Ацетилены в алюминийорганическом синтезе циклопропанов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

Рамазанов Ильфир Рпфович

АЦЕТИЛЕНЫ В АЛЮМИНИЙОРГАНИЧЕСКОМ СИНТЕЗЕ ЦИКЛОПРОПАНОВ

02.00.03. - органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук

г г МАЙ 2014

Уфа-2014

005549023

005549023

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте нефтехимии и катализа Российской академии наук

Научный консультант:

доктор химических наук, профессор, член-корреспондент РАН Джемилев Усеин Меметович

Официальные оппоненты:

Докичев Владимир Анатольевич - доктор химических наук, профессор, заведующий лабораторией металлоорганического синтеза и катализа Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института органической химии Уфимского научного центра Российской академии наук. Костиков Рафаэль Равилович - доктор химических наук, профессор, профессор кафедры органической химии Института химии Санкт-Петербургского государственного университета.

Томилов Юрий Васильевич - доктор химических наук, профессор, заведующий лабораторией химии диазосоединений Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института органической химии им. Н.Д. Зелинского Российской академии наук.

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии паук

Защита диссертации состоится 10 июня 2014 года в 10— часов на заседани диссертационного совета Д 002.062.01 при Федеральном государственном бюджетно учреждении науки Институте нефтехимии и катализа Российской академии наук адресу: 450075, Уфа, проспект Октября, 141. Тел./факс: (347) 2842750. E-mail: ink@anrb.r

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Федерально государственного бюджетного учреждения науки Института нефтехимии и катали: Российской академии наук и на сайте ИНК РАН http://ipc-ras.ru/defeance.html, а авторефератом - на сайтах ВАК Министерства образования и науки РФ и ИНК РАН.

Автореферат разослан

апреля 2014 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор химических наук

Шарипов Г.

ВВЕДЕНИЕ*

Актуальность темы. Создание новых методов синтеза замещенных иклопропановых соединений, перспективных в органическом и металлоорганическом интезе с использованием широкодоступных исходных реагентов, всегда являлось важной I актуальной задачей в органической химии. Особо широкое применение для получения иклопропановых соединений нашли карбеновые методы, такие как шгклопропанирование лефинов по Макоша, с помощью диазометана и реагента Симмонса-Смита. На основе оследнего были разработаны альтернативные металлоорганические реагенты, редставляющие собой, главным образом, карбеноиды цинка. Несмотря на то, что юрмально карбеноиды алюминия относят к группе металлоорганических соединений, близких по строению к реагенту Симмонса-Смита, они обладают отличающейся от оследнего региоселективностьто присоединения метилеповой группы к замещенным иенолам, что указывает на возможные различия в механизме реакции циклопропанирования. Триэтилалюминий, используемый для генерации карбеноидов алюминия из СН212, является доступным и дешевым реагентом, поскольку представляет собой одно из немногих металлоорганических соединений, производимых в промышленных масштабах. Кроме того, простота получения карбеноидов алюминия, их термическая стабильность и высокая реакционная способность по отношению к ненасыщенным соединениям, а также крайне малая изученность делают их интересными объектами для химического исследования с целью создания новых реагентов циклопропанирования ацетиленов и олефинов. Интересно, что карбеноиды алюминия были открыты практически одновременно с карбеноидами цинка, однако реагент Симмонса-Смита получил гораздо большее применение в органической химии. До настоящего времени были известны единичные примеры успешного использования карбеноидов алюминия в органической химии, в частности для циклопропанирования гераниола, периллилового спирта и бензилового эфира гераниола, а также у-кремнийзамещенных аллиловых спиртов. С точки зрения получения бицикло[1.1.0]бутанов, интересно взаимодействие карбеноидов алюминия с ацетиленами. В работе Гоберга 1962 года сообщалось о том, что бутин-2 при обработке СН2К2 в присутствии Е12А1С1 при -50 °С превращался в 1,2-диметилциклопропен с выходом 9% по бутину-2. Низкий выход продукта мог быть обусловлен побочными процессами, проходящими при взаимодействии ацетилена с СН2>}2 и образующегося циклопропена с алюмшшйорганическим соединением. К сожалению, вплоть до нашего времени данное направление не получило развития. В 1985 году Маруока и Ямамото обнаружили, что стабильность карбеноида алюминия, образующегося из СН212 и К^А!, определяется, главным образом, растворителем и соотношением реагентов. Таким образом, можно предположить, что взаимодействие ацетиленов с СН212 и триалкилаланами в углеводородном или галогенсодержащем растворителе будет приводить к образованию циклопропановых или полициклопропановых соединений. До момента начала настоящего

■ Автор выражает искреннюю благодарность академику РАН Нефедову О.М. за поддержку и постоянную помощь при обсуждении и интерпретации полученных результатов.

исследования в мировой литературе полностью отсутствовали сведения, касающиеся реакций ацетиленов с R3AI и СНгЬ.

Альтернативный метод синтеза циклопропановых и полициклопропановых соединений заключается в циклизации гомоаллильных алюминийорганических соединений. В лаборатории чл.-корр. РАН Джемилева У.М. был разработан метод синтеза пятичленных алюминийорганических соединений реакцией ненасыщенных углеводородов с Et3Al в присутствии каталитических количеств Cp2ZrCl2. Ацетилены в условиях реакции превращаются в алюминациклопент-2-ены, которые формально являются замещенными винилаланами и гомоаллилаланами, что позволяет рассматривать их в качестве синтонов при получении циклопропановых соединений. Однако до настоящего времени практически не было известно о превращении функционально-замещенных ацетиленов в алюминациклопент-2-ены и соответствующие циклопропаны, перспективные для практического применения. Таким образом, разработка новых методов получения функционально-замещенных алюминациклопент-2-енов для последующей их гомоаллил-циклопропилметильной перегруппировки в циклопропаны, а также прямое превращение ацетиленов в замещенные циклопропаны, являются перспективными подходами к конструированию циклопропановых соединений.

Работа выполнена в соответствии с планами НИР Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института нефтехимии и катализа РАН по теме «Комплексные катализаторы в химии непредельных, металлорганических и кластерных соединений» № Госрегистрации 0120.0850048 от 08.03.08, а также при поддержке гранта РФФИ № 08-03-97007-р_поволжье_а (2008-2009) «Разработка нового эффективного метода прямого циклопропанирования ацетиленов», по программе № 1 ОХНМ РАН (2009) «Карбеноиды алюминия. Синтез, механизм образования и реакционная способность» и ОХ-01 РАН (2010-2011) «Карбеноиды алюминия. Синтез, механизм образования и реакционная способность».

Цель работы. Целью диссертационной работы является проведение фундаментальных исследований по разработке эффективных однореакторных методов превращения ацетиленов в замещенные циклопропаны в реакциях с карбеноидами алюминия, полученными in situ из R3A1 и СН212. В развитие этих работ впервые планируется осуществление каталитического циклоалюминирования функционально-замещенных ацетиленов с помощью Et3Al под действием катализатора Cp2ZrCl2 в соответствующие алюминациклопентены. Будут также изучены закономерности гомоаллил-циклопропилметильной перегруппировки алюминациклопентенов в циклопропаны. Реализация упомянутых выше направлений исследований, как мы полагаем, приведет к созданию универсальных методов однореакторного превращения ацетиленов и алюминациклопентенов в соответствующие циклопропаны, что откроет перспективы для разработки новых металлоорганических реагентов и реакций, используемых в новых химических технологиях получения богатых энергией, практически важных соединений, а также лекарственных препаратов, построенных из малых циклов.

Научная новизна. В рамках данной диссертационной работы впервые разработаны эффективные однореакторные методы синтеза замещенных циклопропанов различной

■труктуры, основанные на проведении реакций моно- и дизамещенных ацетиленов с R3A1 где R=Me, Et, ¡-Bu) и СН212 или алюминациклопентенов, получаемых in situ из изамещенных ацетиленов и Et3Al в присутствии катализатора Cp2ZrCl2, с алкиловыми фирами сульфоновых кислот. Упомянутые вьпие методы синтеза замещенных иклопропанов перспективны для практического применения не только в лабораторной рактике, но и в промышленности. Впервые осуществлено селективное одностадийное ревращение моно- и дизамещенных ацетиленов в циклопропансодержащие люминийорганические соединения с использованием карбеноидов алюминия R2A1CH2I, еперируемьтх in situ из R3A1 и СН2Т2. Разработан универсальный региоселективный однореакторный метод превращения моно- и дизамещенных ацетиленов под действием Ме3А1 и СН212, взятых в соотношении 1:4:6, в р-иодэтштзамещенные циклопропаны с высокими выходами. Впервые показана возможность одностадийного синтеза циклопропилсиланов реакцией триметилсилилзамещенных ацетиленов с R3A1 (где R= Et, /'-Bu) и СН212, взятых в соотношении 1:3:3. Разработан общий метод синтеза 1,1'-дизамещенных бис-циклопропанов с высокими выходами, основанный на взаимодействии замещенных пропаргиловых спиртов с R3A1 (где R = Et, ¡-Bu) и СН212. В опытах с гомо- и бисгомо-пропаргиловыми спиртами в описанных выше условиях образуются циклопропансодержащие алюминийорганические соединения. Замещенные пропаргиламины в реакции с R3A1 (где R= Et, i-Bu) и СН212 образуют моно- и дициклопропансодержащие амины. Взаимодействием тризамещенных фосфинов с СН212 и R3A1 получены алюминийорганические фосфониевые соли. Установлено, что при взаимодействии замещенных аллилацетиленов с карбеноидами алюминия, генерируемых in situ из R3A1 и СН212, первоначально происходит циклопропанирование двойной связи в аллильном фрагменте с получением соответствующих циклопропилацетиленов, а затем реагирует ацетиленовая связь в последних, что способствует образованию (циклопропилметил)циклопропанов. Впервые показано, что циклические и ациклические, алифатические и ароматические 1,2-диены реагируют с R3A1 и СН212, давая с высокими выходами спиропентаны. Впервые осуществлено региоселективное циклоалюминирование функционально-замещенных ацетиленов - замещенных пропаргиловых, гомопропаргиловых и бисгомопропаргиловых спиртов, пропаргиламинов различной структуры с помощью Et3Al в присутствии катализатора Cp2ZrCl2 с получением соответствующих алюминациклопентенов, содержащих алюминаокисиметильные и аминометильные заместители. В аналогичное превращение вступают замещенные аллил амины и аллилсульфиды с образованием функционально-замещенных алюминациклопентанов. В развитие этих исследований разработан новый метод синтеза 2,3-дизамещенных алюминациклопентенов с помощью катализирумой Cp2TiCl2 реакции дизамещенных ацетиленов с EtAlCI2 и этиленом, генерируемым in situ из 1,2-дихлорэтана и Mg. Исследование химических трансформаций синтезированных алюминациклопентенов позволило впервые разработать препаративный метод направленного превращения последних в соответствующие замещенные циклопропаны под действием алкиловых эфиров сульфоновых кислот.

Практическая ценность работы. Практическая значимость проведенных исследований заключается в разработке новых эффективных методов синтеза ранее труднодоступных циклопропансодержащих соединений, основанных на проведении реакций гомоаллил-циклопропильной перегруппировки алюминациклопентенов, а также однореакторного превращения ацетиленов в замещенные циклопропаны с помощью карбеноидов алюминия. Разработанные в диссертационной работе методы и подходы к синтезу циклопропансодержащих соединений перспективны не только в лабораторной практике, но и для создания на их основе современных химических технологий получения замещенных циклопропанов, биологически активных соединений и новых материалов.

Апробация работы. Материалы диссертации представлены на Всероссийской конференции по органической химии, посвященной 75-летию со дня основания Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН (Москва 2009), International symposium on advanced science in organic chemistry (Miskhor, Crimea 2010), Международной конференции «Актуальные проблемы физико-органической, синтетической и медицинской химии» (Уфа 2010), The Butlerov's International Congress on Organic Chemistry (Kazan, 2011), 16th International Electronic Conference on Synthetic Organic Chemistry (2012).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы 19 статей, 2 обзора, тезисы 12 докладов на конференциях, получены 7 патентов РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора на тему «Карбеновые методы в синтезе полициклопропановых соединений», обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка цитируемой литературы из 292 наименований. Материал диссертации изложен на 294 страницах компьютерного набора (формат A4), включает 76 схем, 20 рисунков, 13 таблиц и 3 графика.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

К моменту начала наших исследований в литературе отсутствовали сведения о препаративных методах циклопропанирования ацетиленов карбеноидами алюминия. Однако из работы Гоберга1 было известно, что бутин-2 при обработке CH2N2 в присутствии Et2AlCl при -50 "С превращается в 1,2-диметилциклопропен с выходом 9% по бутину-2. При охлаждении реакционной массы до -80 °С после гидролиза ему удалось обнаружить в следовых количествах 1-хлор-2-метил-2-бутен, что указывало на участие в реакции карбеноида алюминия, генерируемого из CH2N2 и Et2AlCl. Низкий выход продукта мог быть обусловлен побочными процессами, проходящими при взаимодействии ацетилена с CH2N2 и образующегося циклопропена с алюминийорганическим соединением. С другой стороны, карбеноид алюминия может быть легко получен смешиванием эквимольных количеств СН212 и триалкилалюминия, например Et3Al, при комнатной температуре.2 Таким образом, наш! было выдвинуто предположение, что взаимодействие ацетиленов с СН212 и триалкилаланами может привести к получению

1 Hoberg H. Zur kenntnis sogenannter carben-reactionen // J. Lieb. Ann. - 1962. - Vol. 656. - № 1. - P. 1-14.

2 Miller D.B. Reaction of triethylaluminum and polygalomethanes: formation of cyclopropane and cycloheptatriene derivatives // Tetrahedron Lett - 1964. - Vol. 5. - №17. - P. 989-993.

циклопроленов или бицикло[1.1.0]бутанов. Кроме того, можно было ожидать, что интермедиаты этого превращения могут подвергаться и другим трансформациям. (Схема 1). Данный подход к получению соединений циклопропанового и полициклопропанового ряда до настоящего исследования не реализовывался.

Схема 1

Е(,А1 + СН,1, -Е1,А1СН,1

Et,Al

Et.Al^ ^CHJ "Et*A"

R

R

Et,Al

- EtjAll

A +Et2AlCH2I p R ELAl

V

В предварительных экспериментах октин-4 был вовлечен в реакцию с СН212 в присутствии алюминийорганических соединений различного строения (Et3Al, Ме3А1, г-Ви3А1, г-Ви2А]Н, г-BuiAlCl, Et2AlCl) в среде СН2С12 при температуре 20-25 °С. Взаимодействие октина-4 с СН212 в присутствии Ме3А1 проходило с полной конверсией ацетилена и селективным образованием одного продукта реакции с высоким выходом. Оптимальное мольное соотношение реагентов [октин-4]:[СН212]:[Ме3А1] составило 1:4:6. Столь же селекпгвно реакция протекала в случае Et3Al и í-Bu3Al. При использовании диалкилалюминийхлоридов (г'-Ви2А1С1, Et.AlCI) и í-BuiAIII конверсия исходного ацетилена не превышала 27% через 24 часа (20%, 14% и 27% соответственно), что, по-видимому, обусловлено низкой скоростью образования карбеноидов алюминия из СН212. Таким образом, только три вышеупомянутых триалкилапана (Et3Al, Ме3А1, г'-Ви3А1) из испытанных алюминийорганических соединений приводили к селективному превращению октина-4 в присутствии СН212 в циклопропансодержащие соединения. С целью изучения границ приложения данной реакции, а также разработки общего метода превращения ацетиленов в соединения циклопропанового и полициклопропанового ряда, идентификации интермедиатов, выяснения влияния структуры исходных алюминийорганических соединений и ацетиленов на направление реакции в рамках настоящей диссертационной работы исследовано взаимодействие моно- и дизамещенных ацетиленов, в том числе функционально-замещенных, с СН212 и триалкилаланами.

1. Превращение ацетиленов в циклопропановые соединения под действием СН212 и Et3Al

Как было обнаружено в предварительных экспериментах, взаимодействие симметричных диалкилзамещенных ацетиленов (октин-4, децин-5, гексин-3) с 4 мольными эквивалентами СН212 и 6 мольными эквивалентами Et3Al при комнатной температуре в среде дихлорметана приводило через 1 час к селективному образованию алюминийорганических соединений 1а-с, содержащих в своей структуре 1,1-

дизамещенный циклопропановый фрагмент (Схема 2). Однако, при увеличении продолжительности реакции до 12 часов наблюдалась перегруппировка 1,1-дизамещенных циклопропанов 1а-с в 1,1,2,2-тетразамещенные циклопропаны 2а-с, причем последние получались в виде смеси цис- и транс-изомеров, находящихся в соотношении ~ 1:1.

Взаимодействие с октином-2 проходило с образованием решоизомеров 2е и 2£ гидролиз которых приводил к полученшо стереоизомера 5е. Реакция фенилметидацетияена с СН212 и Е13А1 селективно давала алюминийорганическое соединение Ы, содержащее в своей структуре 1,1-дизамещенный циклопропановый фрагмент. Увеличение продолжительности реакции не способствовало перегруппировке и образованию тетразамещенного циклопропана. Терминальные алкилзамещенные ацетилены реагировали с СН21г и Е13А1 в вышеуказанных условиях с образованием 1,1,2-тризамещенных циклопропанов 2g-l с выходом 71-87%.

Схема 2

CHOj (4 экв.) EtjAl (6 экв.)

CHXI,, 22 »С

I ч

a: R'=n-C3H7, R2=n-C3H7; Ь: R'=n-C4H,, Rz=n-C4H9; с: R'=n-C2H,, R!=n-C2H5; d: R'-Ph, R2-C1I,; e: R'^-C.H,,, R!=Cil,; f: R'=CH3, R2=n-C5H„; g: R'=7!-C4H„ R2=H; h: R'=n-C5Hn.R2-H; i: R2-H;

j: R'=n-CSHI7>R2=H k: R'=n-C,0H2|) R2=H; 1: R1=n-C]2H25, R^H;

R'

AlEtj

22°C

12 ч

К K.

AlEt,

2a-c (цис+транс 1:1) 2e-I (один стереоизомер)

H20 (D20)

H20 (D,0)

к к

H(D)

За-d; (4a) 51%; (4b) 58%; (4c) 56%; (4d) 62%

5a-c (цие+транс 1:1) 5e-l (один стереоизомер); (6a) 78%; (6b) 83%; (6c) 84%; (6e+6f 1:1) 75%; (6g) 72%; (6h) 79%; w (61) 74%; (6j) 71%; (6k) 87%; (61) 77%

Наилучшие результаты были получены при проведении реакции в галогенсодержащих растворителях (дихлорметан, дихлорэтан, дибромэтан), что связано, по-видимому, с увеличением стабильности образующегося ш situ карбеноида алюминия за счет специфической сольватации. Более предпочтительным является использование дихлорметана, поскольку дихлор- и дибромэтан склонны к быстрому спонтанному разложению в присутствии Et3Al, особенно при нагревании. С меньшей скоростью и с более низким выходом проходило образование циклопропанов в углеводородных растворителях (гексан, бензол). Использование эфирных растворителей (диэтиловый эфир, ТГФ) препятствует реакции, что, по-видимому, связано с образованием устойчивых малореакционноспособных эфиратов Ht,Al*OR2. Изменение температуры в интервале 0-40°С в случае дихлорметана и 23-60°С в случае гексана мало влияло на выход циклопропана. В кипящем толуоле через 8 часов помимо циклопропана 2а получалась

3 Maruoka K., Fukutani Y., Yamamoto H. Trialkilaluminum - alkylidene iodide. A powerful cyclopropanation agent with unique selectivity// J. Org. Chem. - 1985. - Vol. 50. - № 22. - P. 4412-4414.

сложная смесь неидентифицированных соединений, являющихся, по-видимому, продуктами электрофильного алкилирования ароматического ядра.

Как уже было отмечено выше, наибольший выход циклопропансодержащих алюминийорганических соединений (-78% в случае реакции с октин-4) наблюдался при соотношении исходных реагентов [ацетилен] :[СН212]:[Е^А1] равном 1:4:6. При уменьшении доли СН212 ([ацетилен] :[СН212]:[Е13А1] = 1:3:6) в реакционной массе через сутки остается более 20% непрореагировавшего ацетилена. В то же время увеличение концентрации СН2Т2 ([ацетилен]:[СН212]:[Е13А1] = 1:5:6) не способствует дальнейшему увеличению выхода циклопропана (относительно указанного выше соотношения реагентов [ацетилен]:[СН212]:[Е13А1] = 1:4:6). При использовании эквнмольных количеств реагентов ([ацетилен]:[СН212]:[Е13А1] = 1:1:1)) образуется сложная смесь соединений, включающая, по-видимому, продукты олигомеризации и полимеризации. Конверсия ацетилена при этом не превышает 25%.

На основании литературных и собственных экспериментальных данных предложена схема реакции (Схема 3), начальной стадией которой является генерация иодметил(диэтил)алюминия, карбоалюминирующего ацетилен с образованием иодсодержащего алкенилалана А. Взаимодействие интермедиата А с Е13А1 приводит к образованию ненасыщенного алюминийорганического соединения В. При последующем циклопропанировании двойной связи и внедрении метиленовой группы по связи А1-С формируется алюминийорганическое соединение 1, которое затем перегруппировывается в 2 в результате 2-циклопропилэтильной перегруппировки. Согласно предложенной схеме реакции, в формировании одной молекулы циклопропана 2 участвуют три молекулы СН212 и четыре молекулы Е13Л1, что хорошо согласуется с экспериментально найденным оптимальным мольным соотношением реагентов с учетом использования полуторакратного избытка Е1:3А1 и СН212 по отношению к ацетилену.

Схема 3

СН212 + ЕЦА1 -»- Е(2А1СНЛ

и.2 ~ я'

Е^АЮГЛ

Е^А!

Я1 ЕЦА1

-Е^АП

Я'Д^апкнл, алкил; Ph.il; алкил.Н

Я2 И'

к. К

Е1

Ег

А1Е1,

А1Е1,

И2 Я1

В

Е^А!

Е1,А1СНЛ

Е^АЮНЛ

- е^АИ Е^АГ

- ЕЬ,АН

Я2 Я1

Ч>

2 -----2 \

Квантовохнмическое моделирование стадии карбоалгоминирования ацетилена методом РМЗ демонстрирует энергетическую предпочтительность процесса (иодметил)алюминирования по сравнению с этилалюминированием. Было также показано, что энергетический барьер активации стадии иодметилалюминирования бутина-2 с

помощью Ме2А1СН21 примерно на 8 ккал/моль меньше, чем у стадии присоединения к тому же ацетилену МегпСН21. Поскольку многие комплексы переходных металлов, такие как Ср2г1С12, Ср2Т1С12 катализируют протекание реакции карбоалюминирования, была сделана попытка ускорить с их помощью стадию карбоалюминирования ацетилена. Однако использование каталитических количеств этих металлоорганических комплексов в изучаемой реакции не оказало влияния на конверсию ацетилена, скорость реакции и состав ее продуктов. Последующие стадии взаимодействия соединения А с Е^АЬ а также циклоалюминирования ненасыщенного алюминийоргашиеского соединения В имеют известные аналоги в литературе. Стадия взаимодействия соединения А с Е13А1 известна как нуклеофильное сопряженное (или аллильное) замещение и, как правило, имеет место в аллильных системах со стерически затрудненным насыщенным атомом углерода. В случае соединения А стерический фактор не играет большой роли и можно ожидать, что нуклеофильное замещение будет проходить по механизму а не Однако, согласно Полингу, степень ионности А1-С связи в алюминийорганических соединениях составляет лишь 21%. По-видимому, степени нуклеофильности алкильного заместителя при атоме алюминия недостаточно для осуществления замещения иода по механизму 8м2. С другой стороны, менее напряжённое шестичленное переходное состояние обуславливает энергетическую предпочтительность нуклеофилыюго замещения по 8\2' механизму. Последующее циклопропанирование соединения В идет аналогично процедуре, разработанной Ямамото и Маруока для олефинов и ненасыщенных спиртов. Впрочем, нужно отметить, что ненасыщенные металлоорганические соединения до настоящего времени в реакцию с карбеноидами алюминия не вовлекались. Интересно проанализировать факторы, препятствующие образованию замещенных циклопропенов из соединения А. Как было указано выше, при взаимодействии бутина-2 с диазометаном в присутствии Е1А1С12 при -50 °С получали 1,2-диметилциклопропен с выходом 9% по ацетилену. Е1А1С12 является намного более слабым С-нуклеофилом, нежели Е13А1. Алкилирующая способность алюминийорганических соединений падает в ряду Я3А1 > Я2А1С1 > Л3А12С13 > ЯАЮЬ, вследствие образования более прочных димерных комплексов. Хотя реакции алкилирования ненасыщенных соединений типичны для алкилаланов, но для Е1А1С12 являются необычными. Таким образом, в случае взаимодействия бутина-2 с СН2Ы2 и Е1А1С12, соединение А в отсутствие подходящего нуклеофила превращается в циклопропен, который в присутствии сильных кислот Льюиса подвергается дальнейшим неселекгивным превращениям. Следует обратить внимание на упомянутый выше эксперимент, в котором использовалось эквимольное количество реагентов: октин-4, СН212 и Е13А1. Можно предположить, что в этих условиях проходило циклопропанирование ацетилена в циклопропен, который в присутствии Е12А1СН21 и Е12ЛП образовывал продукты олигомеризации и полимеризации. Использование избытка Е1,А1 способствует превращению соединения А в В и более селективному прохождению реакции.

Следующий момент, который следует осветить, связан с 2-циклопропилэтильной перегруппировкой соединения 1 в 2 (Схема 4). Нужно отметить, что ранее в металлоорганической химии данный феномен не наблюдался и изучаемая реакция представляет уникальный пример этого явления. Более того, ранее Маеркером были

предприняты безуспешные попытки

перегруппировку 2-

осуществить

циютопропилэтильных магнийорганических соединений4. Таким образом, изучение этой нетривиальной перегруппировки представляет большой интерес для физической органической химии. По-видимому, движущей силой 2-циклопропилэтильной перегруппировки является образование более стабильного циклопропанового соединения. Вычисленные методом ВЗЬУР/б-ЗЮ* значения стандартной свободной энергии

образования ряда циклопропанов тетразамещенного циклопропана 2 из выгодным процессом.

показывают, что 1,1 -дизамещенного

R

Е^А!—' Б

R Et

1

R Et

'R

AI5+ Et''' VEt

EL,A1

R R

формирование 1,1,2,21 является энергетически

Схема 4

Дб".298 (1—>2), ккал/молъ: -12.21 (К'= л-Рг, и-Рг): -5.27 (К1= л-Аш, И2= Н); -11.07 т'-РЬ, И2=Ме);

Важным является также вопрос о региоселективности реакции. Реакция карбоалюминирования ацетиленов проходит через четырехцентровое переходное состояние, в котором атом металла координируется с атомом углерода тройной связи, обладающим наибольшей я-электронной плотностью. Теоретические расчеты методом ВЗЬУР/6-ЗШ* с последующим ЫВО анализом заселенностей молекулярных орбиталей показывают, что в терминальных ацетиленах тройная связь сильно поляризована и ее электронная плотность смещена в сторону терминального атома углерода. В случае же диалкилзамещенных ацетиленов большого разделения зарядов не происходит, и реакция проходит нерегиоселективно. Поляризация тройной связи в метилфенилацетилене способствует ее региоселективному карбоалюминированию. Как уже отмечалось выше, в результате реакции получался исключительно 1,1-дизамещенный циклопропан 1(1. Увеличение продолжительности реакции до 48 часов, а также повышение температуры до 40 "С (8 часов) не привели к перегруппировке 1с1 в тетразамещенный циклопропан. По-видимому, в данном случае 2-циклопропилэтильной перегруппировке препятствуют неблагоприятные стерические факторы, возникающие в переходном состоянии. Барьер активации 2-циклопропилэтильной перегруппировки, рассчитанный методом ВЗЬУР/б-ЗЮ*, в случае реакции с метилфенилацетиленом составляет 96.64 ккал/моль, что на 67.16 ккал/моль больше величины, полученной для превращения октина-4.

Согласно схеме 2, стереоконфигурация тетразамещенного циклопропана 2, определяется на стадии 2-циклопропилэтильной перегруппировки 1 в 2. Поскольку данная перегруппировка является одной из самых медленных стадий превращения, можно предположить, что соотношение стереоизомеров будет подчиняться принципу Куртина-Гамметта, то есть константа интерконверсии конформаций I и II будет значительно

4 Maercker А., Theysohn W. Versuche zur Uinlagerung von 2-Cyclopropyl-athyl- Anionen // Lieb. Ann. Chem. - 1972. - Vol. 759.-№ l.-P. 132-157.

больше константы перегруппировки I в V и II в VI (Схема 5). В таком случае соотношение стереоизомеров будет определяться разностью энергий переходных состояний III и IV.

Схема 5

'Affit,

Методом B3LYP/6-31G* были локализованы переходные состояния III и IV. В случае окгина-4 разница между стандартной свободной энергией образования переходных состояний Ш и IV составляла 2.70 ккал/моль, в то время как для гептина-1 переходное состояние IV было стабильнее, чем Ш на 6.65 ккал/моль, что согласуются с экспериментально наблюдаемым фактом получения в случае октина-4 двух стереоизомеров, а в реакции с гептином-1 - одного стереоизомера. Этильный заместитель при четвертичном атоме углерода в переходном комплексе III и заместитель R в переходном комплексе IV испытывают стерическое взаимодействие с этильным заместителем при атоме алюминия. Это взаимодействие является основной причиной стереоселективности реакции с гептином-1. Важно, что эти выводы можно сделать и на основе качественного рассмотрения стерических факторов, влияющих на стабильность молекулы образующегося тетразамещенного циклопропана. Самым объемным заместителем при циклопропановом кольце является фрагмент CH2CH2AlEt2, который участвует в процессах лигандного обмена с другими молекулами алюминийорганических соединений, образуя межмолекулярные комплексы, что увеличивает пространственное взаимодействие с г/норасположенным заместителем.

Таким образом, впервые было установлено, что взаимодействие терминальных и дизамещенных ацетиленов с СН212 и Et3Al проходит с селективным образованием замещенных циклопропановых алюминийорганических соединений.

2. Превращение ацетиленов в циклопропацовые соединения под действием СН212 и Ме3А1

С целью изучения границ приложения данной реакции, а также разработки общего метода превращения ацетиленов в соединения циклопропанового ряда, было исследовано взаимодействие моно- и дизамещенных ацетиленов с СН212 в присутствии других алюминийорганических соединений. Согласно схеме 3, природа использованного алюминийорганического соединения определяет характер алкильного заместителя при

циклопропановом кольце. Особое место среди циклопропаисодержащих природных соединений занимают метилзамещенные производные. Поэтому особый интерес представляло превращение ацетиленов под действием СН212 и Ме3А1 в метилзамещенные соединения циклопропанового ряда. Установили, что взаимодействие октина-4 с СН2Ь и Ме3А1 в среде дихлорметана при комнатной температуре в течение 8 часов приводит к получению диастереоселективно чистого (>97%) 1-(2-иодэтил)-2-метил-1,2(2)-дипропилциклопропана 7а с выходом 87% (Схема 6). При дейтеролизе реакционной смеси не наблюдалось образование дейтерозамещенного циклопропана, что указывает на отсутствие AI-C связей в молекуле соединения. Как и в случае взаимодействия с СН2Т2 и Et3Al, наилучшие результаты получены при проведении реакции в среде галогенсодержащих растворителей (дихлорметан, дихлорэтан). Проведение реакции при различной температуре (0, 20, 40 °С) мало влияет на выход замещенного циклопропана и состав продуктов реакции. Аналогичным образом проходит взаимодействие диалкилзамещенных (гексин-3, децин-5) и терминальных (гексин-1, гептин-1, октин-1, децин-1) ацетиленов с СП212 и Ме3А1. Во всех случаях с высоким выходом и стереоселективностыо получались иодзамещенные соединения циклопропанового ряда 7. Следует отметить, что для соединений 7а-с с помощью метода NOESY была однозначно установлена г/ис-орие1гтация ал [сильных заместителей R1 и R2 при циклопропановом кольце. В то же время, стереоконфигурацию тризамещенных циклопропанов 7d-g методами ЯМР-спектроскошш определить не удалось.

Схема 6

а: R1=n-C3H7, R2=n-C3H7 (87%, транс >97%) СН,12 (4 ЭКВ.) R R b: R'=/i-C4H9, R^n^H, (85%, транс >97%)

Ме3А1 (6 Экв.) V—Д с: R'=C.HS, R2=C,H5 (75%, транс >91%)

—/ V 1

__Nie d: R'=/i-C,,H„ R2=H (69%)

CH2C12, rt / e:Rl-n-C5Hll,R2=H(72%)

8 Ч I f: Rl=n-C6H13, R2=H (80%)

7a-g g: R'=/i-C8H17, R2=H (73%)

Очевидно, что образование иодзамещенного циклопропана идет по схеме, аналогичной той, что была предложена ранее для взаимодействия ацетиленов с СН212 и Et3Al. Однако в отличие от схемы 3, в случае реакции с Ме3А1 присутствует стадия АН обмена между циклопропилсодержащим алюмининорганическим соединением и СН212. Взаимодействие октина-4 с Ме3А1 и CD2I2 дало дейтерозамещенный иодсодержащий циклопропан с выходом 87%, положение атомов дейтерия в котором полностью соответствовало ожидаемому.

Анализ переходного состояния стадии 2-циклопропилэтильной перегруппировки методом B3LYP/6-31G* показывает предпочтительность образования г;ис-изомеров 7d-g в случае реакции с алкилзамещенными терминальными ацетиленами. В то же время, в случае реакции с октином-4 расчеты предсказывают меньшую величину барьера активации стадии, ведущей к формированию транс-изомера 7а, что находится в согласии с экспериментальными данными.

Метилфенилацетилен взаимодействует с Ме3А1 и СН212 с селективным образованием 1_[ ] -(2-иод-1,1 -диметилэтил)циклопропил]бензола с выходом 79%. Как было показано выше, реакция метилфенилацетилен с Et3Al и СН2Т2 также останавливается на стадии

образования 1,1-дизамещенного циклопропана вследствие неблагоприятных стерических факторов, возникающие в переходном состоянии при 2-циклопропилэтильной перегруппировке.

Известно, что карбеноиды металлов могут быть также получены под действием металлоорганических соединений на другие полигалогенметаны, такие как СНВг3, ССЦ. В этой связи изучалось взаимодействие октина-4 с Ме3А1 и различными полигалогенметанами, такими как СН13, СНВг3, СН2Вг1, СН2Вг2,и CCL,. Установлено, что в случае использования СН2Вг1 вместо СН212, иодсодержащий циклопропан 7а образуется с выходом 45%. В то же время СН13, СНВг3 и СН2Вг2 в условиях реакции с октином-4 не реагировали.

Таким образом, взаимодействие моно- и дизамешенных ацетиленов с СН212 и Ме3А1 приводит к селективному образованию ß-иодэтилзамещенных три- и тетразамещенных циклопропанов.

3. Превращение ацетиленов в циклопропановые соединения под действием СН212 и 1-Ви3А1

Столь резкое различие в химизме процесса, зависящее от природы алюминийорганического соединения инициировало исследование по изучению роли размера алкильного заместителя в триалкилалане и относительной активности используемых триалкилаланов. С целью изучения влияния стерического фактора на характер продуктов реакции было исследовано взаимодействие ряда ацетиленов с СН212 и г-Ви3А1, поскольку стерический объем ш?о-бутильной группы сильно отличается от объема метальной.

Было установлено, что октин-4 под действием СН212 и ¿-Ви3А1 превращается с выходом 84% в течение 8 часов в циклопропансодержащее алюминийорганическое соединение 8а, дейтеролиз которого приводит к получению дейтеросодержащего тетразамещенного цшслопропана 9а (Схема 7).

СН212 (4 экв.) /-BujAl (6 экв.)

CH,Cl,,rt

R1

i-Bu,Al

13

Схема 7

а: lOn-Cyi,, R2=n-C,H7 (84% b: R'-CjH,. R2=C,H5 (65%) R1 R2 кЮ^л-СдНр.ЯЬСАСТО0/.)

/ d: R1^n-C5HUiR2=CH3 (73%)

/-' V 4-( e: Rl=C4Hg, R2=H (83%)

D N f: Ri=n-C,HU,R2=H(69%)

9a-e g: R'-л-ОДз, R2-H (66%)

h:R1=d-C,H„, R2=H (80%)

'С тетразамещенного циклопропана 9a

На основании того, что в спектре ЯМР наблюдался только один набор сигналов, был сделан вывод о стереоселективном характере прохождения реакции, но при анализе ТТОЕБУ спектра однозначно определить стереоконфигурацию образующегося тетразамещенного циклопропана не удалось. Однако из рассмотрения переходных состояний стадии 2-циклопропилэтильной перегруппировки,

5 Kobrich G., Fischer R.-H. Metall-halogen-austausch und ligandenwechsel an carbenoiden // Chem. Ber. - 1968. - Vol. 101. -№9.-P. 3219-3229.

рассчитанных методом РМЗ, можно предположить предпочтительное образование тетразамещенного циклопропана с »i/шнс-ориентированными заместителями R1 и R .

Взаимодействие гексина-3, децина-5 и октина-2 с CH2I2 и i'-Bu3Al происходило аналогичным образом с получением после дейтеролиза 1,1,2,2-тетразамещенных циклопропанов 9b-d. В случае октина-2 реакция проходила нерегиоселективно с образованием смеси региопзомеров в соотношении 1:1. Терминальные ацетилены (гексин-1, гептин-1, октин-1, децин-1) реагировали с СН212 и i-Bu3Al, давая тризамещенные циклопропансодержащие АОС 8e-h. Согласно квантовохимическим вычислениям, проведенным методом РМЗ, термодинамически более стабильным является переходное состояние, ведущее к формированию изомера с глранс-ориентированными заместителями R' и R2. Метилфенилацетилен под действием СН212 и г'-Ви3А1 после дейтеролиза давал 1-{1-[1-(дейтерометил)-1,3-диметилбутил]циклопропил) бензол с выходом 82%.

Таким образом, взаимодействие моно- и дизамещенных ацетиленов с СН212 и i'-Bu3Al проходит аналогично ранее рассмотренной реакции ацетиленов с СН212 и Et3AI с образованием три- и тетразамещенных циклопропанов, что демонстрирует общий характер изучаемой реакции, выражающийся в едином механизме реакции, образовании близких по строению продуктов, аналогичной зависимости от различных факторов.

При изучении кинетических закономерностей взаимодействия триалкаланов с СН212 была выявлена причина «аномального» поведения Ме3А1, проявляющегося в селективном образовании (3-иодэтилзамещенных циклопропанов. При взаимодействии эквимольных количеств СН212 и Et3Al (или ¡-Ви3А1) в растворе дихлорметана при комнатной температуре, по данным газовой хроматографии уже через пять минут СН212 не обнаруживался в реакционной массе, поскольку превращался в карбеноид алюминия. В случае же Ме3А1, конверсия СН212 составляла лишь 73% через 2 часа. Данный результат можно объяснить большей склонностью Ме3А1 к образованию димера (Ме3А1)2 и, следовательно, меньшей концентрацией мономерного Ме3А1. Так, Ме3А1, в отличие от Et3Al, в газовой фазе полностью находится в димерном состоянии.6 Таким образом, получающееся в ходе реакции циклопропансодержащее алюмишшорганическое соединение реагирует со свободным СН212. Следует отметить, что данный подход позволяет a priori оценить активность в исследуемой реакции любого алюминийорганического соединения. Так, малоактивные в реакции с СН212 диалкилалюминийхлориды (7-Bu2A1C1, Et2AlCl) оказались столь же неактивны и в изучаемой реакции. Конверсия исходного ацетилена в их случае не превышала 20% через сутки. Было также проведено кинетическое исследование по установлению относительной реакционной активности триалкилаланов и ацетиленов. В аналогичных условиях при температуре О °С изучали кинетику превращения октина-4 в реакции с СН212 и рядом триалкилаланов (Ме3А1, Et3Al, ¡-Bu3Al) в растворе дихлорметана. Установили, что реакционная способность триалкилаланов увеличивается в ряду Me3Al<i'-Bu3Al<Et3Al (kOTI1(Et3Al)=l, к'(т,(МсзА1)=0.2, кога(7-Ви3А1)=0.3). Меньшая активность Ме3А1 может быть связана с его большей склонностью к образованию стабильных ассоциатов. В случае

6 Laubengayer A.W.., Gilliam W.F. The Alkyls of the Third Group Elements. I. Vapor Phase Studies of the Alkyls of Aluminum, Gallium and Indium // J. Am. Chem. Soc. - 1941. - Vol. 63. - № 2. - P. 477-479.

реакции с /-Ви3А1, по-видимому, играет роль стерический фактор. Исследования относительной реакционной способности ацетиленов показали, что диалкилзамещенные ацетилены вовлекаются в реакцию с СН212 и Е(3А1 быстрее терминальных (к„та(4-октин)=1, котнО-октин^ОЛ), что согласуется с представлениями об электрофилыюй природе карбеноидов алюминия.

4. Превращение кремнийорганических ацетиленов в циклопропановые соединения под действием СН212 и /-ВизА1

В ряду ацетиленов высокой нуклеофильностью обладают кремнийорганические ацетилены, которые нашли широкое применение в металлорганической химии в качестве лигандов, наиболее известным из которых является бис(триметилсшшл)ацетилен (ВТМБА). Поэтому можно было ожидать, что кремнийорганические ацетилены будут легко вовлекаться в реакцию с карбеноидами алюминия с получением в одну стадию замещенных (триметил)циклопропилсиланов. Таким образом, в продолжение исследования взаимодействия ацетиленов с СН212 и триалкилаланами, а также с целью выяснения влияния природы заместителя в молекуле ацетилена на характер превращения было изучено поведение в исследуемой реакции кремнийорганических производных ацетиленовых соединений.

Взаимодействие 1-алкинил(триметил)силанов с СН212 и ¿-Ви3А1 в среде дихлорметана в течение 3 часов при комнатной температуре приводило к получению циклопропилалана 10, который после дейтеролиза или гидролиза давал диастереомерно чистые циклопропилсиланы 11 (12) с выходом 61-83% (Схема 8). Наибольший выход 11а (83%) был получен при использовании г'-Ви3А1. При замене г'-Ви3А1 на Е13А1 выход циклопропилалана снижался до 59% вследствие неполной конверсии исходного ацетилена и образования побочных продуктов. Реакция с участием ¡'-Ви2А1С1 приводила к получению соединения 11а с выходом 53% через 48 часов. В присутствии г'-Ви2А1Н или ЕГ2А1С1 реакция 1-гексинил(триметил)силана с дииодметаном не давала соединения 10.

Схема 8

СН212 (3 экв), /-Вч,А1 (3 эт) СН2С12, Л, 3 ч

030*

(4,0*) 11а (83%), (12Ь) (80%),

(12с) (72%), (121)) (65%), (12е) (61%)

О(Н)

а!

10а-е

Я= л-С„Н, (а), л-С,Н„ (Ь), л-С6Н,} (с), я-С,Н„ ((1), л-С,2Н,5 (с)

Интересно, что при взаимодействии триметил(5-хлор-1-пентинил)силана с СН212 и г-Ви3А1 после гидролиза реакционной массы получали [2-(3-иодпропил)-циклопропил](триметил)силан с выходом около 64%. По-видимому, в ходе реакции происходит нуклеофильное замещение атома хлора на атом иода. Источником иодид-анионов служит диизобутилалюминийиодид, образующийся в ходе разложения карбеноида алюминия.

Существенное отличие поведения в исследуемой реакции кремнийорганических ацетиленов от алкил(арил)-замещенных ацетиленов заключается в том, что в структуре

продукта реакции отсутствует фрагмент алкилыюго заместителя триалкилалана, что указывает на значительное отличие механизма образования циклопропановых соединений. Очевидно, что предложенная ранее схема превращения моно- и дизамещенных ацетиленов не описывает поведение кремнийорганических ацетиленов в изучаемой реакции. Хотя продукты реакции были надежно охарактеризованы, не удалось предложить адекватного объяснения механизма образования циклопропилаланов. В литературе отсутствуют сведения об аналогичных превращениях кремнийорганических ацетиленов, что свидетельствует о нетривиалъности превращения.

Таким образом, был разработан метод диаетереоселективного превращения кремнийорганических ацетиленов строения R-C=C-SiMe3 (где Н=алкил) под действием СН,12 и /'-Ви3А1 в 1,2,3-тризамещенные циклопропаны.

5. Взаимодействие (1-алкиннл)фосфинов с СН212 и триалкилаланами

Как следует из приведенных выше результатов, природа заместителя при тройной связи ацетиленового соединения оказывает сильное влияние на механизм и направление исследуемой реакции. С целью изучения влияния электронных факторов на характер продуктов превращения было изучено взаимодействие фосфорорганических ацетиленов с карбеноидами алюминия.

Установлено, что 1-гексинил(дифенил)фосфин под действием полученного in situ иодметил(диэтил)алюминия Et2AlCH2I дает после дейтеролиза реакционной смеси 1-гексинил(дейтерометил)дифенилфосфонийиодид 13а с количественным выходом (Схема 9). Таким образом, в результате взаимодействия (1-гексинил)дифенилфосфина с карбеноидом алюминия (Et2AlCH2I) вместо ожидаемого циклопропилфосфина образуется фосфониевая соль , причем ацетиленовая связь не принимает участия в реакции. По-видимому, отрицательный индуктивный эффект фосфониевого заместителя способствует понижению реакционной способности тройной связи за счет уменьшения ее нуклеофилыгости. Поскольку взаимодействие 1-гексинил(дифенил)фосфина с карбеноидами алюминия проходило только по фосфиновому центру, было изучено поведение в исследуемой реакции ряда фосфитов, таких как Ph3P, Ph2PBu". В результате реакции после дейтеролиза образовывались дейтеросодержащие фосфониевые соли 13Ь,с с высоким выходом, который не зависит от природы триалкилалана (EtjAl, г'-Ви3А1), используемого для генерации карбеноида алюминия.

Схема 9

ch,i2 +r3ai

CH,CL, rt

R,A1CH,I (2 экв.) г © i© D20 ©Q —-i-i-► Ph2P AIR, I -í-- [Ph,PCH,D] Г

ph,px-- ' ">¡ .....2|» -~ lrn2.r

CH,C „rt, ЗОмип I I 1

12 L X J X

14

X= l-гекстшл (a); Ph (b); n-Bu (c) R= Et, ¡-Bu

Интересно отметить, что, несмотря на наличие в реакционной смеси иодэтана, образующегося в результате A1-I обмена при взаимодействии СН212 с R3A1 (где R= Et, i-Bu),

92-95% 13а-с

в реакцию с фосфином вовлекается исключительно карбеноид алюминия К2А1СН21, что связано, согласно неэмпирическим расчетам в базисе 3-21-Ю*, с большей энергетической предпочтительностью образованием адцукта 14, стабилизированного за счет координации иодид-аниона с атомом алюминия.

Таким образом, фосфорорганические дизамещенные ацетилены не превращаются под действием карбеноидов алюминия в соединения щшюпропанового ряда, а образуют алюминийсодержащие фосфониевые соли.

б. Реакция замещенных пропаргиловых спиртов с СН2[2 и триалкилалаиами

Как следует из вышеизложенного, взаимодействие алкил- и фенилзамещенных ацетиленов с СН212 и триалкилалаиами не приводило к получению циклопропенов и бицикло[1.1.0]бутанов, образование которых можно было бы ожидать согласно известным литературным данным по взаимодействию ацетиленов с карбеноидами металлов. Вместо этого превращение проходило сложным образом с получением алюминийорганических моноциклопропановых соединений. Поскольку в структуре образующихся циклопропановых соединений имеется реакционноспособная А1-С связь, было выдвинуто предположение, что вовлечение в реакцию ацетиленовых соединений, содержащих легко уходящие группы, позволит путем циклизации получить в одну стадию бис-циклопропаны, спиропентаны, спиро[2.3]гексаны и более сложные циклические соединения (Схема 10). Так, в результате превращения пропаргиловых спиртов или галогенидов следовало бы ожидать образование бис-циклопропанов или спирогексанов в зависимости от региохимии присоединения карбеноида алюминия по тройной связи.

Схема 10

С целью разработки новых методов получения дициклических соединений, было изучено взаимодействие функционально-замещенных ацетиленов с СН212 и триалкилалаиами. В первую очередь в качестве объектов превращения были использованы пропаргиловые спирты вследствие широкого их применения в органическом синтезе и простоты получения. Установили, что 2-нонин-1-ол реагирует с СН212 и Е13А1 в среде дихлорметана в течение 3 часов при комнатной температуре с образованием 1-этил-Г-гексил-1, Г-бис-циклопропана 15 (К=л-С4Н9, Я-Н, К'-ЕО с выходом 77% (Схема 11).

ОН

СН212 (5 экв.), Я'3А1 (6 экв.) СН2С12, П, 3 Ь

Я

И

н

15

72-89%

Я= л-С4Н„ я-С5Нп, п-С6Н13,

«-С8Н17> л-С12Н,5, РЬ Я' = Е1,;-Ви К,-Н, Ме

Реакция с алкил- и фенилзамещеиными пропаргиловыми спиртами проходила аналогичным образом с образованием бис-циклопропанов с выходом 72-89%. Замена спиртовой функции на эфирную не влияла на характер взаимодействия. Метиловый эфир 2-нонин-1-ола превращался в бис-циклопропан с выходом 82%. З-Октин-2-ол в условиях реакции давал смесь региоизомерных бис-циклопропанов в соотношении 1:1 с общим выходом 81%. Однако более стерически затрудненный 2-метил-3-октин-2-ол не вступал в реакцию с СН212 и Е^/М. Наличие атома водорода при тройной связи в пропаргиловом спирте в таких соединениях как пропаргиловый спирт, З-метил-1-пентин-З-ол, 1-этинилциклогексанол, 1-гексин-З-ол препятствует образованию соответствующих бис-циклопропанов. Аналогичное поведение демонстрируют пропаргиловые эфиры карбоновых кислот (2-пропинилацетат, 2-иропинилпропионаг). Также не удалось вовлечь в данную реакцию 1,4-бутиндиол и его диметиловый эфир. При использовании г'-Ви3А1 вместо Е13А1 с высоким выходом (70-90%) образуются изо-бутилзамещенные бис-циклоиропаны. Однако взаимодействие 2-гептин-1-ола с СН212 и Ме3А1 не привело к ожидаемому метилзамещенному бис-циклоиропану. Реакция 2-нонин-1-ола с СН212 в присутствии г-Ви2А1Н, г'-Ви2А1С1 или Е12А1С1 также не приводила к образованию бис-циклопропанов.

Схема 12

СН,12 + Я' А1 -Я'2А1СН21 + ГС1

ОН Я',А1СН,1

К>Я2

Я=а1ку1, РЪ К'=Е1,1-Ви Я',Я2=Н,Н; Ме,Н;

Я'гАЮ К2

,А1

I—' А1К'

Я Я' 2

«К.

Я'2А1СН21 - Я', АН

15

Я'2АЮ Я2

я X

N—( Я1 /¿Ту"

А1Я',

тг

Я',А1—Я'

Я2

Я'2А10 Я2 я

-Я'2А11

Я',А1СН,1

// К1

- Я', АН

Д10А1Я',

Я'2АЮ Я2 \ С

Я',А1СН,1

- Я', АН

Я',АЮ Я2

-Я',АЮА1Я'2 О А1Я'2

По-видимому, взаимодействие пропаргиловых спиртов с СН212 и И3А1 идет по схеме, аналогичной той, что была предложена ранее для реакции с алкил- и фенилзамещеиными ацетиленами (Схема 3). Однако присутствие в структуре интермедиата С вицинально

расположенных атомов алюминия и кислорода приводит к реализации нового маршрута реакции (Схема 12). При элиминировании алюмоксана (R'2A1)20 образуется замещенный винилциклопропан D, циклопропанирование которого дает замещенный 1,1-бис-циклопропан. В качестве альтернативной схемы образования 1,Г-бис-циклопропана может быть рассмотрен путь, предполагающий гомологизацию интермедиата С в Е и последующую 1,3-циклизацшо. Однако, по-видимому, схема, предполагающая превращение С в D более предпочтительна, поскольку, как будет показано ниже, в случае гомопропаргиловых спиртов не происходят 1,3- и 1,4-циклизации. Для подтверждения предложенной схемы образования бис-циклопропанов было изучено взаимодействие 2-нонин-1-ола с CD2I2 и Et3Al. Согласно данным ЯМР 'Н и ,3С спектроскопии положение атомов дейтерия в полученном бис-циклопропане 16 соответствует ожидаемому по схеме 14.

Региоселективность присоединения карбеноида алюминия к алкилзамещенному пропаргиловому спирту можно объяснить поляризацией тройной связи под действием алкильной и гидроксиметильной группы, обладающими противоположными индуктивными эффектами. Однако квантовохимический расчет электронной структуры бутилзамещенного пропаргилового спирта методом B3LYP/6-31G* с последующим анализ заселенностей молекулярных орбиталей методом NBO показал, что разделение зарядов между sp-гибридизованными атомами углерода незначительно и составляет всего 0.08 атомных единиц. По-видимому, образованию одного региоизомера способствует внутримолекулярная координация атома алюминия с атомом кислорода в интермедиате А. Согласно квантовохимическим вычислениям, проведенным методом РМЗ, наблюдаемая региоселективность иодметилалюминирования 2-гептин-1-ола обусловлена эффектом координации атома алюминия с атомом кислорода, который, по-видимому, проявляется и в переходном состоянии.

Инертность терминальных пропаргиловых спиртов и 2-метил-3-октин-2-ола в изучаемой реакции вызвана низкой реакционной способностью последних на стадии карбоалюминирования тройной связи карбеноидом алюминия. Расчет распределения электронной плотности в 1-гексин-З-оле методом B3LYP/6-31G* с последующим NBO анализом показывает значительное разделение зарядов между sp-гибридизованными атомами углерода, составляющее 0.24 атомных единицы. Наибольшая электронная плотность при этом локализована на терминальном sp-гибридизованном атоме углерода при атоме водорода. Таким образом, электронные факторы способствуют образованию региоизомера с атомом алюминия при терминальном атоме углерода. В этом случае невозможна внутримолекулярная координации атома алюминия с атомом кислорода, способствующая понижению энергии переходного состояния реакции иодметилалюминирования. С другой стороны, в терминальных пропаргиловых спиртах, в отличие от алкилзамещенных терминальных ацетиленов, ацетиленовая связь проявляет более низкую нуклеофильность вследствие отрицательного индуктивного эффекта гидроксиметильной группы.

Инертность в изучаемой реакции 2,2-диметилзамещенного 2-алкин-1-ола (2-метил-З-октин-2-ола) вызвана, по-видимому, стерическими факторами - наличием двух

алкильных заместителей при третичном атоме углерода. Использование каталитических количеств солей, катализирующих реакцию карбоалюминирования (Cp2ZrCl2, Cp2TiCl2, ZrCLt) не способствовало превращению терминальных пропаргиловых спиртов и 2-метил-З-октин-2-ола. Следует отметить, что пропаргиловые спирты менее активны в реакции

7

каталитического карбоалюминирования, чем алкилацетилены.

Как уже отмечалось, взаимодействие 2-гептин-1-ола с CH2I2 и Ме3А1 не привело к ожидаемому бис-циклопропану. Проведение реакции в кипящем дихлорэтане, а также использование каталитических количеств Cp2ZrCI2 и Cp2TiCl2 не способствовало ее прохождению. Меньшую реакционную способностью Ме3А1 по отношению к СН2Ь (относительно Et3Al и г-Ви3А1) можно связать с его большей склонностью к образованию ассоциатов.8 Кроме того, инертность замещенных пропаргиловых спиртов по отношениЕО к Ме3А1 и СН212 можно связать с меньшей, чем в алкилзамещенных ацетиленах нуклеофильностью ацетиленовой связи.

Следует подчеркнуть существенное отличие между системой реагентов CH2I2-Et3Al и реагентом Симмонса-Смита, проявляющееся в реакции с пропаргиловыми спиртами. Пропаргиловые спирты под действием СН212 и цинк-медной пары дают с низкими выходами ß-циклопропилкетоны (20-30%) и а,р-неиасыщенные кетоны (6-15%),' а при использовании системы реагентов CH2I2-R3A1 превращаются в бис-циклопропаны с высоким выходом. Данное различие можно связать с различной природой металла. Для реагента Симмонса-Смита характерно циклопропанирование ненасыщенных соединений, а для карбеноидов алюминия - иодметилалюминирование.

Таким образом, впервые было установлено, что взаимодействие замещенных пропаргиловых спиртов с СН212 и триалкилаланами (Et3Al, z'-Bu3Al) приводит к селективному образованию 1,1'-замещенных бис-циклопропанов с высокими выходами.

7. Реакция гомопропаргиловых и бисгомопропаргиловых спиртов с CH2I2 и трпалкнлаланами

С целью изучения закономерностей взаимодействия ацетиленовых спиртов с СН212 и R3A1 в зависимости от степени отдаленности гидроксильной и ацетиленовой функции друг от друга, а также разработки общего метода превращения функционально-замещенных ацетиленов в соединения циклопропанового ряда, была исследована реакция гомопропаргиловых и бисгомопропаргиловых спиртов с СН2Т2 и триалкилаланами (Ме3А1, Et3Al).

В случае реакции гомопропаргиловых и бисгомопропаргиловых спиртов с СН212 и R3A1 можно ожидать образования замещенных циклопропилциклобутанов и циклопропилциклопентанов или же спиро[2.4]гептанов и спиро[2.5]октанов в соответствии со схемой 10. Однако было установлено, что реакция З-нонин-1-ола с СН212 и Et3Al в среде

7 Wipf Р., Lim S. Rapid carboalumination of alkynes in the presence of water 11 Angew. Chem., Int. Ed. - 1993. - Vol. 32 - № 7. -P. 1068-1071.

* Smith M.B. The monomer - dimer equilibria of liquid aliminum alkyls: III. Trimethylaluminum: the monomer-dimer equilibria of liquid and gaseous trimelliylaluminum and triethylaluminum // J. Organomet. Chem. - 1972. - Vol. 46. -№l. - P. 3Η49.

9 Vidal M., Dumont С., Arnand P. Reaction de l'iodure de methylene et du couple zinc-cuivre sur les alcohols secondaires acetyleniques substitutes // Tetrahedron Lett. - 1966. - Vol. 7. - № 42. - P. 5081-5086.

дихлорметана в течение 24 часов при комнатной температуре дает после дейтеролиза реакционной массы 1-(2-дейтероксиэтил)-1-этил-2-н-амил-2-(2-дейтероэтил)циклопропан

17а с выходом 68% (Схема 13).

Схема 13

-(СН,)2ОН

CH2U (4 экв.) R3A1 (6 экв.)

СН,С1„ rt

RjAlCCHA (CH2)2OAlR2

„М,

D,0

D(CH2)2 (CHj)2OD

rM

17a-g

И\ а=л-С5Н„, Е1 (17а, 68%); И-С4Н9, Я=Е1 (17Ъ, 63%); л-С12Н2!, Я=Е1 (17с, 62%); л-С4Н,, К'=Ме (17(1,71%); л-С5Н„, Я=Ме (17е, 75%); л-С^Нп, Я=Ме (Ш, 83%); я-С12Н25Д=Ме (17& 80%)

Поскольку в спектре ЯМР "С соединения 17а наблюдался только один набор сигналов, был сделан вывод о стереоселективном характере прохождения реакции, однако анализ КОЕБУ спектра не позволил однозначно установить стереоконфигурацию образующегося тетразамещенного циклопропана. Безуспешным также оказалось применение описанного выше подхода, заключающегося в оценке энергии переходного состояния стадии 2-циклопропилэтильной перегруппировки, отвечающего образованию двух возможных изомеров. Величины стандартной энтальшш образования двух переходных состояний различаются менее чем на 0.2 ккал/моль, что не позволяет сделать однозначных выводов относительно стереоконфигурации образующегося циклопропана.

Взаимодействие З-октин-1-ола и З-додецин-1-ола с СН2Ь и Е1:3А1 после дейтеролиза так же приводило к получению с хорошими выходами тетразамещенных циклопропанов 17Ь,с. Реакция гомопропаргиловых спиртов с СН212 в присутствии Ме3А1 проходит менее активно и для завершения реакции требуется не менее 2 суток. В результате превращения образуются 1,1,2,2-тетразамещенные циклопропаны. Интересно, что аналогичная реакция диалкилзамещенных ацетиленов с СН212 и Ме3А1 приводила к селективному получению 2-иодэтилпроизводных циклопропана, которые образуются в процессе АН обмена между циклопрогшлсодержащим АОС и СН212. Вероятно, что в случае гомопропаргиловых спиртов А1-1 обмену препятствует внутримолекулярная координация атома кислорода с атомом алюминия (Схема 14).

Схема 14

_г

■он

СН212 (4 eq) Me,A1 (6 eq)

R-alkyl

CH,C1„ rt

„ Me MeAl Mev / / 2 Ah- О

R' v Me

+CH2I2(4eq) -Me,AlCH,l

OAlMe,

R' v Me

H,0

OH

Я' ч' Ме 18 (R=я-Bu) 52%

Данное наблюдение может свидетельствовать о транс-конфигурации соединений У1ъ-%. При увеличении количества вовлекаемого в реакцию СН212 (соотношение [3-октин-1-ол]:[СН212]:[Ме3А1]=1:8:6) удалось получить иодорганическое производное 18 с выходом 52% за 2 суток.

Таким образом, было установлено, что гомопропаргиловые спирты, в отличие от пропаргиловых, превращаются в изучаемой реакции в тетразамещенные циклопропаны,

аналогично алкил- и арнлзамещенным ацетиленам. Очевидно, что начальные этапы реакции в случае пропаргиловых и гомопропаргиловых спиртов подобны до стадии образования циклопропансодержащего АОС А (Схема 15). Далее в случае пропаргиловых спиртов (п=1) происходит элиминирование алюмоксана с получением винилциклопропана по схеме 12. Гомопропаргиловые спирты (п=2) вместо 1,3-элиминирования претерпевают внедрение метилена по А1-С связи. Дальнейшая перегруппировка В ведет к получению циклопропансодержащего АОС С, при дейтеролизе которого образуется циклопропан 17.

Схема 15

xch2)„oair'2 r,ia1 air',

R = (CH2)nOH-

R',A1CH,I

- R',A1I

ff air', - r',a1i

^ AIR1,

CH2)nOAlR'2

R=alkyl, Ph R-Et, Me n=l,2

R

R',AICH,I^-— n=2 - R',A1I

С

;ch2)2od

D,0

с

air',

CH2)2OAIR'2 С

r /CH2)20A1R'2

<HR'b

R',A1

17

020 i? /сн2)2сю

т>

19 ^=л-ви, я'-Ме)

При взаимодействии З-октин-1-ола, СЯ2Ь и Ме3А1 в соотношении 1:4:6 после дейтеролиза из реакционной массы было выделено дейтерированное производное 19 с выходом 15%. Другим косвенным доказательством предложенной схемы превращения гомопропаргиловых спиртов является эксперимент с участием 4-фенилбут-3-ин-1-ола, который взаимодействует с Ме3А1 и СН2Ь с селективным образованием после дейтеролиза 1,1-дизамещенного циклопропана 20 (Схема 16).

Схема 16

О—

сн2т2 (4 экв.) Ме3а1 (6 экв.)

ОН

CH2CI2,rt

2 дня

Ме,А1

OAIMeJ

20

OD

Согласно предлагаемой схеме превращения гомопропаргиловых спиртов, структура образующегося замещенного циклопропана определяется на стадии присоединения карбеноида алюминия к ацетилену, то есть зависит от региоселективности карбоалюминирования ацетиленового спирта. Согласно данным квантовохимических расчетов методом ВЗ!ЛТ/6-ЗЮ*, в н-бутилзамещенных ацетиленовых спиртах, имеющих одну или две метиленовые группы между ацетиленовой и гидроксильной функцией, наблюдается небольшое преобладание электронной плотности (0.04-0.08 а.е, ЫВО) на атоме углерода при функционально-замещенной группе. По-видимому, как и в случае алкилзамещенных пропаргиловых спиртов, основным фактором, способствующим образованию одного региоизомера, является внутримолекулярная координация атома алюминия с атомом кислорода в продукте карбоалюминирования с формированием пятичленного цикла. В то же время, характер поляризации ацетиленовой связи в 4-пентин-1-оле противоположен тому, что наблюдается в алкилзамещенных пропаргиловых и

гомопропаргпловых ацетиленовых спиртах, а разница между значениями зарядов атомов составляет 0.22 атомные единицы, что должно способствовать присоединению атома алюминия по терминальному атому углерода ацетиленовой связи. Как отмечено выше, пропаргиловые спирты с терминальной тройной связью оказались неактивны в изучаемой реакции, однако реакционная способность 4-пентин-1-ола должна быть выше, чем у 3-пропин-1-ола, поскольку отрицательный индуктивный эффект гидроксильной группы отдаленной от ацетиленовой связи двумя метиленовыми группами снижает ее нуклеофилыюсть в значительно меньшей мере. Действительно, при взаимодействии 4-пентин-1-ола с СН212 и Et,AI в среде дихлорметана после дейтеролиза реакционной массы был получен замещенный циклопропан 21 с выходом 56% (Схема 17).

Схема 17

н (снЛоо — **

D

21

Таким образом, установлено, что ацетиленовые спирты, имеющие две или три метиленовые группы между ацетиленовой и гидроксильной функцией, образуют ди-, три-и тетразамещенные циклопропановые структуры, аналогичные тем, что наблюдались ранее в случае реакции с моно- и диалкилзамещенными ацетиленами.

8. Реакция замещенных пропаргиламинов с СН212 и триалкилаланами

Взаимодействие пропаргиловых спиртов с R3A1 и СН212 приводит к образованию бис-циклопроиановых соединений вследствие легкости 1,2-элимшшрования алюмоксана от интермедиатного циклопропилсодержащего алюминийорга£шческого соединения. Можно было ожидать, что при вовлечении в реакцию замещенных пропаргилгалогенидов аналогичное эяимшшрованке галогенидов алюминия будет проходить еще легче, однако последние (пропаргилбромид, 1-бромокт-2-ин) под действием Et3Al подвергаются неселекгивным превращениям с образованием смеси соединений, которые, по-видимому, представляют собой продукты кросс-сочетания с триалкилаланами и перегруппировки в алленовые углеводороды. С другой стороны, замена гидроксильной группы на аминогруппу может препятствовать стадии элиминирования и способствовать образованию азотсодержащих циклопропановых соединений. Действительно, взаимодействие замещенных пропаргиламинов (Л',;У-димстил-Л'-(2-гептинил)амияа, N,N-диметил-ЛГ-(2-октинил)амина, АГ,Я-диметил-ДГ-(2-нонинил)амина и Я.Я-диметил-ЛГЧЗ-фенил-2-пропинпл)амина) с СН212 и Et3Al в мягких условиях приводит к образованию цихлопропилсодержащих ненасыщенных аминов 22a-d с высоким выходом (Схема 18).

В случае Л',Л'-диметил-Л-(2-геитинил)амина, при замене Et3Al на г'-Ви3А1 выход продукта реакции снижается до 45% вследствие неполной конверсии исходного ацетилена и образования побочных продуктов. В присутствии Ме,А1 реакция N, /У-диметил-ЛЧ2-гептинил)амина с СН212 не приводила к образованию 22а.

-(СН2)3ОН

СН212 (4 экв.) Et3Al (6 экв.) _ CHjClj, rt 24 ч

Н (CH^jOAlEtj AlEt,

я-

СН212 (6 экв.) ЫМе2 Ш3А1 (6 экв.)

22а (79%) 'ЫМе2 22Ь (83%)

СН2С12, Л, 5 ч

22с (89%) 21й (81%)

я-С4Н, (а), и-С6Н,3 (Ь), РЬ (с), п-С5Нп (<1)

При увеличении продолжительности реакции до 4 дней при комнатной температуре происходит накопление продукта циклопропанирования ненасыщенной связи в соединении 22. В случае Л'Д'-диметил-Д'-(3-фсии]1-2-пропинил)амина проходит селективное образование дициклопропана 23 с с выходом 76% (Схема 19).

Я = я-С6Н13 (а), п-С4Н9 (Ь), РЬ (с), п-С8Н„ (¿)

Добавление двух эквивалентов Е13А1 и СН2Ь к реакционной массе через 24 часа после начала реакции не способствовало ускорению образованию дициклопропанов. Алкилзамещенные пропартиламины превращаются в дициклопропановые соединения 23а,М с выходом 40-50%. Такой низкий выход обусловлен неселективным прохождением реакции с побочным образованием смеси двух неидентифицированных изомерных по составу соединений (согласно хроматомасс-спектрометрии) в количестве 30-40%, выделение которых в индивидуальном виде затруднено вследствие близкого значения Я,-изомеров. Более эффективный метод получения дициклопропановых производных 23 заключается в выделении моноциклопропилсодержащего ненасыщенного амина 22 с последующим вовлечением его в реакцию циклопропанирования с помощью СН212 и Е13А1. Данный факт можно объяснить образованием малоактивных комплексов ненасыщенных аминов 22 с ЕЬАИ в реакции пропаргиламинов с СН212 и Е13А1. То обстоятельство, что пропаргиламины, в отличие от алкинилфосфинов, в условиях реакции не образуют четвертичные соли, связано, по-видимому, с большей основностью аминов по сравнению с фосфинами. Известно, что Ме3К является более сильным основанием, чем Ме3Р по отношению Е13А1, и образует более прочные алюминийорганические комплексы, что согласуется с теорией ЖМКО Пирсона.

Таким образом, в отличие от пропаргиловых спиртов, замещенные пропаргиламины реагируют с СН212 и Е(3Л1 без элиминирования аминогруппы, что может бьгть связано с меньшей электроотрицательностью атома азота по сравнению с атомом кислорода.

Полученные выше результаты подтверждают ранее выдвинутое предположение о возможности синтеза бициклических соединений из функционально-замещенных ацетиленов путем их взаимодействия с СН212 и триалкилаланами. В случае пропаргиловых спиртов и пропаргиламинов дициклопропановые соединения формировались при циклопропанировании двойной связи в промежуточно образующихся замещенных

Схема 19

СН2Г2 (б экв.)

1ЧМе.

9. Реакция 1,4-енинов с СН212 и триалкилаланами

алкенилциклопропанах. Можно предположить, что введение олефиновой функции в молекулу ацетилена также приведет к получению дициклопропановых соединений в изучаемой реакции. То есть при взаимодействии алифатических алкенилацетиленов с СН212 и Л3А1 будут формироваться замещенные бис-циклопропаны, а из замещенных аллилацетиленов получаться (циклопропилметил)циклопропаны. С целью разработки новых методов получения дициклопропановых соединений было изучено взаимодействие замещенных алкенил- и аллилацетиленов с СН212 и триалкилаланами.

Предварительными экспериментами установили, что замещенные винилацетилены (2-метилокт-1-ен-3-ин, 1-этинилщ1клогексен) при взаимодействии с 4 эквивалентами СН212 и 6 эквивалентами ЕГ3А1 при комнатной температуре через 30 часов превращаются в сложную смесь олигомерных углеводородов, идентификация которых была затруднена. Несмотря на полную конверсию исходных замещенных винилацетиленов, анализ реакционной массы методом ЯМР 13 С и 'Н показал отсутствие в ней циклопропановых соединений. Замещенные 1,3-диины (дека-4,6-диин, гексадека-7,9-диин) и 1,3-диены (изопрен, 1,4-т/кгнс,т/?анс-дифенилбутадиен) в аналогичных условиях проявили инертность в исследуемой реакции. Данный факт можно объяснить снижением нуклеофильности кратной связи вследствие сопряжения. Однако аллилзамещенные ацетилены (1-нонен-4-ин, 1-децен-4-ин), в отличие от 1,3-енинов и 1,3-диинов, реагировали с СН212 и Е13А1 в вышеуказанных условиях с образованием после дейтеролиза региоизомерной смеси монодейтеросодержащих дициклопропановых соединений 24а,Ь и 24'а,Ь в соотношении ~1:1(Схема 20).

Схема 20

э

24а,1> 1 : 1 24'а,

24а+24'а 83% 24Ь+24'Ь 77%

Стереоселеетивный характер превращения алкилаллилацетиленов в изучаемой реакции указывает на значительное различие в стерических объемах заместителей при тройной связи. На основании этого можно предположить, что алкилаллилацетилены первоначально превращаются в алкил(циклопропилметил)ацетилены. Для подтверждения этого предположения была изучена зависимость состава продуктов реакции от времени. Было установлено, что первоначально проходит циклопропанирование двойной связи в исходном 1,4-енине с образованием (циклопропилметил)ацетиленов 25а-с, что свидетельствует о большей реакционной способности двойной связи в 1,4-енинах по сравнению с тройной в реакции с карбеноидом алюминия. При использовании 2 мольных эквивалентов СН212 и Е13А1 получены (циклопропилметил)ацетилены 25а-е с выходами 4358%. Через 6 часов после начала реакции в реакционной массе наряду с непрореагировавшим алкилаллилацетиленом обнаруживали также тетразамещенные циклопропаны 24 и 24' в количестве 7-9% (по данным ПКХ). Еще большую активность в

Ь:Я=л-С,Н„

СНг12 (4 экв.) ЕЦА1 (6 экв.)

С11.С12, П, 30 ч

ЕШ

изучаемой реакции проявили металлилзамещенные ацетилены (время полупревращения 2-метил-1-нонен-4-ина было примерно в 2 раза меньше, чем таковое для 1-нонен-4-ина), что соответствует изменению нуклеофильности двойной связи (схема 21).

Схема 21

СН212 (2 экв.) п, К, а: Я= л-С4Н9; Я - Н 45%

Ц- = \ И3А1(2экв.) _ У Ь: л-С5Ни; Я- Н 43%

/= ---— с: Л= п-С4Н9; К—Ме 49%

Я' СН2С12. П 25а-с <1: Я- РЬ; II 51%

б ч (И-а11у1) е: Я- РЬ; Я'= Мс 58%

3 ч (Ы=те1а11у1)

Дальнейшее взаимодействие (циклопропилметил)ацетиленов с СН212 и Е^А!, приводящее к получению дициклопропановых соединений 24 идет по схеме, аналогичной той, что была предложена ранее для реакции с алкил- и фенилзамещенными ацетиленами.

Таким образом, нами было исследовано взаимодействие 1,3-енинов, 1,3-диинов, 1,4-енинов с СН212 и Е13А1 и установлено, что только 1,4-енины превращаются в условиях реакции в циклопропановые соединения.

10. Циклопропанировании алленов с помощью СН212 и Е13А1

В продолжеш1е исследования реакционной способности карбеноидов алюминия по отношению к ненасыщенным соединениям, содержащим две кратные связи, а также с целью разработки новых методов синтеза полициклопропановых соединений, была изучена реакция алленов с СН212 и триалкилаланами. Особый интерес к ним был обусловлен тем, что аллены содержат как ер2-, так эр-гибридизованные атомы углерода. Как показано выше, формирование циклопропэнового фрагмента в изучаемой реакции в случае двойной и тройной связи проходит различным образом. Двойная углерод-углеродная связь подвергается циклопропанированию в ходе одностадийного переноса метилена от карбеноида алюминия, а ацетиленовые соединения претерпевают многостадийное превращение, приводящее к получению замещенных циклопропанов. Поэтому оставалось неясным, каким образом будут реагировать аллены с СН212 и триалкилаланами.

Схема 22

\с_ Ы3АЦЗ экво / \/ |,:К=РЬСН2 (85%)

К СН2С12,П,8ч К V С:Я=рь (73%)

26а-с

Выяснилось, что монозамещенные аллены (н-гексилаллен, бензилаллен, фенилаллен) при взаимодействии с 3 мольными эквивалентами СН212 и Е1:3А1 в растворе дихлорметана при комнатной температуре в течение 8 часов давали замещенные спиропентаны 26а-с с высоким выходом (Схема 22).

Аналогично проходило циклопропанирование 1,2-циклононадиена, 1,2-циклотридекадиена (Схема 23). В случае 1,2-циклононадиена при использовании эквимольного соотношения реагентов с высоким выходом селективно получался продукт моноциклопропанирования - бицикло[7.1.0]дец-1-ен 27а, что связано, по-видимому, со

стерическими затруднениями, возникающими при вторичном циклопропанировании. Взаимодействие 1,2-циклононадиена с 3 мольными эквивалентами СН212 и Е^Д! приводило к образованию трицикло[8.1.0.01,3]ундекана 28а с 15*11* конфигурацией хиральных центров, вследствие чего две циклопропильные метиленовые группы являются магнитно-эквивалентными в спектре ЯМР.

Схема 23

СН21,(1 зкв.) EtjAl il экв.)

CH2C12, rt, 8 ч

СН212 (3 экв.) EtjAl (3 экв.)

СН2С12, rt, 12 ч

27а 88%(п=|)

28а 95% (п=1) 28Ь 92% (п=4)

Из конформационного анализа соединения 27а методом молекулярной механики следует, что 92% общей заселенности приходится на два основных конформера, которые при атаке карбеноида по наиболее стерически доступной плоскости двойной связи превращаются в 28а с II*Я* конфигурацией хиральных центров. В отличие от 1,2-циклононадиена, циклопропанирование 1,2-циклотридекадиена эквимольными количествами СН212 и Ес3 А1 проходило неселективно с преимущественным образованием продукта двойного циклопропанирования 28Ь. Взаимодействие 1,2-циклотридекадиена с 3 эквивалентами СН212 и Е13Л1 дает с высоким выходом исключительно трициклический углеводород 28Ь.

Неожиданный результат был получен при взаимодействии а-метилфенилаллена с 3 эквивалентами СН212 и Е^А! в растворе СН2С12 при комнатной температуре. Проведение реакции в течение 8 часов приводило к образованию Г-метилспиро(циклопропан-1,2'-индана) 29 с выходом 83% (Схема 24).

Схема 24

СНД (3 экв.) Et,Al (3 экв.)

СН,С12, rt, 8 ч

83%

29

Me

Были предложены два возможных пути формирования Г-метилспиро(циклопропан-1,2'-индана) 29 из сс-метилфенилаллена, которые включают стадию карбоалюминирования карбеноидом алюминия либо алленовой, либо олефиновой кратной связи, что отличается от традиционного представления о механизме циклопропанирования олефинов и алленов карбеноидами металлов.

До настоящего исследования был известен единичный пример двойного циклопропанирования 3,4-пентадиен-1-ола с помощью Ме3А1 - СН212.10 В работе [10] была показана предпочтительность использования карбеноида алюминия, полученного из Ме3А1 и СН212. Более того, согласно [10], использование Et3Al и z-Bu3Al приводило к быстрому разложению образующегося in situ карбеноида. Напротив, в настоящей работе обнаружено,

10 Russo J.M., Price W.A. Mild efficient trimethylaluminum-mediated cyclopropanations. An innovative synthesis of the new dehydrogenase inhibitor spiropentaneacetic acid// J. Org. Chem. - 1993. - Vol. 58.-№ 13.-P. 3589-3590.

что в случае алкил- и фенилзамещенных, а также циклических алленов, продукты циклопропанирования образуются с высокими выходами лишь при использовании в качестве триалкилаланов Et3Al и г'-Вц3А1, в то время как с СН212 и Ме3А1 реакция проходила медленно. Ранее аналогичное поведение наблюдалось в случае пропаргиловых спиртов и объяснялось склонностью Ме3А1 к образованию более прочных комплексов. Кроме того, необходимо подчеркнуть важность порядка загрузки реагентов в процедуре циклопропанирования алленов. Так, в работе [10] к раствору СН212 и 3,4-пентадиен-1-ола медленно добавляли Ме3А1. Однако медленное добавление R3A1 к раствору СН212, может привести к образованию соединений типа RA1(CH2I)2 и А1(СН21)3, обладающих большей электрофилыюстью и являющихся более сильными кислотами Льюиса, что может способствовать побочной реакции олигомеризации аллена. Особенно это актуально для Et3Al и í'-Bu3Al, реагирующих с СН212 с гораздо большей скоростью по сравнению с Ме3А1.

Необходимо отметить ряд специфических особенностей применения карбеноида алюминия в качестве циклопропанирующего агента и его преимущества над традиционными реагентами в получении спиропентанов и метиленциклолропанов из алкил- и фенилзамещенных алленов, а также из циклических алленов. Так, в отличие от карбеноида цинка," карбеноиды алюминия реагируют с образованием замещенных спиропентанов не только с алкилзамещенными алленами, но и с фенилалленом. В то же время, при взаимодействии фенилаллена с CH2N2/Pd(acac)2 образуется лишь продукт моноциклопропанирования - бензилиденциклопропан с выходом 49%.12 Аналогично, в реакции 1,2-циклононадиена с CH2N2 в присутствии палладиевого катализатора циклопропанированию подвергалась только одна двойная связь алленового углеводорода с образованием 27а с выходом 85%.12 Повторная обработка 27а с помощью CH2N2/Pd(acac)2 приводила к получению дициклопропанового производного 28а с выходом не более 15%. Как было показано выше, в реакции 1,2-циклононадиена с карбеноидом алюминия выход 28а составляет 95% в одну стадию. Таким образом, карбеноиды алюминия могут оказаться полезными реагентами для циклопропанирования алленов.

Итак, в результате исследования взаимодействия моно- и дизамещенных ацетиленов, в том числе функционально-замещенных, с СН212 и триалкилаланами, были разработаны новые методы превращения ацетиленов и алленов в соединения циклопропанового и полициклопропанового ряда.

11. Алншш1ацнклопент-2-е11ы в синтезе циклопропановых соединений

Выше был рассмотрен новый поход к синтезу замещенных циклопропанов и полициклопропанов, заключающийся во взаимодействии ацетиленовых и алленовых соединений с карбеноидами алюминия, в процессе которого проходило формирование циклопропанового кольца в результате метиленирования двойной связи с последующей в случае ацетиленов 2-циклопропилэтильной перегруппировкой. Близким аналогом

" Rahman W., Kuivila H.G. Synthesis of some alkylidenecyclopropanes from allenes // J. Org. Chem. - 1966. - Vol. 31. -№3. - P. 772-776.

12 Зефиров H.C., Лукин К. А., Тимофеева А.Ю. Циклопропанированке алленов диазометаном в присутствии соединений палладия (II) П Журнал орг. химии. - 1987. - Vol. 23. - № 12. - Р. 2545-2548.

последней является циклизация гомоаллильных металлоорганических соединении, известная как гомоаллил-циклопропилметильная перегруппировка.

Наиболее простым и эффективным способом гомоаллильные алюминийорганические соединения могут быть получены из ацетиленов под действием EtзAl в присутствии каталитических количеств Ср27гС12.'3 Однако образующиеся при этом алюминациклопент-2-ены перегруппировки не претерпевают. Селективная функционализация алюминациклопент-2-енов по А1-С(5р2) связи может дать гомоаллильные производные, способные превращаться в замещенные циклопропаны (Схема 25).

Схема 25

Et,Al (3 экв.) Cp2ZrCl3 (0.1 экв.) гексан rt, 18 ч

Et,Al

Et(X)Al

к

Я А1ЕЦ

XV

t>(

R'

R

Et(X)Al

R'

Квантовохимическое моделирование реакции циклизации замещенных гомоаллильных алюминийорганических соединений полуэмпирическим методом РМЗ показывает, что большую роль играет характер замещения двойной связи (Схема 26).

Схема 26

Me

R

Ms

Ме Me' Me

Me

AG , 2У8, ккал/моль

Al^ Me Me

н

Me CF3 Ph CI

32.9 37.3 44.0 45.0 60.6

В зависимости от заместителя R, энергия активации реакции повышается в ряду H<Me<CF3<Ph<Cl. Таким образом, наиболее легко циклизация будет проходить в случае гомоаллильных алюминийорганических соединений, полученных при алкилировании и гидролизе алюминациклопент-2-енов по AI-C(sp ) связи.

Поскольку примеры селективного гидролиза алюминийорганических соединений отсутствуют, то основное внимание было уделено разработке методов селективного алкилирования алюминациклопент-2-енов с целью их последующего превращения в замещенные циклопропаны. Предварительные эксперименты по взаимодействию алзоминациклопент-2-енов, полученных циклоалюминированием децина-5 и октина-4, с такими алкилирующими агентами, как Mel, MeOTs и Me2S04 показали, что Mel не реагирует с данными алюмикийорганическими соединениями, а взаимодействие с MeOTs или Me2S04 приводит к образованию замещенных циклопропанов с высоким выходом (8089%) (Схема 27). Реакция проходила при комнатной температуре за 12 ч. Природа

13 Dzhemilev U.M., Ibragimov A.G., Zolotarev A.P. Synthesis of l-Ethyl-cis-2,3-dtalkyl(aryl)alummacyclopent-2-enes. A Novel Class ofFive-membered Organoalummium Compounds //Mendeleev Commun. - 1992. - Vol. 2. - №4 - P. 135-136.

использованных растворителей (тетрагидрофуран, гексан, циклогексан, бензол, толуол, диэтиловый эфир) существенно не влияла на выход циклопропана, однако при получении алюмииациклопент-2-енов в качестве растворителей необходимо использовать алифатические (гексан, циклогексан) или ароматические (бензол, толуол) углеводороды. Оптимальное соотношение алюминациклопент-2-ена и Ме2304 составляло 1:3. При использовании меньшего количества Ме2804 или при меньшей продолжительности реакции в продуктах гидролиза реакционной смеси наряду с 1,1-замещенным циклопропаном ЗОЬ был обнаружен (2)-5-метил-6-этил-5-децен 31Ь в количестве -50% (по децину-5). При использовании Е12804 или ЕЮТэ в качестве алкилирующего агента и децина-5 как ацетилена, относительно низкий выход 1,1-днзамещенного циклопропана 30с обусловлен образованием побочного продукта реакции в количестве 25%, идентифицированного после гидролиза реакционной смеси как (2)-5,6-диэтилдецен. При дальнейшем увеличении размера алкильного заместителя в алкилтозилате, в результате реакции с алюминациклопент-2-еном получись только продукты кросс-сочетания 31(1,е. Не увенчалась успехом попытка осуществить реакцию между алюминациклопент-2-еном, полученного циклоалюминированием децина-5, и фенилтозилатом.

Схема 27

1) Я'ОТ.ч, яюкь или Я2Я04 (3 экв.)

EtjAl (3 экв.) CpjZrCI2 (0.1 зкв.)

гексан, 20 °С, 10 ч

Jb

R A1

гексан, 20 "С. 12 ч

2)Н,0

a: R= п-Рг; R'=Me

b: R= n-Bu; R'=Me; с: R= и-Bu; R'=Et;

d: R= n-Bu; R'=n-Bu; e: R= n-Bu; R-л-Hept; f: R= л-Ви; R'=Ph;

(MeOTs) (Me2S04) (MeOTs) (EtOTs) (Et2S04) (n-BuOTs) (n-HeptOTs) (PhOTs)

Г

R'TR' R'

30a-c

85% 89% 80% 65% 58%

R )

31c-e

0% 0% 0% 25% 21% 77% 61%

Для подтверждения предложенной схемы реакции (Схема 28) было проведено ЯМР-исследование, в ходе которого фиксировалось изменение во времени спектра поглощения ЯМР 13С реакционной смеси, состоящей из эквимольных количеств Ме2804, 1-этил-2,3-дибутилалюминацшслопент-2-ена и Е120. Роль Е120 сводится к образованию с алюминациклопент-2-еном устойчивого эфирата, что приводит к замедлению процессов межлигандного обмена с участием алюминийорганического соединения и более четкому проявлению их резонансных линий.14 Зафиксировано практически полное исчезновение через 1 ч алюминациклопент-2-ена и появление набора сигналов, соответствующих

14 Муслухов P.P., Рамазанов И.Р. и яр. Спектры ЯМР ,3С и злегороыная структура алкенилалавов //Известия АН. Сер. хим. - 1997. - № 12. - С.2194-2197.

соединению А. В течение 5 ч наблюдался медленный процесс перегруппировки замещенного гомоаллильного алюминийорганического соединения А в 1,1-диалкилзамещенный циклопропан 30. Необходимо отметить полное отсутствие в спектре ЯМР 13С реакционной смеси сигналов интермедиата В. Таким образом, лимитирующей стадией процесса является перегруппировка соединения А в В.

Схема 28

—V..............

} Т // \ / /

30 А1 Ви^- —А1(Е1)0503Ме Ви'"РА1(Е1)0503Ме Ви"^рМе

I Ме Ме Ме

^ А в зоъ

Ви.

+ А1(Е1)(080,Ме)2

При циклоалюминировании октина-2 и децина-4 образуется региоизомерная смесь алюминациклопент-2-енов в соотношении ~ 1:1, взаимодействие которых с МсгБО^ приводит к получению регионзомерных 1,1-диалкизамещенных циклопропанов 32а,Ь и 33а,Ь в том же соотношении (Схема 29).

Схема 29

34а-й 35а-<1

Фенилзамещенные ацетилены проявили меньшую реакционную способность в реакции циклоалюминирования, чем их алкильные аналоги. В то же время наличие фенильного заместителя при тройной связи способствует более региоселективному прохождению реакции с преимущественным образованием после гидролиза региоизомера 34, с фенильной группой, расположенной при а-атоме углерода относительно атома алюминия. Для реакций карбометаллирования ацетиленов характерно четырехцентровое переходное состояние, где атом металла координируется с атомом углерода тройной связи, обладающим наибольшей п-электронной плотностью. Тройная связь в фенилзамещенных ацетиленах более поляризована, чем в случае алкилзамещенных ацетиленов, причем наибольшая электронная плотность локализована на атоме углерода тройной связи при фенильном заместителе. Характер поляризации соответствует экспериментально наблюдаемой региохимии реакции циклоалюминирования и объясняет преимущественное образование в случае фенилзамещенных ацетиленов региоизомера 34. Таким образом, региоселективность циклоалюминирования ацетиленов определяется в основном электронными факторами. В случае метилфенилацетилена, большая разница в размерах

фенилыюго и метального заместителей приводит к возрастанию роли стерических факторов и к увеличению доли региоизомера 35. Снижение скорости превращения фенилзамещенных ацетиленов главным образом связано со стерическими факторами, возникающие при сближении цирконоценового фрагмента и объемного фенильного заместителя. К сожалению, алюминациклопент-2-ены, полученные из метилфенилацетнлеиа и пропилфенил ацетилена оказались неактивны в реакции с алкиловыми эфирами сульфоновых кислот (МегЗО^ МеОТэ). Превращению не способствовало также нагревание реакционной смеси при 50 °С в течение 6 часов, а также использование 3 мольных % СцС1.

Таким образом, алюминациклопент-2-ены, полученные из диалкилзамещенных ацетиленов, под действием алкиловых эфиров сульфоновых кислот превращаются в 1,1-диалкилзамещенные циклопропаны.

12. Реакционная способность олефпнов и ацетиленов в реакции циклоалюминировання

До проведения настоящего исследования в химической литературе отсутствовали сведения о поведении в реакции циклоалюминировання функционально-замещенных ацетиленов. В то же время, функционализация алюминациклопент-2-енов с помощью алкильных производных сульфоновых кислот может привести к получению функционально-замещенных циклопропанов. Разработанная Янгом и Парром на основе теории ОКГ концепция глобального индекса электрофилыюсти является полезным инструментом для предварительной оценки реакционной способности субстратов. В случае изучаемой реакции необходимо было оценить степень нуклеофильности ряда ненасыщенных соединений, содержащих тройную связь, в том числе функционально-замещенных. Кроме того, было интересно сопоставить реакционную способность ацетиленовых и олефиновых соединений. Вычисленные методом КНР/6-ЗЮ((1,р) значения глобального индекса нуклеофильности 1/со ацетиленов уменьшались в ряду октин-4 (9,22) > окгин-1 (7,01) > бутил(триметилсилил)ацетилен (4,75) > фенилацетилен (3,03). Для олефпнов значения глобального индекса нуклеофильности уменьшались в ряду норборнен (6,95) > октен-1 (5,94) > аллилбензол (4,51) > стирол (4,30) > триметилвинилсилан (3,59). Для установления корреляции между вычисленными значениями глобального индекса нуклеофильности и экспериментально наблюдаемой реакционной способностью ряда ацетиленов и олефинов было проведено сравнительное кинетическое исследование. Первоначально оценивали время полупревращения октена-1 и октина-4 в условиях реакции циклоалюминировання ([октин-4 или октен-1 ]=0.4 М, [Е13А1]=1.2 М, [Ср2ггС12]=0.02 М, гексан, 25 °С). При температуре 25 °С кинетическая кривая изменения концентрации исходного ненасыщенного соединения (октен-1, октин-4) имела область индукционного периода, который длился порядка 2-3 часов. В вышеуказанных условиях для конверсии 95% октина-4 и октена-1 требовалось не менее 5 часов. Следует отметить сильную зависимость скорости превращения октена-1 и октина-4 от температуры проведения реакции. Так, при 0 °С концентрация исходного октина-4 практически не менялась и через 24 часа после начала реакции. Для завершения реакции при 20 °С в

случае окпша-4 требовалось не менее суток. Наличие значительного индукционного периода не позволяло оценивать относительную реакционную способность октина-4 и октена-1 в условиях реакции циклоалюминирования по времени их полупревращения. Длительность индукционного периода каталитической реакции связана с продолжительностью установления стационарной концентрации интермедиатов, участвующих в каталитическом цикле. Повышение температуры может ускорить данный процесс и уменьшить продолжительность индукционного периода. Действительно, при увеличении температуры до 40 °С при описанном выше соотношении реагентов ([октин-4 или октен-1]=0.4 М, [Е13А1]=1.2 VI, [Ср22гС12]=0.02 М) реакция значительно ускоряется, а область индукционного периода становится несущественной для исследования относительной реакционной способности олефинов и ацетиленов методом полупревращений. Следует отметить, что изменение характера кинетической кривой в реакции с октином-4 происходит в интервале температур 30-40 °С, а для октена-1 - 25-30 °С, что может быть связано с различной природой интермедиатов этих превращений. С другой стороны, в соответствии с законом действующих масс, скорость превращения ненасыщенного соединения можно ускорить за счет увеличения концентрации реагентов. Однако использование пятикратного избытка Е1:3А1 по отношению к октину-4 при комнатной температуре (22 °С) не приводило к заметному уменьшения индукционного периода реакции. В то же время, при повышенной температуре (40 °С) при рационально обоснованном эквимольном соотношении октина-4 и Е13А1 реакция проходила за один час с конверсией ацетилена >95%. Поскольку реакция циклоалюминирования сопровождается образованием побочных продуктов, было изучено влияние температуры и соотношения реагентов на хемоселективностъ превращения.

Известно, что в ходе каталитического циклоалюминирования дизамещенных ацетиленов наряду с алюминациклопентенами 36 образуются также продукты карбоалюминирования 37, гидроалюминирования 38 и циклической димеризации 39 (Схема 30).15 При использовании эквимольных количеств децина-5 и А! при 40 °С сокращается продолжительность реакции, заметно возрастает селективность реакции по алюминациклопент-2-ену и уменьшается доля побочных продуктов.

Схема 30

36

37

38

39

Jd2o

Bu

Bu 74%

12%

14%

Bu

15 Negishi E. -i. et al. Multiple Mechanistic Pathways for Zirconium-Catalyzed Carboalumination of Alkynes // J. Am. Chem. Soc. - 1996. - Vol. 118. - № 40. - P. 9577 - 9588.

Аналогичное исследование было проведено и для октена-1. Согласно15, катализируемое Ср2^тС1г взаимодействие а-олефинов с Е13А1 проходит с преимущественным образованием алюминациклопентанов 40, однако в реакционной массе обнаруживали также продукты карбоалюминировашм 41, гидроалюминирования 43 и метиленалканы 42 (Схема 31).17 Установлено, что при проведении реакции при 40 "С и эквимольном соотношении окгена-1 и Е13А1, помимо сокращешм время проведения реакции, хемоселективность превращения по алюминациклопентану несколько увеличивается по сравнению с ранее использовавшимися условиями проведения реакции ([1-октен]:[Е13А1]=1:3, 23 °С).

Схема 31

Е13А1 (1 экв.) Ср-ггС!, (10 мол. %)

Нех^ —-:--

гексан, 40 иС 2ч

Hex '

40 41 I 42 43 J

^D + Jv +

v^ hev чп ^

Hex ^^

Hex ^^ Hex Hex

78% - - 22%

Таким образом, проведение реакции циклоалюминирования при повышенной температуре (30-40 °С) и эквимольном соотношении непредельного соединения и Et3Al улучшает хемоселективность образования алюминациклопентанов и алюминациклопентенов, а также значительно сокращает ее продолжительность.

С целью количественной оценки влияния природы заместителя при кратной связи на реакционную способность олефина или ацетилена в условиях реакции циклоалюминирования, изучалась кинетика превращения ряда ненасыщенных соединений при температуре 40 "С. Было установлено, что реакционная способность олефинов в условиях реакции циклоалюминирования уменьшается в ряду: октен-1 > аллилбензол стирол > норборнен > триметилвинилсилан, а для ацетиленов - в ряду: окгин-1 > фенилацетилен > октин-4 > бутил(триметилсилил)ацетилен . Порядок изменения значений глобального индекса нуклеофильности ряда олефинов и ацетиленов качественно правильно описывает порядок их относительной реакционной способности в условиях реакции циклоалюминирования с учетом степени замещенности кратной связи. Таким образом, вычисление глобального индекса нуклеофильности может быть полезным подходом для оценки реакционной способности структурно подобных молекул. Теоретические вычисления значений глобального индекса нуклеофильности ряда олефиновых и ацетиленовых соединений показывают, что реакционная способность эфиров пропаргиловых и гомопропаргиловых спиртов, алкилзамещенных пропаргиламинов должна быть не ниже, чем у алкинилсиланов, которые удалось вовлечь в

16 Джемилев У.М. et al. Регноселеюивный синтез р-замещенных алюмациклопентанов циклометаллированием а-олефинов с помощью Et5Al в присутствии Cp2ZrCl2 // Изв. АН. Сер.хим. - 1990. - № 12. - Р. 2831-2841.

17 Parfenova L.V. et al. On Study of Chemoselectivity of Reaction of Trialkylalanes with Alkenes, Catalyzed with Zr it-Complexes // J. Organomet. Chem. - 2009. - Vol. 694. - № 23. - P. 3725-3731.

реакцию циклоалюминирования. Из аналогичных вычислений, можно предположить, что виниловые и аллиловые эфиры, а также винил- и аллиламины более реакционноспособны, чем винилсиланы в реакции циклоалюминирования.

По-видимому, не существует принципиальных препятствий для участия в реакции циклоалюминирования функционально-замещенных ненасыщенных соединений. Однако следует учесть влияние Е1:3А1 на ненасыщенный субстрат, взаимодействие с которым может привести к побочной реакции карбоалюминирования или расщепления связи углерод-гетероатом. Кроме того, Е13А1 как кислота Льюиса будет образовывать комплексы с функционально-замещенными олефинами и ацетиленами, существенно изменяя характер поляризации кратной связи и электронную плотность на Бр2- или вр-гибридизованных атомах углерода. Таким образом, необходимо экспериментальное изучение катализируемого Ср2ггС12 взаимодействия функционально-замещенных ацетиленов с триэтилалюминием с целью разработки новых методов синтеза циклических алюминийорганических соединений, а также функционально-замещенных циклопропанов.

13. Катализируемое СргХгСЬ циклоалюмпнирование пропаргиловых спиртов

Учитывая доступность и практическую важность замещенных пропаргиловых спиртов, в первую очередь было исследовано их взаимодействие с Е13А1 в присутствии каталитических количеств Ср2ХгСЬ. Предварительные эксперименты показали, что в ранее описанных условиях, используемых для проведения циклоалюминирования диалкилзамещенних ацетиленов (23 "С, 10 мол. % Ср27гС12, мольное соотношение [ацетилен] :[Е^А1]=1:3), пропаргиловые спирты в реакцию практически не вовлекаются. Конверсия 2-гептинола при его взаимодействии с Е13А1 при мольном соотношении реагентов 1:3 в гексане в присутствии 10 мол. % Ср2ггС12 при комнатной температуре через 24 часа не превышала 5%. Однако повышение температуры проведения реакции до 40 °С и увеличение концентрации катализатора до 20 мол. % ускорило скорость превращения замещённого пропаргилового спирта. Следует отметить значительную роль температуры проведения реакции, поскольку при 40 °С конверсия 2-гептинола через 18 часов при использовании даже 10 мол. % катализатора составляла 33% . В присутствии 20 мол. % катализатора и при проведении реакции при 40 "С исходный 2-гептинол превращался на 96% за 18 часов с получением после дейтеролиза реакционной массы 07)-1,4-дидейтеро-3-(дейтероксиметил)окт-3-ена (44а) с выходом 37%. Низкий выход продукта циклоалюминирования 2-гептинола обусловлен побочным образованием сложной смеси неидентифицированных углеводородов состава С18НзсВ2 (согласно данным хроматомасс-спектрометрии). Аналогично проходит циклоалюминирование алкилзамещенных пропаргиловых спиртов 2-нонинола и 2-ундецинола. (Схема 32).

Циклоалюминирование З-фенил-2-пропинола дает хороший выход продукта реакции лишь при использовании 5 мольных эквивалентов Е^А! по отношению к пропаргиловому спирту. Необходимо отметить, что в случае З-фенил-2-пропинола, образование побочных продуктов не наблюдается.

он

ЕЦА1 (3 или 5 экв.)

20 мол.% Cp2ZiCl2 гексан, 40 °С

18 ч

OAIEtj

Л1 I

Et

D20(H,0)

D(H)

D(H)'

R-n-C,!!, (а), л-С„Н„ (b), Ph (c), n-CgH17 (d)

Соединение 44a

44b (45b) 44c (45c) (45d)

OD

Выход 37% 41% 60% 42%

Как уже отмечалось, относительно низкий выход продуктов циклоатоминирования алкилзамещенных пропаргиловых спиртов объясняется нерегиоселективным характером протекания реакции. Согласно ранее предложенному механизму реакции цнклоалюминирования18, на одной из стадий происходит формирование региоизомерных цирконациклопент-2-енов А и В (Схема 33), причем интермедиат В может претерпевать внутримолекулярную перегруппировку с р-элиминированием Е12АЮ группы и образованием замещенного аллена.

EljAlCl

— \

1 \

\ >=^/^OAlEt2

-CpyZrfClJEt

Схема 33

/—OAlEtj

СУ.

OAlEt,

A1 I

Et

Cp2Zr-|| -f

ClAlEtj

-Cp2Zr(Et)OAlEt2

4

H

Et(Cl)Al

Соединения с брутто-формулой С^НзоОг. образующиеся в результате превращения 2-гептинола, являются, по-видимому, дейтеропроизводными продуктов димеризации замещенного аллена, получающегося из интермедиата В. Наличие фенильного заместителя при тройной связи способствует образованию преимущественно региоизомера А вследствие агостического взаимодействия между атомом циркония и атомом водорода фенильной группы, находящегося в орто-положении, вследствие чего образования побочных продуктов не наблюдается. Рассматривая факторы, способствующие стабилизации интермедиата А и дестабилизации структуры В можно отметить, что введении заместителей в гидроксиметильную группу при ацетиленовой связи приведет к возникновению стерических затруднений в интермедиате (взаимодействие с циклопентадиенильными лигандами), а увеличение относительного количества Е13А1, используемого в реакции может уменьшить долю интермедиата В вследствие разрушения шестнчленного межмолекулярного комплекса и увеличить долю интермедиата А за счет

'* Dzhemilev U.M., Ibragimov A.G. Regio- and stereoselective synthesis for a novel class of organoaluminium compounds -substituted aluminacyclopentanes and aluminacyclopentenes assisted by zirconium catalysts // J. Organomet. Chem. - 1994. -Vol.466.-№1-2.-P. 1-4.

его большей стабилизации. Действительно, катализируемое СрЛСЬ взаимодействие 3-октин-2-ола с 5 экв. Е13А1 проходит стереоселективно с преимущественным образованием после дейтеролиза региоизомера 46а (4:1) с выходом 80% за 18 часов (Схема 34). Важным следствием замещения карбинольного атома углерода в пропаргиловых спиртах является образование региоизомера 47а, свидетельствующее о увеличении стабильности интермедиата В по отношению к р-элиминированию Е12АЮ группы. Циклоалюминирование 5-децин-4-ола также преимущественно проходило через образование интермедиата А. В случае циклоалзоминирования 1-фенил-2-гептан-1-ола селективно образуется только одного региоизомер. Таким образом, введение заместителей в гидроксиметильный фрагмент замещенного пропаргилового спирта приводит к повышению регио- и хемоселективности реакции.

Схема 34

46а (80%) 47а (20%)

46Ь (50%) 47Ь (28%)

46с (88%) 47с (0%)

Zr-кaтaлизиpyeмoe взаимодействие 4-фенил-3-бутин-2-ола с 5 эквивалентами Е(:3А1 проходит регио- и стереоселективно, давая с высоким выходом (80%) алюминациклопент-2-ен с а-расположенной по отношению к атому алюминия фенильной группой (Схема 35). В этом случае региоселективность циклоалюминирования аналогична той, что наблюдалась в реакции с З-фенил-2-пропинолом. Введение двух метильных групп в гидроксиметильный фрагмент замещенного пропаргилового спирта приводит к существенному снижению реакционной способности субстрата. В изучаемую реакцию не удалось вовлечь алкил- и фенилзамещенные пропаргиловые спирты с диметилкарбинольным заместителем при тройной связи (2-мети-4-фенил-3-бутин-2-ол, 2-метил-З-октин-2-ол). По-видимому, прохождению реакции препятствуют значительные стерические затруднения, возникающие при образовании комплекса ацетиленового соединения с цирконоцен-этиленовым интермедиатом.

Схема 35

Г

он

ЕЦА! (5 экв.)

20 мол.% Ср2ггС1д гексан, 40 °С 24 ч

О,О

о

Таким образом, Zr-катализируемое взаимодействие пропаргиловых спиртов с Et3Al, в отличие от диалкилзамещепных ацетиленов, проходит при более высокой температуре (40 °С) и при использовании большего количества катализатора Cp2ZrCl2 (20 мол.%). Реакция с фенилзамещенными пропаргиловыми спиртами проходит регио- и стереоселективно с хорошими выходами (60-88%). В случае алкилзамещенных пропаргиловых спиртов преимущественно образуется один репюизомер. Реакция чувствительна к влиянию стерических факторов.

С целью изучения закономерностей циклоалюминирования ацетиленовых спиртов, было проведено Zr-катализируемое взаимодействие с Et3Al ацетиленовых спиртов, содержащих две или три метиленовые группы между кратной связью и гидроксильной группой (3-бутинола, 4-пентинола), а также алкилзамещенных. гомопропаргиловых спиртов (З-октин-1-ола, З-децин-1-ола, З-гексадецин-1-ола) (Схема 36). Установлено, что последние, в отличие от рассмотренных выше неразветвленных алкилзамещенных пропаргиловых спиртов, реагируют с образованием смеси региоизомеров в соотношении примерно 1:1, давая после дейтеролиза олефины 48-51 с высоким выходом (61-83%). Реакционная способность гомо- и бисгомопропаргиловых спиртов в изучаемой реакции оказалась выше, чем у пропаргиловых спиртов, что позволило уменьшить количество используемого катализатора до 10 мол. %.

Схема 36

н

R=H(a) R=n-C4li, (Ь) R=/.-C„H„ (с) R=«-C12H25 (d)

Et,AI (3 экв.)

10 мол.% Cp2ZrCl2 гексаи, 40 °C 18 ч

48a+49a (74%), 48b+49b (61%), 48c+49c (83%), 48d+4»d (80%), 50a+51a (78%)

OAlEt,

Г

Et

Л

OD

Et

D,0

ОА1ЕЦ

48a,b,c,d 50a

~1 : 1

Как и в случае фенилзамегценных пропаргиловых спиртов, циклоалюминирование 4-фенил-3-бутинола приводило к селективному получению региоизомера с а-расположенной по отношению к атому алюминия фенильной группой. (Схема 37). Циклоалюминирование 5-триметилсилил-4-пентинола, в отличие от незамещенного 4-пентинола, проходило с высокой степенью региоселективности, что можно объяснить агостическим взаимодействием между атомом циркония и атомом водорода триметилсилильной группы.

-HS-HT^OH

Et.Al

[Cp2ZrCl2] гексан, 40 °С 24 ч

OAlEt,

А1 I

Et

D20 (HjO)

D(H)

od(oh)

D(H)

52 (53): n=l, R=Ph (67% для 52) 54 (55): n=2, R=SiMc3 (75% для 54)

Таким образом, взаимодействие ацетиленовых спиртов с Et3Al в присутствии каталитических количеств Cp2ZrCl2 приводит к получению соответствующих алюминациклопент-2-енов. Цнклоалюмшшрование алкилзамещенных ацетиленовых спиртов (пропаргиловото, гомопропаргилового и бисгомопропартлового) проходит нерегиоселективно.

14. Циклоалюминирование пропаргиламинов

Продолжая исследование каталитического циклоалюминирования функционально-замещенных ацетиленов, а также учитывая доступность и широкое использование пропаргиламинов в синтетической практике, были исследованы закономерности взаимодействия этих соединений с Е13А1 в присутствии каталитических количеств Ср2ггС12. Установлено, что Л^,Лг-диметилгепт-2-ин-1-амин реагирует с 2 эквивалентами Е13А1 в присутствии 20 мол. % Ср22гС12 в среде гексана при 40 °С за 2 часа, давая после дейтеролиза (22)-2-дейтеро-3-(2-дейтероэтил)-ДЛ^-диметилгепт-2-ен-1-амин 56а с выходом 83%. Аналогично проходило взаимодействие с А/,ЛГ-диметилундец-2-ин-1 -амином и А',Дг-диметилтюн-2-ин-1-амином (Схема 38).

Таким образом, в отличие от алкилзамещенных пропаргиловых спиртов, циклоалюминирование алкилзамещенных пропаргиламинов проходит региоселективно с высоким выходом без перегруппировки, сопровождающейся отщеплением функциональной группы. По-видимому, это можно объяснить меньшей электроотрицательностью атома азота относительно кислорода и потому большей стабильностью цирконийорганических интермедиатов вследствие меньшей склонности к реакции (3-элиминирования. Можно предположить, что более региоселективный характер реакции по сравнению с алкилзамещенными пропаргиловыми спиртами обусловлен формированием шестичленного межмолекулярного комплекса с более прочной >А1 донорно-акцепторной связью, вследствие большей нуклеофильности аминов в сравнении со спиртами.

Схема 38

R-

---\

EtjAl (2 экв.)

NMe 20 мол.% Cp2ZrCl2 гексан, 40 °С 2 ч

R=n-C4H, (а), п-С8Н„ (Ь), л-С6Н13(е)

NMe,

D,0

NMe,

56а 83% 56b 88% 56с 87%

Как и в случае с ацетиленовыми спиртами, циклоалюминирование фениязамещенных пропаргиламинов (Луу'-диметил-3-фенилпроп-2-ин-1-амин и 1-(3-фенил-2-пропинил)пиперидина) проходит регио- и стереоселективно (Схема 39).

Схема 39

Ph-

EtjAl (2 экб.)

NR'R"

20 мол.% Cp2ZrCl2 гексан, 40 "С 3 ч

/—NR'R"

el.

A1 I

Et

D20(H20)

D(H)

ВД'

NR'R"

Ph

57а 60% (58а)

К|Д'=Ме,Ме(а),-(СНг),-(Ь) 57Ь 88% (58Ь)

При гг-катализируемом взаимодействии А',ЛГ,Л",Д''-тетраметилдека-2,8-диин-1,10-диамина с Е13А1 происходит вытеснение этилена ацетиленовым соединением из координационной сферы атома циркония в интермедиатном цирконоцен-этиленовом комплексе и окислительное сочетание двух ацетиленовых фрагментов с образованием цирконациклопентадиена, последующее лереметаллирование в каталитическом цикле и дейтеролиз которого приводят к бис-алкилиденовому производному циклогексана 59 (Схема 40). Ранее аналогичное образование алкилидензамещенного циклогексана наблюдалось при циклоалюминировании триметил(окт-7-ен-1-ин-1-ил)силана.19

Схема 40

ММе,

_=_/

,NMe,

EtjAl (2 экв.)

NMc,

20 мол.% Cp2ZrCI2 гексан, 40 °С Зч

NMe,

D,0(H.0)

ММе2 59 81%, (60)

Таким образом было установлено, что циклоалюминирование алкил- и фенилзамещениых пропаргиламинов проходит с высокой регио- и стереоселекгивностью, давая с хорошим выходом (60-88%) соответствующие аллиламиновые производные.

На следующем этапе исследования с целью разработки новых методов синтеза функционально-замещенных циклопропанов было исследовано взаимодействие полученных алюминациклопент-2-енов с алкиловыми эфирами сульфоновых кислот. Установлено, что алюминациклопент-2-ены, полученные циклоалюминированием замещенных пропаргиловых спиртов и пропаргиламинов не вовлекаются в реакцию алкилирования, а алюминийорганические соединения, полученные превращением гомо- и бисгомопропаргиловых спиртов дают при взаимодействии с МеОТз сложную смесь продуктов, что обусловлено нерегиоселективным характером реакции циклоалюминирования в случае несимметричных ацетиленов. Как продемонстрировано в главе 2.11, перегруппировка алюминациклопент-2-енов в циклопропановые соединения сильно зависит как от электронных, так и от стерических факторов, что, по-видимому,

" Negishi E. -i. et al. Zirconium-catalyzed carboaliunination of alkynes aiid enynes as a route to aluminacycles and their conversion to cyclic organic compounds // Tetrahedron Lett. - 1998. - Vol. 39. - № 17. - P. 2503 - 2506.

затрудняет прохождение реакции алкилирования и последующей гомоаллил-циклопропюгметильной перегруппировки в случае алюминациклопент-2-енов, полученных циклоалюминированием пропаргиловых спиртов и аминов. В случае пропаргиламинов реакция осложняется образованием четвертичных аммонийный солей.

15. Цнклоалюминирование функционально-замещенных олефинов триэтилалюминпем, катализируемое Ср2ХгС12

Как показано выше, наличие гидроксильной или аминной функции в молекуле ацетиленового соединения не препятствовало прохождению реакции циклоалюминирования функционально-замещенных ацетиленов и образованию 2,3-дизамещенных алюминациклопент-2-енов. В то же время, в литературе отсутствовали сведения о катализируемом Ср2ггС12 циклоалюмияировании виниловых, аллиловых и гомоаллиловых спиртов и аминов, превращение которых позволило бы разработать в однореакторном варианте новые методы синтеза функционально-замещенных циклопропанов, циклобутанов, циклопентанолов, тетрагидротиофенов. С целью разработки эффективного метода синтеза функционально-замещенных алюминациклопентанов было изучено взаимодействие виниловых, аллиловых и гомоаллиловых соединений с Н^А! в присутствии каталитических количеств Ср2^гС12.

Установлено, что взаимодействие аллиламинов (А'-аллилциклогексиламина, ЛГ-аллил-трею-октиламина, ЛГ-аллилпиперидина) с 1 эквивалентом Е^А1 в присутствии каталитических количеств Ср2ггС12 (5 мол.%) в гексане при температуре 40 °С в течет« 8 часов давало после дейтеролиза 4-дейтеро-2-(дейтерометил)бутилзамещенные амины 61а-с с выходом 64-83% (Схема 41).

И',К"- с-Нех,Н (а), 1ег1-Ол, Н (Ь), -(СН2)5- (с) "'1 ^ '

Интересно, что аллилфениламин и диаллилфениламин не проявили активности в изучаемой реакции, что согласуется с их относительно низким глобальным индексом нуклеофильности. Циклоалюминирование диаллиламина идет по обеим двойным связям с образованием после дейтеролиза реакционной массы тетрадейтерозамещенного амина с выходом 69%. В то же время, в диаллил(трет-октил)амине превращению подвергается только одна двойная связь. Взаимодействие диаллилбутиламина с 1 эквивалентом Е^А! в присутствии 5 мол. % Ср2ггС12 приводит после дейтеролиза к получению 2,3-бис(дейтерометил)-А'-н-бутилпирролидина с выходом 85%.

2г-катализируемое циклоалюминирование аллилгептилсульфида проходит с меньшими выходами (Схема 42) и после дейтеролиза в продуктах реакции наряду с дидейтерированным производным 62 (53%) обнаруживали с1ггептантиол в количестве 28%. По-видимому, образование гептантиола происходит вследствие р-элиминирования сульфидной группы из образующегося цирконациклопропанового интермедиата.

Схема 41

61а (64%), 61Ь (79%), 61с (83%)

EtjAl (1 экв.) Cp2ZiCl2 (0.1 экв.)

+ »C7H„SD

'Al

+ uC7H15SAlEt2

D'

D

гексан, 40 °C

62 (53%)

8 ч

Известно,20 что аллиловые эфиры демонстрируют аналогичное поведение в реакции с реагентом Негиши, поэтому можно было ожидать, что в случае аллиловых и виниловых эфиров в условиях изучаемой реакции будет происходить расщепление углерод-кислородной связи. Действительно, аллил-//-ундециловый эфир под действием Е1:3А1 в присутствии каталитических количеств Срг2гСЬ в указанных выше условиях после гидролиза реакционной массы с количественным выходом превращался в ундециловый спирт, а бутилвиниловый эфир в исследуемой реакции давал после гидролиза //-бутиловый спирт. В реакцию циклоалюминирования не удалось вовлечь также такие аллильные и винильные производные, как 1-циклогексил-2-пропен-1-ол и винил-т/?ет-октиламин.

В случае реакции с гомоаллиловыми спиртами (З-бутен-1-ол, 1-децен-4-ол) расщепления углерод-кислородной связи не происходит, и образуются соответствующие замещенные алюминациклопентаны с высокими выходами (79-80%). Таким образом, при наличии двух метиленовых групп между двойной связью и гидроксильной группой, циклоалюминирование не сопровождается побочной реакцией элиминирования. Аналогично вступает в реакцию циклоалюминирования замещенный гомоаллиламин (1-(3-бутенил)пиперидин). После дейтеролиза выделили 1-(3-[(2Н1)метил](5-2Н1)пентил)пиперидин с выходом 85%.

Таким образом, изучено взаимодействие функционально-замещенных олефинов (аллиловых аминов, сульфидов и эфиров, гомоаллиловых спиртов и аминов, а также виниловых эфиров) с Е13А1 под действием каталитических количеств Cp2ZгCl2. Установлено, что циклоалюминирование аллиламинов проходит с высокой региоселективностью с образованием после дейтеролиза 4-дейтеро-2-(дейтерометил)бутилзамещенных аминов. Циклоалюминирование алкилаллилсульфида сопровождается побочным процессом расщепления С-8 связи. В случае аллиловых и виниловых эфиров в условиях реакции продукты циклоалюминирования не образуются. Вследствие большей склонности алкоксильной группы к элиминированию, не удалось осуществить реакцию циклоалюминирования алкилаллилового и алкилвинилового эфира. Однако реакция с гомоаллиловыми спиртами и амином проходит с хорошим выходом (7985%), давая после дейтеролиза соответствующие дидейтеросодержащие соединения.

16. Циклоалюмпнирование днзамещепных ацетиленов с участием 1,2-дихлорэтаиа

Выше были продемонстрированы примеры синтеза алюминациклопент-2-енов взаимодействием ацетиленов с Е^/М в присутствии каталитических количеств Cp2ZrCl2. В

2I} Rousset C.J. et al. Zirconocene-promoted stereoselective bicyclization of 1,6- and 1,7-dienes to produce trans-zirconabicyclo[3.3.0]octanes and cis-zirconabicyclo[4.3.0]nonanes // Tetrahedron Lett. - 1989. - Vol. 30. - № 38. - P. 5105 -5108.

основе метода лежит идея формования в каталитическом цикле цирконациклопентена взаимодействием цирконациклопропанового интермедиата с ацетиленом. С другой стороны, можно представить процесс, в котором цирконациклопентен будет формироваться из цирконациклопроиена и этилена. Известно, что при взаимодействии дизамещенных ацетиленов с EtAlCl2 в присутствии Mg и каталитических количеств Cp2TiCl2 в среде ТГФ образуются алюминациклопропены.21 Предложенная авторами схема их образования включает стадии восстановления Cp2TiCl2 до координационно-ненасыщенного "Cp2Ti", образование его комплекса с дизамещенным ацетиленом и переметаллирование образовавшегося титанациклопропенового интермедиата с помощью EtAlCl2. Можно предположить, что включение молекулы этилена по Ti-C связи в интермедиатном титанациклопропене А должно привести к образованию титанациклопентена В, переметаллирование которого исходным дигалогеналаном позволит получить алюминациклопент-2-ены. Удобным методом генерации этилена in situ является взаимодействие 1,2-дихлорэтана с магнием, используемым в реакции для восстановления СргТЧСЬ (Схема 43).

Схема 43

Исходя из этих предпосылок было осуществлено циклоалюминирование ряда дизамещенных ацетиленов с помощью ЕиАЛСЬ в присутствии Mg и катализатора Ср2Т1С12 при медленном добавлении смеси 1,2-дихлорэтана с дизамещенным ацетиленом к раствору ЕШС12 в ТГФ (мольное соотношение [aцeтилeн]:[C2H4Cl2]:[EtAlCl2]:[Mg]:[Cp2TiCl2] = 1:2:4:3:0.05). Реакция проходит в эфирных растворителях (ТГФ, диэтиловый эфир) при комнатной температуре за 10 часов. Из анализа продуктов дейтеролиза реакционной массы установили, что наряду с алюминациклопентенами 64 образуются алюминациклопропены 63 и алюминациклопентадиены 65, соотношение и выходы которых зависят от природы заместителей в дизамещенном ацетилене (Схема 44). Так, в случае диалкилзамещенных ацетиленов (октин-4, децин-5) и аллиламилацетилена реакция проходит неселективно с образованием наряду с алюминациклопентенами 64 побочных продуктов 63 и 65 в значительных количествах (до 40% для октина-4). Кроме того, циклоалюминирование

21 Джемилев У.М., Рамазанов И.Р. и др.. Атомациклопропены-новый класс алюминийорганических соединений // Изв. РАН. Сер. хим. - 1997. - № 12. - Р. 2269-2270.

аллиламилацетилена протекает не региоселективно с получением смеси регаоизомерных алюминациклопентенов в соотношении 1:1.

Циклоалюминирование алкил(аллил)фенилзамещенных ацетиленов и дифенилацетилена идет более селективно с получением алюминациклопентенов 64 (45-65 %) и незначительных количеств алюминациклопропенов 63 (5-15 %). Кроме того, наличие фенильного заместителя при тройной связи способствует более региоселективному протеканию реакции с преимущественным образованием одного региоизомера (~9:1), в котором фенильная группа находится в а-положении по отношению к атому алюминия 64

Схема 44

EtAlClj + Mg + R1-

-R*

C1CH2CH2C1 [Cp2TiCl2]

ТГФ, rt 10 ч

{ A1

I

Et

64a-g

10,2) 1(2,2) " R

К

EtAl<^

R

2(2,1) R' '

63a-c,e-g

a: R1 = R2 = и-Рг b: R1 = R2 = n-Bu с: R1 = n-Am; R2 = ally! d: R1 = allyl; R2 = n-Am e: R'= R2 = Ph f: R1 = Ph; R2 = allyl g: R> = Ph; R2 = n-Pr

HjO (D20)

(D)H

(D)H

R' R

>=K

(D)H H(D)

2(1,1)

A1 R I

Et _

65a-c,g

1(1.2) 1(2,2)

R

2(2, R

ГЛ

R

H(D) H(D) 10-20%

высокой реакционной

45-65% 10-20%

Полученные результаты свидетельствуют о более способности образующегося in situ титанациклопропенового интермедиата А по отношению к генерируемому из 1,2-дихлорэтана этилену, нежели к исходному дизамещенному ацетилену.

Таким образом, разработан новый метод синтеза 2,3-дизамещенных алюминациклопент-2-енов взаимодействием дизамещенных ацетиленов с EtAlClj в присутствии этилена, генерируемого в условиях реакции из 1,2-дихлорэтана и магния с использованием в качестве катализатора Cp2TiCl2. Несмотря на невысокий выход алюминациклопент-2-енов, данное исследование подтвердило плодотворность подхода, заключающегося в функционализации высокореакционноспособного

титанациклопропенового интермедиата А непосредственно в каталитическом цикле.

ВЫВОДЫ

Настоящая работа представляет собой целенаправленное исследование, посвященное разработке перспективных для практического применения однореакторных методов синтеза замещенных циклопропанов, основанных на осуществлении реакций моно- и дизамещенных ацетиленов с триалкилаланами и CH2I2, а также алюминациклопентенов, получаемых in situ из дизамещенных ацетиленов и Et3Al в присутствии катализатора Cp2ZrCl2, с алкиловыми эфирами сульфоновых кислот.

В результате развито новое научное направление - карбеноиды алюминия в химии ацетиленов.

1. Взаимодействием моноалкил- и диалкилзамещенных, алкилфенилзамещенных ацетиленов с СН212 и R3A1 (Et3Al, i-Bu3A!) впервые полнены алюминийорганические соединения, содержащие, в зависимости от структуры ацетилена и условий проведения реакции, ди-, три- или тетразамещенные циклопропановые фрагменты. Установлено, что первоначально проходит образование 1,1-дизамещенных циклопропанов, которые в результате 2-циклопропилэтильной перегруппировки превращаются, в зависимости от характера замещения ацетилена, в 1,1,2-три- или 1,1,2,2-тетразамещенные циклопропаны. Впервые обнаружена 2-циклопропилэтильная перегруппировка, проходящая в ряду металлоорганических соединений. Предложена схема превращения ацетиленов в соединения циклопропанового ряда, включающая стадии карбоалюминирования ацетилена карбеноидом алюминия, нуклеофильного сопряженного замещения с участием Et3Al, циклопропанирования двойной связи и внедрения метиленовой группы по связи А1-С под действием карбеноида алюминия с последующей 2-циклопропилэтильной перегруппировкой.

2. Впервые осуществлена региоселективная реакция моно- и диалкилзамещенных ацетиленов с Ме3А1 в присутствии СН212 с получением 2-иодэтилзамещенпых циклопропанов. Предложена схема реакции, в соответствии с которой иодсодержащие циклопропаны образуются в результате A1-I обмена при взаимодействии циклопропансодержащих алюминийорганических соединений с СН212. Установлено, что МезА1 обладает относительно низкой реакционной способностью по отношению к СН212 в ряду триалкилаланов: Me3Al«¡'-Bu3Al<Et3Al.

3. С использованием карбеноидов алюминия разработан диастереоселективный метод получения Д1шзобутил[(2-алкил-3-(триметилс1щ1ш)циклопрошш)]аланов из кремнийорганических ацетиленов, а также впервые синтезированы алюминийорганические фосфониевые соли строения [Ph2R'PCH2AlR2] Г реакцией фосфинов Ph2PR' (где R-1-гексинил, Ph, n-Bu) с СН212 и R3A1 (где R = Et, г-Вц). Установлено, что ацетиленовая связь в алкинилфосфинах инертна по отношению к карбеноидам алюминия.

4. Впервые разработан эффективный препаративный метод получения 1,1'-дизамещенных бис-циклопропанов взаимодействием замещенных пропаргиловых спиртов с СН212 и R3A1 (где R = Et, г-Bu). Предложена схема превращения, включающая стадии

'карбоалюминирования пропаргилового спирта карбеиоидом алюминия, нуклеофильного сопряженного замещения с участием Е13А1, элиминирования алюмоксана и кщклопропанирования образующегося замещенного винилциклопропана с помощью карбеноида алюминия.

5. Впервые реакцией гомо- и бисгомопропаргиловых спиртов с СН212 и Я3А1 (где Я = ¡Ме, Е1, /-Ви) с высокой региоселектявностью получены алюмишшорганические соединения, содержащие, в зависимости от строения ацетиленового спирта, ди-, три- и ^етразамещенные циклопропановые фрагменты. Предполагаемая схема реакции аналогична той, что была предложена для превращения алкил- и фенилзамещенных ацетиленов в соединения циклопропанового ряда под действием триалкилапанов и СН212. ¡6. Разработан метод превращения замещенных пропаргиламинов в ¿У-({1-[(1-11-циклопропил)метил]циклопропил}метил)-Л',Л'-диметиламины и Л^-{2-[(1-Я-

|циклопропил)метил]-2-пропенил}-Л',Лг-диметиламины (где Я=алкил, фенил) под действием та3А1 и СН212.

7. Впервые осуществлено превращение 1,4-енинов строения Я'-С^С-СН2С(К")=СН2 (где К.'=а1ку1; К."=Н, Ме) в циклопропилацетилены и (циклопропилметил)циклопропаны под действием СН212 и ЯзА1 (где Я = Е1, г-Ви). Установлено, что двойная связь в 1,4-енинах (проявляет более высокую реакционную способность в реакции с карбеноидом алюминия, нежели ацетиленовая. Замещенные 1,3-диины инертны в условиях реакции, а 1,3-енины превращаются в сложную смесь олигомерных углеводородов.

18. Разработан двухстадийный однореакторный метод получения 1,1-диалкилзамещенных циклопропанов из ацетиленов, основанный на каталитическом превращении последних в алюминациклопент-2-ены с последующим взаимодействием с алкиловыми эфирами сульфоновых кислот. Методом динамической ЯМР-спектроскопии установлено, что лимитирующей стадией превращения является гомоаллил-циклопропилметильная перегруппировка. Впервые обнаружено наличие индукционного периода в реакции циклоапюминирования олефинов и ацетиленов. Установлено, что при повышении температуры до 30-40 °С индукционный период реакции | циклоапюминирования алкил-, фенилзамещенных и кремнийорганических олефинов и ацетиленов существенно сокращается. Оценена относительная реакционная способность ряда олефинов: (октен-1 > аллилбензол ~ стирол > норборнен > триметилвинилсилан) и ацетиленов в данной реакции: (октин-1 > фенилацетилен > октин^ > бутил(триметилсилил)ацетилен).

9. В развитие метода превращения алюминациклопент-2-енов в соединения I циклопропанового ряда впервые осуществлено катализируемое Ср22гС12 циклоалюминирование замещенных пропаргиловых, гомопропаргиловых и бисгомопропаргиловых спиртов, алкил- и фенилзамещенных пропаргиламинов в соответствующие функционально-замещенные алюминациклопент-2-ены под действием Е13А1. В отличие от алкилзамещенных пропаргиловых спиртов, циклоалюминирование замещенных пропаргиламинов проходит региоселективно с высоким выходом без перегруппировки, сопровождающейся отщеплением функциональной группы.

10. Впервые установлено, что взаимодействие аллилзамещенных аминов и сульфидов, а также гомоаллилзамещенных аминов и спиртов с Et3Al под действием каталитических количеств CpiZrCb проходит с региоселективным образованием соответствующих функционально-замещенных алюминациклопентанов. Циклоалюминирование алкилаллотсульфида сопровождается побочным процессом расщепления C-S связи. В случае аллиловых и виниловых эфиров в условиях реакции продукты циклоалюминирования не образуются.

11. С целью разработки пожаробезопасного метода получения алюминациклопент-2-енов был реализован подход, основанный на взаимодействии дизамещенных ацетиленов с EtAlCl2 в присутствии этилена, генерируемого в условиях реакции из 1,2-дихлорэтана и активированного магния с использованием в качестве катализатора Ср2Т1С12.

12. Предложен эффективный препаративный метод синтеза замещенных спиропентанов из алкил-, арилзамещенных и циклических алленов реакцией с СН212 и R3AI (где R = Et, j-Bu). Показано, что карбеноиды алюминия обладают преимуществом перед ранее использовавшимися реагентами циклопропанирования в случае стерически-затрудненных алленов, а именно фенилаллена и 1,2-циклононадиена. Обнаружено новое превращение а-метилфенилаллена в Г-метилспиро^клопропан-Ег'-индан) под действием СН212 и Et3Al.

В рамках диссертационной работы выполнены фундаментальные исследования в области химии ацетиленов и карбеноидов алюминия, позволившие разработать препаративные методы синтеза ди-, три- и тетразамещенных циклопропанов, в том числе содержащих функциональные группы, исходя из терминальных и дизамещенных ацетиленов, триалкилаланов и СН212, которые перспективны для применения как в лабораторной практике, так и в промышленности.

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах: Обзоры

1. Рамазанов И.Р., Ярославова A.B., Джемилев У.М. Синтез циклопропановых соединений: бицикло[1.1.0]бутанов, спиропентанов и бициклопропанов // Успехи химии. -2012. - Т. 81. - № 8. - С. 700-728.

2. Ramazanov I.R., Dzhemilev U.M. Ethylaluminum Dichloride // Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, 2008, John Wiley & Sons, Ltd, DOI: 10.1002/047084289X.re044.pub2.

Статьи в научных журналах

3. Рамазанов И.Р., Ярославова A.B., Джемилев У.М., Нефедов О.М. Взаимодействие 1,4-енинов с СН212 и Et3Al // Известия АН. Сер. хим. - 2011. - №11. - С. 2233-2236.

4. Рамазанов И.Р., Ярославова A.B., Джемилев У.М. О взаимодействии фосфинов с карбеноидами алюминия // Журнал органической химии. - 2011. - Т. 47. - №2. - С. 300-302.

5. Рамазанов И.Р., Ярославова A.B., Джемилев У.М., Нефедов О.М. Циклопропанирование алкинолов действием системы CH2I2-Alk3Al // Известия АН. Сер. хим. - 2011. - № 2. - С. 306-311.

6. Рамазанов И.Р., Ярославова А.В., Халилов JI.M., Джемилев У.М., Нефедов О.М. Необычная реакция пропаргиламинов с СН212 и Et3Al // Известия АН. Сер. хим. - 2010. - № 8. - С. 1623-1625.

7. Ramazanov I.R., Dil'mukhametova L.K., Dzhemilev U.M., Nefedov О.М. The conversion of alkynes into substituted cyclopropanes effected by CH2I2-R3A1 (R=Me, Et, ¡-Bu) // J. Organomet. Chem. -2010.-Vol. 695. -№ 14. - P. 1761-1767.

8. Ramazanov I.R., Yaroslavova A.V., Dzhemilev U.M., Nefedov O.M. Aluminum carberioids in allene cyclopropanation // Tetrahedron Lett. - 2010. - Vol. 51. - № 48. - P. 6268-6269.

9. Ramazanov I.R., Yumagulova A.V., Dzhemilev U.M. and Nefedov O.M. The synthesis of 1,1-disubstituted bis-cyclopropanes by the reaction of substituted propargylic alcohols with CH2I2-R3A1 // Tetrahedron Lett. - 2009. - Vol. 50. - № 29. - P. 4233-4235.

10. Рамазанов И.Р., Дильмухаметова Л.К., Джемилев У.М., Нефедов О.М. Получение циклопропансодержащих алюминийорганических соединений при взаимодействии ацетиленов с СН212 и Et3Al // Известия АН. Сер. Хим. - 2009. - №7 - С. 1311-1314.

11. Ramazanov I.R., Dil'mukhametova L.K., Khalilov L.M., Dzhemilev U.M. and Nefedov O.M. Diastereoselective conversion of alkynyl(trimethyl)silanes into substituted cyclopropanes affected by ;-Bu3Al - CH212 reagent. // Tetrahedron Lett. - 2008. - Vol. 49. - № 42. - P. 60586060.

12. Dzhemilev U.M., Ramazanov I.R., Ibragimov A.G., Lukjyanova M.P., Djyatchenko L.I., Nefedov O.M., Acetylene cyclopropanation by CH2I2-Et3AI Reagent // J. Organomet. Chem. -2001. - Vol. 636. -№ 1-2. -P. 91-95.

13. Рамазанов И.Р., Лукьянова М.П., Шарипова A.3., Ибрагимов А.Г., Джемилев У.М., Нефедов О.М. Одностадийное циклопропанирование ацетиленов с помощью СН212 и Et3Al // Известия АН. Сер. хим. - 2001. - №8. - С. 1338-1341.

14. Джемилев У.М., Ибрагимов А.Г., Рамазанов И.Р., Лукьянова М.П., Шарипова А.З., Халилов Л.М. Синтез и превращения металлациклов. 21. Новый метод синтеза 1,1-диалкилзамегценных циклопропанов // Известия АН. Сер. хим. - 2000. - №6. - С. 1092-1095.

15. Dzhemilev U.M., Ibragimov A.G., Khafizova L.O., Ramazanov I.R., Yalalova D.F., Tolstikov G.A. One-pot synthesis of 1,1-disubstituted cyclopropanes in the presence of metal complex catalysts // J. Organomet. Chem. - 2001. - Vol. 636. - № 1-2. - P. 76-81.

16. Джемилев У.М., Рамазанов И.Р., Ибрагимов А.Г., Лукьянова М.П., Шарипова А.З. Синтез и превращения металлоциклов. 24. Каталитическое циклоалюминирование несимметричных дизамещенных ацетиленов с участием Zr-содержащих катализаторов. // Известия АН. Сер. хим. - 2001. - № 3. - С. 465-468.

17. Рамазанов И.Р., Кадикова Р.Н., Джемилев У.М. Катализируемое Cp2ZrCl2 циклоалюминирование ацетиленовых спиртов и пропаргиламинов под действием Et3Al // Известия АН. Сер. хим. - 2011. - №1. - С. 96-102.

18. Рамазанов И.Р., Кадикова Р.Н., Джемилев У.М. Циклоалюминирование функционально-замещенных олефинов под действием Et3Al, катализируемое Cp2ZrCl2 // Известия АН. Сер. хим. - 2011. - №8, - С. 1602-1606.

19. Рамазанов И.Р., Ибрагимов А.Г., Джемилев У.М. Новый метод циклоалюминирования дизамещениых ацетиленов с участием 1,2-дихлорэтана // Журнал органической химии. -2008. - Т. 44. - №. 6. - С. 793-796.

20. Рамазанов И.Р., Шарипова А.З., Джемилев У.М. Катализируемое Cp2TiCl2 гидроалкшшрование циклических олефинов с помощью реагента í-BuBr - Cp2T¡Cl2 // Журнал органической химии. - 2006. - Т. 42. -№ 12. - С. 1867-1868.

21. Рамазанов И.Р., Дьяченко Л.И., Ибрагимов А.Г., Джемилев У.М. Катализируемое Cp2TiCl2 гидроалкилирование а-олефинов с помощью реагента ¿-BuBr - Cp2TiCl2 // Известия АН. Сер. хим. - 2002. - №5. - С. 770-772.

Патенты

22. Джемилев У.М., Рамазанов И.Р., Дильмухаметова JT.K., Шарипова А.З., Ибрагимов А.Г. Способ получения диэтил[(2-зтил-1,2-диалкилциклопропил)-этил]аланов / Патент РФ

№2342396. - Б.И. - 2008. - №36.

23. Джемилев У.М., Рамазанов И.Р., Дильмухаметова Л.К., Шарипова А.З., Додонова Н.Е., Ибрагимов А.Г. Способ получения диэтил[(2-алкил-2-(1-фенилциклопропил)-бутил]аланов / Патент РФ №2342397. - Б.И. - 2008. - №36.

24. Джемилев У.М., Рамазанов И.Р., Дильмухаметова Л.К., Шарипова А.З., Додонова Н.Е., Ибрагимов А.Г. Способ получения диэтил-[2-(]-алкилциклопропил)-2-

алкилбутил]аланов / Патент РФ №2373213. - Б.И. - 2009. - №32.

25. Джемилев У.М., Рамазанов И.Р., Дильмухаметова JI.K., Шарипова А.З., Шайбакова М.Г., Ибрагимов А.Г. Способ получения диизобутил[(2-изобутил-1-алкилциклопропил)этил]аланов / Патент РФ №2382044. - Б.И. - 2010. - №5.

26. Джемилев У.М., Рамазанов И.Р., Дильмухаметова JI.K., Юмагулова A.B., Шарипова А.З., Шайбакова М.Г., Ибрагимов А.Г., Садыков P.A. Способ получения 1-иод-2-алкил-3-(триметилсилил)-1,3-бис-(диизобутилалюмино)пропанов / Патент РФ №2434874. - Б.И. -

2011.-№33.

27. Джемилев У.М., Рамазанов И.Р., Дильмухаметова JI.K., Юмагулова A.B., Шарипова А.З., Шайбакова М.Г., Додонова Н.Е., Ибрагимов А.Г., Садыков P.A. Способ получения диизобутил-2-алкил-3-(триметилсилил)циклопропилаланов / Патент РФ №2417227. - Б.И. -2011. -№12.

28. Джемилев У. М., Рамазанов И. Р., Дильмухаметова Л. К., Юмагулова А. В., Шарипова А. 3., Шайбакова М. Г., Додонова Н. Е., Ибрагимов А. Г., Садыков Р. А. Способ получения 1-алкил-2-(триметилсилил)циклопропанов / Патент РФ №2440360. - Б.И. - 2012. - №2.

Лицензия №0177 от 10.06.96 г. Подписано в печать 11.04.2014 г. Бумага офсетная. Отпечатано методом ризографии. Формат 60x84 1/16. Усл.печ.л. 1,5. Уч.-изд.л.1,5. Тираж 125 экз. Заказ №102

Типография ГОУ ВПО «Башгосмедуниверситет РОСЗДРАВА» 450000, г. Уфа, ул. Ленина, 3

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ ИНСТИТУТ НЕФТЕХИМИИ И КАТАЛИЗА РАН

АЦЕТИЛЕНЫ В АЛЮМИНИЙОРГАНИЧЕСКОМ СИНТЕЗЕ

ЦИКЛОПРОПАНОВ

02.00.03. - Органическая химия

Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук

00 о

^ ^ Научный консультант:

^^ ^ д.х.н., профессор, член-корр. РАН

^ ГО Р СМ §

ю °

Джемилев У.М.

Уфа-2014

Оглавление

Введение..................................................................................................................................................................4

Глава I. Литературный обзор

Карбеновые методы в синтезе полициклопропановых соединений................................10

1.1 Методы синтеза бициклобутанов............................................................................................................11

1.2 Методы синтеза спиропентанов..............................................................................................................33

1.3. Методы синтеза бис-циклопропанов..................................................................................................58

Глава II. Обсуждение результатов............................................................................................................83

2.1. Превращение ацетиленов в циклопропановые соединения под действием СН212 и Е^А1......................................................................................................................................................................84

2.2. Превращение ацетиленов в циклопропановые соединения под действием СН212иМе3А1....................................................................................................................................................................101

2.3. Превращение ацетиленов в циклопропановые соединения под действием СН212и /-Ви3А1............................................................................................................................................................105

2.4. Превращение кремнийорганических ацетиленов в циклопропановые соединения под действием СН212 и /-Ви3А1........................................................................................109

2.5. Взаимодействие (1-алкинил)фосфииов с СН212 и

триалкилаланами............................................................................................................................................................................................113

2.6. Реакция замещенных пропаргиловых спиртов с СН212 и триалкилаланами 115

2.7. Реакция гомопропаргиловых и бис-гомопропаргиловых спир тов с СН212 и 122 триалкилаланами.............................................................................

2.8. Реакция замещенных пропаргиламинов с СН212 и триалкилаланами................129

2.9. Реакция 1,4-енинов с СН212 и триалкилаланами..................................................................134

2.10. Циклопропанировании алленов с помощью СН212 и Е13А1......................................138

2.11. Алюминациклопент-2-ены в синтезе циклопропановых соединений 145

2.12. Реакционная способность олефинов и ацетиленов в реакции 151 циклоалюминирования

2.13. Катализируемое Ср22гС12 циклоалюминирование пропаргиловых 159 спиртов.......................................................................................

2.14. Циклоалюминирование пропаргиламинов..............................................................................166

2.15. Циклоалюминирование функционально-замещенных олефинов 171

триэтилалюминием, катализируемое Cp2ZrCl2.........................................

2.16. Циклоалюминирование дизамещенных ацетиленов с участием 1,2- 176 дихлорэтана....................................................................................

2.17. Каталитическое гидроалкилирование а-олефинов и циклоолефинов с 180

помощью ¿-BuBr и Et3Al в присутствии Cp2TiCl2.....................................

Глава III. Экспериментальная часть.................................................. 185

Выводы......................................................................................... 265

Литература.................................................................................... 269

Введение*

Актуальность темы. Создание новых методов синтеза замещенных циклопропановых соединений, перспективных в органическом и металлоорганическом синтезе с использованием широкодоступных исходных реагентов, всегда являлось важной и актуальной задачей в органической химии. Особо широкое применение для получения циклопропановых соединений нашли карбеновые методы, такие как циклопропанирование олефинов по Макоша, с помощью диазометана и реагента Симмонса-Смита. На основе последнего были разработаны альтернативные металлоорганические реагенты, представляющие собой, главным образом, карбеноиды цинка. Несмотря на то, что формально карбеноиды алюминия относят к группе металлооргаиических соединений, близких по строению к реагепгу Симмонса-Смита, они обладают отличающейся от последнего региоселективностыо присоединения мегиленовой группы к замещенным диенолам, что указывает на возможные различия в механизме реакции циклопропанирования. Триэтилалюминий, используемый для генерации карбеноидов алюминия из СЫ2125 является доступным и дешевым реагентом, поскольку представляет собой одно из немногих металлооргаиических соединении, производимых в промышленных масштабах. Кроме того, простота получения карбеноидов алюминия, их термическая стабильность и высокая реакционная способность по отношению к ненасыщенным соединениям, а также крайне малая изученность делают их интересными объектами для химического исследования с целыо создания новых реагентов циклопропанирования ацетиленов и олефинов. Интересно, что карбеноиды алюминия были открыты практически одновременно с карбеноидами цинка, однако реагент Симмонса-Смита получил гораздо большее применение в органической химии. До настоящего времени были известны единичные примеры успешного использования карбеноидов алюминия в органической химии, в частности для циклопропанирования гераниола, периллилового спирта и бензинового эфира гераниола, а также у-кремнийзамещенных аллиловых спиртов. С точки зрения получения

'Автор выражает искреннюю благодарность академику РАН Нефедову О.М. за поддержку и постоянную помощь при обсуждении и интерпретации полученных результатов.

бицикло[1.1.0]бутанов, интересно взаимодействие карбеноидов алюминия с ацетиленами. В работе Гоберга 1962 года сообщалось о том, что бутин-2 при обработке СГ12М2 в присутствии Е12А1С1 при -50 °С превращался в 1,2-диметилцшслопропен с выходом 9% по бутипу-2. Низкий выход продукта мог быть обусловлен побочными процессами, проходящими при взаимодействии ацетилена с СЫ2Ы2 и образующегося циклопропена с шноминийорганическим соединением. К сожалению, вплоть до нашего времени данное направление не получило развития. В 1985 году Маруока и Ямамото обнаружили, что стабильность карбеноида алюминия, образующегося из СН212 и Е13А1, определяется, главным образом, растворителем и соотношением реагентов. Таким образом, можно предположить, что взаимодействие ацетиленов с СН212 и триалкилаланами в углеводородном или галогенсодержащем растворителе будет приводить к образованию циклопропаиовых или полициклопропановых соединений. До момента начала настоящего исследования в мировой литературе полностью 01сутств0вали сведения, касающиеся реакций ацетиленов с Я3А1 и СН212.

Альтернативный метод синтеза циклопропаиовых и полициклопропановых соединений заключается в циклизации гомоаллильных алюминийорганических соединений. В лаборатории чл.-корр. РАН Джемилева У.М. был разработан метод синтеза пятичленных алюминийорганических соединений реакцией ненасыщенных углеводородов с Е13А1 в присутствии каталитических количеств Cp2ZrCl2. Ацетилены в условиях реакции превращаются в алюмипациклопент-2-еиы, которые формально являются замещенными винилаланами и гомоаллилалаиами, что позволяет рассматривать их в качестве синтонов при получении циклопропаиовых соединений. Однако до настоящего времени практически не было известно о превращении функционально-замещенных ацетиленов в алюминациклопент-2-ены и соответствующие циклопропаны, перспективные для практического применения. Таким образом, разработка новых методов получения фупкциоиалыю-замещенных алюминациклопент-2-енов для последующей их гомоаллил-циклопропилметильной перегруппировки в циклопропаны, а также прямое превращение ацетиленов в замещенные циклопропаны, являются перспективными подходами к конструированию циклопропаиовых соединений.

Работа выполнена в соответствии с планами НИР Федерального государственного бюджетного учреждения пауки Института нефтехимии и катализа РАН по теме «Комплексные катализаторы в химии непредельных, металлорганических и кластерных соединений» № Госрегистрации 0120.0850048 от 08.03.08, а также при поддержке гранта РФФИ № 08-03-97007-р_поволжье_а (2008-2009) «Разработка нового эффективного метода прямого циююпропапирования ацетиленов», по программе № 1 ОХНМ РАН (2009) «Карбеноиды алюминия. Синтез, механизм образования и реакционная способность» и ОХ-01 РАН (2010-2011) «Карбеноиды алюминия. Синтез, механизм образования и реакционная способность».

Цель работы. Целыо диссертационной работы является проведение фундаментальных исследований по разработке эффективных однореакторпых методов превращения ацетиленов в замещенные циклопропаны в реакциях с карбеноидами алюминия, полученными in situ из R3A1 и CII2I2. В развитие этих работ впервые планируется осуществление каталитического цшелоалюминирования функционально-замещенных ацетиленов с помощью Et3Al под действием катализатора Cp2ZrCl2 в соответствующие алюмииациклопентепы. Будут также изучены закономерности гомоаллил-циклопропилметильной перегруппировки алюминациклопентенов в циклопропаны. Реализация упомянутых выше направлений исследований, как мы полагаем, приведет к созданию универсальных методов однореакторного превращения ацетиленов и алюминациклопентенов в соответствующие циклопропаны, что откроет перспективы для разработки новых металлоорганических реагентов и реакций, используемых в новых химических технологиях получения богатых энергией, практически важных соединений, а также лекарственных препаратов, построенных из малых циклов.

Научная новизна. В рамках данной диссертационной работы впервые разработаны эффективные однореакторные методы синтеза замещенных циклопропанов различной структуры, основанные на проведении реакций моно- и дизамещенных ацетиленов с R3A1 (где R=Me, Et, /-Bu) и CIi2I2 или алюминациклопентенов, получаемых in situ из дизамещенных ацетиленов и Et3Al в присутствии катализатора Cp2ZrCl2, с алкиловыми эфирами сульфоновых кислот.

Упомянутые выше методы синтеза замещенных циклопропанов перспективны для практического применения не только в лабораторной практике, но и в промышленности. Впервые осуществлено селективное одностадийное превращение моно- и дизамещенпых ацетиленов в циклопропапсодержащие алюминийорганические соединения с использованием карбеноидов алюминия R2A1CH2I, генерируемых in situ из r3ai и С11212. Разработан универсальный региоселективный однореакторный метод превращения моно- и дизамещенпых ацетиленов под действием Ме3А1 и СН212, взятых в соотношении 1:4:6, в р-иодэтилзамещенпые циклопропаны с высокими выходами. Впервые показана возможность одностадийного синтеза циклопропилсиланов реакцией триметилсилилзамещенных ацетиленов с R3AI (где R= Et, /-Bu) и CII2I2, взятых в соотношении 1:3:3. Разработан общий метод синтеза 1,Г-дизамещенных бис-циклопропаиов с высокими выходами, основанный на взаимодействии замещенных пропаргиловых спиртов с r3ai (где R = Et, /-Bu) и CII2I2. В опытах с гомо- и бисгомо-пропаргиловыми спиртами в описанных выше условиях образуются циклопропансодержащие алюминийорганические соединения. Замещенные пропаргиламины в реакции с R3A1 (где R= Et, /-Bu) и CII2I2 образуют моно- и дициклопропансодержащие амины. Взаимодействием тризамещенных фосфипов с СН212 и R3A1 получены алюминийорганические фосфониевые соли. Установлено, что при взаимодействии замещенных аллилацетиленов с карбеноидами алюминия, генерируемых in sita из R3A1 и CII2I2, первоначально происходит циклопропанирование двойной связи в аллильном фрагменте с получением соответствующих циклопропилацетиленов, а затем реагирует ацетиленовая связь в последних, что способствует образованию (циклопропилметил)цшслопропанов. Впервые показано, что циклические и ациклические, алифатические и ароматические 1,2-диены реагируют с R3A1 и СИ212, давая с высокими выходами спиропептаны. Впервые осуществлено региоселективное циклоалюминирование функционально-замещенных ацетиленов - замещенных пропаргиловых, гомопропаргиловых и бисгомопропаргиловых спиртов, пропаргиламипов различной структуры с помощью Et3Al в присутствии катализатора Cp2ZrCl2 с получением соответствующих алюмипациююпептеиов, содержащих алюминаокисиметильные и аминометильные заместители. В аналогичное

превращение вступают замещенные аллиламины и аллилсульфиды с образованием функционально-замещенных алюминациклопентанов. В развитие этих исследований разработан новый метод синтеза 2,3-дизамещенных алюминациклопентенов с помощью катализирумой Cp2TiCl2 реакции дизамещенных ацетиленов с EtAlCl2 и этиленом, генерируемым in situ из 1,2-дихлорэтана и Mg. Исследование химических трансформаций синтезированных алюминациклопентенов позволило впервые разработать препаративный метод направленного превращения последних в соответствующие замещенные циклопропаны под действием алкиловых эфиров сульфоновых кислот.

Практическая ценность работы. Практическая значимость проведенных исследований заключается в разработке новых эффективных методов синтеза ранее труднодоступных циклопропансодержащих соединений, основанных на проведении реакций гомоаллил-циклопропильпой перегруппировки алюминациклопентенов, а также однореакторного превращения ацетиленов в замещенные циклопропаны с помощью карбеноидов алюминия. Разработанные в диссертационной работе методы и подходы к синтезу циклопропансодержащих соединений перспективны не только в лабораторной практике, но и для создания на их основе современных химических технологий получения замещенных циклопропанов, биологически активных соединений и новых материалов.

Апробация работы. Материалы диссертации представлены на Всероссийской конференции по органической химии, посвященной 75-летию со дня основания Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН (Москва 2009), International symposium on advanced science in organic chemistry (Miskhor, Crimea 2010), Международной конференции «Актуальные проблемы физико-органической, синтетической и медицинской химии» (Уфа 2010), The Butlerov's International Congress on Organic Chemistry (Kazan, 2011), 16th International Electronic Conference on Synthetic Organic Chemistry (2012).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы 19 статей, 2 обзора, тезисы 12 докладов на конференциях, получены 7 патентов РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора па тему «Карбеновые методы в синтезе полициююпропановых соединений», обсуждения результатов, экспериментальной

части, выводов и списка цитируемой литературы из 292 наименований. Материал диссертации изложен на 294 страницах компьютерного набора (формат А4), включает 76 схем, 20 рисунков, 13 таблиц и 3 графика.

Глава I. Литературный обзор

Карбеновые методы в синтезе полициклопропановых соединений.

Химия полициклопропановых соединений является сравнительно молодой областью органической химии. Основные подходы к синтезу этих циклических соединений были сформулированы в 50-60-х годах прошлого века, одновременно с развитием карбеновых методов синтеза циклопропанов. В 1954 году Дёринг и Хоффманн открыли принципиально новый метод циютопропанирования олефинов с помощью дихлоркарбена, генерируемого реакцией хлороформа с трет-бутилатом калия в безводных условиях. В 1959 году Симмонс и Смит нашли удобный способ генерации карбена из дииодметаиа и цинк-медной пары. В 1969 году Макоша разработал метод циююпропанироваиия олефинов дигалокарбенами в водной среде, что значительно расширило область её применения. Эти ключевые открытия предопределили широкое распространение карбеновых методов в органической химии для получения циклопропанов и полициклопропанов. Несмотря на то, что различные аспекты синтеза циклопропановых соединений весьма подробно рассмотрены в химической литературе, нельзя сказать того же в отношении полициклопропанов, получение которых связано с определенными особенностями и ограничениями. Первое обобщение литературных данных по бицикло[1.1.0]бутанам было сделано Вибергом вскоре после открытия им метода их получения [1]. Питрушка кратко рассмотрел существующие методы получения бис-циклопропанов [2]. Карбеновые методы получения циклопропановых соединений, в том числе полициклопропановых, были описаны Нефедовым с соавторами [3]. Большой интерес представляет обзоры Де Мейера и Кожушкова, посвященные методам конструирования олигоциклопропановых систем [4,5]. Имеется обзор, рассматривающий методы синтеза и свойства бицикло[1.1.1]пентанов, [п]стаффанов, [1.1.1]пропелланов и

9 Я

трицикло[2.1.0.0 ' ]пентанов [6]. В 2012 году был опубликован обзор Рамазанова с соавторами, в котором впервые были систематизированы данные по получению бицикло[1.1.0]бутанов, спиропентанов и бис-циклопропапов по типам образующихся углерод-углеродных связей [7]. Из анализа последнего обзора следует, что особо широкое применение карбеновые методы нашли в синтезе

спиропентанов (до 80% описанных в обзоре реакций). В случае же синтеза бицикл