Бензилциклопропаны, их синтез и кислотно-катализируемые превращения тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

(МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА , ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАиШИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИЗЕРСИТЬТ имени М.ВЛОьШОСОВА ^

Химический факультет

На правах рукописи

ТРОФИМОВА Едена Валентиновна

, v1-,

уда 54?.512.525.5.545.556.2.556.3.786

ВЕНЗИЛЦИКЛОПРОНАНи, ИХ СИНТЕЗ И КЮ0Ш)-КАТАЛИЗИРУЕШЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ

( 02.00.03 - Органическая химия )

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва - 1990

Работа выполнена на кафедре органической химии в лаборг тории органического синтеза химического факультета Моокове» государственного университета им. М.В.Ломоносова.

Научные руководители: доктор химических наук, профессор Ю.С.Шабароа доктор химических наук, доцент С.С.¿¡очадоз

Официальные оппоненты: доктор химических наук, ст.научн.сотр. З.В.Тодрас кандидат химических наук, ст.научн.сотр. А.А.«орь5й1ювский Ведущая организация - Саратовский государственный

университет имени ШЙ.Чернышеве

Зацита состоится " декабря 1990тода -в 7•/ чг на заседании специализированного Ученого совета Д-053.05.' по адресу: 119899, ГСП, Москва, В-234, Ленинские »горы, .ИГУ, химический факультет, аудитория №ЗЗТ' *

С диссертацией можно ознакомиться в библиотекеХимичес факультета ЛГУ им. ¡.'.В.Ломоносова .

Автореферат разослан -л- ноября 1990 года Ученый секретарь

специализированного Ученого совета кандидат химических наук л Т.В.Магдес!

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. В последние годы интенсивно изучаются как синтетические,так и теоретические аспекты химии орто-га-мещенных циклопронилбензолов.Показано,например,что орто-нитро-фенилциклопропаны могут широко использоваться в синтезе труднодоступных соединений типа орто-нитрозоацилбензолов,бензо[с]изок-саоолов,бис-ацш1азоксибензолов,ариланиноиндолов,азелинов,индазо-лов',.беиэдиазсл;шов - ве^еста,фрагменты которых часто входят и состав1 лекарств и биологически активных веществ другого назначения» & плане теоретических результатов ваяным является обнаружение и доказательство механизмов ряда реакций и перегруппировок как замещенных циклопропилбензолов, так и продуктов их первичных превращений.

Вместе с тем,указанное многообразие превращений основательно изучено лишь для циклопропилбензолов,в которых малый цикл находится в сопряжении с бензольным кольцом. Причем,именно наличие сопряжения,как доказано.обуславливает целый ряд особенностей поведения фенилциклопропанов в различных реакциях. В связи с этим актуальной проблемой становится исследование поведения в тех же реакциях циклопропилсодеряацих бензолов,в которых нарушено сопряжение малого цикла и бензольного кольца.

Цель работы состояла в разработке способов синтеза замещенных бензилциклопропанов, изучении их поведения в реакциях элект-рофильного замещения,кислотно-катализируемых реакциях присоединения, изомеризации и гетероциклизации и сопоставлении полученных результатов с данными аналогичных реакций, протекающих с участием феннлциклопропанов.

Научная новизна. На примере нитрования впервые показано,что бензилциклопропан может вступать в реакции электрофильного замещения в ароматическом ядре,сохраняя при этом трехуглеродный цикл. Основным отличием в поведении этого углеводорода от фенил-циклопропана в изученной реакции является значительное снижение соотношения орто- пара-нитроизомеров ( от 5.3 до '±Л ). Установлено,что кислотно-катализируемые превращения о^то-замещенных бензилциклопропанов,а также 1-( 2-нит рофе нил) бут б но в -1 и -2 и соответствующих и ^-нитрофенилбутанолоь осуществляются с внутримолекулярным участием нитрогруппы й цругих орто-замес-тителей,способных выступать в качестве внутреннего нуклеофила.

Проведено систематическое исследование строения стабильных в уело виях реакции гетероциклических-ионов пяти-, шести-„семи- и вось-ыизвенной структуры,возникающих в растворах сильных- протонных кис лот из бензилциклолропанов,содержащих в орто-положении'бензольных колец нитро-, аэо-, азокси- или нитронную группы.

Впервые показано,что формирующиеся из указанных субстратов на кинетически контролируемом этапе реакции циклические г.уны способн претерпевать обратише изомерные переходы,завершающиеся установле шем равновесия. Установлено,что циклические ионы.., образующиеся из. орто.тнитробекзилциклопропана, 4-(орто-нитроф-.;нил)6утена-2 и та.Л.т(орто-ыитрофенил)бу-ганолов-2 и -3 , могут использойаггвся в органическом синтезе в качестве синтонов дл;: получения''труднодоступных и практически вакных функционально замещенных' б^йлбензо-лов. Разработаны новые методы синтеза соединений разлйчйых классе на основе пара- и орто-замещенных бекзилциклопропаной;'

Практическая значимость . В работе''пол^'й^Ш- нА'Й«.^'-данные,кот рые вносят значительный вклад в реакций

протекающих с участием функциональных

бензолах и которые могут найти отражение'/в*№гтб^гё^о#Ш>унебной литературе по органической химии. Раз работай«,'нйййб-ъю^годы ¡синтез труднодоступных соединений класса арилбутенов-,',-арклбууаналей, ари бутанонов, арилизомасляных кислот, азотсодержащих5г<Бтероциклов -веществ,представляющих интерес в качестве синтонов-ггдля изучения биологической активности. Установлено,что 1-хлор-2-(орто-нитробои зил)циклопропан ( смесь стереоизомеров ) обладает фунгицидной активностью на уровне эталона и рекомендован для дальнейших испытя ний в качестве фунгицида.'

Публикации . По материалам диссертационной работы опубликовано 2 статьи и 4 тезиса докладов ка конференциях.

Апробация работы - Результаты работы докладывались на У1 Международной конференции по органическому синтезу ( ИШАК ) ( Москва, 1987 ) , на конференциях Молодых ученых химического факультета МГУ ( Москва , 1986 и 1988 гг ).,

— —

■Объем .и рупора щиасертационной работи. Диссертационная ~ работа -изложена ¿¡страницах машинописного текста и состоит

из введения, лиже^й.^рмоио¡обзора,обсуждения результатов, экспериментальной части .-иыводоа содержит /М таблиц,^ рисунков, список цитируемой литературы включает наименования.

Содержание работы

I.' ЩЩ ЗАШЩИШ МОИЛЦШОПРОДАНОР

Попытки исследователей получить функционально замещенные 'бенэилцшслопропаны реакциями электрофильного замещения в ароматическом ядре оказались безуспешными.

В данной работе было показано,что нитрование бензилциклодро-пана с сохранением трехуглеродного цикла можно осуществить аэот~ ной кислотой в уксусном ангидриде при низких температурах (условия нитрования фенилциклопропана). Образуются с высоким выходом орто- и пара-нитробензилциклопропаны ( см.таблицу I).

* X -X

г/У

ННО, , ,1.1 Ь

(ицсо^о ; -50'

N0,

✓ - ;

(£-3) (1-6)

Х=У=Н ( 1,4,7); Х=С1, У=Н ( 2,5,В) ; Х=У=С1 ( 3,6,9 ) Нитрование циклопропилбеизолов НПО^/ССН^СО^О Таблица 1

Общий выход нит-росоединений, %, соотношение орто/пара изомеров

96

75

5.3 : I , 1.1 : Iх

Исходное соединение

Общий выход нит-росоединоний соотношение орто/пара изомеров

96 , 1 : 2.5'

X !

^ ц)

\ !>С1 ^ С1

90 ,

91 , ,

1.1 : I 0.6 : -I -I : 3

Литературные данные

Таким образом,активность бензилциклопропан^ $ реакции нитрования сравнима с активностью фенилциклопропана,однако удаление трехуглеродного цикла от фенильного ядра на одно мртилено-вое звено резко сказывается на соотноиении образующихся орто- i пара-нитроизомеров в случае углеводородов и значительно менее резко l случае моно- (2) и дихлор- (З)-бензилциклопропанов .

Восстановлением орто-нитробензилциклопропана (4) и после-д.утац:и,и: реакциями конденсации полученного орто-аминобензилцикл пропана (10) с подходящими реагентами синтезированы неррисанны ранее орто-замещенные бензилциклопропаны (11,12,-13). - 9(3ъе?кты для изучения кислотно-катализируемых внутримолекуляррщ реакци

<TVn

лцетси ЧАн, CfUCOO

| с 4)

i'iwO-'-»

(10) (95/,)

—Cl-1 \ _ (13) {4&%\

(12) (6

ГСТКРОЦШИЧЕСКИЕ КО Ш ИЗ ОРТО-ЗМ^ЕННЫХ ВЕНЗЩ1Ш0-ПГОШ0В_ : СТР02НШ~И СВОЙСТВА Г ......

2.1, 1&тиош ;;аорто-н;1тробенз1Щ и _ из оме

ныв превращения.

В 1968 году было обнаружено,что при действии сильных прот ных кислот из орто-нитрозаыеценных феншщиклопропанов образуют стабильше в растворах указанных кислот гетероциклические ионы типа (-14а). как следствие внутримолекулярного взаимодействия

орто-нитрогругшы с карбениевым центром бензильного типа.Ш пре

положили,что подобное внутримолекулярное участие нитрогруппы может проявляться и случае возникновения в боковой цепи нитр бензолов карбениевых центров,находящихся

(14а)

J4

или x'

ч)

-положениях,и что,следовате

но, превращения соответствующих орто-нитрозамещенных бензолов могут осуществляться через гетероциклические ионы,имеющие больший размер цикла,чем те,которые образуются из орто-нитрофенил-циклопропанов.

Действительно оказалось,что сразу же после смешения орто-нитробензилцинлопропана (4) с концентрированной серной или фторсульфоновой ( ®CIÍ ) кислотами при -20°С в результате внутримолекулярного взаимодействия возникающих карбениевых ионов ]■> -типа с нитрогруппой образуются стабильные циклические ионы 3,4-дигидро-К -оксо-3-отил-2,1-бензоксазиния (15а), которые можно было изучить непосредственно методом ЯЫР ^Н и ^С.

Далее было обнаружено,что первоначально образовавшиеся шестиэвенныв ионы (15а ) с течением времени способны претерпевать изомеризацию в ионч пятизвенной структуры (16а ), и в результате устанавливается равновесие ионов (15а ) и (1ба ) равное I : 1.7 .

|ГЛ7 jix}

nc> -жс

(4)

(15а )

{•16а' )

X"

X = Н£> О,

В отличие от превращений орто-нитробензилциклопропана в сильных протонных кислотах реакция в более слабой кислоте -трифторуксусной ( Т\Ш{ ) - не останавливается на стадии форми-^ рования циклического иона (15а ),а завершается образованием адцукта (17).

|Т V СЛСООн ' N0¿

20%

О

(15а )

0COCF.

НО,

(4) (15а') СР,СС0- (17)

Вывод о том,что циклический ион (15а' ) дейстпительно образуется на пути превращения нитросоединвния (4) в трифторацетат (17)?подтверждается,во-первих, реакцией заведомо полученного в серной кислота циклического иона (15а') о уксусной кислотой

(необходимо отметить,что под действием уксусной кислоты фг-вдтрс бензилциклопропан (4) не изменяется при +20°С ), к ,90г9Ч0рых,

СИ4ссон

(18) (3

результатами реакции п-нитробензилциклопропана (7)? д. ПУК : указанное нитросоединение реагировало с кислот^ й^ЙЗОфиталы в 10^ раз медленнее.

n0,

,40.,

сг.соси, ¿0

500ч.

(7) 14 ^ (I?). (2^)

Эти данные указывают на то,что циклический цаиу С15а') способны существовать в реакционной среде в к»ауднтрации,дост£ точной для наблюдения и изучения их строения недрсредственко физико-химическими методами только в отсутствдчгнукдеофилов, способных конкурировать с внутренним нуклеофилоу - нитрогруппс Исследованиями реакции орто-нитробензилцикледропона (4) в дейтерированной серной кислоте нам удалось показать,что обрат» мая изомеризация ионов (15а' ) и (16а') осуществляется через п| межуточное образование арилалкенов ( типа(20')или(21), путь "С а не путем гидридного сдвига в ионах ( путь "а" ).

НА^ о

5.

2.2. Кислотно-катализируемые превращения 2-циклопропилметил-азоксибензола (12).

В развитие концепции участия заместителей во внутримолекулярной нуклеофильной стабилизации карбениевых ионов, возникающих в боковой цепи алнилбензолов,нами изучено кислотно-катализируемое превращение 2~циклопропилметил-]Г,0-азоксибензола (12). В последнем азоксигруппа представляет собой иэозлектрон-ный аналог нитрогруппы.в котором нуклеофильный атом кислорода более удален от потенциального карбениевого центра ( на группу

-Д"- ).

¿Методом Я;.1Р Н и С было показано,что при взаимодействии азоксибензола (12) с ФСК сразу же после смешения реагентов образуется смесь трех циклических ионов ( 22а , 23а , 24а' ) в соотношении I : 2 : 1, соответственно. Ло истечении 24 ч ионы (24а' ) полностью изомериэуются, и в спектре Я1.1Р % реакционной смеси обнаруживаются только сигналы протонов, отвечающие ионам (22а ) И (23а ). •

V «-"О

(12 1

О

I Г£06Н

М=к/3

а*')

( ) ; -

- В -

Поскольку устойчивые на кинетически-контролируемом о.-рег ке реакции циклические ионы (22а' ) и (24а' ) не могли образоваться при непосредственном раскрытии циклопропанового ко..".ьца в соединении (12), следует считать,что формирование отвечающих им ионов открытой структуры ( 22а и 24а ) произошло а результе те вторичных процессов. Этот факт,а также то,что ионы восьмиэе енной структуры (24а ) являются термодинамически у.енее стабиль ними,чем ионы (22а' ) и (23а ),дач;т основание пргдположить,что зтом случае превращение соедине,.-.ия (12) осуществляется ко двук направлениям : I) как кислотно-катализируемое раскрытие малого цикла,сопровождающееся нуклеофилы-лш содействием азокеигрупш-:, с образованием циклического иона (23а') и 2) как раскрытие малого цикла в соединении (12) без нуклеофильяог» содействия с последующим формированием относительно корочтт&ущкх. олкв-нилаэоксибензолов (25) и (26/.

(22с,'] *' (¿3«') (¿а')» (Ы<)

С целью получить химическое подтверждение образования циклических ионов ( 22а' , 23а' , и 24а') было изучено превращение, сернокислотного раст.чора соединения (12) под действием вода:.

- У -

^нако, удалось выделить лишь один продукт реакции - 2-(2-[дроксибутил)-'Г ,0-азоксибенэол (¿7), строение которого гвечает циклическому иону (23а ).

'Л '

и (12)

IL-.it1,,

И.-(Г

2.3. Кислотно-катализируемые превращения :! -оксида -(4-нитробенэилиден)-2-циклопропилметиланилина (13).

Еще одним заместителем,изоэлектронным нитрогруппе.являет-я X" -оксид имина . Использование этой группировки в качестве нутримолекулярного нуклеофильного реагента в нашем случае оэволило бы получить информацию о роли атома ( или группы ато-ов ), формально связанного с атомом азота двойной связью. В ринципе, величина положительного заряда на атоме азота изоэ-

ектронных групп ( О

-СН = Ь - ),очевидно, влияет

1Г -

6 О

а нуклеофильную активность атома кислорода,следствием чего южет быть как различная стабильность циклических ионов,образу-щихся о участием рассматриваемых групп, так и различная скоробь изомерных переходов,и устойчивость этих ионов.

Изучением реакционных смесей методом ШлР нами показано,что [ри взаимодействии К-оксида 1Г-(4-нитробензилиден)-2-циклопро-1илметиланилина (13) с ФСК сразу же после смешения реагентов >бразуется смесь семизвенного (28а' ) и шестизвенного (29а ) гонов, причем количество первого преобладает. Методом динами-шского ЯМ? было показано,что с течением времени количество ;емизвенного иона (26а ) уменьшается, и через I час в реакцион-юй смеси фиксируется только один шестизвенный ион (29а ).

При этом общ®й! устойчивость циклических ионов (28а') и ~ (29а7) настолько гййяе устойчивости циклических ионоо,образующихся в этих условиях из орто-нитробензилцкклопропана (4) ,что при выдерживании раствора соединения (13) во ФСК в течение суток образуется неидентифицируемая смесь полимерных веществ.

Циклический ион (28а'), образующийся в преобладающем количестве на первой стадии реакции, не может возникнуть непосредственно из нитрона (13), как видно из его структуры. В принципе его образование может произойти либо путем внутримолекулярной стабилизации открытого катиона (2.8а), полученного,в свою очере; изомеризацией открытого катиона (29а), либо через промежуточно образующийся восьмизвенный'интермедиат (30а ),который;Ьчёвидно, не стабилен и легко трансформируется в ион семиэвенИЬЙ Ьтрукту-ры (28а' ). Поскольку с течением времени ион (28а } Практически полностью трансформируете^ в; ион иестизвенной структуры (29а'-), можно считать,что скоросг"» обратимого превращенйй такова, что не обеспечивает преобладавшего образования сомизвённого интер-медиата (28а' ), и что ре^йкя в этом случае осуществляется по • схеме,в которой одно из »¿¿¿Давлений включает промежуточное обр« зование Босьмизвенного; иктёрмедиата (30а ).

=си/Ли

ИХ

N0,

М-0

I (¿и)

¿О*

(¿и)

О

1 Ш

Сравнение результатов реакций нитробензилци.вдйТ^Щйна (4) ( см.стр. 5 ) и нитрона (13) позволяет ■щезо.ТЬ ,вывод,что нуклеофильная активность атома кислорода 3 дит-родаой группировке соединения (13) выражена в меньшей степени,да:,1 ,в яитрогрупл?, следствием чего и .является .неизбирательшй ход разращения нитрона (13) во ФСК , а также низкая устойчивость образовавшихся из него ионов.

При реакции сернокислотнопо раствора соединения (13) с водой был выделен лишь эквивалент ..п-нитробензальдегида - результат кислотного гидролиза даярода л о связи -С =--г При обработке на холода' той же .смеси ¡иоде? .бромистоводородной кислотой такие был выделен только о-датробензальдегид.

. Полагая,что втерая .органическая часть распавшейся в результате гидролиза молекулы нитрона (13) превращается в "амфотерное" вещество и требует определенного значения рН среды для выделения в нейтральном виде,мы провели нейтрализацию кислотного раствора (после отделения п-нитробенэальдегида) аммиаком. 3 результате с выходом 63$ было выделено одно соединение - 2-(2-гидрок-сибутил) анилин (З.'г).

0 (13) • (32) (33) '

Образование аминогруппы,а не гидроксиламиниой,появление которой. можно было бы ожидать в результате процесса гидролиза, свяг.ано,по-видимому, с восстановительными свойствами ИЗ г .

Таким образом, относительно доступные нитроны типа (13) могут быть использованы в качестве синтонов для получения замещенных бензолов, содержащих функции как в ароматическом ядре, так и боковой цепи.

2.4. Превращения 2^ен1«азобеиз_ил_циклопропана_(II) _под действием кислот.

Ранее, при изучении поведения 2-фенилазофенилциклопропана (34) было установлено,что возникающие в результате раскрытия циклопропанового кольца карбениевыэ ионы бензильного типа и продукты их изомеризации - гомобензильные ионы - способны внут-римолекулярно взаимодействовать с атомом азота азогруппы,удален-

ным от ароматического кольца,несущего «лкильиый заместитель.

'И' -и' Ч

и

м

(ЗД) и-?» Ш М-РЬ (ш н-я

] 1 *

Г [

1

'С ^.-/ч

4 I

I 1__11 -м-р»! Г ||[';УУ

11

I

I !Ь.С 1

г >-

ЧЧ

си

•< г к

Н;'-Р;1 м-РЬ

■ . ,'(11)... Ч

Отмечалось,что эти ионы настолько стабильны,что их соотношение не изменяется по крайней мере в течение 8-10 часов..

В данной работе изучением методом ЯЫР %и раетворо 2-фенилазобензилциклопропана (II) в ФСК было показано,что сра же после смешения реагентов образуется смесь ионов пяти- (42а и шестиэвенной (45а') структуры. Однако, в отличие от аэосоеди нения (34), в этом случае образование ионов происходит за счет взаимодействия образующегося при раскрытии малого цикла карбон ■гиона только с наименее удаленным атомом азота азогруппы. Воэь кающие при этом ионы с экзоцшслическим атомом азота ( 42а и оказались существенно менее устойчивыми,чем те,в которых оба атома азота находились в цикле ( 35а и 38а ).

Так спектры ПНР той же реакционной смеси,полученные спуст* 2 часа,содержали практически только сигналы ионов пятизвенной структуры (42а' ) и фениламиноиндола (44). Выдерживание реакци< ной смеси в течение 24 часов приводит к тому,что в ней спектр; но фиксируется только соединение (44).

К-Рп

Таким образом, впервые показано,что азогруппа,находящаяся в орто-положении бензольного кольца,способна принимать участие во внутримолекулярной стабилизации карбениевых ионов - и г-типа, возникающих в боковой цепи алкилбензолов. При этом в , стабилизации принимает участие тот атом азота азогруппы,который менее удален от генерированного карбениевого центра» Превращение ионов (42а') и (45а' ) в стабильный в условиях реакции фенилами-ноиндол (44) х прямо называет на то,что они являются интермеди-атами на пути кислотно-катализируемого превращения 2-фенилазо-бензилциклопропана (II) в соединение (44).

С тем,чтобы получить химическое подтверждение того,что циклические ионы (42а и 45а') действительно образуются, мы провели реакцию сернокислотного раствора соединения (II), полученного сразу же после смешения реагентов, с водой. В результата реакции были выделены соединения ( 44,45 и 47 ), причем выход -фенил-аминоиндола (44) оказался значительно выше,чем-соединения (40)

х Заведомый-М" -фениламиноиндол (44) на изменялся во ФСК в течение 3-5 суток.

в случае аналогичной реакции 2-циклопрсдаадаа<аб&ыа<мьа —

( см.стр.12 ).

Интересно,что циклического иона ;(42а ^ на начальном этапе реакции образуется приблизительно в .5 раз 'больше, чем }}£ща (45а'), а соответствующего ему спирта ¡(46$ воду<чаер$я в 2' раза меньше,чем спирта (47) .которому «ооетеЕсивуер -дищ^ческцй ион (46а'). Этот факт косвенно подтверждаем Ц,ами

схему образования N -фениламиноиндола (44?д ©огдас^о которой последний может получаться и непосредствен»® ;из даадиу^кого иона (42а' ).Образование же индола (44) т дадна Iкол } уребует предварительной изомеризации его либо -в адкаа ((4331., щ&о в пяти-звенный ион (42а'). Ввделенные в чистом вще фщдш да 47)., по отдельности введенные повторно в реакцию л ¡аэдц^?р§эо.вэнной серной кислотой и далее с водой, за тот же ¡период ¡времени реакции давали в каждом случае тот же набор соединений 46л 47) и приблизительно в таком же соотношении. .Эти ^хщуаь^ары -доказывают, во-первых, что подобным превращениям 1.:огу1. додге^аться не только азобензолы (И), но и фенилазофенилбутанолы £46 и 47 ), и, во-вторых, что%'процессе превращения азосоединения (Д) циклический ион (45а') возникает как следствие изомеризации исходного соединения в фенилазофенилбутен-2 (43). По-существул превращение фенилазобензилциклопропана (И) под действием концентрированной серной кислоты в -фениламиноиццол (44) - это первый пример внутримолекулярной перегруппировки азобензолов ряда бензилцикло-пропана. . -

2.5. Кислотно-катализируемые превращения ,нитрозамещенных 2-хлор- и 2,2-дихлор-1-бензш1Цшслопропанов.

В целях изучения внутримолекулярного стабилизирующего влияния нитрогруппы на карбениевые ионы,генерируемые на более удаленном расстоянии от ароматического кольца,чем это было изучено до сих пор, побудило нас-обратиться к таким циклопропилсодержа-щкм нитробензолам,в которых в результате кислотно-катализируемого раскрытия трехутлеродного цикла могли бы возникнуть карбениевые ионы,несущие заряд на - и ¿Г-атомах углерода боковой цепи. Представлялось интересным не только получить данные о возможности существования циклических структур семи- или восьмизвенного строения,ко и подтвердить способность нитрогруппы участвовать в стабилизации ионов указанного типа,а также изучить перепек-

тивъг использования образующихся интермедиатов как синтонов.

Объектами для таких исследований были выбраны 2-хлор- (5) и 2г2-дихлор- (6) -1-(2-ыитробонзил)циклопропаны.

Из литературы известно,что трехуглеродный цикл в 2-хлор-1-(2-нитрофенил)циклопропане не раскрывается под действием концентрированной серной кислоты даже при +20°С . Однако во ФСК раскрытие осуществляется, и соответствующие циклические ионы были зафиксированы и идентифицированы..

В отличие от зтого 2~хлор-1-(2-нитробензил)циклопропан (5) взаимодействовал с конц. Н20. 04 при -Ю°С ,а с ФСК даче при -40°С «При этом, по данным спектров ЯМР и реакционной смеси, П о луч е иной сразу же после смещения (5) с ФСК,в результате реакции образуются циклические ионы ( 48а' ,49аи ,50а').

ш

-/-С 1

(г) ^11

(2.)

— 0

Из строения ионов (48а и 50а') видно,что они отвечают раскрытию малого цикла по направлениям (I) и ( 2). В то же время ион (49а' ) не мог образоваться непосредственно в результате раскрытия циклопропанового кольца. 'Ли предполагаем,что образование иона (49а') - результат изомеризации иона открытой структуры (48а) в ион (49а).очевидно,более устойчивый за счет учас-

тия в стабилизации атома хлора,и последующей внутримолекулярной стабилизации иитрогруппой.

Важно отметить,что в отличив от циклических ионов,образующихся в идентичных условиях из 2-нитробензилциююпропана (4) ( см. стр.5 ), ионы (4ва',49а',50а/ ) значительно мене о стабильны и разрушаются уже через 2-2.5 дня.

С целью получить химическое подтверждение образования идентифицируемых спектрально циклических ионов (40а,49а,50а ) было изучено взаимодействие сернокислотного раствора соединения (5) с водой. Оказалось,что основными продуктами реакции в этом случае являются 2-нитрофенилиаобутаналь (52) и 4-(2-нитрофенил)бу-танон-2 (53).Образование утих соединений можно объяснить при допущении,что соединение (52) возникает из циклического иона (50а), а соединение (53) - из циклического иона (49а'). Однако,принимая во внимание тот факт,что в спектре ПМР реакционной смеси идентифицируются структуры ионов трех типов - (4§а,49а,50а ), можно предположить,что кетон (53) возникает из циклического иона (48а' ) путем последовательных превращений,как представлено на схеме.

(¿1 КОг

а Д (

iJ I

(5)

г6

'ко*

(50ч)

рн,

а 1С!

0)

а

"м-о и

(504) о

ад

а

** V +

(51.)

чю3

(Е5) ~ {$>-%)

Было установлено,что аналогичные продукты реакции (61) и (62) образуются и из 2-(4-нитробензил)-1-хлорциклопропаиа (Б), хотя формирование из последнего циклических ионов в принципе невозможно. Поскольку получить информацию о существовании з растворах кислот отдельных структур ионов не удалось, можно предположить, что в данном случае стабилизация формирующихся или развивающихся карбениевых ионов (54а,5ба,59а) осуществляется яиешшш нуклвофи-лаш. Получающиеся яри этт сульфаты ( или фтореуяьфонаты) (55,57,60) при гидролизе легко трансформируются в соответствующие продукты реакции (61 и о2

_ й

и Ц +сиа

(¿1Г

СП-С1 0&03Н

С!

'Ч

КО?

(55)

М0А

Н*0

Л

(61) (^Ч)

С1

, .'Ч

Ч о&о^н

(56а) 11

ко.

С1

а

НС,

(И)

■ (59а) I А

МО,

«¿0

Сб2_> (30%)

С1

.-К

II - . 050^)1

Н0г

(60)

В отличие от гкжо-хлорпроиэводного (5) 1,1-днхлор-2-(2-нит-робенэил)циклопропан (6) с трудом вступает в реакцию с серной кислотой^ и даже с й'СК при комнатной температуре процент превращения невелик Тем не менее по спектру ПМР реакционной смеси, полученной разтворением дихлорида (6) ео ФСК .наряду с исходны:,; веществом идентифицируются циклические ионы двух типо] (63^ ) и (64а- ). а сс '

(о го^- -

CL

со V- С?-,)

vi" {,(&>}

ö>.

и

/

* n/ct

IM-У-

ö-c^) -

С цель» получить дополнительные данные,подтверждающие стро* ние ионов (63а1 ) и (64а1 ) ,а также выяснить возможности исполь зования в синтетических целях превращения '1,1-дихлорбензилцикл! пропанов, протекающего через стадию образования циклических ин термедиатов типа (63а1, 64а' ), сернокислотный раствор соединение (6) вводили в реакцию с водой и после вцделения и очистки получали два соединения - (66) и (70}., При этом строение соединена (66) указывает на то,что его образование произошло непосредств! но в результате реакции циклического иона (64а' ) с водой.

OG

м-

I.

о

(64а1 )

ixte и so

H2Ü 0е С

Нао

/

COOi

А

(65)

N0;

(66) 43?6

В отличие от этого, второй выделенный продукт реакции -(70) - не может образоваться непосредственно из циклического иона (63а' ),который присутствует в сернокислотном растворе даж в большем количестве,чем ион (64а1 ). Ш предположили,что превр щение циклического иона (63а* ) в процессе его реакции с водой может протекать по двум направлениям: 'I) о внешней ( Н^О ) и 2) внутренней ( ) атакой нуклеофила на карбениевый (или псевдокарбениевый) атом углерода (связанный с атомом кислорода

штрогруппы). В результате второго направления к генерируется щтермедиат (69а), ответственный за образование d-ралогеноке-гона (70).

a el _

ил^а а I

^уч !

II

о

( 6 Ъа)

i -Í

СС,

(10)

В отличие от орто-изомера (6),в принятых условиях из [,1-дихлор-2-(4-нитробензил)циклопропана (9) образуется только 4-нитрофенилизомасляная кислота (73). Этот факт может указывать ' только на то,что в отсутствие внутримолекулярного нуклеофильного содействия штрогруппы раскрытие малого цикла осуществляется

преимущественно по наиболее полярной связи с2 - сп

г< I- ..

ч_J^Ci

' oscjh

соси .

Таким образом, на примере превращения моно- и гем-дихлор-проиэводных ( 5,6 и 8,9) показано,что нитрогрупла способна эффективно участвовать во внутримолекулярной стабилизации не только ji но и у -карбениев'ых центров, возникающих в боковой алкильной цепи орто-нитрозамещенных бензолов. Установлено также, что относительно легко доступные замещенные моно- и дигалогенза-мещенныо бензилциклопропаны можно с успехом использовать в качестве синтонов для получения труднодоступных арилбутаналой, ' арилбутанонов и j!> -арил- <л -галогенбутанонов и Р> -арилизомас-ляных кислот.

3. использование бензищшопропанов и перв;'.них продуктов их кислотао-ка'шизируел'щ превращений

в органическом синтезе

Ранее было показано,что о-нитрофенилцшслопропан (74) при пс ледовательной обработке его концентрированной серной кислотой, затем ледяной водой количественно перегруппировывается в орте нитрозоацилбензол (75). Ответственней за образование нитрозоь тонов (75) являются циклические ионыЛГ -оксо-2,1-бензизоксазо/ ния ( 14а'), в бензильноы положении которых содержится атом вс дорода, способный отщепляться под действием основания (воды).

Ил&Оч

(74)

11

г

II

О (14а )

Нами было показано,что сернокислотные и фторсульфокислот! растворы органических солей,полученных из орто-нитробензилцию пропана (4) - ионы (15а') - при взаимодействии с водой не дают соответствующих продуктов перегруппировки - ароматических нит] зосоединений (То),а превращаются в I-(2-нитрофенил)-2-бутанол (30) и в транс-Г-(2-нитрофенил5-й-бутен (20).

ОР^.нх

^Лю,,

Х = Н&СЬ, Г$0з

N'0 , II ({Ба )

о —

И;. О

Опт

НО (.76)

ОН

N0?.

У4

Х (20?" ли?- (.10)~ Очевидно,в данном случае протонная подвижность и стериче!

кие условия не способствуют отщеплению протона из -положени]

при действии воды. Это приводит к тому,что молекула воды взаи

модействует с ионом (15а' ) в основном как нуклеофил, а не как

основание. Образование в качестве продуктов реакции только ка

бинола (30) и алкона (20) косвенно указывает на то,что оба ко)

ных продукта реакции возникают непосредственно из циклическое

иона (15а' ). В связи с етим ион (15а') можно рассматривать ка:

гомобенэильный карбениевый ион, стабилизированный "нуклеофилы

якорем" - нитрогруппой. Такая фиксация делает ион (15а ) удоб

синтоном,который можно широко использовать'дяя получения разнообразных производных бутилбензола.

В подтвер;кдоние этого мы осуществили ряд превращений циклического иона (15а') а некоторыми реагентами нуклеофильного характера.

R = СН3 R =. н-С3Н? R =» изо-CrjHr,

R = -C0CÜ

13

(18) 30£

Было показано,что если основная масса орто-нитробензилцик-лопропана (4) переведена в циклическую форму (15а'),то реакция его с нуклеофильными реагентами регулируется объемными параметрами доследних,причем,если объем нуклеофильного реагента благоприятен реакции,она осуществляется только по атому углерода, .связанному с "нуклеофильным якорем". Если же размеры иуклеофиль-ной частиц (способной проявлять и основные свойства) не позволяют .ей внедриться в сферу электрофильного реакционного центра иона .(Iba ), она начинает выступать в качестве основания, инициируя образование арилалкена (20).

Еало показано, что образование простого эфира 4-(2-нитрофе-нил)-2-чбутанола (ЬО), который не может явиться результатом прямой реакции циклического иона (15а' ) с нуклеофилом, происходит из арилалкена (20).

Исключительное образование транс-I-(2-нитрофенил)-2-бутена (20) в процессе реакции иона (15а ) с н-пропиловым, изопропил'о-вым спиртами и уксусной кислотой свидетельствует о том,что этот процесс определяет геометрия конформеров циклического иона (Iba).

С целью дальнейшего изучения явления внутримолекулярной нук-леофильной стабилизации карбениевцх ионов,возникающих в боковой цепи соответствующих нитробензолов,)! выяснения возможностей

синтетического ,щщьзования образующихся при этом интермедиа-тов были изучены (превращения некоторых орто-нитрозамещенных алкенилбензолов (30(,21) и арилбутанояов (30,01).

Оказалось,что при д^^.аип ФСК на орто-нитрофенилбутаноли (30,81) и 1-(2-нитро^«щ|^.-2-бутен (20), как и в случае орто-нитробенэилциклолропаи$ $ , сраэу же после смешения реагентов образуются только ионы З.^-дцгидро-Л" -оксо-2,1-бензоксазиния (15а' ). В отличие от этого, из ¿-(2-нитрофенил)-1-бутена (21) в тех же условиях образуются циклические ионы двух типов -вышеназванный ион (15а') и 3,4-дищщро- !Г -оксо-2,1-бензокса золиния (16а' ),причем ионов шестизвенцой структуры (15а') в этом случае образуется в 3.5 раза больше, ¿Зр ^стечении опреде ленного количества времени все растворы гшрйрдач&льно образовавшихся ионов представляли собой равновесные с^еси пяти- (16 и шестизвенных (15а') ионов в одинаковом соотношении,равном, как и в случае о-нитробензилциклопропана (4), 1,7 ; I ,соотве ственно. Образование равновесных смесей еще раз подтверждает тот факт,что процесс обратимой изомеризации сформировавшихся циклических структур носит общий характер.

. 4. БШЗИЯЦИЮЮПРОПАШ В РЕАКЦИИ РИТТЕРА

Было показано,что в случае о-нитробенэилциклолропана (4) реакция происходит регионаправлещш, и с высоким выходом обраг втся ¡¡» -ацетиламинопроизводнов (82).

ОС?

N0^

СННСМУ

с- '

ИлО

о '

ш ^х

о:

ни с щ-.

Полученный результат может быть объяснен только при допу-(ении.что в условиях реакции образуется долгоживущий циклический юн (15а' ),способный постепенно взаимодействовать с ацетонитри-юм,превращаясь в ^-замещенный продукт (62).

Из пара-нитробензилциклопропана (7) в аналогичных условиях )бразуется сиесъоС-,^- и ^-ацетиламиноарилбутанов (04,05,86) 1 соотношении 1:3:5, соответственно.

0 О

ШОь . МНССНд . яиссн:

Р^7 ^тР^Р^С

(7) (84) 0а (8?) 0 ^ "

13

(86)

¡¡айдениая реакция может найти широкое применение,поскольку юлученные из нитробензилциклопропанов амиды являются предшест-юнниками аналогов биологически активных препаратов типа фена-шна и его производных.

В и В 0 Д Ы

.. На примере реакции нитрования показано,что бензилциклопропан южет вступать в реакции электрофильного замещения.Соотношение |бразующихся при этом орто- и ларанитробензилцшспопропанов спи-[етельствует о заметном влиянии малого цикла на ориентацию

вступающей в ароматическое ядро нитрогруппы.

2. Установлено,что нитрогруппа и иэоолектронные ей аналоги (ш ронная и азоксигруппа) способны принимать участие во внутримо; кулярной стабилизации не .только оС-, но также р- и ^"-карбон: вых ионов,генерируемых в боковой цепи орто-замещенных бензоло! и что образующиеся при этом устойчивые циклические ионы являю' ся интермедиатами в дальнейших превращениях.

3. Найдено,что циклические интерыедиаты,возникающие на началы этапе кислотно-катализируемых реакций орто-замещенных бензилц! лопропанов,способны изоыеризоваться в термодинамически более стабильные изомеры,и что,следовательно,процесс формирования С1 тветствующих циклических ионов подчиняется кинетическому и те] динамическому контролю. Доказано,что подобные превращения осу1 ствляются по механизму элиминирования - присоединения,а на пу гидридных сдвигов в соответствующих открытых формах карбениев! иоЙов.

4. Показано,что циклический ион 3,4-дигидро- N -оксо-З-этил-2 бенэоксазиния,количественно образующийся на кинетически-контр! руемой стадии реакции из орто-нитробензилциклопропана, 1-(2-н1 рофенил)бутанола-2 или 1-(2-нитрофенил)бутена-2 под действие: сильных протонных кислот,пройййдаг* свойства синтона,позволяю^ го проводить региоселективные превркцения. Реакции этого иона с внешними нуклеофилами ( или основаниями > протекают по типу бимолекулярного замещения (или бшопекуХЯрШРЬ элиминирования и ход превращения регулируется природой ¡{уИМб'^Ша! (иди* основ, ния).

5. Изучен первый пример перегруппировки в ряду бензилциклопро] нов: под действием серной (или фторсульфоновой) кислоты 2-фен; азобензилциклопропан количественно перегруппировывается в 2-этил- К -фениламиноиндол.

6. На основе штрозамещенных бензилциклопропанов разработаны пути синтеза труднодоступных арилбутенов,арилбутаналеЙ,арилбу талонов «арилбутанолов,арилизомасляных кислот,арилациламинобут нов.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Трофимова Е.В. Нитрование некоторых бензилциклопропансв и изучение поведения продухтов реакции под действием кислот. Тезисы докладов конференции молодых ученых химического факультета. Москва, 25.01.1906 г. Деп. ВИНИТИ 6.£1.86 , № 7575-В .

2. Трофимова Е.В., Федотов А.Н., Мочалов С.С., Шабаров Ю.С. Бензилциклопропаны в синтезе 1-арилбутанолов-2 и их зфиров . Тезисы докладов У1 Мезд.конф. по орг.синтезу (ИШАК). Москва, 1987, стр. 62 .

3. Трофимова Е.В., Федотов А.Н., Мочалов С.С., Шабаров Ю.С. Орто-фенилазобенэилциклопропаны в синтезе К-ариламиноиндолов. Тезисы докладов У1 Мсэд.конф. по орг.синтезу (ШШ{). Москва, 1987 , стр. -16 .

4. Трофимова Е.В. Замещенные бензилциклопропаны в реакции кислотно-катализируемого гидролиза. Тезисы докладов конференции молодых ученых химического факультета. Москва, 28.01.1988 г. Деп. ВИНИТИ Ю. I0.es , № 730В-В88 .

5. Федотов А.Н., Трофимова Е.В..глочалов С.С., Шабаров Ю.С. Бензил-,.2- и 4-нитробензилциклопропаны и их взаимодействие с органическими кислотами. ЖОрХ, 1988, т.24, вып.7, стр.1413-1417.

6. Федотов А.Н., Трофимова Е.В., Ыочалов С.С., шабаров Ю.С.

О перегруппировке о-нктрозамещенных бензолов в о-нитрозокетотц и о синтезе производных 2,1-бензоксазина . НОрХ, 1988, т.24 , вып. И, стр. 2403-2408..