Алкилирование Р(III)-фосфокавитандов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

Р Г о Оа

- / ¡СИНИТДЫНА Татьяна Капитоновна

' »¿»и t^J2J

АЛКИЛИРОВАНИЕ Р(Ш)-ФОСФОКАВИТАНДОВ

Специальность 02.00.03 - органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва 1999

Работа выполнена в Московском педагогическом государственном университете на кафедре органической химии.

Научные руководители: доктор химических наук, профессор НИФАНТЬЕВ Э.Е.

кандидат химических наук, доцент МАСЛЕННИКОВА В.И.

Официальные оппопеиты:

доктор химических наук,

профессор ЗЫК Н.В. кандидат химических наук, старший научный сотрудник АРТЮШИН О.И.

Ведущая организация - Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова Казанский научный центр РАН.

Защита состоится "14" февраля 2000 г. в часов на заседании Диссертационного Совета К 053.01.15 в Московском педагогическом государственном университете по адресу: 119021, Москва, Несвижский пер., д.З.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МПГУ по адресу: 119435, Москва, ул. Малая Пироговская, д. 1.

Автореферат разослан ". .".V..." . ^¿¿.^¿/^.¿г.. 2000 г.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета ПУГАШОВА Н.М.

г 9 а - 4 Го Г)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Химия макроциклов на сегодняшний день является одной из наиболее быстро развивающихся областей органической химии. В настоящее время синтезировано огромное число их представителей, относящихся к классам краугофиров, криптандов, сферандов, кавитандов и т. д. Многие макро циклические системы потенциально биогенны, это качество зависит от их структуры и природы функциональных групп, имеющихся в молекуле. В связи со сказанным актуальной задачей сшггетической химии является разработка методов функционализагдаи сложных полициклических соединений, молекулы которых содержат гетероатомы. К таковым относятся и исследуемые в настоящей работе Р(Н1)-фосфокавитанды. Наличие реакциоиноспособных атомов трехвалентного фосфора открывает широкие возможности для их модификации. В тоже время жесткая каркасная структура этих соединений позволяет контролировать стереонаправлешгость процессов. Одним из наиболее перспеюивпых направлений функционализацни Р(ПГ)-фосфокавитандов является алкилирование, в том числе получение на их основе квазифосфониевых солей. Эти соединения будут обладать амфифильными свойствами вследствие наличия в нижнем ободе молекулы гидрофобных алкильных радикалов, а в верхнем ободе — заряженных фосфорных центров. Следует отметить, что применительно к макрогетероциклическим соединениям данная реакция до шчала настоящей работы в литературе пе рассматривалась.

Цель работы. Целью данной работы является изучение алкилирования Р(Ш)-фосфокавигандов, получение квазифосфониевых солей и фосфонатов на их основе. Научная новизна. На примере Р(П1)-фосфокавитандов впервые исследовано алкилирование макроиолицихлических систем. Выявлена зависимость направления алкилирования от природы экзоциклических заместителей у атомов фосфора в макроцикле и алкилирукяцего реагента. Впервые получены и охарактеризованы индивидуальные стереоизомеры квазифосфониевых солей, в молекулах которых заряженные фосфорные центры фиксированы на жестком гидрофобном остове макроцикла. Найдены оптимальные условия синтеза этих соединений. Практическая ценность. Разработан метод синтеза квазифосфониевых солей амидофосфигокавигандов, позволяющий получать соли с различными анионами в

виде индивидуальных стерсоизомеров на основе доступных алкшшрующих реагентов. Синтезированные двухярусные макроциклы, содержащие в первом ярусе молекулы гидрофобные алкильные радикалы различной длины (СгСп), а во втором ярусе -заряженные фосфорные функции, являются лщшдоподобными системами и представляют интерес в аспекте липидологии. .

Апробация работы. Результаты работы докладывлись на научной сессии (Москва, Mill У, 1998 г.), на молодежном симпозиуме по химии ФОС(С-Петербург, 1997 г.), на симпозиуме по химии и применению фосфор-, сера- и кремнийорганических соединений (С-Петербург, 1998 г.), на всероссийской конференции по химии ФОС (Москва, 1998г.), на международных конференциях по химии ФОС (Цинцинати, США, 1998, Киев, Украина, 1999 г.), на международной конференции ко органической и элементоорганической химии (Москва, 1999).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано восемь печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на страницах

машинописного текста, содержит таблиц и Л. рисунков. Список цитируемой литературы включает Ш. наименований. Работа состоит из введения, литературного обзора, где рассмотрено алкилирование фосфорсодержащих соединений органил галогенидами, обсуждения результатов собственных исследований, экспериментальной части, выводов и списка используемой литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Алкилирование Р(Ш)-фосфокавитандов рассматривалось на примере их взаимодействия с галоидными алкилами и производными борфторйстоводородаой кислоты, при этом важным аспектом работы являлся поиск оптимальных условий получения квазифосфониевых солей кавигандов и их идентификация.

В качестве объектов алкилирования были использованы кавитанды 1-10 , содержалще различные заместители в каликсареновой матрице и у атома фосфора.

/

1 К. Ме Х=ЫЕ12

2 1ЪРг Х=МЕ12

3 ^СбНц Х=1ЧШ2

4 Я-С^Н,, Х-ИЕГг

5 К=С„На Х=!чгЁ12

6 Р=Ме ХОРм

7 И=Рг Х=ОРм

8 11=С?Н [9 Х-ОРгч

9 Я=Ме х-рь

10 К-Рг Х=РЬ

1-10

1. Алкилирование Р(Ш)-фосфокавитандов галоидными алкилами

Наиболее распространенными алкилирующими реагентами в фосфорорганической химии являются галогеналканы, поэтому первым этапом работы было изучение взаимодействия кавигандов с этими соединениями. 1.1. Алкилирование амидофосфитокавитандов

Первым объектом исследований стали амидофосфитокавитанда 1-5. Это объясняется тем, что они доступны, удобны в работе, устойчивы к окислению и гидролизу.

Реакции осуществляли в запаянных ампулах в интервале температур 20 - 140 С, используя различные растворители и варьируя соотношения реагентов. Эксперименты показали, что лучшим растворителем для синтеза квазифосфониевых солей является хлороформ, а температура процесса и соотношение реагентов зависят от вида применяемого алкилгалогенида.

Рассматривая влияние алкилирующего реагента на условия протекания реакции, следует отметить, что алкилирование амидофосфитокавитандов 1,2,4,5 незамещенными галоидными алкилами проходит только при большем избытке алкилгалогенида. Соотношение кавитанд : галоидный алкил составляло 1:30 в случае иодистого метила и 1:60 при использовании иодистых и бромистых этила и бутила. Реакция протекала при комнатной температуре только при взаимодействии кавитандов 1,2,5 с йодистым метилом. Применение других галоидных алкилов

требовало значительного термического воздействия: реакционную смесь нагревали до120-130 С.

Алкилирование бромистым этилом и бромистым и иодкстьш бутилами протекает не в полной мере, так как бромлроизводные являются менее активными алкшшрующими реагентами чем иодиды, а увеличение углеводородного радикала затрудняет ход процесса

Большое влияние на условия алкшшрования оказывает введение в галоидные алкилы метокешруппы. Так, например, амидофосфишкавитапд 2 взаимодействует с бром- и даже хлордиметиловым эфирами при комнатной температуре и стехиомстрическом соотношении реагентов.

Для изучения влияния длины углеводородного радикала в каликсареновой матрице на ход алкилирования были использованы тетраметил-, тетршфопил-, тетранонил- и тетраундоциламидофосфитокавитанды. Во всех случаях реакции протекают в аналогичных условиях, следовательно, длина заместителя в остове молекулы, в данном случае, не играет роли в рассматриваемом процессе.

Методом спектроскопии ЯМР был установлено, что в результате реакции возможно образование двух соединений.

1,2,4,5

Я'А

11-24

25-30

№ К Я' А" Выход,

12 Ме Ег I 98

15 Рг Ме I 73

16 Рг I 76 18 Рг РЬСН2 Вг 23 21 СДв Е1 1 95 23 СцНи Ме I 99

рм.д. 59.6 58.3 59.6 48.6-51 59.6 58.6

В спектрах ЯМР 31Р реакционных смесей в ряде случаев фиксировали две группы сигналов в области 50-60 м.д., характерной для фосфопиевых солей, и 20-30 м.д, соответствующей фосфоранам (таб. 1).

Таблица 1. Условия алкилнрования кавитандов 1,2,4,5 и состав реакционной смеси

УСЛОВИЯ состав реакц. смсси

кашпапд т, Время, р-ль к.ф.с. фосфоран К Я' А"

°С ч (%) • (%)

20-25 100 СНС1, 11(100) Ме 1

1 120-130 5 снсь 12(100) Ме Е1 }

120-130 50 снсь 13(35) 25(35) Ви Вг

120-130 13 СНС13 14(100) РЪСНз Вг

20-25 168 снсь 15(100) Ме I

120-130 7 снсь 16(100) Ег I

2 120-130 11 снсь 17(70) 26(20) Рг Ви )

120-130 10 снсь 18(100) РЬСН2 Вт

20 1 СН2С12 19(85) 27(15) СН3ОСН2 Вг

20 24 СН2С12 20(80) 28(20) СН3ОСН2 С1

4 120-130 10 снсь 21(100) 0,н19 Е: I

120-130 15 снсь 22(50) 29(30) Ви Вг

5 20 240 СНСЬ 23(100) С„Ну Ме I

120-130 10 диоксан 24(40) . 30(60) Е1 I

Основное влияние на соотношение продуктов реакции оказывала длина углеводородного радикала алкилирующего реагента. Так, при алкилировании иодистъши метилом и этилом преимущественно образовывались квазифосфониевые соли. Использование бромистого и йодистого бутила приводило к равновесным смесям фосфоранов и квазифосфокиевых солей. Следует отметить, что изменение температуры реакции и соотношение реагирующих веществ не влияли на смещение равновесия.

В том случае, когда в ходе реакции образовывались только квазифосфониевые соли, их удалось выделить в 1 гнетом виде путем осаждения из реакционной смеси гексаном 12,15,16,21,23 или бензолом 18. Выделенные соединения представляют собой кристаллические вещества белого или желтоватого цвета, плавящиеся или разлагающиеся при высоких температурах.

Исследование выделенных соединений методом спектроскопии ЯМР (таб.2) показало, что стереонаправленность алкилирования амидофосфитокавигандов 1,2,4,5

также зависит от природы алкилирунщего реагента. Так, взаимодействие амидофосфитокавигапдов 1,2,4,5 с иодистыми метилом и этилом происходит стереоизбирателыю: выделенные квазифосфоииевые соли 12,15,16,21,23 являются индивидуальными стереоизомерами с одинаковым расположением алкильных групп у атомов фосфора относительно полости кавитанда.

Таблица 2. Параметры спектров ЯМР 'Н соединений 12,15,16^21^39,42-49

№

нм н„ сн И ыаьсн, Я'

12' 7.2 С(4Н) 8.4 с(4Н) 4.6 к(4Н) 2.3 д(12Н,СН3) 3.6 м (1611, СЩ 1.4 т (24Н, СН3) 3.2.3.5,4.0,4.1;4м(8Н,СН2) 1.5,1.1,1.0,0.9; 4 т (12Н, СНз)

15* 7.5 с(4Н) 8.3 с (411) 4.4 т(4Н) 2.4,1.5,1.1 (28Н, С3Н7) 3.5 м(16Н, СН2) 1.3 т (24Н, СНз) 3.4 д (12Н, СНз)

16' 7.5 с (411) 8.3 с(4Н) 4.3 т(4Н) 3.0,1.4, 1.0 (28Н, С3Н7) 3.5м(16Н,СН2) 1.3 т (24Н, СНз) 4.0 м (8Н, СЩ 1.1т (1211, СНз)

21' 7.4 с(4Н) 8.4 с(4Н) 4.4 т(4Н) 3.0,1.3,0.6 (76Н, С9Н19) 3.6 и (16Н, СН2) 1.4т(24Н,СН3) 4.1,4.0, 3.2,2.9; 4 м (8Н, СН2) 1.5,1.1,1.0,0.9; 4 т (12Н.СН,)

23* 7.6 С(4Н) 8.4 с(4Н) 4.4 т(4Н) 2.4,1.3,0.9 (8411, СиН21) 3.5 м (16Н, СН2) 1.3т(24Н,СН3) 3.5 д (4Н, СН3)

39' 7.3 С(4Н) 8.0 с (411) 4.6 т(4Н) 2.5,1.4, 1.0 (28Е С3Н7) 1.1 д (1211, РСН3)

42 6 * 7.8-6.5 4 6,4.5 Т(4Н) 1.7 д (12Н, СНз) 3.5 м (16Н, СН2) 1.4т(24Н, СН3) 3.4 м (8Н, СН2) 1.3т(12Н,СН3)

43" * 7.6-6.5 4.5,4.3 т(4Н) 2.2,1.4,0.9 (2811, С3Н7) 3.5и(16И,СН2) 1.3 т (24Н, СН3) 3.1 и (811, СНз) 1.0т(12Н,СН3)

44" * 8-6.4 4,5,4.3 т(4Н) 2.2,1.4,0.9 (52Н, СбН,3) 3.5 м (16Н, СП2) 1.2 т (2411, СИ3) 3.0 м (811, СН2) 1.3 т (1211, СНз)

45" * 7.7-6.5 4.5, 4.3 т(4Н) 2.9,1.2,0.9 (¡ми, еды 3.5 м (1611, СН2) 1.2т (24Н, СНз) 3.7м(8Н,СН2) 1.1т(12Н,СН3)

466 7.3 с (411) 6.6 с(4Н) 4.6 т(4Н) 2.3,1.3,1.0 (28Н, С3Н7) 3.4 м (16Н, СН2) 1.3т(24Д СНз)

47 6 7.2 с (4Н) 6.7 с(4Н) 4.5 т (411) 2.2,12,0.8 (76Н, С9Н19) 3.2 м (16Н, СНг) 1.9т(24Н,СН3)

48" 7.2 с(4Н) 6.7 С(4Н) 4.6 т(4Н) 2.2,1.3,1.0 (28Ц С3Н7) 3.4м(16Н,СН2) 1.3 т (24Н, СНз)

49" 7.3 с(4Н) 6.8 с(4Н) 4.5 т(4Н) 2.3,1.4,0.9 (28Н, С3Н7) з.4 м (16Н, сад 1.2 т (24Н, СНз)

Примечание.

Расгаортедь ')СиС13,6) ССЬСЬ, *) ДМФАч17 *) уширешые сигналы

В спектрах ЯМР 31Р этих соединений наблюдалось по одному узкому синглету, в спектрах ЯМР !Н солей 15,16,23 по одному набору сигналов для всех видов протонов (рис.1), что характерно дня симметричных фосфокавигандов. В спектрах

Г

_/и

I! I | ! I I I , II I. П | > I I I | II I I I II I ! I II I I | II I I I I П ( ■!.;!!,:: I , (1

8.5 8.0 7.5 7.0 63 8.0 5.5 5Л 4.5 «.О 3.5 30 2.5 1С 15 10 !.5

Рисунок 1.

Спектр ЯМР !Н квазифосфониевой соли 16.

8.5 85 73 7.0 с.5 8.0 55 5Л 43 4.0 3,5 3.3 15 И 15 1.0 05

Рисунок 2.

Спеюр ЯМР 'Н квазифосфониевой соли 12.

ЯМР *Н солей 12,21 фиксировалось по одному набору сигналов протонов каликсареновой матрицы и амидных заместителей, но по четыре мушлиплета метальных и метиленовых протонов этильных групп у атома фосфора (рис.2). Магнитная неэквивалентность этих протонов обусловлена различным расположением этильных групп в полости кавитанда, тогда как остов молекулы остается симметричным. В тоже время спектры ЯМР квазифосфониевой соли 18, полученной алкшшрованием кавитанда 2 бромистым бензилом, имеют сложный вид. Спектр ЯМР 31Р состоит из нескольких сигналов в области 47 53 м.д., а спектр ЯМР *Н содержит большое количество сигналов в области ароматических протонов, а также метиленовых и метальных протонов амидных групп. Такая картина, по-видимому, является следствием искажения молекулярной чаши кавитанда, обусловленного «расталкиванием» сближенных в пространстве бензильных радикалов, связанных с атомом фосфора.

В тех случаях, когда при алкилировании получались два вещества, разделить их не удалось. Это связано с растворимостью образовавшихся соединений и их способностью к взаимопревращению.

Была проведена серия экспериментов по изучению взаимопревращегам продуктов алкилировшшя (табл. 3).

Таблица 3. Условия взаимопревращения продуктов алкилировання

И Л' А исходное соединение Т,°С время, ч растворитель продукт

Ме Ме I 11(100) 20-25 20 ДМФА 31 (100)

Ме РЬСН2 Вг 14 (100) 20-25 20 ДМФА 32 (100)

20-25 408 Метанол 33 (100)*

С„"23 Е1 ] 30(100) 120-130 2 Диоксан 11

Примечание. *) А= ОМе

При растворении квазифосфониевой соли 11 в димстилформамиде происходил ее полный переход в фосфоран 31. В некоторых экспериментах наблюдалось превращение фосфорана в квазифосфониевую' соль. Так, в случае иодатшшровшшя кавитанда 5 в диоксане первично образовывался только фосфоран 30, который при дальнейшем нагревании реакционной смеси частично переходил в квазифосфониевую соль 24. Равновесное соотношение соединений 24:30 = 1:1.5.

Интересные данные были получены при растворении квазифосфониевой соли

•3 1

14 в метаноле. В спектре ЯМР Р раствора через 2 часа после начала опта были зафиксированные две группы сигналов, соответствующих квазифосфониевой соли 14 ( р 46.1 49.5 м.д.) и фосфорану 32 ( р 31.9 м.д.). При выдерживании раствора в течение семи суток при комнатной температуре каргина изменилась: помимо указанных выше, в спектре появились сигналы с р 25.3 и 22.8 м.д. После выдерживания раствора в течение 13 часов при 100 120 С в спектре имелся только сигнал с р 22.3 м.д. Можно предположить, что он принадлежит метоксифосфорану 33, образующемуся за счет взаимодействия галоидфосфорана 32 с метанолом.

Х7вг о ш2

о сн20,н5 о кг&2

о евдн,

Р—ОМе / ч

о ма2

33

14 32

1.2. Алкилироваиие фосфонитокавитандов

В качестве алкилирующего реагента для фосфонитокавитандов 9,10 мы использовали иодистый этил, так как в предыдущих экспериментах при его применении процесс проходил наиболее селективно в качестве основного продукта образовывалась квазифосфониевая соль. Однако в данном случае взаимодействие с иодислъш этилом как тетраметил- 9, так и тетрапропилфосфонитокавиганда 10 приводило к получению смеси квазифосфониевых солей 34,35 и фосфоранов 36,37 соответствешю:

9,10

ви

№ 35

Л Выход, Рг 46

м.д 80.5,81.2

34,35 36,37 Следует отметатг», что

алкилироваиие соедине1шй 9,10 протекало в более мягких условиях, чем амидофосфитокавигандов. Квазифосфониевую соль 35 удалось выделить в чистом виде путем осаждения гексаном из реакционной смеси. В спектре ЯМР 31Р соединения 35 наблюдались два

сипшла с близкими химическими сдвигами, в спектре ЯМР 'Н по два мультиплета метальных и метиленовых протонов этильных групп у атома фосфора. К сожалению неразрешенносгь сигналов протонов отзольных колец каликсарсновой матрицы и фенильных групп у атомов фосфора в области 7.5 8.53 м.д. не позволяет сделать их четкого отнесения, следовательно, нет возможности судить о симметричности получешюй квазифосфониевой соли. 1.3. Алкилирование фосфитокавитандов

Алкилировапие фосфитокавитандов 6-8 изучалось на примере их взаимодействия с иодистым метилом в хлороформе. Процесс протекал при комнатной температуре, но его продолжительность составляла 20 суток. При нагревании реакционной смеси до 100 С время взаимодействия уменьшалось до 4 часов. Реакции протекали по стандартной схеме перегруппировки Арбузова и приводили к образованию фосфонатов 38-40:

6-8

№ К Выход, , р м.д.

38 Ме 58 19.0

39 Рг 55 19.8

40 С*Н19 43 21.2

38-40

Соединения 38-40 были выделены в чистом виде. Они представляют собой белые порошки с высокой температурой плавления, практически нерастворимые в большинстве органических растворителей.

В результате анализа продуктов 38-40 методом спектроскопии ЯМР было обнаружено, что в процессе реакции образуется смесь стериоизомеров. Стериоизомерные тетраметил- и тетрононилизопропоксикавиганды разделить не удалось. В спектрах ЯМР 31Р соединений 38,40 зафиксированы уширенные сигналы с химическими сдвигоми 19.4 м.д. и 21.2 м.д соответствешю. В спектрах ЯМР 'Н по два набора сигналов всех 1рупп протонов (рис.3, таб.2). Наличие в спектрах ЯМР 'Н фосфонатов 38,40 двух дублетных сигналов протонов метальных групп, связанных с атомом фосфора, с различными химическими сдвигами и константами спин-спинового взаимодействия указывает на их различное расположение относительно полости кавиганда- Так, например, слабопольный сигнал с константой спин-

спинового взаимодействия 6.40 Гц принадлежит протонам метальной группы, расположенной вне полости кавитанда, сильнопольпый сигнал с константой спин-спинового взаимодействия 16.22 Гц относится к протонам группы, ориентированной внутрь полости.

I

-Л

■|'"Ч' ........... .1 I 1 | II II, III 1| :м .1 >р ., .|М 1 . ..........I < • • » I • ' * ' " : ' 1 ■ '

85 &В 75 и 65 {0 5.5 5Л (5 4.0 3.5 3.0 25 20 15 1.0 35

Рисунок 3.

Спектр ЯМР 'Н фосфоната 38.

Г

г

I

I

А

I

м I I : 'I I I I I I I I I 1 I I I I I I I I I I I | I I I I | I I I I I I ! I I I I I I 1 I , I 1 I | I I I I I . I I I I I II I I I I I I I I I I I ;—гггтггп »5 8.0 75 7 а 65 6.8 65 50 45 « 3.5 ЗЛ 25 2.0 15 и 05

Рисунок 4.

Спектр ЯМР 'Н фосфоната 39.

В случае тетрапропилизопропоксикавитаида был выделен в индивидуальном виде симметричный стереоизомер 39. В спектре ЯМР 31Р этого соединения наблюдался узкий синглет с химическим сдвигом 18.9 м.д. В спектре ЯМР 'Н одам набор сигналов для каждого вида протонов (рис.4, таб.2)

Таким образом основное влияние на ход реакции, состав продуктов, стерионаправленность алкилирования Р(Ш)-фосфокавитацдов галоидными алкилами оказывает природа алкшшрующего реагента и экзоциклических заместителей у атома фосфора. Радикалы в каликсареновой матрице здесь являются лишь факторами, определяющими растворимость.

2. Алкилирование амидофосфитокавптандов производными

борфтористоводородной кислоты

Известно, что производные борфтористоводородной кислоты являются мягкими алкилирующими реагетами и в ходе реакции с высокими выходами образуются квазифосфониевые соли.

2.1. Протоиирование амидофосфитокавптандов борфтористоводородной кислотой

Исследование взаимодействия

амидофосфитокавитандов 1-5 с производными борфтористоводородной кислоты начали с серии экспериментов по протонированию кавитандов 1,2. Было установлено, что реакции протекают при комнатной температуре и стехиометрическом соотношении реагирующих веществ. Методом спектроскопии ЯМР 31Р было показано, что в результате реакции образуется большое количество продуктов. Полученный результат объясняется тем, что в этом случае наряду с протонированием протекают и другие. конкурирующие процессы, обусловленные распадом борфтористоводородной кислоты с образованием фтороводорода и трифторида бора.

НВГл

1,2

да

ВР3

МЕ(2

41 Л.

Н с Г) I Р

41В

НВР4

Изменение соотношения реагентов, условий реакции и использование кавитандов с различными заместителями в каликсареновой матрице не влияли на селективность процесса.

2.2. Алкилированне амидофосфитокавитандов тетрафторборатом триэтилоксония

Более селективно протекает взаимодействие амидофосфитокавитандов с тетрафторборатом триэтилоксония: основным продуктом реакций являются квазифосфониевые comí

В результате проведешшх исследований было показано, что взаимодействие амидофосфитокавитандов с тетрафторборатом триэтилоксония осуществляется уже при комнатной температуре, однако, длительность его составляет 1 8 суток. При повышении температуры до 80 100 С время реакции уменьшается до 7 часов. Процесс протекает при стехнометрическом соотагошении реагирующих веществ кавиганд: тетрафторбсрат триэтилоксония 1:4.

Следует отметить, что скорость алкилирования в данном случае зависит от длины алкилъной цепи (R) в остове кавитанда. Так, например, для тетраметиламидофосфитокавитанда 1 время алкилирования составляет 8 суток при комнатной температуре, а для тетрагексиламидофосфитокавиганда 3 всего сутки.

Выход, р м.д.

31 55.8 52 56.3 47 55.6

32 56.8

Выделенные квазифосфониевые соли 42-45 представляют собой белые порошки с температурой плавления выше 100 С. В спектрах ЯМР 31Р соединений 42-45 фиксировали по одному синглету в области 55 57 м.д., характерной для квазифосфониевых солей амидофосфитокавитандов с галогениданионами, т.е. противоион практически не влияет на химические сдвиги квазифосфониевых солей. В спектрах ПМР наблюдали по одному набору сигналов для протонов заместителей у атома фосфора и удвоение сигналов протонов макроциклического остова кавитанда,

1 -3,5Mli

Р—NEt? \ z О

№

42

43

44

45

R Me Pr

CJIo С,,11*

42-45

кроме того фиксировали уширение всех протонных сигналов. Такой характер спектров обусловлен влиянием борфторидных анионов на магнитные свойства системы в целом.

Далее мы попытались осуществить взаимодействие кавитандов 2,4 с галоидными алкилами в присутствии тетрафторбората серебра. Этот путь позволяет использовать для алкилирования достаточно сложные органические соединения. Однако в изученных нами условиях выход квазифосфониевых солей составлял не более 10%. По данным спекгроскопии ЯМР и элементного анализа основными продуктами реакций были серебряные комплексы фосфокавитандов 46,47.

2,4

1)ЕШг

2)СН2С12

№ Я Ь Выход, р м.д.Ур^Гц)

46 Рг Вг,ВР4 72 133.4 (8402) 131.6 (841.4)

47 СЛ,9 Вг,ВР4 52 135.5 (802.5) 133.8 (805.1)

48 Рг Вг 51 135.3 (704.5) 133.7(705.1)

46-49 49 Рг ВР4 55 135.7 (1094.5)

133.5 (1100.6)

В спектрах ЯМР Э1Р реакционных смесей наблюдали лишь минорный сигнал в области, характерной для квазифосфониевых солей. Два основных слабопольных дублета с близкими химическими сдвигали и константами спин-спинового взаимодействия принадлежали серебряным комплексам амидофосфитокавитандов 46,47. (Наличие двух дублетных сигналов обусловлено существованием двух малшттгх изотопов серебра Аз'07 и А§109).

Так как в растворе присутствуют одновременно два аниона (ВР4~, Вг"), то возможно образование комплексов с различными заместителями у атомов серебра в одной молекуле кавиганда.

Для подтверждения этого предположения были проведены встречные синтезы серебряных комплексов кавиганда 2 путем его взаимодействия с бромистым серебром в бромистом этиле и борфторидом серебра в хлористом метилене. Полученные в обоих случаях комплексы (48 и 49 соответственно) были выделены и охарактеризованы. Исследования серебряных комплексов кавитанда 2 (46,48,49), содержащих у атомов серебра различные лиганды, методом спекгроскопии ЯМР

показали, что в спектрах ЯМР 31Р они имеют близкие по значению химические сдвиги, но различные константы спин-спинового взаимодействия 11РА8. В спектрах ЯМР 19Р соединений 46,49 фиксировали сигнал, соответствующий борфториду. Спектры ПМР соединений 46,48,49 практически идентичны: в них имеются сигналы всех протонов макроцикла с несколько измененными химическими сдвигами по сравнению с исходным кавитандом (таб.2). Исходя из спектральных дшпгых, можно сделать вывод, что полученные при действии различных реагентов комплексы кавитанда 2 (46,48,49) содержат у атомов серебра различные лиганды (Вг и/или ВР4), но имеют аналогичную структуру.

ВЫВОДЫ

1. Исследовано алкилирование Р(Ш)-фосфокавитандов галоидными алкилами и производными борфтористоводородной кислоты. Показано, 1гго основное влияние на ход реакции, состав и строение образовавшихся продуктов оказывает природа алкилирующего реагента и экзощпашческих заместителей у атомов фосфора.

2. Установлено, что взаимодействие амидофосфито- и фосфонитокавитандов с галоидными алкилами протекает в основном с образованием двух продуктов: квазифосфониевой соли и фосфорапа, соотношение которых зависит от длины углеводородного радикала в алкилирующем реагенте и используемого растворителя.

3. Найдены оптимальные условия синтеза квазифосфониевых солей кавитандов. Впервые выделены и охарактеризованы индивидушгьные стереоизомеры этих солей, структура которых доказана с помощью спектроскопии ЯМР 'Н, 3,Р.

4. Методом спектроскопии ЯМР 'Н, 31Р показало, что реакция галоидалканок с фосфитокавитандами происходит 1кстсреоспецифично и приводит к образованию смеси стереоизомерных фосфонатокавитандов.

5. Установлено, что в зависимости от используемых реагентов взаимодействие амидофосфитокавитаддов с производными борфтористоводородной кислоты присходиг с образованием различных продуктов:

смеси соединений различного строения при протонировании борфтористоводородной кислотой;

квазифосфониевых солей кавигандов при алкшшровании тетрафторборатом триэтилокеония;

серебряных комплексов кавитандов при реакции с галоидными алкилами в присухствии тетрафторборага серебра. 6. Впервые получены серебряные комплексы амидофосфигокавитандов с различными

лигандши у атомов серебра. Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1. Масленникова В.И., Синицына Т.К., Васянина Л.К, Нифантьев Э.Е. Алкилирование амидофосфигокавитандов Ж. общ. хим. 1997. Т. 67. Вып. 11. С. 1925-1926.

2. Maslemikova V.I., Shkarina E.V., Vasyanina L.K., Lysenko К.A., Sinicina Т.К., Merkubv It V., Nifantyev E.E. Tetrapropylphosphocavitands: sinthesis, structure and properties // Phosphorus,sulfur and silicon. 1998. Vol. 139. P. 173-186.

3. Синицына Т.К. Алкилирование амидофосфигокавитандов Тезисы докладов Молодежного симпозиума по химии фосфорорганических соединений. С-Петербург. Июнь 2-4. 1997. С 61.

4. Масленникова В.И., Горюхина С.Е. Синицына Т.К, Меркулов Р.В. Лысенко К.А. Васянина Л.К, Нифантьев Э.Е. Структура и реакционная способность фосфокавитавдов Тезисы докладов симпозиума по химии и применению фосфор-, сера- и крешпшорганических соединений. С-Петербург. Июнь 7-11. 1998. С. 36.

5. Maslemikova V.I., Shkarina E.V., Goriukhina S.E., Sinicina Т.К., Merkulov R.V., Nifantyev E.E. New tupes of phosphitoefvitands // Abstracts. XTV-th International conference on phosphorus chemistry. Cincinnati, Ohio, USA. July 12-17. P. 174.

6. Синицына Т.К, Дягилева M.B., Масленникова В.И., Нифантьев Э.Е. Взаимодействие Р(ПГ)-фосфокавитандов с галоидными алкилами Тезисы докладов всероссийской конференции по химии фосфороргоанических соединений. Москва. Сентябрь 15-17.1998. С. 76.

7. Maslennikova V.I., Goriukhina S.E., Sinicina Т.К., Merkulov R.V., Lysenko KA„ Nifantyev E.E. New aspects of the chemistry of phosphocavitands // Abstracts. ХП-th

1. ВВЕДЕНИЕ.

2.АЛКИЛИРОВАНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДНЫХ ТРЕХВАЛЕНТНОГО ФОСФОРА ОРГАНИЛГАЛОГЕНИДАМИ (Литературный обзор).

2.1 Алкилирование эфиров кислот трехвалентного фосфора.

2.2 Алкилирование тиоэфиров кислот трехвалентного фосфора.

2.3.Алкилирование амидоэфиров кислот трехвалентного фосфора.

2.4 Алкилирование фосфинов.

3 .АЛКИЛИРОВАНИЕ Р(Ш)-ФОСФОКАВИТАНДОВ

Обсуждение результатов).

3.1. Алкилирование Р-Ш фосфокавит^зЕ^Щ'гало^дными алкилами.

3.1.1. Алкилирование амидофосфитокавитандов.

3.1.2. Алкилирование фосфонитокавитандов.

3.1.3. Алкилирование фосфитокавитандов.

3.2. Алкилирование амидофосфитокавитандов производными борфтористоводородной кислоты.

3.2.1. Протонирование амидофосфитокавитандов борфтористоводородной кислотой.

3.2.2. Алкилирование амидофосфитокавитандов тетрафторборатом триэтилоксония.

3.2.3. Взаимодействие амидофосфитокавитандов тетрафторборатом серебра.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

5. ВЫВОДЫ.

Химия макроциклов на сегодняшний день является одной из наиболее быстро развивающихся областей органической химии. В настоящее время синтезировано огромное число их представителей, относящихся к классам краунэфиров, криптандов, сферандов, кавитандов и других сложных по структуре циклических систем [1-4]. Многие из них потенциально биогенны, это качество зависит от их структуры и природы функциональных групп, имеющихся в молекуле. В связи со сказанным актуальной задачей синтетической химии является разработка методов функционализации и перефункционализации сложных полициклических соединений, молекулы которых содержат гегероагомы. К таковым относятся и исследуемые в настоящей работе Р(Ш)-фосфокавиганды. Наличие реакционноспособных атомов трехвалентного фосфора открывает широкие возможности доя их модификации. В тоже время жесткая каркасная структура этих соединений позволяет контролировать стереонаправленность процессов [5-7]. Одним из наиболее перспективных направлений функционализации Р(П1)-фосфокавигандов является апеллирование, в том числе получение на их основе квазифосфониевых солей. Эти соединения будут обладать амфифипьными свойствами вследствие наличия в нижнем ободе молекулы гидрофобных алкильных радикалов, а в верхнем ободе - заряженных фосфорных центров. Следует отметить, что алкилирование макрогетероциклических соединений, содержащих фосфишые функции, до начала настоящей работы в литературе не рассматривалось. 4

С учетом вышесказанного, целью данной работы является изучение алкилирования Р(П1)-фосфокавтадцов, выяснение особенностей этого процесса и как следствие - получение квазифосфониевых сшей и фосфоштов на их основе.

В ходе работы поставленная задача была выполнена: на примере Р(ПГ)-фосфокавигавдов различных типов впервые рассмотрено алкилирование фосфорсодержащих макрополициклических систем; выявлена зависимость направления алкилирования от природы экзоциклических заместителей у атомов фосфора в макроцикле и алкилирующего реагента; впервые получены и охарактеризованы индивидуальные сгереоизомеры квазифосфониевых сшей, в молекулах которых заряженные фосфорные центры фиксированы на жестком гидрофобном остове макроцикла; найдены опгимальные условия синтеза этих соединений.

Диссертация написана в традиционном ключе и состоит из следующих разделов: введение, литературный обзор, посвященный алкилированию фосфорсодержащих соединений органилгалогенадами, обсуждение результатов собственных исследований, экспериментальная часть, выводы и список использованной литературы.

Автор выражают глубокую признательность своим научным руководителям д.хн., проф. Э.Е. Нифантьеву и кх.н., доц. В.И. Масленниковой. Автор искренне благодарит кх.н., с.н.с. ЯК. Васянину и кх.н., с.н.с. АР. Беккф за помощь цри записи и обсуждении д анных спектров ЯМР. 5

5. ВЫВОДЫ

1. Исследовано алкилирование Р(Ш)-фосфокавитандов галоидными алкилами и производными борфтористоводородной кислоты. Показано, что основное влияние на ход реакции, состав и строение образовавшихся продуктов оказывает природа алкилирующего реагента и экзоциклических заместителей у атомов фосфора.

2. Установлено, что взаимодействие амидофосфито- и фосфонитокавитандов с галоидными алкилами протекает в основном с образованием двух продуктов: квазифосфониевой соли и фосфорана, соотношение которых зависит от длины углеводородного радикала в алкилирующем реагенте и используемого растворителя.

3. Найдены оптимальные условия синтеза квазифосфониевых солей кавитандов. Впервые выделены и охарактеризованы индивидуальные стереоизомеры этих солей, структура которых доказана с помощью спектроскопии ЯМР !Н, 31Р.

4. Методом спектроскопии ЯМР *Н, 31Р показано, что реакция галоидалканов с фосфитокавитандами происходит нестереоспецифично и приводит к образованию смеси стереоизомерных фосфонатокавитандов.

5. Установлено, что в зависимости от используемых реагентов взаимодействие амидофосфитокавитандов с производными

83 борфтористоводородной кислоты происходит с образованием различных продуктов: смеси соединений различного строения при протонировании борфтористоводородной кислотой; квазифосфониевых солей кавитандов при алкилировании тетрафторборатом триэтилоксония; . серебряных комплексов кавитандов при реакции с галоидными апкилами в присутствии тетрафторбората серебра.

6. Впервые получены серебряные комплексы амидофосфитокавитандов с различными лигандами у атомов серебра.

84

1.Pedersen C.J./The Discovery of Crown Ethers (Nobel Lecture)// Angew. Chem. Jilt. Et. Engl., 1988, vol. 27, N 8, p. 1021-1027.

2. Cram D.J./The Design of Molecular Hosts, Guests, and Their Complexes (Nobel Lecture)// Angew. Chem. Jnt. Et. Engl., 1988, vol. 27, N8, p. 1009-1020.

3. Cram D././Molecular container compounds// Nature, 1992, vol. 365, p. 29-36.

4. Лен Ж-М. /Супромолекулярная химия. Концепция и перспективы// Наука, Сибирское предприятие РАН, 1998, 333 стр.

5. Vollbrecht A., Neda I., Thonnessen К, Jones P.G., Harris R.K., Crowe L.A., Schmutzler R./Synthesis, Structure, and Reactivity of Tetrakis(0,0-phosphorus)-Bridged Calix4.resorcinols and Their Derivatives// Chem. Ber./ Recueil., 1997, vol. 130, p. 1715.

6. Maslennikova V.I., Shkarina E.V., Vasyanina L.K., Lisenko K.A., Sinizina Т.К., Merkulov R.V., Nifantyev E.E./Tetrapropylphosphocavitands: sinthesis, structure, and properties//Phosph. Sulfur, Silicon., 1998, vol. 139, p. 173-186.85

7. Michaelis A., Kaehne R. /Ueber das Verhalten der Jodalkyle gegen die sogen. Phosphorigsaureester oder O-Phosphine//Ber., 1898, Bd. 31, p. 1048-55.

8. Пудовик A.H., Газизов T.X. /Реакция Арбузова и ее развитие в работах Казанской школы химиков// Изв. АН СССР. Сер. хим. н., 1977, N 9, с. 1945-1964.

9. Нифантъев Э.Е. /Химия фосфорорганических соединений// Изд. Московского Университета, 1971.

10. Арбузов А.Е. /О строении фосфористой кислоты и ее производных. Экспериментальное исследование// Магистерская диссертация. СПб, 1905, 151 стр.

11. Арбузов А. Е. /Избранные труды// Изд. АН СССР, 1952, 755 стр.

12. Ezquerra J., Yruretagoyena В., Moreno-Mahas M, Roglans A. /Improved preparation of diethyl bromomethelphosphonate and diiodomethane -catalyzed triethyl phosphite Michaelis-Arbuzov Isomerization// Synth. Commun., 1995, vol. 25, N 2, p. 191-194.

13. Коротеев М.П., Сычев В.А., Конькова Т.В., Беккер А.Р., Магомедова Н.С., Вельский В.К., Нифантъев Э.Е. /Синтез и химические свойства 2,4-ди-<9-метил-/?-1)-глюкопиранозы 1,3,6-фосфита// Ж. общ. хим., 1993, т. 63, вып. 3, с. 583-592.

14. Исмаилов В.М., Бабаева Т.А., Ахмедов Ш.Т. /Реакция триэтилфосфита с а,(3-дихлорвинилалкиловыми эфирами// Ж. общ. хим., 1976, т. 46, вып. 7, с. 1652.

15. Michaelis A., Bekker Т., /Uber die constitution der phosphorigen Saure// Ber., 1897, Bd. 30, N 7, S. 1003-1009.

16. Пудовик A.H., Арбузов Б.А. /Алкильные перегруппировки// Изв. АН СССР отд. хим. н., 1949, N 3, с. 522-527.

17. Galli, Bunnett J.F /Evidence further substantiating the SrnI mechanism of aromatic substitution// J.Amer.Chem.Soc., 1979, vol. 101, N 20, p. 6137-6139.

18. Газизов Т.Х., Сударев Ю.И., Пудовик А.Н. /О реакции диалкилтриметил-фосфита, этилтриметилсилилэтилфосфонита с галоидными алкилами и ацилами// Ж. общ. хим., 1977, т. 47, вып. 7, с. 16160-1666.

19. Чаузов В.А., Студнев Ю.Н., Костина Л.П., Фокин A.B. /Алкилирование трехкординированного фосфора спиртами в водной среде// Ж. общ. хим., 1988, т. 58, вып. 10, с. 2398-2399.

20. Чаузов В.А., Студнев Ю.Н., Костина Л.П., Фокин A.B. /Алкилирование гидрофосфорильных соединений спиртами. Синтез диорганоалкил-фосфиноксидов//Ж. общ. хим., 1989, т. 59, вып. 11, с. 2472-2475.

21. Чаузов В.А., Костина Л.П. /Алкилирование in situ арилфосфинов, образующихся при термолизе гидрофосфорильных соединений// Ж. общ. хим., 1991, т. 61, вып. 10, с. 2181-2186.

22. Rauhut М.М., Currier H.A. /Reactions of bis-(2-cyanoethyl)phosphine oxide// J.Org.Chem., 1961, vol. 26, N 12, p. 4628-4632.

23. Kem K.M., Nguyen N.V., Cross D.J. /Phase-Transfer-Catalyzed MichaelisBecker Reaction// J. Org. Chem., 1981, vol. 46, N 25, p. 5188-5192.

24. Nguyen T.D., Boileau S., Gautier J.C./Phase-transfer-catalyzed synthesis of tertiary phosphine oxides// Nouv. J. Chem., 1983, vol. 7, N 2, p. 101-104.

25. Houben-Weyl /Methoden der organischen chemie// Stuttgart., 1963, b. xh/1.

26. Дивинский А.Ф., Кабачник М.И., Сидоренко B.B. /Исследование реакций фосфористых тиоэфиров с галоидными алкилами и ацилами// Док. АН СССР, 1948, т. 60, N 6, с. 999-1002.

27. Кабачник М.И., Пудовик А.Н., Батыева Э.С., Альфонсов В.А., Замолетдинова Г. У./Новые данные о реакции триалкилтритиофосфитов с алкилгалогенидами//Изв. АН СССР, сер. хим., 1987, N 8, с. 1871-1873.

28. Hercouet A., Corre M.Le /Acyloxyalkylidenephosphoranes-II. Etude des (o-Acyloxy n-Butylidenetriphenylphosphoranes. Nouvelle voie D'Accès aux Digydro-3,4 2H-Pyraiines// Tetrahedron, 1981, vol. 37, N 16, p. 2861-2865.

29. Костяновский Р.Г., Элънатанов Ю.И., Шихалиев Ш.М., Игнатов СМ., Червин И.И. /Геминальные системы. Сообщение 19. Реакции аминометилфосфинов с электрофильными реагентами// Изв. АН СССР, сер. хим., 1982, N7, с. 1611-1620.

30. Xu W., Rourke J.P., Vittal J.J., Puddephatt R.J. /Anion Inclusion by a Calix4.arene Complex: a Contrast Between Tetranuclear Gold(I) and95

31. Dimroth K., Nilrrenbach A /Zur Einwirkung von Carbonium-Ionen auf Phosphorigsaure-triester und Bildung von Phosphonsaureestern// Angew. Chem., 1958, vol. 70, N 1, p. 26-27.

32. Dimroth K, Nürrenbach A. /Reaktionen von Phosphorigsaure-triester und -triamiden mit Carbonium-Ionen// Chem. Ber., 1960, Bd. 93, N 7, p. 16491658.