а + х

н— = —н1

Н-1

к-з

.я-д

Таблица I

/'сходный тозилгвдразон : г : Выход

Соотношение продуктов реакции, (%)'

N -а й : ;разл;реакционной : /Ог, •); смеси Я -I ; я -2 : N -з : N -4 : другие продукты

1 СНт -СОСНд 160 72 19 30 33 „ —

ТО 4» Л» ®з -соогг 160. 77 0,8 20 72 - ЕЮ(СН3)С=СНСООЕг

О А* -СОЕ г 155 41,5 32 27х 32 - -

60 сн3 -С!» 160 80 7 32 61 - -

65 ш3 -сн2он 165 ' 73 - - 76 - - 1

66 •н • -СССН3 140 ■ - - - - - -С0СН3 (30?) ы из

67 сн3 -С(СН3)=СН2 165 92 11 - 64 25 - 1

68 сн3 -С(0СН2)2СЯ3 180 90 10 30 60 - -

75 сн3 -сн=сн2 160 89 12 - 71 17 -

77 сн3 '-сн=снсооЕг 165 26 - 91 - - - -

73 ' сн3. -СН=СНС1 165 87 13 - 79 8 -

81 'Л -сн=сн2 140 • 78 : 16 - 24 60 -

Структура соединения

соБг

группы на формальную), то его стаблизация происходит весьма нетри виальным образом - внедрением карбена по ^"-С-Н связи с образова нием производных бищшлобутана.

ШаТв

н

66а

85 (30*)

В большинства рассмотренных случаев в смесях продуктов пиролиза монотозигддраэонов 1 -В-1 -ацшщикл о про пан о в присутствуют замещенные циклобугены, однако их выход зависит от типа гем. заместителя в генерируемой циклопропилкарбене. Варьируя этот заместитель в со ответствии о полученными данными (табл. I), можно направлять реакции пиролиза тозилгидразонов в сторону преимущественного и даже исключительного образования труднодоступных функциональных производных цаклобутена,

Представляло интерео изучить в реакции Бамфорда-Стивенса 1,1-даацилциклопропаны и установить пути реагирования генерируемых пр: этом циклопропановых 1,3-бискарбенов. Вакуумный пиролиз тозил гидр: зона дикетона I в качестве основного продукта внутримолекулярной реакции I,3-биекарбена неожиданно даёт толуол (65$). алеете о ним были выделены диен 86 и его валентный изомер - триен 87. (3%):

Л

ИННТв меОИа

штате А,1 мм.рт.

ст.

ШНТе

1а

& ~ X

А

■в

87

86

Полученные результаты свидетельствуют о реализации варианта поста-дийиото генерирования двух карбено?ых центров, причем возникнове-нш первого из них вызывает циклопропилкарбен-циклобуте'новую перегруппировку, а второго - карбел-олефияовую изомеризацию в результате чего об; 1,зуется виналцикмбутен, который и условиях пиролиза

этерпевает превращение в толуол. Предположение о том, что толу- вторичный продукт реакции, было подтвервдено экспериментом термической изомеризации диена 86, кратковременное нагревание торого в присутствии метилата натрия при 190°С приводит к обра-ваншо толуола. Однако, ароматических углеводородов не было за-ксировано в реакции пиролиза бистозилгидразона 2а: .Et

,= —Et

i=N№íaTs

180

-NNlfaTa

tí

Et

Et

2-a

88 {5056)

этом случае реализуется единственное направление - образование опенялциклобутета 88 в вице смеси г-, Е-изомеров в соотношении 3. В процессе этого исследования мы нашли, что если пиролиз то-игидразонов проводить в системе натрий-этиленгликоль, т.е. в при-тствии протонного растворителя, то такая реакция протекает с пра-|ущественным образованием бициклобутанов я-5:

X

* Ка / ЭГ

т?з

>L + d(+'E(

N-a

Н-2

Я Н

N-4 N-5

Таблица 2;

Исходный >зилгвдразон

+ :Шход Соотношение х pdüu :р0ак_ -.продуктов ' (С) . гцяонной .-реакции, %

:см еси :--

: (%) Sí-2: N-4 : я-5

: Ьыход N -Ь ' .-.в пересчете на ис-

TW'

-а

К

X

' -сн3 -С(СН3)=СН3 150 48 2Г 16 63 30,2 5 -CH:¡ ~CK=ai2 150 . 51 rs 20 64 32,6

3 -CH3 -CH=CHCl 150 38 • - 20 . 62 23,6

Таким образом, нами впервые систематически изучены закономер-

ности реагирования 1-В-1-циклопропилкарбенов и выявлены особенности конкуренции реакций циклопропилкарбен-циклобутеновой перегрутш! ровки, карбен-олефиновой изомеризации и реакции внутримолекулярного внедрения карбенов.в С-Н связи. Изученные реакции представляю': препаративную ценность, т.к. в целом ряде случаев они являются еда нственными известными подходами к функциональнозамещенным циклобу-тенам и бициклобутаяам.

2.3. Циклопропаны с гем.алкенильными и алкинильными замес-тигелями. Синтез и свойства.

Циклопропаны о гем.непредельными заместителями до наших работ были не изучены. Вместе с этим структурные, отереохимические особенности и электронные взаимодействия в таких соединениях тесно взаимосвязаны и изучение их представляет интерес как с теоретической, так и с препаративной точки зрения. Мы осуществили комплексное исследорание в этом ряду циклопропанов, включающее разработку, методов их синтеза, исследование конформационного поведения и электронной структуры методом фотоэлектронной спектроскопии, а также определение термохимических характеристик. В большинстве известных методов синтеза циклопропанов ключевой стадией является построен® трехчленного цикла. Мы избрали альтернативный вариант - образовали! кратных связей у малого цигаа. Перспективными исходными соединениями явились доступные циклопропаны с гем. 5Г-акцепторными заместителями и,в первую очоредь, 1,1-диацилциклопропаны (Гл. I). Мы нашли множество хемоселективных превращений этих циклопропанов с сохраненном трехчленного цикла и разработали на их основе препаративные методы синтеза 'циклопропанов с гем.ненасыщенными группами.

Дикетоны циклопропаяового ряда без раскрытия цикла' и практически количественно реагируют с реактивами Гриньяра и восстанавливаются алюмогидрвдом лития. Прямая, дегидратация образующихся при этом диолов протекает селективно только в случае двутрётичных диолов (89). Геы.диизопропенилциклояропан 90 образуется с выходом 80$ (140°С, АсОК в А02О). Диол 91 под действием традиционных дегидратирующих реагентов дает не 1Д-дизиншщикяо пропан 95, а'замещенный ■ тетрагидрофуран 92 и эта реакция монет рассматриваться как катализируемое электрофилами внутримолекулярное нуклеофиль: >е раскрытие шло го цшсда, причем в качестве' нуклеофила выступает вторая гвдро-ксмшач группа. '

Ас, О

92 (92?«)

89

90 (80*)

ЯаНЭО

ч

МчИв! •

93|94* 95

ЯЙНТв 96

отите

X ш С1, Вг

Путь а через дигалогениды (получены из диола 91 действием лористого тионила и трехбромистым фосфором в бензоле в присутст-ии пиридина) приводит к успеху: диен 95 получен с выходом 55$ з дихлорвда 93 и 80% из дибромвда 94 (основание ДБУ), но в этом лучае побочно образуются примеси гомоаллильных гаяогенвдов. Удо-ным способом получения олефинов является реакция Шапиро, которая11-ила применена нами к бистозилгидразоиам циклопропанового ряда, бработка гидразона 96 избытком мотиллития гладко приводит к син-езу ключевого соединения 1,1-дившилциклопропана.95 с выходом и это пока лучший способ его синтеза.

Мы установили, что способ образования двойных связей опроде-яет стереохимический результат в случае гомологов дивянилдикло-ропана..Обработка гидразина 97 метиллитиём в эфире приводит к бразованшо г,г -изомера 98 (содержание в смеси составляет 96$). эгидрогалогенирование дигалоганидов 100 и 101 под действием трет. иОК дает смесь стереомерных диенов с общйм выходом 70;? из дихло-вда 100 и 88$ из диброыида ЮГ, при этом в смеси содоркится 95?. ,Е-изомера 102 и 5%' г,Е-изЬмера 103 при полном отсутствии г,;:-изомера. • ,

Наиболее простым подходом к шлуч-жию ключевого длина - 1,1,-иэтинилциклопропана 104 - из дикетоан 1 представляется дегвдро-лорирование тетрахлорида, который мо:кет быть 'получен реакцией

икетона о пентахлоридом'фосфора. Однако, мы установил!*. что этот

E-t

.on ■н

99

Et

НИНТв ПИНТ в Me Li

■>о

O^

100, I 101

Et

X := CI, Br.

метод не приводят к желаемому результату: реакция дикетона 1 о ГСП g сояровоадается раскрытием трехчленного цикла и приводит к ооразованию 2,4-дихлор-3-(2-хлорэтил)-1,3-пентадиена 105: С1

ГУ

С1

105

PC le

CI

■1—ос -=t-

95

ОС + ОС

.CKEr-CHjBr ■^^■СНВг-СНоВг

ИаИНг/ МН

104

106

Успешным оказался другой подход, заключающийся в получении диена 95 одним из описанных выше способов с последующим его бромировани-ем двумя экв. брома (-150С) и дегвдробромированием в присутствии амида натрия при -70°С. Диин 104 образуется с выходом 40$. Применение. процедуры бромировання-дегидробродшрогання к диенам 102 и 98 не эффективно. Целевой диин 107 образуется с выходом лишь 7%. Успешным оказалсл другой путь, исходя из диена 95. Получение алкн-лированнах диинов можно проводить без выделения промежуточных соединений согласно схеме:

[>С

95

1).Br¿

2).«аИНг

3). Mel

+ ОС

107

10В

109

Варьируя количества взятых в реакцию брома'и основания, мы синтези розали серию, из 12 циклопропанов с различными сочетаниями алкениль ннх и алклаильных заместителей типа 106, 107-109."

Мы изучили полученные углеводороды методом 13с ЯЫР и анализы-

я соотношение структуры о хил.сдвигали, отметили повышенную вствительность спектральных параметров к малым изменениям элек-онной плотности в молекулах циклопропанов, содержащих гем.нена-щенные группировки, что несомненно связано со спецификой элект-нных взаимодействий малого цикла с Т^-заместителями. Более под-бно этот вопрос был изучен методом фотоэлектронной спектроско-Были измерены энергии ионизации 1,Т-диалк1шил-, 1,1-диалке-л- и Т-алквнил-1алкинилцкклопропанов (девять углеводородов). Он-целены поирода ионизационных переходов и характер взаимодействия предельных и цшиюпропильного фрагментов. Полученные данные.на-цятся в соответствии с ожидаемой биссекторной информацией, а авнение их с параметрами ФЭС дивинил- и диэтинилметанов свиде-льствует о передаче электронных взаимодействий через трехчлен-й цикл, т.е. малый цикл эффективно взаимодействуя с ?Г-орбиталя-

гем.ненасыщенных заместителей, стабилизирует формы молекул с оским положением ¡информационно подвижных групп. Исключение сос--вляют диолефины, пространственно затрудненные, например, г, г-спропенилциклопропан 98, в котором пропенильные группировки дос-точно сильно выведены из биссекторной плоскости, реализуется ш-гош форма. , ^

3. ЕОЛИСШРОШМОПРОШШ (ТРИАНШАНЫ). СИНТЕЗ И СВОЙСТВА.

• Новым классом 1,1-дизамещенных циклопропанов являются цюию-опаны с циклическим гем. замощением малого цикла другими тре'хчлен--ми циклами; в варианте спиросочленения - полиспироциклопропаны. изучили синтетические подходы к этом;/ классу' уникальных углево-родов и разработали общий препаративный метод их получеши. В де выполнения этой работы химия.циклопропанов с геп.карбофункци-алышми заместителями получила дальнейшее развитие в интересном перспективном направлении.

Совместная работа с проф. Р.Глейтером (ФРГ, Гейдельборг), М. Эккерт-Макшич (Югославия, Загре"),п-роф. В.В. ПлеменкояшККаэань).

3.1. Разработка общего способа получения полиспироциклопро-панов с двумя и тремя спирогочками.

Прежде всего мы решили разработать универсальный подход к синтезу спиранов 114-116.

Углеводороды (114, 115) были описаны в литературе, но при kx сшг аах применялись различные способы образования и циклопропанирова] двойных связей, на все из которых удобны в препаративном отношении. Мы изучили несколько подходов к их синтезу.

3.1.1. Восстановительная циклизация 1.3-бисметилгагогенндов к 1.3-бисметансулъфонатов циклопропанового ряда.

Мы разработали синтезы соответствующих предшественников спир; нов II?, 118 и изучим возмокности их циклизации. Соединения 117, 118 были синтезированы по традиционным методикам из 1,1,2,2-тетр: карбэтоксициююпропана. Эффективным и удобным способом получ* ния последнего является разработанная нами методика алкилированш с.использованием системы карбонат калия - ДЖО:

COOEt , COOEi 1) ICjCOj-BMSO

сн2 + 'cm* -^t02C y^C02EW x А

COOE-t COOF.t Et02e COgEt X

117, 1

" - X » Br, CWs.

Было установлено, что при электрохимическом восстановлении тетрс бромида 117 диспиран 114 не образуется, а продуктами реакции явлi ется смесь диенов 119 (70;£) и 120 (30^). 3 случае мезилата 118 ■образуется исключительно диен 119 (762):

117, 118

4-

-o*

+

119

120

V

114

осстановительная циклизация тетраброыяда 119 под действием бутнл-итня дает смесь 119 0%), 120.(555?) и дкспирогзптана 114 {&%).

Таким образом, главным направлением реакции является, раскрыто трехчленного цикла, предположительно по ради: альному механиз-у, с последующим восстановлением двух бромметильнах (мезнлокси-етильных) групп или циклизацией в пятичлеяный цикл.

Для изучения вопроса о возможности использования метода восстз-эвительной циклизации в синтезе [3] -ротана (115) мы .разработали штетические подходы к его ближайшим трициклопропильным аналоггщ ' з доступного 1Д-диацетилциклопропана (I):

I_0 1)(Me jsi Угт

?)Me33iCl

125 124 123

Бистриметилсялияовый эфир 12Г получали о выходом' 66$ при оно-зации дикетона гексаметилдисияазилаылдол натрия о лоследушциы лидированием триматилхлорспланом, Дшслопропаиировакив дивна 121 Симмоноу-Смиту приводит к тридиклопродану 122 с заходом 70/?, о деоидилирование эфиратом трехсМристлго бора приводит к диол/ 3 о количественны»! выходом, который при обработке мезилхлоридом, пиридине <-15°С, 2 недели) дает 1,1-<;ио-(1-мезидоксициклопрО!1яя)

циклопропан 124 с выходом 70$. Однако превратить диол и мезилат в соответствующий дибромид нам не удалось. При обработке соединения 123 комплексом РЬдР-В 2 в (Л^С^ в присутствии пиридина происходит его двукратная катионовдная перегруппировка в диспиро-3.2] нонан-5-он (125). Более того, при попытке провести электрохимическое восстановление бисмезилата 124, мы также получили ке-тон 125, который образуется в условиях осущестшения электролиза с выходом 60%.

Образование кетона 125 является следствием двукратной цикло-пропилметнл-циклобутильной перегруппировки катиона, возникающего при дезоксигенировании диола 123:

153-

о—н

Данную синтетически обработанную схему молено предложить в качестве метода получения уникальных спирокетонов типа 125.

3.1.2, Общая методика получения спиранов 114-116. Общая методика получения спиранов 114-116 била разработана на основе карбенного синтеза:

^ КК0АО). \/

1?6

127

снгиг

?Д(0Ас)г 116 130

128

^-ВиОК-ВМБО

^- А

114

129

СН3СЯС1г,Еи1Л

С1

131

СИ?СКС1г ЕиЫ

Д г-БиОХ- д д сн2пг

БМЗО

132

V РЧ(0Ас>2

133 И

115

а базовом олефине 126 мы отработали три основные стадии: 1) цик-опропанирование хлорметилкарбеном, генерируемым из 1,1-дихлор-тана действием бугиллития; 2) дегидрохлорирование под действием рет.бутилата калия в ДЛСО; 3) циклопропанирование образующихся етиленциклопропанов диазометаном в присутствии ацетата палладия, пираш 114 и 116 были получены с выходами 80-90$. Последователь-ость стадий 1-3 была оптимизирована и для другого базового олеина - дициклопропилидена (131) - |з] -ротан бшг порчен о выхо-,ом 85$. - ->

Отметим, что циклопропанирование олефина 131 диазометаном в рисутствии ацетата палладия приводит к реакции гчигометиленирова-ия, а двухстадийное циклопропанирование олефинов 128 и 131 через тадии присоединения дихлоркарбена с последующим восстановлением риводит к невысоким выходам целевых спиранов из-за гвдрогенолиза дцуктов 134, 135:

>4 ид +

"С1 51

1?6 134 (93?«) (305«)

»

с/Ча

31 135 (955») .(35*)

3.2. Трангуланы. Синтезг

. Значительным результатом вышеизложенной части работы явилось лэдующее: мы нашли, что совокупность стадий 1-3 может быть осу-ествлена многократно и является универсальным методом надстраи-ания метиленциклопропановых фрагментов на базовом олефине. Зак-ючительное циклопропанирование таких метиленсНиранов дает слиро-иклопропаны с любым числом малых циклов в цепи спиросочленения, бщая схема такого подхода:

п-1

С1

11

1П

Й<1

п+1

(1) СН,СНС1„/ Вии , (11) С-ВиОК / ШЕО, (111) СН2Пг/ Р<3 (ОАо)

3 г

Полиспироциклопропаны образуют новый класс уникальных углеводородов, скелет которых построен исключительно из спиросочленен-ных трехчленных циклов. Мы назвали такие углеводороды триангулана-мя, а общая формула линейных или неразветвленяых триашуланов может быть представлена следатощим образом:

3.3. Стереохимичэокие отношения в ряду триангуланов.

Мы обратили внимание на тот факт, что молекулы триан1уланов обладают неожиданно сложной стереохимией. При увеличении числа малых циклов возрастает число стереохимических путей развития спирали молекулы, что приводит к возникновению оптической и геометрической изомерии. Так, 3 -триангулан, который сам по себе ахира-лен,-имеет две энантиот--отше позиции а и б, .которые могут давать два энантиомерных 4-триангулана (смесь <1 ,1 ), рис. 2

Начиная с 5-гриангулана появляются и геометрические изомеры. Тетраспироундекан (136) представляет собой смесь двух геометрических изомеров и двух пар энантио-меров с общим числом стерео-изомеров, равным четырем. Дня следующего члена семейства триангуланов - 6-триан-хулана (139) число изомеров резко возрастает. Для нею

мезо

в я Ь » 0

.. \ / \ /

V /

рис, 2

»зможно существование трех пар энантиомеров и соответственно трех юметрических изомеров (а,? ; в,е; с,з ):

Стереохимические отношения в изомерных триангулаяах с числом жлопропг.новых фрагментов от 2 до ГО представлены в таблице*:

23456789 10 и - число трехчленных циклов

- число паи энантиомеров

и^ - число ахиралышх структур

г 0 0 1 1 3 4 10' 16 36

> Í г 0 Í 0 2 0 4 0 .

3.4. Синтез 5- и 6-триангуланов.

Мы реализовали универсальную схему синтеза полисииранов для элучения. триангуланов с пятью и с шестью трехчленными циклами в злекулах. 5-Триангулан 136 был получен из метилендиспирогептана 30. Его реакция с ме^илхлоркарбвном приводит к смеси диастерео-зрннх хлоридов 137, а последующее дегадрохлорироэание - к смеси зомернкх метилентриспирононанов 138 с еыходом 75/».

130 137

ii

136 ' 1"3в

аключительное циклопропанирование олеина 138 диазомотаном в э$ире присутствии вдетата паллацйя дает целевой спиран 136 с выходом 5%, По данным ПМР-спектроскспии, IX^-аналяза (капиллярная юшн-а), хроматом&ос-спектрометрии этот углеводород представляет собой •

Математическая модель, описывающая стереоизомерия триангуланов, , разрабг ^ана &;С.Трачеы-на ocho i леимн БерлсаЯда. . г

смесь двух изомеров (а, с и ь) в соотношении 3,8 : I, которую ш удалось'разделить на индивидуальные изомеры. Однако, в спектрах IMP (250' МГц) сигналы изомеров идентифицированы и сделаны отнесения на основе анализа элементов симметрии. 6-Триангулан 139 был синтезирован соответственно из метилентриспиронона 138 с выхода! на последней стадии 93% в виде смеси двух изомеров.(139 a, f ш 139 в, е) из трех возможных в соотношении 3 : 2. Эта смесь была разделена методом препаративной ЕКХ на индивидуальные изомеры, кс торые полностью охарактеризованы (табл. 3).

4. ТЕРМОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Щ1КЛ0ПР01Ш0ШХ УТЛЕВОДОРО;

Одним из главных стимулов в развитии этого исследования явилась конкретная практическая задача - разработка методов синтеза энергоемких углеводородов и экспериментальное определение их термохимических параметров. Известно, что циккопропановые углеводороды обладают высокими"энергиями сгорания. При этом надёжные дш ные по энтальпиям образования определены для малого числа циклопропанов простого строения. С целью выявления перспективных эне] го емких* структур мы синтезировали большой круг циклопропановых у: леводородов, в которых малый цикл сочетается: а) с кратной/ими/ связьа/ями/ в варианте монозамещения, б) с геминальными этклен< выми и ацетиленовыми группировками, в) с другими трехчленными циклами в варианте спиро сочленения и изучили их термохимию. Сш№ тическая часть этой программы, которая, по'-существу, представляв' собой разработанную нами химию циклопропанов с геы.карбофункцио-нальными заместителями, отражена в 1-3 главах. В данном разделе будут обсуждены физико-химические и термохимические свойства наи более перспективных из всех синтезированных нами циклопропановых углеводородов. Полученные результаты представлены в табл. 3. Ан; лизируя эти данные, отметим, что среди синтезированных и изучены нами структур были найдены новые высокознергоемкие углеводороды, представляющие практическую ценность. Это относится в первую оч редь к диянан 104, 107, 108, 140 и к трианхуланам.' Полученные : ми надёжные, экспериментально установленные значения энтальпий о разования составили предает справочных данных; ойи позволили о.пр делить или уточнить значения ряда инкрементов необычных сочетани

канальных, алкикилышх и циклопропильных фрагментов, что связа-с выполнением расчетов и прогнозированием полезных свойств пер-ективных углеводородов. Так, полученная нами величина энталь-и образования диина 140 и определяемые из неё значения других ергетических параметров оказались существенно ниже рассчитанных -за неправильной оценки инкёмента 1,3-дииновой группировки. Его личина оказалась неожиданно большой - 13 ккал/моль по сравнению ениновой группой, которая дает 4 жал/моль. Далее полученные щ даннье по энтальпиям образования трех изомеров 1,1-дипропо-лцикдопропанов и значения их разностей могут быть использованы ¡■информационном анализе молекул такого типа, "о наиболее впе-глякщие результаты были получены для трианхулансв. Все подучен-е нами спираны 114, 116, 136, 139 являются высокоэнергоемкими леводородами, их энтальпии образования достигают очень внсокю ачений. В этих углеводородах уникально сочетаются высокие знания энергии напряжения и стабильность, высокие значения плотнос-й (для 5- и 6-триангуланов выше 0.9), низкие величины темпера-р плавления. В целом, обнаруженное в траангуланах сочетание лозных свойств соответствует параметрам целевых искомых углеводо-дов. ■ Полученные намй экспериментальные значения энтальпий обра- >>. вания ряда триаигуланов позволяют вычислить энтальпии образова-я других неисследованных спароциклопропанов (с точностью до .зницы энергии изомеров) полуэмпирическими и эмпирическими мето-ми. Интересно отметить, что спиросочленение вносит дополнитель-:й энергетический вклад в энтальпию ■образования по сравнению с ¡ычным четвертичным атомом углерода порядка 7 "ккал/моль.

Таблица 3.

Физико-химические и термохимические свойства ряда полученных циклопропановых углеводородов*

Формула и № углеводорода : т юш. ; °с 4° : Т пл. : °с • ; дН^Ц ДН£( ; ккал/моль

I : 2 3 : 4 : 5 : 6

140 180 0,8854 -54 103,6 116,(

с2н ^ 74 0,7985 -70 66,9 75,5

6 8 .' 101-2 0,8544 -22 §8,5 77,5

95 82 0,812 -70 38,2 46,9

68/80 0,801 - 26,46

103 ъГ^ 68,5/80 0,806 - 24,16

102

°9Н14 15,1

68,5/80 0,814

21,46

¡[04 98 0,848 -66 119,7 128,7

108 се% рС- 85/80 0,875 -70 106,2 116,8

107 С9'%0 ■ 90/80 0,88 -70 92,1 103,3

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих ¡отах:

1. Зефиров U.C., Кузнецова Т.С., Аверина Н.В., Ботнов A.M. [тез производных трицикло [2.1.0.0] пентана с экэоциклической >йной связью. // Лом. АН СССР. - 1977. - Т. 233. - № 3. -373-374.

2. Зефиров Н.С., Кузнецова Т.С., Буднка М.И., Коэьмин A.C.* 1тез réf.замещенных моно- и дивиншщиклопропанов. // Е. орг.

лии. - 1978. - Т.14. - Вып. 9. - С. 200 - 200В.

!

3. Зефиров Н.С., Кузнецова Т.С., Буднка М.И. Козьыин A.C. 1тез 1,1-диотинялциклопропана. // 1. орг. химии. - Т. 15. -I. 8. - С. 1779 - 1780.

4. A.C. 8II740 СССР. Способ получения 1,1-диацетилциклопро-ia. Кузнецова Т.С., Зефиров Н.С., Буднлш В. ., Яровой С.С. -[8647заявл. 29.09.79; опубл. 1982. - Еюлл. изобр. .4

5. Зефиров Н.С., Кузнецова Т.С., Кожушков C.Ii., Ахмедов Ш.Т. скрытие, трехчленного цикла в 1,1-дизамещенных циклопропанах

к метод синтеза функциональных производных пиразола и изокса-па, // Химия гетбр. соед. - I98Ï. - Л 5, - С. 847 - 818.

6. Зефиров Д.С., Кузнецова Т.С., йжушков С.И. Термическая омеризацш 1,1-диацетилциклопропака. // Химия гетер, соед. -81. - й 9. - С. 1265 - 1286.

7. Zefirov U.S., Kuznetsova T.S;, KozhusWcov 3.1. Ring-ening reactions of 1, l-diacetylcyclopropsme with hyürazine stiel iroxylamine derivatives аз novel synthesis of "B-X-ethyl. sub-i-tuted puraoolea and isoxaaoles. // Tetrahedron. - 1982. -

1. 38. - и 11. - p. 1693 - 1697.

8. Зефиров H.C., Кузнецова T.C., Рлхушкоз С.И., Сурмина Л.С., щупкдаа З.А. Цаклоалкилирорание oi,-дибромвдами соединений, деряащих активированную метиленовуи группу как метод синтеза 1-дизамещенных циклопропанов. '// й. орг. химии. - Г. 19. -

л. 3, 1983. - С. 541 - 548.

9. Зефиров H.С., Кожушков С.И., Кузнецова Т.О. Алкнлирование циклических jb-дикетонов ^(¿-дийромвдами. //Ж. орг. химии. -1983. - Т.19. - Вып. 8. - С. 1599 - 1602.'

10. Зефиров U.C., Кожушков С.П., Кузнецова Т.О. Раскрытие трехчленного цикла в 1,1-дизамещенЕых циклопропанах как метод синтеза функциональных производных изоксазола и Пиразола. // Химия гетер, соед. - 1983. - » 6. - С. 801 - 807.

Х£, Zsfirov N. S., Kusnetsova T.3.f Koahushkov S.I., Ershov

B. A., Selivenov S. Mechanism of "the formation of 1,?,-azoles in reactions of 1,1-diacylcyctopropanes with hydrn?.ine and Uydroxy-'ainine derivatives. // Tetrahedron. - Vol, 42. - If 2. ~ 1986. -'P. 709 - 713.

12. Зефиров H.С., Кузнецова T,C., Кожушков С.И., Глейтер Р., Эккерт-Макшич М. Синтез этиленовых и ацетиленовых производных гем.диэамыценных циклопропанов на основе 1,1-дикетонов щпелопро-пшгового ряда. //К.'орг. химии. - 1986. - Т. 22. -'Bun. I. -

C. НО—121.

13. Зефиров U.C., Кожушков G.И., Кузнецова Т.С., Сосонкин И.Н, Легкая фотохимическая перегруппировка 2-вюшл-1 Д-бис(бром-метил)циклопропана в 6-бром-2-(броиметил)-гекса~1,4-диен. // ïï. орг. химии. - 1986. - Т. 22. - Вып. 3. - С. 666 - 667.

14. Пвдеиова С.Ы., Козина М.П., Кузнецова Т.О., Гальченко Г.Л., Снрецкая Т.В. Энтальпия сгорания-л образования некоторых соединений с ацетиленовой связью. // Термодинамика орган, соед. Шъ. - Sun. 102. - С. 12 - 13.

15. Зефиров U.C., Кузнецова Т.О., Кожушков С.И., Сосонкин Й.М., Лейбзоа В.Н., Егорова Т.И. Восстановление г-випил-!,I-био(бромметил) -циклопропана. // lù орг. химии. - 1987. - Т. 23. - Вып. 10. - G. 2109 - 2120.

16. Зог;,иров Н.С., Кузнецова 7.С., Кожушков С .И., Иотехин К. Л Малеев A.Ii., Стручков. К. Т. Реакции I Д-бисСброшетшНшклопропа на с TpmJeHKJK-l'ocèîiiïûM - пример лепого нуктюофильного раскрытие трехчленного никла в г.еактивиревлнных циклопропанах, // iL орг. хшиа. - 1987. - Т. 23. - Зш. ГО.-С. 2Г20 - 2133.

1?. Бубнов Ю.Н., Еелудева В.И., Кузнецова 'Г.С. Синтез 1-за-:щенных 1-в1Ш1ЛЩШлобутанов с применением органоборана ачлиль->го типа. // Известия АН СССР. - Сер. хим. - 1987. - № II. -2632 - 2633.

18. Зефиров Н.О., Кузнецова Т.О., Кокушков С.И., Лукин К.А., 1зимирчик И.М. Винилспиропентан. // Н. орг. химии, - 1988. -

24. - Bun. 4. - С. 673 - 678.

19. Зефиров Н.С., Кузнецова'Т.О., Кожушков С.И., Гордеева

В. Проблемы молекулярного дизайна и ЭВМ. XII. Компьютерный hoik возможных интермедиатов в реакции восстановления 1,1-бис(бром-|Тил)-2-винилциклопропана с применением системы программ "Фла-иго". // Ж. орг. химии. - 1988. - Т. 24. - Вып. I. - С. 36 -

20. Зефиров Й.С., Кожушков С.И., Кузнецова Т.О. Построение [спирононанового скелета посредством двукратной циклопропилме-л-циклобутановой перегруппировки. // S. орг. химии. - 1988. -

24. - Вып. 2. - С. 447 - 448.

21. Зефиров Н.С., Лукин К.А., Кузнецова Т.С., Кожушков С.И., вень' В.А. Олигометйленирование бщиклопропилидена диазомета- ■■ м в присутствии ацетата палладия (П). // Ж. орг. химия. -

>88. - Т. 24. - Вып. В. - С. 1644 - 1648.

22. Зефиров Н.С., Кожушков С.И., Кузнецова Т.О. Механизм рмической изомеризации З-викилмотиленциклобутана с 4-шэтилш-клогэксан. // Докл. АН СССР. - 198Й. - Т. 229.-- Л 6. - С. 95 - 1399.

23. Зефиров Н.С., Кожушков С.И., Кузнецова Т.С. Фотохимячес-я перегруппировка в ряду 2-в1шил-1-с1роммет!шижлопропанов. //

орг. химии. - 1989. - Т.- 25. - Вып., 5. .--'С. 910 ~ 921.

24. Зефиров Н.С., Лукин К.А., Кузнецова Т.О., Кожушков С.И., сонкив И.М. Синтез спиросочлененных циклопропанов. //Я. орг. или. - 1989. - Т. 25. - Вып. 2. - С. 312 - 319.

25. Зефиров Н.С., Кожуиков С.И., жецсва T.G., . ордоева

В. О механизме восстановления 2-вш!1Л~1,1-б«.о(брошетил)щ1Ю1о-опана. 7/ К. орг. химии. - 198° - '.?. 25, - Вып. 4. - С. 770 -

6. • . '

26. Зефиров H.С., Кокуиков С.И., Кузнецова Т.С. Синтез 2,3-диметоксикарбонш1-1,3-бутадиена. // 2. орг. химии. - 1982 Т. 25. - Вып. 7.-С. 1558 - 1559.

27. Бубнов Ю.Н., Нелудева В.И., Рудашевская Т.Н., Кузнец T.C. Синтез 1-винил-1-(аминоалкин)цшаюалканов из иминов и I, полиметиленалленов через аллилборады. // Изв. АН СССР, сер.хи 1939. - iê 5. - С. 1179 - II8I.

28. Зефиров Н.С., Кожушков С.И., Кузнецова Т.С. Образова производного триоксаадамантана при действии амида натрия на I диацетшсцшиюпропан. // S. орг. химии. - 1990. - Т. 26. - Был

- С. 915 - 916.

29. Кузнецова Т.С., Зефиров Н.С., Кожушков С.И., Кокорева О.В. Двукратная кротоновая конденсация 1,1-бисацшщиклопропа нов в условиях реакции Виттига. // Ж. орг. химии. - 1990. -Т. 26. - Вып. 4. - С. 756 - 760.

30. Кузнецова Т.О., Зефиров U.C., Кожушков С.И., Громов А Ватлива Л.П., Козловский М.И. Бистозилгидразоны 1,1-диацилц лопроланов в реакции Бамфорда-Стевенса. // Н. орг. химии. - I

- Т. 26. - Зып. 7. - G. 1432 - 1437.

31; Алиева O.A., Кузнецова Т.С., Аванесова С.С., Самедова Д.З. Синтез и области применения бис-амвдов 1,1-циклопропанд карбоновой кислоты. // Нефтехимия, - 1990. - Т. 30. - Кб. -С. 837 - 840.

32. Коаушков С.И., Кузнецова Т.С., ¡Офит Д.С., Стручков Ю. Зефиров U.C., Кокорева О.В. Молекулярная л кристаллическая ст тура производного триоксаадамантана - продукта взаимодействия 1,1-диацшщиклопропада с амидом натрия. // Доюг. АН СССР. - Г

/- Т. 312. -'№ I. - С. 118 - 123.

33. '¿efirovî-., I(iin.ui»-?T S., Kasu^taova Г., Kokorev« О., Uikin К Trate!-. S. Triabcul£u.ej i '¿tereoigoneriun i»i General oetí.oia o? lijT.theMi

j. te. Cb.j-v. Sos. - iss». - Vol. 112. - 21. - P. TTC2 - 7707.

34. Годунов И.А., Татевский В.М., Бадави М., Кузнецова Т.С. энные спектры поглощения и конформационный анахиз молекул эпропанкарбоновых соединений. // Н. физ. химии. - 1991. -5. - Вып. 5. - С. 1431 - 1433.

35. Кузнецова T.G., Конушков С.И., Лукин К.А., Гришин D.K., лин A.C., Зефиров Н.С. Ацетоксимеркурированш метиленцикло-WOB. // Ж. орг. химии. - 1991. - Т. 2р. - Был. I. - С. 78' •■

36. Лукин К.А., Масунова А;Ю., Кузнецова Т.С., Кожушков С.И., зов Н.С. Реакция алленов о 1,1-дихлорэтаном и бутиллитием. // ?г. химии. - 1991. - Т. 27. - Вып. 3. - С. 4о8 - 492.

37. Eckert-W-Vsic М., Gleiter R. , Zefirov N. , Kuznetöova Т., uehkov 3. Photoelectron Spectra of geninal Vinyl and Ethynyl • tituted Cyclopropane Derivatives. // Chem. Ber. - 1991. - • 124. - N 2. - S. 371 - 376.

38. Зефиров H.C., Колушков С.И., Кузнецова Т.С. Синтез функ-альных производных пиразола и изоксазола на основе 1,1-диаце-щиклопропана. // Тез. докл. У Всесоюзной конференции "Химия рбонильных соединений". - Рига, 1981. - С. 125. ■

39. Зефиров Н.С., Кузнецова Т.С., Ко.яушков С.'И. Раскрытие ¡ленного цикла в 1,1-диацилцинлопропанах в реакциях с произ-¡ми гидразина и гвдрокоиламина как метод синтеза ф/нкциональ-фоизводных пиразола и изоксазола. // Тез. докл. Ш Всесоюз-сонференции "Химия гет ероцшшие ских: соединений". - Ростов-(ону, 1983. - С. 115. •

Ю. Кузнецова Т.С., Кожушков С.И., Зефиров Н.С, Гем.диацети-циклопропанового ряда. // Тез. догл. УП Всесоюзной конферен-Химия ацетилена". - Ереван, 1984. - С, 145.

■I. Коаушков С.И., Кузнецова Т.С., Селиванов С.И., Зефиров Изучение механизма раскрытия трехчленного цикла в реакциях ;иац ил циклопропанов с гидразинами методом ЯГ/.Р спектроскопии точной жидкости. // Тез. докл. И Ясесоюзиой конференции н дикарбонильвдх соединений". - Рига, 198г. - С. 118.

42. Кузнецова Т.С., Кожуиков С.И., Зык Н.В., Зефиров Н.С. Синтез этиленовых и ацетиленовых тем.замещенных циклопропанов на основе"1,3-дикетонов циклопропанового ряда. // Тез. докл. У1 Всесоюзной конференции "Химия дикарбонильных соединений". -Рига, 1986. - С. 128.

43. Зефиров Н.С., Кузнецова Т.С., Кожушков С.И.', Сосонкин И.М., Домарев A.M. Влияние винильной одппш на реакционную способность 2-взшшг-1,1-бис(бромметил)цшшшропана. // Тез. докл. Всесоюзной конференции "Химии непредельных соединений". - Казань, 1986. - С. 54.

44. Кожушков С.И., Кузнецова Т.С., Садовая Н.К., Зефиров Н.С. Синтез полифункциональных диклоалканов алкилированиеы в системе KgCOg - дасо. // Тез. докл. I Регионального совещания по хим. реактивам". -Душанбе, 1986. -С. 262. .

45. Тимофеева Л.П., Кузнецова Т.С., Кожушков С.И.,'Лукин К.А. Энтальпии образования углеводородов, содержащих трехчленный цикл. // Тез. докл. ХЗ Всесоюзной конференции "Химическая термодинамика и калориметрия". - Горький, 1988. - С. 62.

46. Козышн A.C., Кузнецова Т.С., Кояушков С.И., Лукин К.А., Зефиров Н.С. Достижения в химии напряжённых углеводородов. *// Тез. докл. ХУ1 Менделеевский съезд по общей и прикладной хишш. -Ташкент, 1989." - С. 188.

47. Кузнецова Т.С., Кожушков С.И., Кокорева О.В., 1>оыов A.B. Зефиров Н.С. Синтез органических реактивов на основе I,I-диацил-циклопропанов, // Тез. докл. Ш Всесоюзного совещания по химическим реактивам. - Ашхабад, IS89. - Т. I. - С. 27.

48. Кузнецова Т.С., Кожушков С.И., Лукин К.А., Кокорева О.В.,

• Трач С.С. Общий метод синтеза линейных триангуланов. // Тез. доки 1П Регионального совещания по химическим реактивам. - Ташкент, 1990. - Т. I. - С. 36.

49. Шшеяова С.М., Лукьянова В.А., Кузнецова Т.С., Колосов В.П. Энтальпии образования некоторых спиросоединений. // Тез. докл. 6 Всесоюзной конференции "Термодинамика органических соединений". - 1,!инск, 1990. - С. 20.

Подписано к печати 14.10.91. Фопмат 60x84/16. Объем 2,- 5 п. л. Типаж 100 экз. Зак. 1-465.

Отпечатано на роааппи^Т^^ГТ^^Т^