Внутримолекулярная циклизация метилзамещеных 1,5-диенов в реакциях электрофильного присоединения тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

МОСКОВСКИ*.ОРДЕНА. ЛЕНИНА, ОРДЕНА. ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЩИИ

.И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имэни И.В.ЛОМОНОСОВА

ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

АНДРЕЕВ

На праваг рукописи

/А.

ВАЛЕРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

и

УДК 547.31: 5-17.32; 547.51; 547.84

ВНУТРК.МОЛЕКУЛЯРНЛЯ ЦИКЛИЗАЦИЯ МЗТШШВДЗШШХ 1,5 - ДКЕНОВ • В РЕАКЦИЯХ ЗЛЕШОМШДОГО ПРИСОЕДИНЕНИЯ

(02.00.03 - Органическая химия)

АВТОРЕФЕРАТ, диссертации на соискание ученой степени кзададатз химических наук

МОСКВА"- 1991

Робота Еьполнена нэ кЕфэдро химки нефти и органического ката-таза химического факультета Московского государственно! университета км. М.В.Ломоносова.

Наускыэ руководители: доктор химических кзук,

стзр'лдй кучньй- сотрудник Н. А. Беликова

кандидат химических наук, старший научный сотрудник С.Н.Анфилогова

Официальные оппоненты: доктор химических наук, • профессор Дрозд В.Н.

доктор химических 'наук, доцент Зык Н.В.

Еэдуцее учреждение: Институт физиологически - активных веществ АН СССР '

Защтга состоится 1991 г, в ^^^ в а уд.

нз ззседзнии Специзлкзировенного ученого совета Д. 053.05.58 по химическим наукам при ИГУ им. И.В. Ломоносова по адресу: 11989Э,- Москва, ГСП-3, Ленинские горы, МГУ, химический факультет. .

С диссертацией могло ознакомиться в библиотеке химического факультета МРУ им. М.В. Ломоносова.

Автореферат разослан ОЛ-/*?Л-} Х991 г.

Учен»® секретарь Специализированного Ученого совета, кандидат химических наук

Э.А. Шокова

| «Г.Г Т* {Г ;

.¡С. Шг. 5

тД-'-'л

СОрТАЦИМ

0Б1ЦЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Циююшнтадоэн является побошгым проду-эм крекинга различных нефтяных фракций. Несмотря не то. что находит разнообразное ггримэнениэ, утилизация его остается хуалъной проблемой. При конденсации циклопентадиеив с 2,3-иэталбутадиеном образуется 3, 4.-дкмэтм-эдст0ицккло/Ч .3.0/но--3,.7-дпен (I) и 1,2,4-тр5адвт^и-4-1130пропо1Шя^ии10гексек (2), ляждееся циклическими 1,5-дкенаии:

и

(<)

кие диены способны.претерпеззть внутримолекулярную циклгазциа и электрофильном присоединении различных' роагонтоз. Эти рации интересны в теоретическом и вахны в практическом плане, к. позволяют получать различные функциональные полицрвакче-у.о производные, который могут обладать ценными физико-мическими свойствами и проявлять бисшогачоскую активность.

■ Иззестао, что при. злектрофкльном присоединении рада рв-■ентов к тетрзгидрокндону (ТП1) происходит траксокнулярная цй-кзоция и образование б-замэценных брексенов. Однако, эти родии протекали нэ селективно и народу с производными брексака )разоЕывалось Оолыаое ксивггвство бицмсическкх соэдинэкий.

СО - -Ш V со**

Га

)здеее было установлено, что в результате присоединения уксу-юй кислота к 3,4-дк/.этал-ц11с-бш9яа1сГ/4.з.0/но11а-3,7-яиену (I) выходом 30« образуются исключительно ацетата дамэталбрексако->. Это дало возможность предположить, что. диен (I) монет ока-1ться удобньм исходным соединением для синтеза разлитая иро-шодных брексака, получение которых другими способами требует юведеняя шогостаднйньи синтезов.

Цель рйботы.. Изучение поведения 3,4-д1кэтил-цис-биц1,кло-1.3.0/нона-3,7-диена и 1,2,4-т£т.1етшг-4-изопропе1Шлц?аслога-зена в реагсциях злектрофильшго присоединения и возможности мучения продуктов внутримолекулярной циклизации - производаыг эексана и бицикло/2.2.1/гепгана.

Научная новизна работы. Проведено систематическое исследование реакций электробильного присоединения к 3,4-диметил-цкс-бицикло/4.3.0/нона-3,7-диену. Показано, что реакции с уод сткем электрофильнсго водорода ÍHC00H, СН3СООН, CF3COOH, Н20-HgSO^j, CKgCtf-KgSO^/, конное гидрирование) сопровождаются транс аннулярдай циклизацией" и стереосслективнкм образованием экзо-о-замецегаак*I,9-диметилбрексанов. Устанойлено, что стереосе-лскгивность реакции обусловлена .как стеричееким эффектом СHg группы, так к.согласованностью стадий траксаннулярной циклиза цпк и атаки нуклеофила. При использовании отличных от протона электрофилов С32»CfgJJCJKßCO^O), образующийся- карбоний-ионные и термедиаты траксаннулярной циклизации не подвергаются - их ст билизация осуществляется элиминированием протона. Присоединен последнего к исходнэму диеку сопровождается траксаннулярной ц клизацией и образованием монозамещенных брексанов.

Из 1,2Д-трю.5етил-4-и.оопропен;ициклогекоена в условиях к слотксго катализа образуется -тетраметилмети,ленбицккло/2.2.1/~ гептага, это первый пример превращен!« соединений ряда викил-цинл'огексека в соединения ряда бицикло/2.2.1/гептана.

IIa примере иссле.яуемых диенов показаны новке возможности управления реакцией Риттёра, что позволяет в зависимости от условий её проведения получать соединения с различной структу рой. . • ' ■ . ' . ,

Возможность практического использования результатов рабо Разработана препаративные метода синтеза производных I,9-диме тилбрексана и 3,4-диметил-цис-бицикло/4.3.0/нонена-из легко д ступкого 3,4-дшегил-цис-бициоо/4.3.0/иона-3,7-диена, а та гаг производных азабицикло/3.ЗЛ/конзна и тетраметилметиленбицикл /2.2.1/гептанов из'дилера диметилбутадиена.

Предложен метод, позволяющий ■ в условиях реакции Ритгера целенолравленно получать либо проекты прямого присоединения реагента, либо продукты перегрупировки. .

Синтезировано. 21 твое индивидуальное соединение. -, Публикация и апробация работа. lío материалам диссертации опубликовано дзе статьи. Результаты работы доложены на Всесок зной конференция по химии каркасных соединений.(1969 г.), на Московской конференции по органической химии и технологии (IS т.), на Iii региональном совещании республик О-дней Азии и Каг хета«я по химическим реактивам (1990 г.).

г>

Объём я структура работы. Диссертационная работа изложена на 160 страницах машинописного текста и состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части и выводов, содержит 13 таблиц, список цитируемой литературы кг 171 Наименования.

основное содержание работы.

Устанооление строения получаемых соединений, их изомсрнкй ■ состав и чистота определялись методом ЯМ? ^С , Н в сочетании с Ж и хроматсмасс-спектрометрисй, а также с помощью тонкослойной и газожидкостноЯ хрсматогра^Дн с использованием капиллярных колонок со скваланом, полиэтиленглпколек, 01'—ТОГ в качестве неподвижной г^изьг. Спектры Я'.-? получены на спектрометре Л.М-500 фирмы "íkukex » при частотах 500 и 125,7 (^С) кГц. .Масс-спектры сняты на приборе Fiiiniqan -¡'AT-II2S.

1. Синтез исходных углеводородов.

Диеш (I) и (2) получены конденсацией циклопентадиекз с ■2,3-диметилбутадиеном, при различной температуре. Наилучший рнход диена (I)" (2б£) получен при 200°С. Образование диена (2) является побочной реакцией, которая сникает выход и осложняет выделение содикера (I). Однако, поскольку его образование неизбежно, представлялось целесообразным его выделение и дальнейшее исследование.

2. Реакции 3»4-диметил-цис-бицихло/4.3.0/нона-3,7-.диена (I).

2.1. Присоединение оргаТкческнх кислот и зо.ды.

Условия и результаты присоединения 'органических кислот и воды к дилну (I) представлены в табл. Г. Во всех случаях происходит образование исключительно производных экзо- и эндо-Г,9-димртилбрексак-экзо-5-ола (3-6)..

Спектры ЯМР'^С и % исследоваш совместно с д.х.н. Псхком Т.И. (Институт химической и биологической физики АН Эстонии), которому автор выражает искреннюю благодарность.

их

т

6' /

ЭК 30

(1) _ . л - ?НЙ0

Х=ОСОН (3); 0С0СН3 (4); ССХРд (5); ОН (6), В результате реакции образуются два эпкмера, отличающиеся зн до- или окзо-ориентацией метальной группы у атома С9, что ев дотельствуот о присоединении протока с обеих сторон циклогек сеновой двойкой связи (гране- и цис- по отношению к циклопе^ тенозому циклу).

Таблица I,

Условия и результаты присоединения органических кислот и води к диену (I).

I оп. I ! Реагент : о т с Врем, г"....._ • Выход Соотношение эндо-:окзо-изомеров П( данным ЯМР С»

I ; ксоое ; 05 б ■ 50 • |осон 1 3,5:3

2 ; ср3соок 5 : 3 ; 2в ,0с0ср3 7:10 •

з тт -10 . 4 | 30 ; » •

4 ! сн3с00н ; ; 1 Г

: 2,ОЙ ВР3 ; 20 1 57' - ео 1ососн3

5 ; СН3СООН : 1 !

4,5/о ВРд ; п ; 6 | 90 I "я 1 •4:3

& ; ск^соон i : » !

8,5% в?3 и 1. 2 ; 77 1 1» -

V ! 62?; н^! • он

вода ; я ; 60 ; 58 5:4

Вероятный механизм образования производных брексана С

6) заключается в протежировании диена (I) по атому С4, тра] аннулярной циклизации карбокатиона (А) путём замыкания свя: СЗ-С7 V. последующей стабилизации 5-брексильного катиона СБ Иуклеофилом. Следует отметить, что такое направление реакц: является не единственно теоретически возможным и наряду с из водными брексана могут образоваться продук~ч стабилизаци

арбокатионов (А) и (3) внешним'чуклеофоом - соединения (7, ) или внутренним нуклеофмом (циклопектеновой двойной свя-ыо) - производные твйет-брендат (9,10).

го

17)

н „• ХО ■

II!

и

+

(5)

И"

Образование в результат^ реакций только соединений со структурой брексана, вероятно, связано с их больней термодинамической стабильностью. Так -энергия напряжения твист-брен-цана превышает таковую для брексана ~т 9 ккал/коль, а цис-бициклс/4. Э.0/ксн-7-ена ~нп 6 кнал/ноль.

Другим возможным.направлением превращения карбокатионов (А) и (В) является элиминирование протона и образование диенов (11-14) Изомерных исходному диену (I). При 50%-ной конг версии диейа (I) пне зависимости от используемого реагента в реакционной смеси содержатся приблизительно в равных количествах трициклические соединения (3-6) и диена (11-14) (соотношение 3:2:2:1 соответственно). Изомеризация исходного диена (I) не оказывает существенного влияния на конечный результат реакции, так как в условиях реакции диены (11-14) также превращаются в производные 1,9-диметилбрексан-5-ола.

хо-хо-сш :

ЮЭ - ХХЗ ПЭ ^ХХ}

Ш («.) . .

Таким образом* в отличие от тетрагидроиндена (ТГИ), пр соединение органических кислот к которому приводит в основн к сложны!.! эмирам с исходной бицикличеекой структурой, 3,4~р мегил-циа~бицикле/4/.3.0/т>«а-3,7-дкен (I) в условиях превращается исключительно в соединения со структурой брекс

. 2.2. Гидролиз тозилата 1,9-диметилбр5ксан-экзо-5-ояа. Деци*

лизация производных брексана.

Зажнда достоинством присоединения органических кислот вода к диеззу (I) является не только 'исключительное образов кие производных брексана, но и высокая стереоселективность реакций - (функциональная группа, в соединениях (3-6) имеет от ориентацию. В то ке время« ,в реакциях'ЛГИ образующиеся сое, нения со структурой брексана имеют как экзо-, так и эндо-£ ицкональнуя группу у атома С5 в соотношении примерно 2:1.'

Мокко предположить две наиболее вероятные'причины ст.е; селективности реакций диена (Г): эндо-атака нуклеофила на атом С5 в карбокатионе (Б) экранируется метильной группой атома С1; замыкание связи С1-С6 и атака нуклеофила на атом происходят синхронно. . -

Чтобы решить вопрос о том, какая- из причин обуславлш стереоселективность присоединения к диену 'I), изучен гид] Лиз тозилата I,9-дтеетилбрекоан-5-ола. В этом случае соот шёние экзо-/эндо- изомеров среди продуктов гидролиза опре; ляется только стерическими факторами. Следовательно, при < разевании исключительно' экзо-изомеров можиг ¡слагать, что

• б-

якции присоединения к диену (Р её цксока'я стереосслектип->сть связана с эффектом кстильной группы.

. Тозилат (15) синтезирован из спирта (&) и пара-толуол-'льфохлорида;.. его гидролиз проводили а 5С^-ном »одном ацето-! в присутствии гйдрокпрбоната натрия при 55СС. 2 результате ¡акции получена сложная смесь соединен»::"!, разделенно которых юводили колоночной хроматографией ка ^О^-

'---V-;-

М%

Преимутцественное содержащее экао-спирта (6) (соотношение <зо (б):эндо (20)=6:1) обусловлено стсрическпми препятствия-1 для ондо-атаки нуклео(Н;ла. Однако, ка7( видно из полученных шннх, только' экранирующее влийние СН^ группы не приводит к мглючительному образованию экзо-продуктоп. Возможно, что оба 1КТора, как влияние СН^ группы, так и синхронность цкклиза-ях с атакой пуклеоЯила действуют в одном направлении и обес-гчивают стереоселективность присоединения к диену (I).

Наличие СНд группы уатбма С* шзнвает еще одно отличие ,9-диметилбрексановой структуры от брексанозой - это возмоп-эсть протекания разрква'связи С2-С6 при генерации карбокати-на (Б). Об этом свидетельствует присутствие среди продуктов ольволиза тозилата (15) бнциоическнх углеводородов (1,11,12) спиртов (16-19), Не только сольволиэ -тозилата, но и нагрева-ие. 1,9-диксгилбрексли-5-ола (б) в 62^-ном растворе Н^С^ при

приводив к образованию изомерных бкцикло/4,3.0/нонадиенов (П-14) с выходом 6С$. В го же -время в различных реакциях, протекакэтцих через бреке-5-о-катион, бициклитеские соединения не образуются.

2.3. Ионное гидрирование.

Наиболее легко претерпевают ионное гидрирование развет- -влённые алхены, генерирующие третичный карбокатион. Если при гидрировании'цист 'Л на скелетном.никеле образуется продукт присоединения водорода по циклопентеновой двойкой связи, то .. при ионном гидрировании следовало ожидать образования 3,4-ди-метил-цкс-бицикло/4,3.0/нон-7-ена <21) за счёт присоединения водорода по замененной циклогексеновой двойной связи.. :

Ионное гидрирование диена (Г) проводили трю^торуксусгоЯ кислотой и триэтилсюганом, варьируя время реакции, соотношение диен.*хислотй:триэтилсилан. Полученные результаты представлены в табл. 2.

Таблица 2.

Ионное гидрирование 3,4-диметил-цис-бицикло/4,3.0/ж>-на-3диена (I) (комнатная температура).

* оп. - Соотношение диен:кисло-та:триэтил-силан (в ! молях) Время, ч ТГ) Состав, "(21Г % (по данным ГХХ) (Ш"""(22) (5) иеиде! ТИ<*КЦ1 рован<

I 1:5,5;1,3 ! 0,5 9 18 2 5 ' 65 I'

я * 2 5 18 3 6 67 'I

в » б ~ 14 4 9 . 66 5

* О 1 64 I 15 б 67 6

2 1:3,0:1,5 ! 2 8 19 4 6 62 I

3 1:5,5:3,0 | 2 5 22 4 .6 62 Г

Оказалось, что основными продуктами реакции являются три фторацетагы экэо- и эндо-Г,9-диметилбрексан~экэо~5-ола (5). Е небольшом количестве образуются I,9-димегклбрексан (22), и ожидаемый продукт пслутидрирования (21). Варг- звание соотношения реагентов не приводит к существенным изменениям в еос-

таве полученных смрсей.

Все закономерности, действующие в случае присоединения ' органических кислот к диену (I), справедливы и для данной реакции, общую схему которой можно представить следующим образом:

Го

И) ^

Св)

XX)

(21а)

иу

"1т

ГО

ососг,, ^осо срГ

'^ХХЗ ГО^/ <Л'

т / ' .

00

Состав полученных смесей установлен-капиллярной ГКХ о использованием эталонных соединений и подтверждей- хронаТонасс-спектрами.

'2.4. Реакция Риттера.

В основе.реакции Риттера лежит алкилирование нитрилов карбениевыми ионами, в результате которого образуются амиды. н+ чл . -ч ' ' М ч /

с'

А ■

' I

И .

Н

^с-е-

Многие циклические азотсодержащие соединения обладают биологической активностью, поэтому исследование реакции Риттера для циклоолефинов представляет и практический интерес.

Оказалось, чж> в зависимости от условий проведения реакции из диена (I) и ацзтонитрила образуются либо ацетиламини с исходной бициклической структурой (23-26), либо продукты трансанцулярйой циклизации' - ацетилами кь» со структурой брек-сана (27). Реакцию диена (П'с ацетонитрилоы удаётся направите в желаемом направлении путей'изменения относительного содержания серной кислоты в системе, диен-кмслота-ацетонитрил,

температур« опыта или добавлением растворителя с нуклеофиль-дами свойствами (табл. 3,4).

XX)

1 СНлЧ н^

•2 Мг0 гСН^Й^

■ 2. И.дО

1НСйСН'

'а

РОЭ

/НССС^

'ЮО

(2Ь")

ЛСОСН»

Таблица 3.

(26)

Зависимость состава ацетиламинов при реакции диена (I) с ацетонитрилом от количества серной кислоты й'температуры (дисн:ацетонитрил=1:90 в молях). .-

к

Кислота:

оп.1 диен ; в ; молях)

Время, ч

ТС

Содержание ацетиламинов,7£

Выход,?.....бициклкчес- трицикличес-

•¿6-1 кие (23-26) кие (27)

1

2

3

4

2 К И

3

4

12 200 2 10 6

25 -5 55 25

) I

82 :| 88 | 85 !

50' 73

А)

50 27 100 96 100

^Соотношение (23):(24):(25):(26)е1б:48:24:12

Таблица 4.

Зависимость состава ацетиламинов при реакции диена (I) с ацетонитрилом от количества растворителя (диен:кислота:аце» тонитрил=1:3:90 в молях, комнатная температура).

)Р | Растворитель оп.'

Раство- ! Время, ритель: ! ч диен (в молях)

Содержание ацетиламинов,$ бицйклйчесу трици кличек

4

а>Внхоц (23-26) составляет 75Й; ^соотношение (23):(24):(25): С2б)=33:30:24:13; "^соотношение диен:гислота=1:9 в молях.

Как видно из таблиц, трансаннулярной Циклизации способствует увеличение содержания в системе серноЯ кислоты, а добавление растворителей с нукяеофильнкми свойствами ее подавляет. \

Поскольку промежуточно образупгдяся нитрилиевая соль облапает большим сродством к' вод.е, то при использован;:!'. 95$-кой ^2*^4 гидролиз происходит быстрее, чем превращение в исходны" катион. 3 результате как б«-, так 'к трицикличсские соединения необратимо выводятся а виде ацетияяминоз. Возможность направлять реакцию в желаемую сторону, по всей видимости, свя-занд с различной степенью сольватации ацетокитрилом промежуточно возникающего кат-иона (А) в условиях необратимого вывода продуктов.

Чем меньае сольэатирован катион (А) ("жссткис" условия -увеличение количества Н^О^, а, следовательно, увеличение доли протонированного ацетони-грила, не участвующего в сольватации; увеличение температуры,' поскольку температурный коэффициент сольватации, положителен), тем меньше. препятствий взаимодействий карбокатнонного центра с изолированной, но сближенной в пространстве цнойной связью, т.е. больше доля три-циклическйх продуктов. Чем больие солъватирован катион (А) ("мягкие" условия - добавление растворителя с нуклео^илькыми свойствами (Ь^О, ТРЗ, ДБЭ) способного участвовать' в сольватации), тем меньше продуктов трансанцулярного взаимодействия.

,Обнаруженные возможности управления трансаннулярной циклизацией диена (I) в.реакции Риттера могут быть применены, по всей видимости, и к .другим склоннмм к перегруппировка« углеводородам. Достоинством обнаруженного метода является простота его экспериментального выполнения. Он даёт возможность получить амид ^ заданной структурой и конкретной группой КНСОК, поскольку, вероятно, эти зависимости будут выполняться при использовании различных нитрилов.

2.5. Иодирование.

В предыдущих разделах показано, что присоединение различных агентов к диену (I), когда в качестве электрофильной час-

тицы выступает протон, сопровождается трансанцулярной циклизацией и приводит с хорошими выход о.". и к производным 1,9-диметил-брексана. Представляло интерес иоследоаать этот диен в реакциях с отличными от протона электрофилами, что позволило бы синтезировать бифункциональные производные брексчнн.

Известно, что циклический 1,Ъ-диены под действием иода претерпевают трансанцулярную циклизацию й приводят к соответствующим дииодидан. Так, при иодиро&тии в тетрагидроин-дена образуется эндо-4,экзо-6-Д1'иодбрек-сан. Оказалось, однако. что основшми продуктами реакции диет (I) с иодом в ССё^ являются не ди-, а моноиодиды (2£) (соотношение ондо : экзо Г:1). Дрц использовании в качестве растворителя нитрометана направлена реакции не изменяется и также образуются моноиоциды (20), а в уксусной кислоте кроме того ацетаты циметилбоексанояа (4).

'¿у*- рэ &

еи/лсн

0{оен3

(о -ЪК] 4 ^

Строение полученные соединений свидетельствует о том, что иодидн (26) образуются путем присоединения к диецу (I) который получается в результате элиминирования протона из проме-. жуточно возникающей ионной пары (29). д

(28)

СоК^Хо

(29) (30).

Аллильный иодид (30), который согласно предложенной схеме должен образовываться в ходе реакции, не обнаружен. По-видимому, это обусловлено его малой устойчивостью и склонностью к полимеризации. С другой стороны, из реакционной смеси с выходом менее 1% выделены углеводороды (31,32), образование, которых возможно из иодидз (30), что служит определенным подтверждением предложенной схемы реакции.

ж> хочх;

(31) (12)

При иодхлорирояании длена (I) основными продуктами реакции таю*е являются моноиодидн (2С-), кроме того, образуется продукт присоединения ЗС2. по двойной связи пятичленного цикла (33).

Моноиодидн об»яауптеп, пероятно, по той же схеме, что и при иодировании диена (I) в а источником иодид-аниона яв-

ляетей промежуточно возникающий Сильный иодид (30).

Как ухе отмечалось, и условиях присоединения органических кислот и дисцу ¡П в результате элиминирования протона из кар-бениевмх ионов 'А) и (В) происходит образование диенов (11-14). Однако, если в атом случае отщепление протона не оказывает влияния на конечгай результат реакции, то при иодировании он существенно изменяет её ход.

Иодирование диена (I) в пиридине протекает иначе. В этом случае присоединение происходит исключительно по циклопентено-новой двойной связи и с выходом 35% образуются соединения (34 а,б). Примечательно то, что присоединение происходит не по более замещенной и олектронодонорной двойной связи шестичленного цикла, а по стерйч^ски менее экранированной циклопентеновой Двойной связи. Это может быть связано с тем, что вследствие образования комплекса иода с пиридином олектрофильность иода мала. Поэтому, стерические факторы в данном случае могут доминировать над электронными.

2.6. Хлорирование.

В связи о большей электроотрицательностью атома хлора, чем иода степень разделения заряда в хлорониевом ионе больше, чем в иодониегом. Вероятно, поэтому реакции о участием электрофнльного хлора белее склонны к перегрупировкам, чем реакции с участием электрофильного иода. В этой связи представляло интерес исследовать хлорирование 3,4-диметил-цис-бицикло/4.3.0/нбна-3,7-ди-ена.

Хлорирование диена (I) молекулярным хлором в ССв^ проге-

хает не селективно. Согласно данным ЯМР С образуется более I соединений, причем из этого числа удалось выделить и установит структуру только двух - (35, 36).

Uz; Cce i,

~Ъ0"С

и

w

' ^ ту '

40 '^ibSytiK. гн-.^^^7 tbu)

При испольаооан/.и и качестве хлорирующего агента PWCEg реакции протекают белее селективно. В CCi^ с выходом 64% получены дихлорида (37а,б) и с выходом 5% тетрахлориды (36а,б).

ГО

При хлорировании диена (I) РНС^ в более полярном, растворите лс (СНС2^:СРдС00К=1:1 в молях), способствующем протеканию реакции по карбониП-ионному механизму, образуется продукты тран аннулирной циклизации - дихлориды (39п,б), а также бицикличес конохлоркды (40, 41). Вероятно образование последних озязано присоединением к исходному диену (I) НС£, к.оторнЯ генерируете из хлорониевого иона (Г).

- г сг.

ХР

ат

U

(4Ц-

2.7. Ацилирование.

Ацилирование диена (I) проводили.уксусным ангидридом в присутствии Основными компонентами полученной смеси 01

зались кегонк (42а,б)., .в меньшем количестве присутствовали Т] циклические хлориды-(43) и ацетаты (4).

Ч»

, СОСН5

- (О (^Ь? , --^—■-

(«). Ч см

детаты (4) и хлориды (43) явялятся вторичными продуктами и об-луутотся в результате присоединения к исходному диен;' протона, ослрдний генерируется из иона, образовавшегося в результате рисоединения ацетйлий-кагиона к диену (I).

н п

я

Таким образом, затрудненность атаки куклеофила на третич-ый 3,4-диметил-цис-бицикло/4.3.0/нон-7-ен-3-ил катион (А) спо-обствует элиминировании протона. Это не оказывает сукестзен-оро влияния на ход реакции, если электро^илом является протон; этсм случае 3,4-диК1етил-цис-бицикло/4.3.0/нота-3,7-диен (I) ожно успешно использовать для синтеза производных брзксана. а примере иодирования, хлорирования, ацилирования показано, то если в качестве электрофила выступает частица отличная от ротона, в. основном образуются продукты . элиминирования прото-а из первоначально образующегося карбоний-ионного интермедиа-а и его последующего присоединения к исходному диену.

.8. Установление структуры полученных соединений методом

ЯМР 13С и

Основным методом-установления строения полученных соеди-ений являлась спектроскопия ЯМР ^^С с применением ^С^Н и

ад с о», У диаграмм. ■ Для установления структуры полученных -оединений и отнесения химических сдвигов использовались рас-ётн, основанный на принципе структурной аддитивности, который здачает равенство эффектов заместителей, связанных с атомами, оседи которых имеют одинаковуй структуру и пространственную троение. При этом учитывалось взаимное влияние заместителей, также некоторые изменения конфОрмации молекул.

Соединения со структурой 1,9-диметилбрексана представле-ы двумя изомерами, которые отличаются ориентацией метильной

группы у атома С9. 1л различие основано на тол, что в ондо-изомере имеет место взаимодействие между эндо-метильюй группой и атомом С2, В результате химические сдвиги этих углеродных атомов сдвинум в более сильное поле, чем сдвиги аналоги-чиых атомоь в изомере с экзо-метильноЯ группой. •

Ориентация функциональной группы в положении С5 длл соединений со структурой 1,9-д:1метилбриксана. вытекает из значения химического сдвига атома С?. Ь результате взаимодействия между экзо-орнентированной функциональной группой и атомом Су 0)1 находится в более сильном поле ( 44,5 м.д.), чем о экзо-и ондо-1,9-диметилброксанах ■•47,0; 47,7). Для соединений с »ндо-ф.ункциинальной »'руппой (20) значении химическою едькга с ос та шлет -49 ы.д. Ориентация функциональной группы а некоторых соединениях подтверждена константами спин-спинового вза-

Усгановленке структура и отнесение химических сдвигов для бициклических соединений проведено на основе данных для рыне« измеренных проиуаидных цис-бицикли/4.3.0/нонана, с учетом эффектов заместителей ь щес-хичлеклом цикле и обцих закономерностей скошенных взаимодействий и системе цис-гидриндаьл. Ориентация функциональных групп в положении С7 п !Х подтверждена константами спин-спинового взаимодействия

3. Реакции I,2,4-триметил-4-изопроленилцинлогексеьа (2).

3.1. Взаимодействие с муравьиное, кислотой.

Согласно литературным данным, 4-шнилциклогексен (44) и другие близкие к нему по строению 1,5-диены - дипентен (45), сильвестрен (4^5 в условиях кислотного катализа не претерпевают внутримолекулярной'циклизации. В этих условиях происходит

имодействия I

^г

лишь миграция экзоцикличесхой двойной сьязи.

СП

Оказалось, что при взаимодействии I ^^-тркметал^-иуопро-пени.чциклогексена (2) с 97£-ной ¡муравьиной кислотой происходит внутримолекулярная циклизация и образование углеводородов со структурой о^цикло/2.2 Л/гептана ¡45-40). В зависимое су. от температуры ¡реакций состав смеси менялся (табл. 5), но соотношение угл^ьодорОдоь (45) и (45) оставалось неизменным и составляло 5.-1 соответственно. Наиболее селективно реакция протекала при 20-25°С. ^-х/к

<2}

(А9)

- х!л

-и

I

т

-Н

Таблица 5.

Состав смеси углеводородов (45-49), полученных взаимодействием 1,2,4-триметд-4~изопропенилциклогексек* (2) с Н1С0Н.

» он. Т'С Состав, % по данным Ш не идентифицировано

(45)+(43) (46) <47) (49)

4 ' 1 75 50 3 7 36 12

г 40-45 • 64 2 7 22 5

& _______ 20-25 82 1 ' 5 9

а)

Выход 55£.

то

Строение углеводородов (45-49) установлено с помощью ЯМР- С, ХК и масс-спектросколии. Значения химических сдвигов ядер, ^С, полученные экспериментально, совпал« с расчётными.

Ъхума образом, дилер (2) в условиях кислотного катализа б отличие от своих ¡.»нал о го а (42-44) обладает способностью к С*'-Тциклиз&ции. Основной причиной этого, вероятно, является наличие метильноЯ грушш в- полоконии О!, которая препятствует . миграции скзоцичличьскоЯ двойной связи. Кроме того, возможно влияние е^ё одного фактора. 3 переходном состоянии циклизации кзопропенильная группа находится в аксиальном положении. Наличие- в диене (2) геминальной матильнок группы увеличивает долго конТ'ормсра с аксиальной кзопропенилькон группой по сравнению с долой такого ¡сов'*ормора в диенах (42-44). А, следовательно, можно ожидать меньшей Е^ циклизации для диена (2), чем для дионоа(*!£~44). '

3.2. Взаимодействие с ацотонктридом.

Как ужо было показано на примерз 3,4-дгедетил-цис-бицикло-/4.3.0/нода-3,7-диека (I), его взаимодействие с ацетонитрилом в присутствии серной кислоты в зависимости от условий реакции может приводить к различным продуктам. Оказалось, что и реакция 1,2,4-триметял-4-изопропеналциклогексет (2) с ацетонитрилом е з^вискыостй от условий приводят к различным соединениям.

Опыты проводили при комнаткой температуре, используя 95$-ную серку» кислоту. При соотношении диен:кислота:ацетонитрил= 1:1:90 (в Молях) с зиходом Ъ'% образуется экзо-8-ацетоамидо-. гексаматкл-З-аэа-Сицикло/З.З. Х/ноненагидросулы'а'г (50). Механизм реакции можно по«уд;етаьигь следующим образом:

6

-с<

'-ЛС0Щ (*-й) . ■^■Л'НСОСНз ' При йзакмодвистьии соли (50) с годным раствором гидрокарбона та натрия с выходом 94$ образуется азомытин (51).

Карбокатион СД), возникающий в резулптате присоединения протона к диену, (2), может взаимодействовать не только о аце-тонитрилом, давая юирилиевыл ион, ко, как поь'аьано в предыдущем разделе, и с циклогексенозой двойной связью. 3 этом случае после замикания С-С связи и последующей стабилизации ацот о нитрилом карбокатиона (Ь) должен образоваться 2-ацет/ламинопента-метилбицикло/2.2.1/гсптак (52).

л V

(Я)

Реализацию такого направления реакции у.ош~ ожидать при увеличении относительного содержания серкой кислоты.

действительно, при соотношении дис>;:ихлот.А:ацетоК1Трил= 1:5:90 (в молях) в результате реакции образуется смесь амидов, которая содержит 25% ацетиламина (52). Кроме того, по данным ГНХ в смеси присутствует около 10 амидов (53). 3 её спектре ЯМ? 13С сигналы «томов углерода двойных егязей отсутствует, а в хроы&то-масс спектре имеются пики молекулярных ионоь «Г1" 223, соогветствуюн'де продуктам присоединения одной молекулы ац^то-нитрила. оти ¿[Дкты свидетельствуют о бициклическон строении амидов (53), точное установление структуры которых затруднено из-за сложности их разделения. Тем наименее, одно соединение выделено и на основании спектра ЯМ? ^С ему приписано строение ацетиламика пентаметилбицикло/2.2.1/гепташ (53а).

(Е)

А

(ж)\

г Сн^Ши У/

г.нго (Юс.)

Это подтверждает то, что-ацетмламины. (53) имеют бициклическую структуру и их образование связано о более глубоким перегруппировками катиона. (3). В частности, аиид (53а), вероятно, образуется из катиона (Я), полученного в результате 3,2-гидрид-ного сдвига в ионе (Е).

На примере 3,4-диметил-цйс-бицикло/4,3.0/нота-3,7-диена (I) показано,.что нуклеофильша.растворители, например, вода, споообны в условиях реакции Рйттера подавлять перегруппировки. Это справедливо и для реакции димера (2). При соотношении дм,-ен:кислота:ацетонитрил:вода«1¡5:90:12 (в молях) содержание ацетиламина (52) в смеси с соединениями (53) составляет 70%

(выход ЗОЙ). Подбор условий, при которых образование ацетила-мина (52) происходит более селективно, а именно, дальнейшее увеличение содержания вода оказалось неэффективным,. поскольку в этом случае подавляется перегруппировка не только.бицикли-ческого качиона СЕ)» но и сана циклизация в катионе (Д). Так, при сооткоиети диг!н:кислота:ацетонитри.л:вода=1:5:75:25 ацетил-ами^Й-'продукг цинлкзпцт з моноциклическом катионе (Д) - получен с выходом только 2,5%, В основном происходит стабилизация катиона внешними цуклеосГиллми я' образование пентамети'л-6-окса-бицикло/3.2Л/октана (54) (выход 27^) и моноциклического амида

(55) (выход 12,5%). ' '

■Г я

Структура соединений^50-55) доказана ЯМР С. Значения химических сдвигов ядер шми.

13,

НО

Г

I

С этих соединений оовпадак)Т с расчёт-

Нз.0 -Н*

Таким образом, в зависимости от условий реакции диена (2) с ацетонитрилом в присутствии серной кислоты образуются различные продукты. Вероятно, это обусловлено изменением сольватаци-оннпх свойств растворителя, что оказывает влияние на способ- . ность к перегруппировкам ройникгомцих карбокатионов. В том случае, если концентрация серной кислоты мала и карбок&тионяый центр в моноциклическом ионе (Д) сольватирован настолько, что . его взаимодействие с цкклогексеновой двойной связью исключается ("мягкие" условия), получается аз&бицикло/З.3.1/нонен (50). Полное подавление такого С^-ЗГ взаимодействия в системе вода-ацетонитрил при определённом их соотношении приводит к образованию оксабицу.кло/3.2.1/октана (54) и моноциклического амида (55). При меньшем соотношении ацетонитрил-вода перегруппировка бицикличесного карбокатиота (Е) в основном подавляется, а моноциклического (Д) нет, в этом случае образуется ацетамид со структурой бицикло/2.2Л/гептана (52).

вывода

1. Проведено систематическое исследование реакций алек-трофильного присоединения к ЗД-дкматил-цис-бмдпсло/Ч.З.ОЛ-нонэ-3,7-даену с участием как злектрсфотьного водорода

«срдсоон, сн3соон, нсоон, н2с-н£30/(1 сн3см-на304, иоккоо гидрирование), так и отлотньпс от него злэктрофилов С12, ЛС1, <сн3са>го).

2. Показано, что реакции .3,4-до«этвк-г9ю-бкцикло/4.3.0Л-нона-З ,7-диена с участием злектрсхЕияьного Бодорода сопровождается трансзинудярной циклизацией к стереоселектипнм.; образованием 8кзо-5-зЕмэцешьж 1,9-даматалбрексаиов, ;хрк атом:

а) присоединение вода и органических -кислот приводит с хороним: выходами исключительно к ссодагениям со структурой Срэксана и могвт слугить препаративным мэтодок их получогсм;

б) для реакции Ркттарз обнаружена возможность подеблзппя трзнсэннулярной циклизации добавка;.® растворителя с куклео-фильными свойствами, уменьшением концонтрЕЦии серной кислоты и температуры опыта. Это позволило использовать х^згащэ для цо-лэноправденного синтеза как акзо-5-вцотгатмо-1,Э-дкмэ,тал-бреисанов, так и ацеталамкноз с исходной. бициклетбской структурой.

3. Показано, что в реакциях З^-диматал-цкс-бицикло/4.3.0/нонз-3,7-даена при использовании отличных от протона- электрофилоз образующиеся жарбониЯ-ионные интермедиа-ты трансаннулярной циклизации не подвергаются - их стабилизация осуществляется элиминированием протона. Последний присоединяется к исходному даену. В результате образуются:

а) при иодировании в сс14, сн3шг, сн3соон и иодхлсриро-вании - вкзо-5-иод-1,9~;цт®тилброксакь:;

0) при хлорировании (рьлс12 в снс13-ср3соон) - конохлор-дамэтил-цкс-биц№сло/4.3.0/нон-7-ены:

в) при актировании - 4-ац9ищ1-3,4-диметял-цис-бицикло/4.3.0/кон-7-9нь1 и акзо~5-хпор~1,Э-димвтвлбрексаны.

В реакциях с менее полргркьм переходам состоянием образуются продукты прямого присоединения либо по циктогексеновой (рь,геха в сс!^), либо по цшшэпвнтеновой (J2 в пиридине) двойной связи.

4. Изучено поведение 'I .Э-дкмэталброксан-акзо-Б-ола и его

производных а условиях гвтеродозз С-0 связи (гидролиз тозила-тсв, вцатолкз сложного эфира, взаимодействие спирта б серной кислотой). Покзззко, что

а) при гансращи 1,,9-даматил:брвкс-5-ильного катаона про-г.сходст разрыв CI-CS связи, что но наблэдзлось для брекс-5-ия-катиона: ,

б) образование исключительно вкзо-произзодньпс 1,9-джоткдбрексша " при элоктрсфильном присоединении к 3,4-д-/л.:эт:1л~19:с-б;-здпс:о/-1.3.0/Бо.ча-3,7-диэну обусловлено не только акранкрузацям вффоктои CHq -группы, но и согласованностью сб-расовшгая OI-CS свя.зк и атаки нуклва^кла на атом С5.

5. Впорвыэ осуществлена внутримолекулярная, циклизация 1,2,4-тржэт:и-4-11зопрюшяилц>2С!огехсена, что привело к'соединениям со структурой бицикло/2.2.1/гептанэ.. Реакция является новы.; способом получения соединений данного ряда. ;

6. Подобно .3,4-дамет\и-'Д51с-б;щинло/4.3.0/нона-3,7-дивну при взаимодействии с,, ацетонитрилом -1,2,4-трккотал-4-изопропэшицаслогвхсен в зависимости от условий превращается .ts:3o в продукта внутримолекулярной G-C циклизации, либо в продукты присоединения по двойной связи. Последние претерпевавт внутримолекулярную гетероцжткзэцшз и в зависимости от условий образуются производные либо азеОицикло/З.ЗЛ/нонена, либо ок-сабкцикло/3.2.1/октзна. '

7. г/зучеш спектры ЯМР 13С 59 соединений. Впервые синтезировано 21 шздивздуалы-юе соединение.

По ивтэриалзм диссертации опубликованы слэдувдиэ работы:

1. Аьфиогоза G.H., Андреев В.А., Пехк Т.И., Беликова К.А.. Гидрировашэ 3,4-да©тял-ц!те-бицшохо/4.3.0/нош-3,7-диенз // EGpX. -ISS9. -Т. 25, вь'Л .7.-С.1436-1442. _ .

2. Екгаатова В.Б., Лндреев В.А., Пехк Т.И., Анфилогова

С.Н., Волкова - К.А. Трайсаис/лярнэя . циклизация 3-

кетклзакзщекных цкс-бедшспо/4.3.0/шна-3,7-даенов в реакции

ч 1 ■

Геттера в производные трип^сло/4.3.0.0 /нонагга (бре!«зана). -

Докл. кв Всесоюзной конференции. "Перспективы развития химии

каркасных соединений и их применение : в народном хозяйстве",

впредь ХЭаЭт., г". Куйбышев, с.107.

3. Андреев В.А., Нигмзтава В.Б., Пехк Т.И., Анфилогова

C.Н., Беликова H.A.. З-Иэтил- и 3,4-дга/.етал-и?:с-бкцк:и:о/4.3.0/ конз-3,7-даекы в реакции Риттера. - Докл. ка Московской кок1:з-ренции по органической химии и технология, конь 1939г., с.227.

4. Андреев В.А., ПеякТ.И., Нлгматова В.В., Ан$ядогоза

D.H., Беликова H.A. Хлорирование З.а-дкмвткл-цис-Зицихло/4.3.О/нона-3,7-диена. - Докл. нз III.региональном совещании республик Средней Азии и Казахстана по химическим реактивам, октябрь 1990г., с.10.

5. Нигматова З.Б.-, Андреев В.А., Пехн Т.Н., Беимкоза i.A., Бобьшевй A.A., Анфклогова С.Н., Дубицкая Н.О., Карсзз Г.А. Новые возмохноста управления трвнсаннулярной цлслизат-З-е!! П,5-диенов в реакции Риттера на прид-оро мотая-цкс-Зицикло/4.3.0/нона-3,7-диенов // НОрХ.г19ЭО.-Т.25,еьи.12.-3.2552-25S5.