2-Диазо-3-нитро-1,1,1-трифторпропан и его полифторированные аналоги - синтез, свойства и реакции с активированными алкенами тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

■^Ч си, •

^У На правах рукописи

V

Коротаев Владислав Юрьевич

2-ДИА30-3-НИТР0-1,1,1 -ТРИ ФТОР ПР ОПАН И ЕГО ПОЛИФТОРИРОВАННЫЕ АНАЛОГИ -СИНТЕЗ, СВОЙСТВА И РЕАКЦИИ С АКТИВИРОВАННЫМИ

АЛКЕНАМИ

Специальность 02.00.03 - Органическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Екатеринбург 1998

Работа выполнена на кафедре органической химии Уральского государстве! ного университета.

Научные руководители: кандидат химических наук

Айзикович А. Я.; кандидат химических наук Вшивков А. А.

Официальные оппоненты:

доктор химических наук Залевалов А. Я; кандидат химических наук Моржерин Ю. Ю.

Ведущая организация: Уральский научно-исследовательский

институт технологии медицинских препаратов МЗ РФ

Защита состоится года в ч на заседании диссер-

тационного совета Д 063.14.09 в Уральском государственном техническом университете по адресу: 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 28, третий учебный корпус УГТУ-УПИ, аудитория У' ^^

Ваш отзыв в одном экземпляре, скрепленный гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620002, г. Екатеринбург, К-2, Уральский государственный технический университет, ученому секретарю совета института, тел. 75-45-74.

Автореферат разослан"

_1998 года.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат химических наук Кокшарова Т. Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Алифатические диазосоединения (АД) известны дав-ю и находят пшрокое применение как исходные вещества в синтезе малых цик-гов, конденсированных и каркасных структур, а также разнообразных гетеро-цшпнеских соединений. Повышенный интерес к АД со стороны химиков обу-шовлен особенностями их строения и широким спектром реакционной способ-гости.

Интенсивное развитие в последнее время химии фтора и фторсодержащих юединений, обладающих уникальными свойствами, привело к получению веществ, которые могут выступать как "строительные блоки" для создания новых шалогов биологически активных соединений. Особое место среди них занимают |)торсодержащие алифатические диазосоединения (ФАД), с фторалкильным заместителем в сс-положении к диазогруппе, однако число полученных в настоящее время ФАД невелико и их реакционная способность и синтетические возможности практически не изучены. Развитие исследований в этом направлении ложет способствовать появлению новых синтетических методов введения фтор-юдержащих фрагментов в молекулы органических соединений, а также новых слассов веществ, обладающих биологической активностью.

Целью работы является:

-разработка метода синтеза и исследование свойств нового класса ФАД -1-ншрометил-а-перфторалкилдиазометанов, содержащих способную к функ-щонализации нхпрометильную группу;

-изучение реакционной способности наиболее стабильного и доступного 1редставителя этого класса - 2-диазо-3-нитро-1,1,1-трифторпропана - по отно-иенито к активированным алкенам;

-исследование механизма реакции 2-диазо-3-нитро-1,1,1-трифторпропана с ¡наминами карбонильных и р-дикарбонильных соединений.

Научная новизна. Получен новый класс ФАД - ос-нитрометил-а-перфтор-шкилдиазометаны. Установлено, что с ростом длины перфторалкильного замес-

тителя устойчивость диазосоединений уменьшается. Показано, что наиболее устойчивым и практически ценным реагентом является 2-диазо-3-нитро-1,1,1-трифторпропан.

Установлено, что реакция 1,3-диполярного циклоприсоединения 2-диазо-З-нитро-1,1,1-1рифторпропана к производным метакриловой кислоты протекает с высокой £-стереоселективностью. Пиролиз образующихся при этом д'-пиразо-линов приводит к соответствующим циклопропанам с количественным выходом.

Впервые в ряду ФАД обнаружена и исследована реакция 2-диазо-З-нитро-1,1,1 -трифторпропана с енаминами карбонильных и р-дикарбонильных соединений с образованием продуктов формального внедрения фрагмента СР3ССН2К02 в вннильную связь =С-Н. На основании данных, полученных с использованием изотопно-замещенных реагентов, предложен механизм взаимодействия 2-диазо-3-ншро-1,1,1-грифторпропана с енаминами, основанный на образовании в процессе реакции аниона нигрометилтрифторметалкарбена.

Практическое значение работы. Разработан препаративный метод синтеза а-нитрометил-а-перфторалкиламинов, включающий в себя реакцию конденсации доступных нитрилов перфторкарбоновых кислот с натриевой солью нитромета-на с последующим восстановлением образующихся а-перфторалкил-р-шпроенаминов системой боргидрид натрия - уксусная кислота.

Получен новый стабильный фторсодержащий полифункциональный реагент - 2-диазо-3-ни1ро-1,1,1-трифторпропан, с использованием которого осуществлен синтез неизвестных ранее 2-трифторметилзамещенных производных цик-лопропанкарбоновых кислот и З-трифторметил-4-нитрокетонов, способных выступать в качестве исходных соединений для получения веществ, обладающих потенциальной биологической активностью и другими полезными свойствами.

Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертации доложены на симпозиуме по органической химии "Петербургские встречи" (Санкт-Петербург, 1995), на У Всероссийском семинаре по спектроскопии ЯМР (Москва, 1997), на Молодежной научной школе по органической химии, посвященной

100-летию академика И .Я. Постовского (Екатеринбург, 1998), на Шестой международной конференции по химии карбенов и родственных интермедиатов (Санкт-Петербург, 1998). По теме диссертации опубликовано 4 статьи в центральной печати.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, обсуждения полученных результатов, экспериментальной части, выводов и списка используемой литературы, содержащего 57 наименования. Объем работы 94 страницы машинописного текста. Работа содержит 11 таблиц и 12 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. МЕТОДЫ СИНТЕЗА И РЕАКЦИИ а-ПЕРФТОРАЛКИЛЗАМЕЩЕННЫХ АЛИФАТИЧЕСКИХ ДИАЗОСОЕДНЕНИЙ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР) В литературном обзоре рассмотрены методы синтеза и реакции а-пер-фторалкилзамещенных алифатических диазосоединений (ФАД). Основное внимание сосредоточено на взаимодействии ФАД с активированными алкенами и алкинами. В обзоре систематизированы сведения по всем ФАД, синтезированным до 1997 г., а также проведено сравнение их свойств со свойствами наиболее изученных АД.

2. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 2.1. Синтез а-шпрометил-сс-перфторалкилдиазометанов Согласно литературным данным, наиболее удобным методом синтеза ФАД является диазотированис первичных аминов. Этот метод был использован и в синтезе а-перфторалкил-а-нитрометилдиазометанов, при этом исходными соединениями служили соответствующие а-перфторалкиламины или их гидрохлориды.

2.1.1. Синтез а-нитрометил-а-перфторалкиламинов Развитие метода синтеза фторсодержапщх иминов и енаминов взаимодействием легкодоступных нитрилов фторкарбоновых кислот с карбанионами

позволило создать двухстадийный метод получения а-перфторалкиламинов, включающий в себя реакцию конденсации соответствующих нитрилов с натриевой солью нитрометана с последующим восстановлением образующихся продуктов системой боргидрид натрия - уксусная кислота.

1 ■ Na СН2Ж> 1 • КаВНф С^ОООН 2. Н1" 2. НС1 RFCN-RE-C=CH-KO,-RÍ-CH—СН2—NO,

I I

NHj NHj-HCi

I-IV v-vin

VIII -v- R—Cfl—CH2—NO,

-HC1 I

NHj

IX

Rf = CF3 (I, V); C3F7 (II, VI); C4F9 (Ш, VII); № (IV, VIII, IX)

№ I II III IV V VI VII IX

Выход% 90 43 68 90 78 58 45 30

. Восстановление соединений (I — IV) проводили путем последовательного Добавления к бензольной суспензии бор гидр яда натрия растворов соответствующего енамина и эквимолярного количества уксусной кислоты в бензоле, при этом в ряду соединений (II - IV) с увеличением размера фторалкильных заместителей выходы аминов (VI - IX) относительно соединения (I), при прочих равных условиях, уменьшаются, а в случаях нигроенаминов (III, IV) реакция протекает лишь при 80°С. Соединение (IX) не дает стабильного гидрохлорида, что связано, вероятно, с сильным элекгроноакцепгорным эффектом заместителя Сбр13.

2.1.2 Синтез и свойства а-нитрометил-а-перфторалкилдиазометанов а-Нитрометил-а-перфторалкилдиазометаны (Х-ХП1) были получены диазо-тированием соединений (V - VIII) системой NaN02 - Н20 - CH2CI2 при темпе-

ратурах -15 ч- -10°С.

ш—сн.ка, ын2 - на

улш

КаИОз

Н20/СН2С12

Я1'—С—СН2Н02 N2 х-хш

Я" = СРз (V, X); С3р7 (VI, XI); С4Р9 (VII, XII); ЗДз (VIII, XIII)

№ X XI XII XIII

Выход,% 60 32 18 15

Исследование растворов диазосоединений (X - XIII) в дихлорметане методом ИК спектроскопии показало наличие в них примесей. Поэтому использование соединений (X - XIII) в виде растворов непосредственно после реакции оказалось невозможным, в связи с чем с целью выделения и очистки от примесей после отгонки растворителя диазосоединения перегоняли в вакууме.

а-Нитрометил-а-перфторалкилдиазометаны (X - XIII) в свободном виде представляют собой желто-зеленые летучие жидкости с характерным резким запахом. Соединение (X) достаточно стабильно при комнатной температуре и может храниться в течение длительного времени при низких температурах (О ^+5°С). В то же время, с ростом длины перфторалкильного заместителя устойчивость соединений (X - XIII) уменьшается. Соединение (XIII) крайне нестабильно и полностью разлагается при 0 -ь +5°С в течение нескольких часов.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что из всех синтезированных а-нигрометил-а-перфторалкилдиазометанов (Х-XIII) наиболее доступным и препаративно ценным реагентом является 2-диазо-3-нитро-1,1,1-трифторпропан (X), что связано с относительной легкостью его получения, простотой очистки и стабильностью.

2.2. Взаимодействие 2-диазо-3-нитро-1,1,1-трифторпропана с электрофильными алкенами Известно, что ФАД реагируют с электрофильными алкенами по механизму 1,3-диполярного циклоприсоединения с образованием Д1- или Д2-пиразолинов.

Исследование взаимодействия 2-диазо-3-шпро-1,1Д-трифторпропана (X) включало изучение его реакционной способности и стереоселективности процесса циклоприсоединения.

С целью получения сопоставимых результатов реакцию проводили в темноте с эквимолярными количествами реагентов в бензоле или дихлорметане. Об окончании процесса судили по исчезновению окраски, обусловленной наличием диазосоединения (X).

Оказалось, что соединение (X) значительно менее активно по сравнению с другими известными ФАД. Так, оно не взаимодействует с р-замещенными алке-нами, такими как р-нитростирол, этилциннамат, этоксиметиленмалоновый эфир, малеиновый ангидрид и окись мезигила. Реакция диазосоединения (X) с таким активным диполярофилом, как метилакрилат завершается лишь спустя 12 ч и приводит к образованию Д2-пиразолина (ХУб) с выходом 86%, являющегося продуктом изомеризации нестабильного д'-пиразолина (ХУа), выделить который в свободном виде не удалось.

Реакции 2-диазо-3-нигро-1,1Д-трифторпропана (X) с хлорангидридом ме-такриловой кислоты (XVI) и метилметакрилатом (XVII) продолжаются 24 и 168ч и ведут к смеси Е- и 1- изомеров А^пиразолинов (Х1Ха,б) и (ХХа,б) в соотношении 89:11 и 86:14 соответственно (установлено методом спектроскопии ЯМР Циклоприсоединение диазосоединения (X) к фенилмегакрилату (XVIII) протекает в течение 96 ч и приводит к единственному изомеру (ХХ1а). Замена бензола хлористым метиленом не изменяет скорость реакции и не влияет на соотношение сгереоизомеров.

СООСНз

.СООСНз

х

ХУа

ХУб

Щ

К

"Л-О -

я

ХУТ-ХУШ

-

02Ш2С

Х1Ха-ХХ1а

О* СОК

ю

Х1Х6-ХХ6

Я, №, выход (%), Ш (%): С1, XVI,XIX, 90,89/11;

ОСН3, XVII,XX, 95,86/14; ОРЬ, XVIII,XXI, 70,100/0 Нами установлено, что термическое разложение соединений (XIX-XXI)

при кипячении в бензоле протекает гладко и приводит с количественным выходом к циклопропанам (XXII - XXIV), при этом соотношение сгереоизомеров остается неизменным. В то же время соединение (Х\/б) в этих условиях пиролизу не подвергается.

СК^ сн,

ю -

02Ш2СЫ=^ соя

-N2

ХКа-ХЖа

СК^. СОИ

Ш2Ш2 СОИ ХХПа-ХХГУа

СБ, COR

о,\н,с

с

сн.

ХКб-ХХб

-н2

ХХб-ХХШб

Я, №, выход (%), Ш (%): С1, Х1Х,ХХ1,75,85/15;

ОСН3, XX,XXIII, 84, 89/11; ОРЬ, XXI,XXIV, 100, 100/0 Характерным признаком спектров ЯМР и 19Б ^-изомеров производных

циклопропана является наличие дальнего спин-спинового взаимодействия атомов фтора трифторметильной группы и протонов метильной группы с 1.4 Гц. В спектрах 2-изомеров такого взаимодействия не наблюдается. Существование дальнего взаимодействия указанных ядер водорода и фтора подтверждено спектрами двойного резонанса 1Н[191Г] и 19Р[1Н] соединений (ХХШа, ХХГ/а). В

спектрах ЯМР 13С[1Н], записанных в обычных условиях широкополосной развязки от протонов, проявление спин - спинового взаимодействия 13С - 1!Т способствует однозначному отнесению сигналов атомов углерода молекулы. Обращает на себя внимание дальняя константа 43 между атомами фтора и углеродом метальной группы, наблюдаемая в спектрах ЯМР 13С £-изомеров производных циклопропанов. Это доказывает, на наш взгляд, что группы СН3 и СР3 находятся по одну сторону относительно плоскости цикла, что было дополнительно подтверждено рентгеносгруктурным анализом соединения (ХХТУа), (рис. 1).

оч

Рис. 1. Молекулярная структура фенилового эфира 1-метил-2-нитрометил-2-

трифторметилциклопропанкарбоновой кислоты ХХГ/а Согласно литературным данным, реакция термического разложения А'-пи-разолинов, не содержащих подвижные а-Н-атомы, до циклопропанов идет с сохранением конфигурации, что позволяет отнести Д'-пиразолины (XIX - XXI) к Е- или г-ряду путем сопоставления их спектров ЯМР :Н и 19Р со спектрами соответствующих циклопропанов (XXII - XXIV). В спектрах соединений (XIX - XXI) для Е- и 2-изомеров наблюдаются те же различия, что и для циклопропанов (XXII - XXIV), за исключением V (СН3-СР3), которая не проявляется в спектрах Д1-пиразолинов (XIX - XXI), вероятно, вследствие изменения геометрии цикла.

С целью установления причины высокой стереоселекгивности 1,3-диполяр-ного циклоприсоединения диазосоединения (X) к метакрилатам (XVI - XVIII) была проведена реакция фенилметакрилата (XVIII) с 2-диазо-1Д,1-трифторпро-

паном (XXV).

'.<УСН) + =Г

м СОС

2

соорь

ср.

СООРЪ

СООРЬ

XXV XVIII

ХХУ1а

XXVI б

Как следует из спектров ЯМР 'Н и 19Р, и в этом случае преобладающим является £-изомер (ХХЛ^а).

Полученные данные позволяют предположить, что стереоселективность процесса циклоприсоединения 2-диазо-3-нитро-1,1,1-трифторпропана (X) к производным метакриловой кислоты контролируется как взаимным отталкиванием трифторметильной и карбонильной групп, так и диполь-дипольным взаимодействием между последней и тпрометильной группой, причем влияние первого фактора более предпочтительно. Введение объемного фенилыюго заместителя приводит исключительно к£-изомеру Л'-пиразолина (ХХГа).

В качестве объектов для исследования реакционной способности 2-диазо-З-нитро-1,1,1-трифторпропана (X) были выбраны енамины с различным электронным и пространственным окружением двойной связи.

На первом этапе было изучено взаимодействие соединения (X) с морфоли-дами циклических (циклогексанон, циклопенганон) и ациклических (пинаколин, ацетофенон) кетонов, отличающихся размером цикла и природой заместителя при двойной связи. Процесс проводили как при комнатной температуре, так и при -30 -ь -15°С, используя в качестве растворителей бензол и диэтиловый эфир соответственно.

Реакция диазосоединения (X) с морфолиноциклогексеном (XXVII) сопровождается выделением азота и приводит к образованию трео-формы (XXVIII) в качестве единственного диастереомера.

2.3. Взаимодействие 2-диазо-3-шггро-1,1,1-трифторпропана с енаминами карбонильных и р-дикарбонильных соединений

СР,

N0,

С

П=2(ХШ)("

нх .ст-,

СН2Ш2

н

ХХУШ

-о

85%

|н3о+

Лгт1

Х5 1

О

ХХГХа

ОН и51

СЕЧ

,да2

ХХКв

Н'

н

XXIX б Общий выход: 71%

гХ

СГ3 СН2Ш2

=1(ххх)

о

N СР-

.N0,

XXXI

I н3о+

Н* ,СЬ'з

'-сн2ш2

л

ХХХПа

?н х Нх СРз

лх^

ХХХПв

О нх

. сн2да2 н 2 2

хххп б

Общий выход: 44%

Гидролиз енамина (XXVIII) в кислой среде при комнатной температуре ведет к смеси стереоизомерных у-низрокетонов (ХХ1Ха,б) в соотношении 50:50 (установление по данным ЯМР 19Б спектроскопии). Образование эритро-изомера

о

ХХ1Х6) связано, вероятно, с установлением в процессе гидролиза равновесия 1ежду трео-изомером (ХХ1Ха) и енольной формой (ХХ1Хв). При длительном ¡ранении смеси у-нитрокетонов (ХХ1Ха,б) наблюдается переход соединения ХХ1Ха) в более стабильный эритро-изомер (ХХ1Х6).

Характерными отличиями спектров ЯМР !Н и 19Б соединений (ХХ1Ха,б) яв-тотся сдвет сигнала протона Нх трео-юомера (ХХ1Ха) в слабое поле на 0.43 1.д., а сигнала группы СР3 - в сильное поле на 2.07 м.д. по сравнению с соот-¡етствукшщми сигналами в спектрах эритро-юомера (ХХ1Х6), что согласуется ; литературными данными. Близость химических сдвигов СРз-группы в нитро-сетоне (ХХ1Ха) (6^=93.65 м.д.) и енамине (XXVIII) (5Г=93.12 м.д.) позволяет ¡делать предположение о тя/>ео-конфигурации соединения (XXVIII).

Реакция соединения (X) с морфолиноциклопенгтеном (XXX) дает после гид-эолиза эквимолярную смесь у-нитрокетонов (ХХХ11а,б). К сожалению, выде-жгь промежуточный енамин (XXXI) в чистом виде не удалось ввиду его малой устойчивости. В спектрах ЯМР 'Н и 19р стереоизомеров (ХХХ11а,б) наблюдают-:я те же различия, что и для соединений (ХХ1Ха,б), в то же время более устой-птеым в данном случае является трео-изомер (ХХХНа), содержание которого увеличивается при выдерживании смеси нитрокетонов (ХХХНа,б) в течение щнггельного времени. Обнаруженное различие в стабильности трео- и эритро-форм для соединений (ХХ1Ха,б) и (ХХХПа,б) связано, скорее всего, с изменением геометрии цикла при переходе от циклогексанона к циклопентанону.

При взаимодействии диазосоединения (X) с енамином (XXXIII) наблюдалось образование устойчивого продукта (XXXIV), являющегося, как и в случае соединения (XXVIII) индивидуальным стереоизомером. В то же время данных ИК, ЯМР 1Н, 19Р и 13С спектроскопии оказалось недостаточно для отнесения соединения (XXXIV) к 2- или £-ряду. Замена /ирети-бутильного радикала на фениль-ный настолько снижает устойчивость промежуточного енамина, что в реакции (X) с а-морфолиностиролом (XXXVI) был выделен лишь продукт гидролиза (XXXVIII), в то время как гидролиз енамина (XXXIV) удалось осуществить только при нагревании реакционной смеси, содержащей 10%-ный раствор сер-

ной кислоты, на водяной бале в течение 3 часов.

сь

N2 X

О

л

о

11 = 1.-Ви(хххт) N

67%

XXXIV

_Н30 А

Р СРз

XXXV

Я = РЬ(ххх\л)

О

<34

И1

КОг

н3о+

О О?,

РЬ

80%

ХХХУЩ

XXXVII

Далее, в реакцию с диазосоединением (X) были вовлечены менее нуклео-фильные енамины Р-дикарбонильных соединений: циклический морфолид ди-медона и этиловый эфир 3-морфолинокротоновой кислоты.

Взаимодействие соединения (X) с енамином (XXXIX) сопровождается выделением азота и приводит к образованию 5,5-диметил-3-морфолино-2-(3'-нитро-Г,Г,1'-трифтор-2'-прошш)-2-циклогексен-1-она (ХЬ). Енамин (ХЬ) настолько устойчив, что не подвергается гидролизу даже при длительном кипячении в 10%-ном растворе Н2804.

.СБ,

II ^ Т

Г\ хт 1 I

С^З'

При проведении реакции (X) с этиловым эфиром 3-морфолинокротоновой кислоты (ХЫ) с выходом 50% было выделено индивидуальное вещество, изучение ЯМР 1Н, 13С и ИК спектров которого показало, что оно представляет собой этиловый эфир 2-метил-2-морфолино-3-нитро-4-трифторметилхщклобутанкарбо-новой кислоты (ХЫГ).

N2 + си, о

X I хп

н,с

о

/осад

"на

НЬСР3

хш

У о Ф СР3

СГ3-^-Х02 О 0Е1 .

ХЫПа Х1Ш б

л.

о о о о о о

'ОЙ

сг^0, "^»Гср«-

ХНУ а 3 ХШ1 в XL.IV 6

В пользу этого свидетельствуют, во-первых, положение сигнала метальной группы при С2 (5 = 1.06 м. д.) и однопротонных дублетов при С1 (3.02 м.д.) и С3 '4.85 м.д.). Во-вторых, в спектре ЯМР 13С сигналы С1 (43.11 м.д), С2 (61.93 м.д.), З3 (81.50 м.д.) и С4 (37.51 м.д.) лежат в области, характерной для Бр3--ибридизованного атома углерода. В ИК спектре соединения (ХЫ1) наблюдают-:я полосы поглощения валентных колебаний нитрогруппы при 1551 и 1371 см"1, л отсутствует полоса поглощения связи С=С. Атомы водорода На и Н° в (МЛ1) заходятся в транс-положении относительно Нь, что следует из значений соответствующих вшцшальных констант сшш-спинового взаимодействия: 3 (На-Нь) = ?.9,7 (Н°-Нь) = 8.7 Гц.

Исследование поведения соединения (ХЫ1) в растворе СБСЬ в запаянной шпуле показало, что в течение нескольких дней его содержание уменьшается и наблюдается появление сигналов ¿^-изомеров 2-замещенных енаминов

•(ХШПа,б). Так, в спектре ЯМР 'Н появляются характерные сигналы гоггроме-

тильных (4.76-5.58 м.д.) и метильных групп (2.11 и 2.06 м.д.) обоих изомеров. Сигналы трифторметильных групп в соединениях (ХЫИа,б) представляют собой дублеты при 94.79 м. д. и 94.05 м. д. (/Н-р = В.5 Гц) в отличие от (ХЬП) (90.5 м. д., •Лн?= 8.5 Гц). Следовательно, производное циклобутана (ХЬП) является продуктом кинетического контроля, который затем изомеризуется в термодинамически более устойчивые енамины (ХППа,б).

Кислотный гидролиз соединения (ХЫ1) приводит к р-кетоэфиру (ХЫУ) с выходом 54 %, существующему, согласно ЯМР 'Н и ,9Р спектрам, в виде смеси енольной (ХЫУв) и двух диастереомерных кетонных форм (ХЫУа,б) в соотношении 18:82.

Таким образом, взаимодействие 2-диазо-3-нигро-1,1,1-трифторпропана (X) с енаминами кетонов приводит к образованию соединений, которые можно рассматривать как результат формального внедрения фрагмента СРзССН2Ж)2 в ванильную связь =С-Н, при этом устойчивость и строение промежуточных продуктов зависят как от размера цикла (XXVIII, XXXI), так и от природы заместителя при двойной связи (XXXIV, XXXVII, ХЬ, ХЬП).

Способность 2-диазо-3-нигро-1,1Д-трифторпропана (X) взаимодействовать с енаминами в мягких условиях и отсутствие данных об аналогичных реакциях известных ФАД и АД в литературе послужили основой для более детального исследования механизма этого процесса.

Изучение структуры соединений (XXVIII, XXXIV, ХЬ, ХЬП) показало, что продукты аналогичного строения были обнаружены при исследовании взаимодействия енаминов с электрофильными алкенами и, в частности, с нитроолефи-нами. В связи с этим возникает вопрос: возможно ли образование нитроалкена из соединения (X) в условиях реакции с енаминами?

Известно, что диазосоединения, содержащие подвижные атомы водорода в Р-голожении к диазогруппе разлагаются под действием оснований, давая соответствующие олефины. В качестве основания в реакциях соединения (X) с енаминами (XXVII, XXX, XXXIII, XXXVI, XXXIX, ХЫ) может выступать морфо-

лин, примесь которого всегда присутствует в исходных реагентах. „

Исследование условий проведения реакции (X) с енамином димедона (XXXIX) показало, что при тщательной очистке последнего от следов морфоли-на взаимодействия с соединением (X) не происходит. В то же время при добавлении каталитических количеств М-метилморфолина к реакционной смеси, содержащей диазосоединение (X) и свежеперекристаллизованный енамин димедона, наблюдается бурная реакция с выделением азота и образованием ожидаемого продукта (ХЬ).

Исходя из этих данных можно предположить следующий механизм реакции: основным фактором, определяющим реакционную способность соединения (X) по отношению к енаминам, является наличие нигромегильной группы, отщепляющей протон в присутствии основания. Образующийся в процессе реакции анион диазосоединения (А) является нестабильным и легко теряет азот, давая анион нитрометилтрифторметилкарбена (Б), который непосредственно взаимодействует с енамином, внедряясь в винильную связь =С-Н.

Анион (Б) может также присоединять протон, превращаясь в карбен (В), при этом в качестве источника протона способен выступать не только катион мор-фолиния, но и, вероятнее всего, само диазосоединение (X). Далее, в результате карбен-олефиновой изомеризации (В) возможно образование нигроалкена (Г), присоединяющегося к енамину по типу реакции Михаэля.

СР

+В:

-ВН

N2 X

А

О^ Ое +вн+ О?,.

чоЭ -В!

[1,2-Н]

\

^к н

\ н ст-

N0,

Г \

н

.ъю,

Б

В

Ж

сш

<

+ВН

-в

н

Н

"ст.

\

Выбор между возможными направления реакции аниона нитрометилтри-фторметилкарбена может быть сделан, во-первых, на основании изучения структуры продуктов, образующихся при взаимодействии диазосоединения (X) с енаминами, содержащими атом дейтерия при двойной связи, а во-вторых, исследованием реакций полученного независимым путем 3-шпро-1,1,1-трифтор-2-пропена с дейтерированными енаминами.

С этой целью были синтезированы 1 -дейтеро-2-морфолиноциклогексен (ХХ\Ш-с?) и этиловый эфир 2-дейгеро-З-морфолинокротоновой кислоты (ХЫ-с/) (степень дейгерирования 20% по данным ЯМР спектроскопии). При взаимодействии енаминов (ХХУИ-йГ) и (ХЫ-йГ) с диазосоединением (X) были выделены

тродукты (ХХУШ-о?) и (ХЫ1-с/-4) с атомом дейтерия в а-положении к группе ^з, на 4:10 указывает наличие синглета нитрометильной группы в енамине ХХУШчО и синглетов протонов при атомах углерода С1 и С3 в циклобутане ХЬН-еМ) в спектрах ЯМР 'Н этих соединений.

Эти данные могут свидетельствовать в пользу внедрения аниона нитроме-гилгрифторметилкарбена в винильную связь =С-Н енамина.

Для проверки возможности образования 3-нитро-1,1,1-трифторпропена-2 из фомежуточного нитрометилтрифторметилкарбена нами был проведен его ¡стречный синтез исходя из диазосоединения (X). Сопоставление спектров ЯМР соединений (ХЬУ1а,б) (97.97 м. д, ./(Н-РО = 6.1 Гц и 83.69 м. д., ./(Н-Р) = 6.1 "ц) и спектра бензольного раствора, содержащего продукты реакции соединения X) и ]М-мегилморфолина, показало, что образующиеся наряду с некоторым ко-шчеством примесей два вещества представляют собой Е- и 2- изомеры ХЬУ1а,б) в соотношении 70:30 соответственно.

ХШ-^4

N0,

+

' 2 X

Ме

ОН ХЬУ

ХЬУ1а

Х1Л1 б

ХЬУ1а + ХЬУ1б 70% 30%

95%

5%

Далее нами была изучена реакция енамина (XLI) и его дейтерированного аналога (XLI-d) с нитроалкеном (XLVia), в результате которой были выделены индивидуальные кристаллические вещества, представляющие собой, по данным ЯМР ]Н и температуре плавления, соединения (XLII) и (XLII-tZ-l). Сравнение спектров ЯМР 'Н соединений (XLII-<i-l) и (XLII-i/-4) показало, что спектр соединения (XLII-rf-1) не содержит синглегтов протонов при С1 и С3 и, ввиду низкой степени дейтерирования исходного енамина, не имеет существенных различий со спектром циклобутана (XLII).

D

CF,

N0,

СН3 о

XLVU

XII- d

„ , COOEt 2 1/

/ \ ✓ О N \_/

02N^ 3 4 \ CF,

ХШ-Л-1

Таким образом, взаимодействие диазосоединения (X) с енаминами (XXVII, XXX, XXXIII, XXXVI, XXXIX, ХЫ) может представлять собой совокупность двух процессов с участием аниона ншрометилтрифтормегилкарбена: внедрение в винильную связь =С-Н и карбен-олефиновая изомеризация с образованием 3-нигро-1,1,1-трифторпропена-2. Дальнейшее направление реакции определяется влиянием природы заместителей и пространственной структурой исходных ена-минов.

ВЫВОДЫ

1. Разработан метод синтеза а-нитрометил-а-перфторалкиламинов (V - IX) конденсацией перфторалкилнитрилов с натриевой солью нитрометана с последующим восстановлением образующихся а-перфторалкил-р-шпроенаминов системой борщцрид натрия - уксусная кислота.

2. Получен новый класс фторсодержащих диазосоединений - а-нигрометил-а-перфторалкилдиазометанов (X - XIII) диазотированием соответствующих аминов системой КаЖ)2-Н20-СН2С12. Установлено, что с ростом длины пер-фторалкильного заместителя устойчивость диазосоединений уменьшается. Показано, что наиболее устойчивым и практически ценным реагентом является 2-диазо-3 -нитро-1,1,1 -трифторпропан.

3. Показано, что 2-диазо-З-шпро-1,1,1-трифторпропан (X) реагирует с элек-трофильными алкенами по механизму 1,3-диполярного циклоприсоединения с образованием Д1- и Д2-пиразолинов, при этом взаимодействие с производными метакриловой кислоты протекает £-стереоселективно.

4. Установлено, что пиролиз полученных А1-пиразолгнов приводит к фтор-содержащим циклопропанам, что было подтверждено методами РСА и ЯМР-спектроскопии.

5. Показано, что взаимодействие 2-диазо-3-нитро-1,1,1-трифторпропана с енаминами карбонильных и дикарбонильных соединений приводит к образованию продуктов формального внедрения фрагмента СР3ССН2Ж>2 в винильную связь =С-Н, при этом стабильность промежуточных продуктов зависит от строения исходных енаминов. Их дальнейший гидролиз дает соответствующие фтор-содержащие у-нигрокетоны с хорошими выходами.

6. Исследование механизма реакции 2-диазо-3-ншро-1,1Д-трифторпропана с енаминами карбонильных и дикарбонильных соединений с помощью изотопно-замещенных реагентов показало, что процесс сопровождается образованием аниона нитрометилтрифторметилкарбена, который может реагировать по двум направлениям: внедрение в винильную связь С-Н енамина и карбен-олефиновая изомеризация с образованием 1,1,1-трифтор-3-ншропропена-2 с последующим

присоединением его к енаминам по типу реакции Михаэля.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. А. Я. Айзикович, В. Ю Коротаев, Л. Е. Ярославцева. Исследование ре акции 1,1,1-трифтор-2-диазо-3-нигропропана с енаминами кетонов ЖОрХ. 1994. Т. 30. Вып. 7. С. 989-991.

2. А.Я. Айзикович, В.Ю Коротаев. Исследование реакций 1,1,1-трифтор-2 диазо-З-нихропропана с активированными алкенами // Симпозиум п органической химии "Петербургские встречи". Санкт-Петербург, 199: С. 12-13.

3. В. Ю. Коротаев, А. Я. Айзикович, М. И. Кодесс, А. Ю. Барков. Регио-: стереоселекгивность реакции 1,3-диполярного циклоприсоединени 1,1,1-трифтор-2-диазо-3-нитропропана к электрофильным алкенам I Молодежная научная школа по органической химии, посвященная 100 летию академика И.Я. Постовского. Екатеринбург, 1998. С. 22-23.

4. М. И. Кодесс, В. Ю. Коротаев, А. Я. Айзикович. Определение методод ЯМР стереоконфшурации продуктов реакции 1,1,1-трифтор-2-диазо-3 нитропропана с активированными алкенами // V Всероссийский семи нар по спектроскопии ЯМР. Москва, 1997. С.84.

5. А. Я. Айзикович, В. Ю. Коротаев, М. И. Кодесс, А. Ю. Барков. Исследование регио- и сгереоселекгивности 1,3-диполярного циклоприсоедине-ния 2-диазо-3-нитро-1,1,1-трифторпропана к электрофильным алкенам// ЖОрХ. 1998. Т. 34. Вып. 3. С. 383-387.

6. А. Я. Айзикович, В. Ю. Коротаев, В. А. Сагайдак. Синтез а-нитроалкил и а- метил-а-перфторалкияамшгов восстановлением продуктов конденсации перфторалкилкитрилов с карбанионами системой КаВНг СНзСООН//ЖОрХ. 1998. Т. 34. Вып. 6. С. 832-835.

7. А. Я. Айзикович, В. Ю. Коротаев, А. Ю. Барков, М. И. Кодесс 1,1,1-трифтор-2-диазо-З-нитропропан как предшественник аниона трифтор-метилнитрометилкарбена // Шестая международная конференция по

химии карбеиов и родственных интермедиатов. Санкт-Петербург, 1998. С.108.

8. А. Я. Айзикович, В. Ю. Коротаев, М. И. Кодесс, А. Ю. Барков. Исследование реакции 2-диазо-3-нигро-1,1,1-трифторпропана с этиловым эфиром 3-морфолинокротоновой кислоты. Существует ли анион триф-торметилнгарометилкарбена? И ЖОрХ. 1998. Г. 34. Вып. 8. С. 11491153.

/

г/

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Коротаев Владислав Юрьевич

2-ДИАЗО-З-НИТРО-1,1,1-ТРИФТОРПРОПАН И ЕГО ПОЛИФТОРИРОВАННЫЕ АНАЛОГИ -СИНТЕЗ, СВОЙСТВА И РЕАКЦИИ С АКТИВИРОВАННЫМИ

АЛКЕНАМИ

Специальность 02.00.03 - органическая химия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научные руководители: кандидат химических наук

Айзикович А. Я.; кандидат химических наук Вшивков А. А.

Екатеринбург 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................................................................................4

1. МЕТОДЫ СИНТЕЗА И РЕАКЦИИ ос-ПЕРФТОРАЛКИЛЗАМЕ-ЩЕННЫХ АЛИФАТИЧЕСКИХ ДИАЗОСОЕДИНЕНИЙ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)......................................................................................................................................6

1.1. Методы синтеза а-перфторалкилзамещенных алифатических диа-зосоединений (ФАД)......................................................................................................................6

1.1.1. Диазотирование а-перфторалкиламинов..........................................................7

1.1.2. Синтезы ФАД из гидразонов карбонильных соединений....................8

1.1.3. Электрофильное замещение в «-положение к диазогруппе..............10

1.2. Реакции ФАД....................................................................................................................................П

1.2.1. 1,3-Диполярное циклоприсоединение....................................................................11

1.2.2. Реакции с участием генерируемых из ФАД карбенов..............................21

1.2.3. Другие реакции ФАД............................................................................................................27

2. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ................................................................................................29

2.1. Синтез а-нитрометил-а-перфторалкилдиазометанов....................................29

2.1.1. Синтез а-нитрометил-а-перфторалкиламинов................................................29

2.1.2. Синтез и свойства а-нитрометил-а-перфторалкилдиазомета-

нов............................................................................................................................................................34

Выводы к главе 2. 1..................................................................................................................................39

2.2. Исследование реакций 2-диазо-3-нитро-1,1,1-трифторпропана с активированными алкенами..................................................................................40

2.2.1. Взаимодействие 2-диазо-3-нитро-1ДД-трифторпропана с элек-трофильными алкенами............................................................................................40

2.2.2. Взаимодействие 2-диазо-3-нитро-1,1,1-трифторпропана с нук-леофильными алкенами..............................................................................................59

2.2.2.1. Взаимодействие 2-диазо-3-нитро-1Д,1-трифторпропана с ена-минами кетонов............................................................................................................................59

2.2.2.2. Взаимодействие 2-диазо-3-нитро-1Д,1-трифторпропана с ена-минами (3-дикарбонильнах соединений..................................................................65

2.2.3. Исследование механизма реакции 2-диазо-3-нитро-1ДД-три-

фторпропана с енаминами..................................................................................................69

Выводы к главе 2.2..................................................................................................................................76

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ..........................................................................................77

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ................................................................ 87

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................................................89

ВВЕДЕНИЕ

Алифатические диазосоединения (АД) известны давно и находят широкое применение как исходные вещества в синтезе малых циклов, конденсированных и каркасных структур, гетероциклических соединений. Необычайно высокий интерес к АД со стороны химиков обусловлен особенностями их строения и широким спектром реакционной способности.

Интенсивное развитие в последнее время химии фтора и фторсодержащих соединений, обладающих уникальными свойствами, привело к получению веществ, которые могут выступать как "строительные блоки" для создания новых аналогов биологически активных соединений.

Особое место среди них занимают фторсодержащие алифатические диазосоединения (ФАД), с фторалкильным заместителем в а-положении к диазо-группе, обладающим ярко выраженным электроноакцепторным действием. Однако число полученных в настоящее время ФАД невелико и их реакционная способность и синтетические возможности практически не изучены.

Развитие исследований в этом направлении может способствовать появлению новых синтетических методов введения фторсодержащих фрагментов в молекулы органических соединений, а также новых классов веществ, обладающих биологической активностью.

В связи с этим целью настоящей работы является разработка метода синтеза нового класса ФАД - а-нитрометил-а-перфторалкилдиазометанов, содержащих способную к функционализации нитрометильную группу, и исследование реакционной способности наиболее стабильного и доступного представителя этого класса - 2-диазо-3-нитро-1 ДД-трифторпропана - по отношению к активированным алкенам в отсутствии классических источников генерирования карбенов из диазосоединений.

Работа состоит из трех глав.

Глава 1 включает обзор литературы по методам синтеза и реакциям ФАД.

Глава 2 состоит из двух разделов. В первом рассмотрены синтез и свойства а-нитрометил-а-перфторалкилдиазометанов, в разделе 2.2 - реакции 2-диазо-З-нитро-1 ДД-трифторпропана с электрофильными (главным образом -

производные а, (3-непредельных карбоновых кислот) и нуклеофильными (ена-мины карбонильных и {З-дикарбонильных соединений) алкенами. Глава 3 содержит экспериментальную часть всей работы. Диссертация содержит 11 таблиц и 12 рисунков.

1. МЕТОДЫ СИНТЕЗА И РЕАКЦИИ а-ПЕРФТОРАЛКИЛЗАМЕЩЕННЫХ АЛИФАТИЧЕСКИХ ДИАЗОСОЕДИНЕНИЙ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

В литературном обзоре рассмотрены методы синтеза и реакции ФАД. Основное внимание сосредоточено на взаимодействии с активированными алкенами и алкинами. Эти реакции наиболее полно изучены в ряду ФАД и АД, что позволяет провести сопоставление их реакционной способности, а также представляют собой удобные методы синтеза карбо- и гетероциклических соединений - ценных промежуточных продуктов в синтезе биологически активных веществ.

Основные вопросы химии АД и некоторых ФАД рассмотрены в монографиях [1-5]. В монографии [1] кратко представлены известные методы получения и реакции АД, в монографии [2] подробно рассмотрены реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения АД к алкенам, а в [3] - реакции генерируемых из диазосоединений карбенов. Наиболее полными являются монографии [4, 5], в которых авторы предприняли попытку систематического рассмотрения всех аспектов химии АД как реагентов органического синтеза.

Подобного рода обобщений, касающихся свойств ФАД, на сегодняшний день нет. Единственный обзор [6], опубликованный в 1971 г., посвящен в основном 2,2,2-трифтордиазоэтану.

В настоящем обзоре систематизированы сведения по всем ФАД, синтезированным до 1997 г., а также проведено сравнение их свойств со свойствами наиболее изученных АД.

1.1. Методы синтеза а-перфторалкилзамещенных алифатических

диазосоединений

Все известные способы получения АД могут быть разделены на две группы [5]. К первой из них относятся методы, основанные на формировании диазо-группы в исходном соединении, к другой - процессы трансформации диазосое-динения, не затрагивающие диазогруппу. Различные модификации этих мето-

дов используются и в синтезе ФАД.

1.1.1. Диазотирование а-перфторалкиламинов

Диазотирование а-перфторалкиламинов азотистой кислотой, образующейся при добавлении водного раствора нитрита натрия к соли исходного амина, является наиболее простым методом получения ФАД. С целью подавления процесса разложения диазосоединения в кислой среде реакцию обычно проводят при низких температурах (-15 О °С) в двухфазной системе вода - органический растворитель, при этом образующееся диазосоединение переходит в органическую фазу и не контактирует с кислотой. В первое время в качестве органического растворителя применяли простые эфиры. Так, диазотированием соответствующих аминов были получены 2-диазо-1,1,1-трифторпропан [7] и 1-фенил-2,2,2-трифтордиазоэтан [8], (схема 1.1).

с^ хн №ыо.но/ао

о°с

Ш2-НС1

СБ,

У

N

сн

РРЬ,

т

]Ч-М=РР113 10%

С^ . РЬ НаМО.НО/НО СР.

Г_2_

0°С

НН2- НС1

N

2

17%

РЬ

Схема 1.1

Однако эфирные растворы некоторых ФАД крайне взрывоопасны и требуют определенных навыков в обращении с ними [7].

№N0 Н20/(С1СН2СН2)0

СБзСН Ш • НС1--—--^ СР СНК

-3 2 2 -15° С

67-68%

СР н КаШ2, н20/(асн2сн2)0 СР

3 7

3 7

Ш2- НС1

о°с

н

N

2

68%

Схема 1.2

Позднее было найдено, что более предпочтительно использовать в качестве органического растворителя галогензамещенные простые эфиры или галоген-

углеводороды, стабилизирующие диазосоединения [5, 9, 10], (схема 1.2).

В аналогичных условиях в 1986 г. на кафедре органической химии Уральского государственного университета диазотированием гидрохлорида 2-амино-3-нитро-1,1,1-трифторпропана системой КаЬЮ2 - Н20 - СН2С12 был получен 2-диазо-3-нитро-1,1,1-трифторпропан [11], (схема 1.3).

СР3\ №N0,, Н О / СН С1 07

Ш2--2-1». Зу N02

I -10°С II

ш2- на N2

50-60%

Схема 1.3

Наличие в молекуле исходного амина разветвленного перфторалкильного заместителя позволяет с хорошими выходами провести диазотирование и в отсутствии органического растворителя [12], (схема 1.4).

с^Ч №Ш2, на н2о с2р5\ СР3—С-СН2Ш2 ->■ СРз—с-сны2

74%

Схема 1.4

В зависимости от условий проведения реакции и природы заместителей в исходном амине выходы ФАД составляют 10-75%.

Несомненным достоинством метода является его простота. К недостатку можно отнести частичное разложение продукта, вызванное присутствием в реакционной смеси минеральной кислоты, однако в ряду ФАД этот процесс протекает в значительно меньшей степени, что связано со стабилизирующим эффектом перфторалкильного заместителя.

1.1.2. Синтезы ФАД из гидразонов карбонильных соединений

Предложенный Бэмфордом и Стивенсом метод, основанный на щелочном расщеплении сульфонилгидразонов нашел применение в синтезе ряда а-три-фторметилзамещенных диазосоединений [13, 14]. В качестве оснований обычно используют МеСЖа или МеОК, КОН, ЫаОН, пиридин, растворителями служат МеОН, ЕЮН.

Так, при кипячении тризилгидразонов соответствующих кетонов в системе КОН - МеОН был получен ряд а-трифторметилзамещенных диазосоединений с различными углеводородными заместителями, которые были выделены и охарактеризованы в виде стабильных аддуктов с трифенилфосфином [13], (схема 1.5).

кон

СРз^/Я _

Н МеОН, Д

ШНТк

СР,

Т

N2

Я

РИь

СБ,

N

I

N

II

РРЬз

я СН3 СН3(СН2)2 СН3(СН2)5 РЬСН2 РЬ Цикло-СбН,, РЬСН=СН

Выход,% 73 81 70 78 76 80 82

Схема 1.5

В этих условиях не удалось получить диазосоединений с более длинными перфторалкильными радикалами вследствие замещения ближайших к диазо-группе атомов фтора на метоксигруппу (схема 1.6), что существенно ограничивает синтетические возможности данного метода.

ЯРСР2^ Ж КОН/МеОН КРСР2. Ж

У —* у —

ШИТгв N2

+

N.

ОМе

т

N2

ОМе ЛрСк. .Я

-Г

МеО

ОМе

RFo.Il

МеОУ II

N2

N2

Схема 1.6

При взаимодействии арилсульфонилгидразидов с а-перфторалкилзаме-щенными карбонильными соединениями, как правило, образуются устойчивые продукты присоединения. Использование в качестве водоотнимающего агента РОС13 в пиридине позволяет совместить стадии дегидратации и щелочного расщепления [14], (схема 1.7).

О

II

С-ЩД

ОН

мшитэ i ростру ——V сг3-с-со2н-у > сРз—с-со2а

ьН2и2 | Д II

ШШГб N2

Схема 1.7

Основной недостаток метода Бэмфорда-Стивенса заключается в том, что довольно жесткие условия проведения реакции не всегда позволяют выделить ФАД в свободном виде.

Лучших результатов удается достичь окислением гидразонов карбонильных соединений в мягких условиях с использованием в качестве окислителей Ag20, Н^О и РЬ(ОАс)4 [7, 8, 15, 16], (схема 1.8).

А^тО

СИз—С-Ш3-—-(Тз—С-СНз

II II

Ш2 N2

18%

СРз-С-СРз РЬ(ОАС)4 ^ ^^

шн2 й2

20%

N -' Ы2

I 2

Ш2 84%

^ * ^-гО-®-

N 4-/ N0 -'

1 2 ЫН2

Схема 1.8

При этом с удовлетворительными выходами могут быть получены лишь а-арилзамещенные диазосоединения.

1.1.2. Электрофильное замещение в а-положение к диазогруппе

Различные электрофильные агенты, такие как N205, галогенангидриды и ангидриды карбоновых кислот, способны замещать атом водорода в а-поло-жении к диазогруппе. Так, нитрованием 2,2,2-трифтордиазоэтана N205 был получен 1-нитро-2,2,2-трифтордиазоэтан [17], (схема 1.9).

N205

СБ,—С-Н->■ СР3—€-N02+ СР3СН2ОЖ>2

N2 К2

Схема 1.9

Ацилирование диазосоединений ангидридами перфторкарбоновых кислот

и

наряду с методом диазопереноса используются в синтезе а-перфторацил-замещенных диазосоединений и в данном обзоре не рассматриваются.

Анализ литературных данных показывает, что наиболее удобным способом получения ФАД является диазотирование аминов или их гидрохлоридов. В то же время общее число методов синтеза а-перфторалкиламинов невелико, поэтому разработка новых эффективных путей их получения позволила бы существенно расширить ряд ФАД.

1.2. Реакции ФАД 1.2.1. 1,3-Диполярное циклоприсоединение

Алифатические диазосоединения могут проявлять себя как 1,3-диполи в реакциях циклоприсоединения к непредельным соединениям, содержащим кратные связи углерод-углерод и углерод-гетероатом.

Первичными продуктами взаимодействия АД с алкенами являются Д'-пи-разолины, которые при наличии подвижного атома водорода в а-положении к одному из атомов азота перегруппировываются в более стабильные А -пира-золины. Протеканию данного процесса способствуют нагревание, полярные растворители, основания, например пиридин, в то время как Мо(СО)б и Мо2(ОАс)4 подавляют его [18]. При наличии в молекуле А -пирпзолина хорошо уходящей группы происходит его ароматизация до соответствующего пиразола. А^Пиразолины могут претерпевать и деазотирование, образуя соответствующие циклопропаны [4, 5], (схема 1.10).

V

\ ♦

N

+

Н-

у

1

1,3-Н

ьГ

-N0

У-акшвируюший заместтель 2-уждящая группа

Ш

Схема 1.10

Легкость циклоприсоединения АД к алкенам определяется степенью активации двойной связи. Для успешного протекания реакции, как правило, необходимо наличие электроноакцепторного заместителя при С=С-связи, что свидетельствует о 7г-донорном характере диазосоединений в этих реакциях [4, 5, 19]. Известны лишь немногочисленные примеры взаимодействия АД с нуклео-фильными алкенами, например с енаминами [5], (схема 1.11).

МеОгС

О

Ы—СН=СМе + Ы2С(СООМс)2

N н

Vй

-Ме

/—N

О

Ме 85%

оо

ы2с:нсо2я

-ПГ00^

Л Я = Ме, 82% а, 55%

№

+ ^С(СООМс)2

ш

-С02Ме

0

Ш2Ме

73%

Схема 1.11

Региоселективность процесса в большинстве случаев подчиняется правилу Ауверса, согласно которому атом углерода, связанный с диазогруппой присоединяется к наиболее электроноакцепторному углеродному атому алкена [20], а стереоселективность - ван-дер-вальсовым, диполь-дипольным и вторичным

орбитальным взаимодействиями между заместителями в переходном состоянии [20, 21, 22]. Изменение согласованного механизма реакции на цвиттер-ионный может привести к нарушению этих закономерностей. Так, взаимодействие фе-нилдиазометана и и-хлорфенилдиазометана со стиролом и я-хлорстиролом соответственно, приводит исключительно к траяоЛ^пиразолинам, в то время как несогласованное циклоприсоединеие и-анизилдиазометана к п-анизилэтилену ведет к смеси изомерных цис- и ш/?<2яс-Д '-пиразолинов в соотношении 1:1 [23], (схема 1.12).

х

п ▼

Схема 1.12

Пиролиз Д'-пиразолинов, не содержащих а-Н-атомов до соответствующих циклопропанов, протекает с сохранением конфигурации. Авторами работы [22]

на основании данных, полученных при изучении термического разложения ряда Л'-пиразолинов методом спектроскопии ЭПР, было высказано предположение о радикальном механизме этого процесса. Наиболее вероятным интерме-диатом реакции является синглетный бирадикал. При наличии атомов водорода в положениях 1 или 5 исходного пиразолина термолиз сопровождается обратимой изомеризацией в А -пиразолин, что ведет к потере стереоспецифичности [24]. Нестереоспецифичный пиролиз наблюдается также и при наличии заместителей Я и Я', стабилизирующих бирадикал, например 11=11'= п-СН3ОСбН4 [23], (схема 1.13).

Ы—N

К

Ш- N

I к

г

N—N №

я. н

,Н К = К' = и-СН3ОСбН4 ^ -

V V

Схема 1.13

Ацетиленовые производные значительно менее реакционноспособны по сравнению с алкенами ввиду пониженной электрофильности тройной связи. Циклоприсоединение АД по связи С=С приводит к образованию ЗН-пиразолов, которые могут перегруппировываться в термодинамически более стабильные Щ-пиразолы [4, 5], (схема 1.14).

Схема 1.14

Известны и многочисленные примеры циклоприсоединения АД по кратным связям углерод-гетероатом с образованием различных гетероциклических систем [4, 5].

Среди ФАД были изучены реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения с участием 2,2,2-трифтордиазоэтана [9, 25, 26], трифторметил-я-толилдиазомета-на [16] и 3,3,4,4,4-пентафтор-2-трифторметил-2-пентафторэтилдиазобутана [27].

2,2,2-Трифтордиазоэтан реагирует с метилметакрилатом уже при отрицательных температурах, давая 3-карбметокси-5-трифторметил-А1-пиразолин, который при комнатной температуре в течение 12 часов полностью изомери-

2 1 зуется в соответствующий А -пиразолин [9]. Относительная стабильность А -

пиразолина, по мнению авторов, является следствием влияния трифторметиль-ной группы на соседний атом азота, ведущего к снижению его основности. Также легко протекает и реакция с акрилонитрилом, однако выделит