Домино-реакции сульфинилкарбанионов с кетонами тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

НАЦЮНАЛЬНА АКАДЕМЫ НАУК УКРА1НИ 1НСТИТУТ 0РГАШЧН01ХПУП1

Г.'*_.л УДК 547.512+547.51

К1Р1Й Антон Валентинович

ДОМ1НО-РЕАКЦИ СУЛЬФШШЬСАРБАНЮШВ 3 КЕТОНАМИ

Спещальшсть 02.00.03 - оргашчна х1\пя

АВТОРЕФЕРАТ

дисгртацй на здобуття паукового ступеня кандидата хЬшчних наук

Кшв - 2000

Дисертащею е рукопис.

Робота виконана на кафедр! оргашчно! xiMi'i та технологи оргашчних ре човин Нацшнального техшчного ушверситету Украши "Кшвськи] пол!тсхн1чний шститут".

Науковий кер1вник:

Офщшш опонеити:

Провщна установа:

доктор хш1чних наук Фокш Андрей Артурович, Нацшнальний техшчний ушверситет Украши «Кш'вський полгтехшчний шститут», м. Кш'в, професор.

доктор х1м1чних наук, професор Сергучов Юрш Олексшович, 1нститут оргашчно! xiMÜ HAH Украши, м. Кш'в, завщувач вщдтом

доктор х1м1чних наук, професор Гунько Володнмир Мокейович, 1нститут xiMi'i поверхн1 HAH Украши, м. Кш'в, завщувач вщдтом.

Кш'вський нацюнальний ушверситет iM. Тараса Шевченка, м. Кш'в.

Захист дисертацп вщбудеться « _ 2000р. о « ' Т» годин! н

засщанш Спещал1зовано! вчено! ради Д 26.217.01 при 1нституп оргашчно! xiM HAH Украши за адресою: 02094, м. Кш'в, вул. Мурманська, 5.

3 дисертащею можна ознайомитися в науковш 6i6nicrreui 1нституту ор гашчно! xiMi'i HAH Украши.

Автореферат разюланий « Ло » 2000р.

Вчений секретар Спещал1зовано! вчено! ради

доктор х1м1чних наук, професор Н. Г. Фещенко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальнкть теми. Досл1дження нових домшо-процес1в - послщовних них реакцш, що вщбуваються в незмшних умовах без додаткового введения 1гент1в - е дуже важливою та актуальною проблемою в оргашчнш Х1М11. Цей 1хщ значно спрощуе синтез таким чином, зменшуе витрати на реагента, шинники та енергда. Особливо це стосуеться розробки таких загальних та 1ективних меташв, за допомогою яких утворення нових карбон-карбонових язюв супроводжуеться додатковою функшонал1защею субстрату. Як показали передш дослщження, вивчення х1м1чних властивостей деяких "класичних" ковм1сних нуклеофшьних реагеипв в "незвичних" для них високотемпературних овах виявилось надзвичайно тидним.

Нами встановлено, що при взаемодп кeтoнiв з димсил-натр1ем (ДМСН) в рстких умовах замють /?-пдрокси-сульфоксид1в утворюються вщповщш юалштюли - важлив1 ¡нтермед1ати для синтезу бюлопчно активних сполук. 1кшя е домшо-процесом, який включае стада приеднання, дегшратаци, )егрупування 1 вщновлення. Особливе значения, на наш погляд, мае нове [2,3]-матропне перегрупування aлiлcyльфiнiл-кapбaнioнiв (АСК) яке заслуговуе ¡шального теоретичного вивчення.

Мета / задач1 досп1дження. Метою робота е дослщження мexaнiзмiв домшо-:кшй сульфшит-карбанюшв з кетонами експериментальними та сучасними рахунковими (квантовох1м1чними) методами та виявлення 1х синтетичного еншалу.

Зв'язок роботы з науковими программны кафедры. Робота виконувалася що з планами наукових дocлiджeнь кафедри оргашчно! xiмii та технологи ашчних сполук НТУУ «КГП» при шдтримш Мшнауки Украши (допшр № /212-97).

Наукова новызна отрыманихрезультат'ю. Експериментально встановлено, схема домшо-реакцп димсил-натрио з кетонами включае стади приеднання, щратацп, перегрупування та вщновлення. Реакщя мае загальний характер 1

реал1зуеться з карбоншьними сполуками та сульфоксидами р1зно! будови одностадшному чи багатостадшному в ар ¡антах. Вперше знайдено, що похщш АС можуть вступати в [2,3]-сигматропне перегрупування. Детально квантовох1м1чними дослщженнями показано, що [2,3]-сигматропне персгрупуваш АСК вщбуваеться узгоджено 1 синхронно через ароматичш пepexiднi структур Знайдено, що незважаючи на р1зну природу атом1в, що беруть участь перегрупуванш, та р1зний стушнь синхронности реакдш, перехщш структури да ¡нших [2,3]-сигматропних перегрупувань також мають значний ароматичт характер.

Практичне значения одержаних результатов. Вщкрито лове [2,3 сигматропне перегрупування похщних АСК, на основ1 якого розроблено но препаративш методи синтезу зашщених гомоалйтол1в та гомоалшсульфоксщцв.

Апробацш резулыпагшв дисертаци. Основш результата роботи бу1 представлен} на науковш Конференцн молодих вчених 1нститута оргашчнсн хш (Ки1'в, 1990-1991), 3-й Конференцп молодих вчених-х1мшв (Донецьк, 1991), 16-Укра'шськш конференцн з оргашчшщ х1ми (Тернопшь, 1992), та на семша "Сучасш проблеми ароматичностГ 1нституту оргашчно! х1мп ушверсите: Ерланген-Нюренберг (Ерланген, 1999).

ПублЫащи За матер1алами роботи oпyблiкoвaнo 3 стати.

Структура та обсяг роботи. Дисертащя викладена на 124 сторшках складаеться з вступу, трьох роздш1в, висновгав та списку лггератури, який мюти' 189 найменувань. В робст наведено 4 таблиш та 11 рисунюв.

Особистий внесок здобувача. Нова реакция димсил-натрно з кетонами бут вщкрита та дослщжена особисто здобувачем на приклад1 циклогексанону [1], пот1м 1 на ¡нших карбоншьних сполуках [2]. Квантовох1\йчш дослщжеш мехашзм1в [2,3]-сигматропних перегрупувань [3] також проведен! особис здобувачем. Автор вдячний к.х.н. Кушко А. О. за синтез деяких модельних кетош реакцшна здатшсть яких обговорюеться в статп [2].

ОСНОВНИЙ ЗМ1СТ РОБОТИ

Сннтетичш можливост! реакш! метилсульфшшкарбашона з кетонами.

Димсил-натрш (ДМСН, на схемах ЭМБЫ) - синтетичний екв1валент етилсульфшщ-карбанюна - утворюеться при взаемоди гщриду натрпо та таетилсульфоксиду (ДМСО) I легко реагуе з електрофшьними субстратами. На эиклад1 циклогексанону (1) ми знайшли, що переб1г реакци ДМСН з кетонами шежить вщ температури 1 призводить у м'яких умовах (20'С) до очжуваного /?-дрокси-сульфоксиду (2), а в жорстких (130'С) - до сушил продукпв 3-5 [1]:

на

20°С

130°С

Найбйьший препаративний ¡нтерес являе собою утворення тюлу (4). Його шсимальний вихщ (71%) досягаеться при використанш трикратного надлишку МСН по виношенню до циклогексанону (1). Нами встановлено, що ця реакшя мае гальний характер: взаем од1я нециюпчних, цшепчних та каркасних кетошв з МСН призводить до утворення вшповщних гомоалштю;ив з препаративними [ходами [2].

Розповсюдження реакцп на альдепди с важливою синтетичною проблемою, [е виявилось, що взаемод1я гептаналю (6) з ДМСН при 130*С не призводить до

О тюлу (7) через конкурентну альдольну конденеащю. Тюл (7) отримано нами за двохстадшною схемою. На перппй стади, в м'яких умовах з виходом 85% утворюеться р-

ГЩрОКСИ-СуЛьфоКСИД (8), ЯКИЙ ПО"ПМ, в

жорстких - перетворюеться у вщповщний тюл (7) з виходом 80%.

20°С.

С6Н1

он

л

|130°С

130°С с5нг

г:

Мехашзм домшо-реакщТ днмснл-патрпо з кетонами.

На приклаш циклогексанону (1), як модельного субстрату, ми пропонуемо [ наступну схему утворення гомоалЬтол1в 1 ненасичених спирав, яка узгоджуетьс? експериментальними даними:

Нуклеофшьне приеднання ДМСН до циклогексанону (1) на першш ста призводить до утворення /3-пдрокси-сульфоксиду (2), що знаходиться у р1вноваз вщповщним алкоголятом. При подальшому ел1мшуванш води утворюеп р^вноважна сумии похццшх вшшсульфоксиду (9) та алшсульфоксиду (10). Остага виводиться ¡з р1вноваги через [2,3]-сигматропне перегрупування за участю г атома оксигену у переходному сташ - 1 тод1 продуктом реакци е алшовий спирт через сульфенат (11), або за участю ще одного атома карбону (iнтepмeдiaт 1 Перший вар1ант - це вшоме терм1чне перегрупування Еванса. Другий вар1ант -нове [2,3]-сигматропне перегрупування алтсульфшш-карбашону (12) в гомоал сульфенат-анюн (13), який вщновлюеться в умовах реакци до тюлят-ашо Наведену домшо-схему пщтверджено експериментально. Незалежно синтезов

грмед!ати 2 та 10, ям при реакцн з ДМСН в оригшальних висотемпературних звах, дшсно утворюють 3 або 4 в залежносп вщ надлишку реагенту.

В м'яких умовах (-40'С) при дп сильно! лтево! основи LDA на тсульфокхид (10) утворюеться продукт [2,3]-сигматропного перегрупування, ¡ехоплення котрого йодистим метилом призводить до сульфоксиду (14):

/

SOU \\ ,-S^

LDA / \ CH3I .

14

Квантовомм1чш досл!дження [2,3]-сигматроппих перегрупувань альпсульфшьлкарбашошв та споршнених систем.

Bei розрахунки виконувались за програмою Gaussian-98 (вереи А 5 та А.7) на 1ях B3LYP (DFT) та МР2 (ab initio) Teopii (базис 6-31+G* для опттизащй летр{й i 6-311+G** для уточнения енерпй в SP-розрахунках). Для ¡дентиф^ацп гичних точок виконувався анашз гармоншних коливань (NIMAG=0 для

MiHiMyMiB i NIMAG=1 для перехщних структур).

0

1 Моделью розрахунки проведено як для -• -V . . .

v. q 7 алтсульфшш-карбанюну (АСК), так i для

__________0® • замщенних АСК. [2,3]-Сигматропне пере-

I I. \ | групування - процес перемпцення о- та л- зв язюв -

э\0 1А 4

7 може вщбуватися узгоджено, в одну елементарну стадпо через единий перехщний стан (шлях А), або неузгоджено, через послщовну фрагментащю та асошащю (шлях В). Одже, який з цих мexaнiзмiв реагпзуеться у випадку перегрупування АСК? щжене перегрупування вшьного АСК в газовш фаз! (А) виявилось терм1чним майже на 30 ккал/моль та мае бар'ер до 3 ккал/моль.

Альтернативний шлях В виявився ендотерм1чним (енерпя дисошацн АСК +2 ккал/моль). Процес перегрупування було вщслщковано методом IRC (рис.1), шляху перетворення АСК в продукт локал1зовано лише одну перехщну структ} TS1 (NIMAG=1, рис. 2), отже дшсно реал1зуеться узгоджений мехашзм А:

Продукт

Рис.1. Перегрупування АСК та фрагмент ППЕ, що з'еднуе АСК з продую (IRC, B3LYP/6-31+G").

Перегрупування АСК, який стабш1зовано катюном лтю, е бш реалютичним. В цьому випадку реагада залишаеться екзотерм1чною (-2 ккал/моль), але активашйний бар'ер значно збшьшусться (+23.7 ккал/моль).

Li Li

fif ';о ¿>

. /?ч /

^—(■» —- —- '»V*4

* TS2 4

22.2 45.9 0.0

Геометр» перехшних структур Т81 та ТБ2 (рис. 2), в цшому, пoдiбнi. едення канона лтю симетризуе структуру Т82 та додатково зв'язуе алшьний та 1ьфеновий фрагменти, що робить шлях В ще менш вирогщним, шж у випадку ъного АСК. Введения модельного розчинника (дв1 молекули Ме20) у перехщну зуктуру Т82 знижуе активацшний бар'ер реакцп до 17 ккал/моль.

Як cвíдчaть розрахунки, перегрупування АСК, замшеного у алшьному агмент! (в тому числ1 1 перегрупування циклогексанвм1сного субстрату 12), буваються за аналопчним мехашзмом. При цьому енергетичш характеристики та >метр11 вщповщних структур змшюються незначно.

Аиал13 мехашз»пв [2,3]-сигматропних реакцш.

3 метою виявлення загальних законом1рностей переб1гу [2,3]-сигматропних кцш, а також мicця вщкритого нами перегрупування серед них, нами вивчено тупш перетворення (вщносш енерги в ккал/моль, ВЗЬУР):

55.2

©

« >п

57.7 753

©

¿-—О 23.1 ТБ4

о-и

49 0 ^-Т55 00

Перегрупування алшсульфоншметилщу (перший рядок) майже безбар'ерне, :<е екзотерм1Чне та мае раншй перехщний стан (ТБЗ, рис.2). Терм1чне О-егрупування алшсульфоксиду (другий рядок) характеризуемся значним 'ером, малою теплотою реакцп та тзньою геометр1ею переходного стану (Т84). )егрупування ЕНгпга (третш рядок) мае пром1жш енергетичш та геометр ичш

5

характеристики (TS5). Вщповщш перехщш структури для перефупування А( (TS1 та TS2) набагато симетричшпп, шж TS3 - TS5.

TS1 TS2 TS3 TS4 TS5

Рис.2. Перехщш структури для перегрупування АСК (TS1), ACK-Li (Tí алшсульфоншшщу (TS3), метилалшсульфоксиду (TS4), та перегрупування Bin (TS5) за даними розрахушав B3LYP/6-31+G*.

Треба вщзначити, що у [2,3]-сигматропному перегрупуванш в перебуд зв'язюв безпосередньо беруть участь шють електрошв, тобто ароматичний секст Ми взяли co6i за мету юльгасно ошнити ароматичшсть nepexiflHHX стан i в для нов перегрупування АСК та для перехщних структур ряду спорщнених [2 сигматропних реакцш, а також виявити зв'язок м1ж ix ароматични енергетичними та геометричними властивостями. Серед багаточисельних крите ароматичносп найбшьш важлив1 там як NICS - незалежний вщ ядер xím¡4hhh з (Nuclear Independent Chemical Shift), що характеризуе стугань магштн екранування в uernpi ароматичного фрагмента, та екзальтащя д1амагнггн сприйняття (Л). Виявилося, що незалежно вщ геометричних та енергетич: вщмшностей, виявлених для [2,3]-сигматропних реакцш, що дослщжувались, перехщш структури характеризуються високою ароматичшстю. Це пщтвержуе! aHanÍ30M магштних властивостей, KOTpi виявилися близькими для bcíx перехщ структур TS1-5 (екзальтахш д1амагштного сприйняття - вщ -9 до -15 м.д., NIC вщ -14.8 м.д. до -22.6 м.д., таблиця). Цжаво зазначити, що N1CS для класи* ароматично'1 системи - циклопентад1еншьного анюна - становить лише -12.6 м. д.

Cy4acHÍ локашзацшш процедури (в робел використано програму delv Master) дозволяють роздшити вклади л- та а-зв'языв в сумарний циюпч

гсектронний струм в ароматичнш система При цьому вщносш вклади а-зв'язюв щображае кpитepiй МСБ,,, а л-зв'язив - критерш МСБ,,. Ми виявили, що аро-атичшсть перехщно! структури для перегрупування алшсульфоншметилщу (ТБЗ) бумовлена приблизно однаковим внеском як я-зв'язюв (КГСБ^ -5.2 м.д.), так 1 о-)'язюв (К1СЗа= -6.5 м.д.). Для вщкритих нами [2,3]-сигматропних перегрупувань у льному АСК (ТБ1) внесок ЫГСБк (вщ -9 м.д. до -9.9 м.д.) в загальне значения (-16.2 м.д.) дом ¡ну е. Включения катюна лшю збшьшуе ароматичшсть грехщно! структури (Т82) для перегрупування АСК-Ы (К1СЗ(= -19.9 м.д.), та ,инюе характер локагизаци. Результатом цих змш е збшьшення я-ароматичност!

-12.8 м.д.) за рахунок зниження ст-ароматичност1 (МС5с,= -3.0 м.д.).

аблиця. 1ндекси зв'язгав (В,), незале5кш вщ ядер х1м1чш зсуви МСБ (м.д.), екзальтаци д1амагштного сприйнятгя (Л, м.д.) i синхронноеп (Бу), розраховаш для перехщних структур деяких [2,3]-сигматропних реакцш.

фук- в,/ Вгз В34 В45 В,5 ЗВ.у ЬИСБ,6 ЫЮБ,6 МГСБ,6 Лв

ура СБСТ- ЮЬО- ЮЬО- ЮЬО-

ВЗЬУР/ III III III

6- Т22Р тггр тггр

311+С**

гэг 1.44 0.22 1.49 1.53 0.14 0.32 -14.8 -16.2 -4.1 -9.1 -11.2 0.71

ГБ2 1.26 0.32 1.49 1.49 0.34 0.55 -19.1 -19.9 -3.0 -12.8 -14.7 0.84

ГБЗ 1.40 0.41 1.31 1.70 0.20 0.23 -16.7 -17.3 -6.5 -5.2 -11.4 0.61

ГЭ4 1.16 0.37 1.48 1.47 0.33 0.85 -22.6 -23.6 -4.4 -11.2 -12.0 0.57

ГБ5 1.21 0.36 1.35 1.64 0.24 0.64 -18.7 -19.8 -2.9 -9.8 -10.0 0.59

-1умеращя атом(в як на рис. 2;6 Внесок тшьки вщ атом1в ароматичного кшьця; эазраховано як р1зниця д1амагнггного сприйнятгя реактанту 1 перехщжн руктури.

Нами також кшьюсио оцшено ступень синхронное^ сигматропних реакцш, що [вчалися. Синхроншсть Бу введена як характеристика ступеня розриву та ворення зв'язюв в перехщних структурах перецикл1чних реакцш 1 була зрахована за формулою:

Sy=l - (2п-2)Л [E|6B,-5B„|/8B.¥]; 5Bi=(B1TS-BiR)/(BiP-BiR); 5Bav=n-' L 5Bi,

де n - KÜibKicTb центрш, що беруть участь у перегрупуванш (п=5, для [2,3] сигматропних перегрупувань), а BTS, BR и В - шдекси Вайберга для i-тих зв'язкп що розриваються та утворюються в перехщних структурах, реактантах i продукта вщповщно. Реакщя вважаеться синхронною (Sy=l), якщо Bei зв'язки в перехщном craHi однаковою Mipoio розриваються та утворюються. Найбшьш синхронно! виявилось вщкрите нами перегрупування АСК (Sy=0.71); присутшсть канона лть ще бшьше синхрошзуе реакцпо (Sy=0.87). Inuii перегрупування значно менг синхронн1 (Sy=0.57-0.61). Таким чином виявилось, що ароматичшсть перехщни структур [2,3]-сигматропних перегрупувань не корелюе Hi з ix геометричним! параметрами, н! з абсолютними бар'ерами реакщй.

|2,3]-сигматротп перегрупування вторинних та третинннх алшсульфшш-карбашонш.

Утворення вторикних та третинних алшсульфшш-карбанюшв можливе npi депротонуванш вщповщним чином замщених aлiлcyльфoкcидiв. Взаемод1еь циклогексанону та !зомасляного альдегшу з одного боку, та лтйовани. метилбутил- та метилциклогексилсульфоксщив з шшого, репоселективн! синтезовано ряд /?-гщрокси-сульфоксщив (15-17).

о

16

о

® I V /ОНо

Для спрощення стади депдратацн сполуки 15-17 були перетвореш у силшьш щукти 18-20 обробкою триметилхлорсиланом. Подальша взаемод1я сполук 18-19 з МСН при 1 ЗО'С у ДМСО призвела до утворення вцщовщних замщених >моашлтюл1в (21-22) через перегрупування вторинних карбаношв (24-25):

о

II

.—/ S СдНэ

OSi(CH3)3 DMSN

18

S—О

©ч

24

,OS¡(CH3)3

С3Н7

DMSN

>=

S С4Н9

19

О

II

—S-25

>=

О

II

-S С4Н9

C3H7

-тл

В шлому, аналопчно nepeóiraioTb перегруппування третинних льфшткарбанюшв, наприкпад, через aHioH 26 -пол 23 був одержаний з препара-вними виходами (50-60%):

Структура Bcix отриманих сполук встановлена анашзом спектральних дани ('Н та 13С ЯМР, 14, хромато-масс) та шдтверджена елементним анашзом.

висновки

1. Експериментальними та розрахунковими методами вивчена нова реакщ перетворення кетошв в гомоалштюли шд flieio cyльфiнiл-кapбaнioнiв.

2. Показано, що взаемод!я ашфатичних, моноциюичних та каркасних кетошв димсил-HaTpieM (ДМСН) в жорстких умовах вщбуваеться як домшо-реакщя. Ос тання включае послщовно нуклеофшьне приеднання, ел^мшуванн* перегрупування, вщновлення, що в результа-п призводить до гомоалитоли Найважлившою слищею домшо-реакцн е рашше невщоме [2,3]-сигматропн перегрупування алшсульфшш-карбашошв в гомоалшсульфенат-анюни.

3. Знайдено, що [2,3]-сигматропш перегрупування мeтилaлiлcyльфoкcидiв можут бути реагизоваш шд д1ею бутиллтю з наступним 8-алкшування1 гомоалшсульфенат-ашона, що дозволяе проводити перетворення в м'яких умова та використовувати терм1чно-лабшьш субстрата.

4. Вперше продемонстрована можливють репоселективного приеднанн несиметричних лтйованих сульфоксщив до карбошльних субстрат!в через меш замщений сульфшш-карбанюн. Подапьша реакшя силшьованих аддукпв ДМСН включае перегрупування вторинних та третинних сульфшш-карбашошв призводить до високозамнцених ненасичених тюл1в.

5. [2,3]-Сигматропш перегрупування алтсульфшш-карбанюшв дослщжеь розрахунковими DFT (B3LYP) i ab initio (МР2) методами у базиа 6-31 l+G**//6 31+G* та показано, що реакщ! переб1гають узгоджено та синхронно чере ароматичш перехщш структури. Алкшьне замщення лише незначно змшю активацШш бар'ери i теплов1 ефекти реакцш. Визначена роль позитивнс зарядженого протийона в перегрупуванш.

6. Особливосп вщкритого [2,3]-сигматропного перегрупування anir сульфшшкарбашона та ряду спорщнених перегрупувань (алшсульфоншметилщ; метил ашлсульфоксиду i анюнного перегрупування простих алшових еф!р!1

вивчеш розрахунковими методами. Проведено анал1з ароматичносп-i i'x перехщних стан i в з використанням магштних критерпв ароматичности Ароматичний характер Bcix перех1дних структур, що вивчалися обумовлений вкладом 71- та ст-зв'язмв, апе незалежно В1д цього ароматичшсть залишаеться постшно високою. Показано, що ароматичшсть не корелюе Hi з геометричними параметрами перехщних структур, Hi з абсолютними бар'ерами перегрупувань.

OCHOBHI РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ВИКЛАДЕНО В ТАКИХ ПУБЛ1КАЦ1ЯХ:

Юрченко А. Г., Кирий А. В., Мельник Н. Н., Лихотворик И. Р., Захарж П. Новая реакция метилсульфинилкарбаниона с кетонами // ЖОрХ. - 1990. - Т.26. - Вып. 10. -С.2230-2231.

Кушко А. О., Юрченко А. Г., Кирий А. В., Лихотворик И. Р., Фокин А. А. Новый одностадийный метод получения гомоаллильных тиолов из кетонов // ЖОрХ -1998. - Т.34. - Вып.5. - С.776-777.

Fokin Andrey A., Kushko Andrey О., Kiriy Anton V., Yurchenko Alexander G., Schleyer Paul v. R. Direct Transformation of Ketones to y-Unsaturated Tiols via [2,3]-Sigmatropic Rearrangement of Allyl Sulfinyl Carbanions: A Combined Experimental and Computational Study // J. Org. Chem. - 2000. - Vol.65. - P.2984-2995.

АНОТАЦН

Kipiil А. В. Дом!но-реакцн сульф1н1лкарбан!он1в з кетонамн. - Рукопис.

ДисертацЫ на здобуття наукового ступеня кандидата xiMi4Hnx наук за мналыпстю 02.00.03 - оргашчна xiмiя. 1нститут оргагпчно1 xiMii' Нашонально!' адеми наук Украши, Ки\'в, 2000.

Дисертацгя присвячена вивченню домшо-реакцш, яю ведуть до перетворення •ошв в гомоалигполи пщ д1ею сульфшш-карбанюшв. Знайдено, що домшо-

реакщя включае стадп нуклеофшьного приеднання, ел1м1нування, перегрупуван та вщновлення. Ключовою стад! ею е рашше невщоме [2,3]-сигматроп перегрупування алшсульфшш-карбанюна в гомоалшсульфенат-анюн, я дослцркено розрахунковими DFT (B3LYP) i ab initio (МР2) методами. Показано, i перегрупування nepe6irae узгоджено та синхронно через ароматичш перехц структури. Проведено пор1вняльний анал!з ароматичное^ перехщних структур синхронностей нового перегрупування i ряду спорщнених [2,3]-сигматропних р акцш.

Вперше продемонстрована можл!Шсть репоселективного приеднан несиметричних лтйованих сульфоксщпв до карбонтьних субстрате. Подалы реакшя силшьованих аддукпв з димсилнатр1ем включае перегрупування вторинн та третинних сульфшт-карбанюшв i призводить до високозамщених ненасичен Т10Л1В.

KjuoHoei слова: [2,3]-сигматропне перегрупування, алшсульфшткарбанк гомоалштюл, мехашзм, ab initio, перехцш структури, ароматичшсть, домп реакшя.

Kiriy А. V. Domino-reactions of Sulfinyl Carbanions with Ketones. - 1 Manuscript.

Thesis for a scientific degree of the Candidate of Chemical Sciences by special 02.00.03 - organic chemistry. Institute of Organic Chemistry of the National Academy Sciences of Ukraine, Kyiv, 2000.

The domino-reactions for the transformations of ketones to homoallyl thiols in presence of sulfinyl carbanions were studied in the dissertation. It was found that domino-reaction involves nucleophilic addition, elimination, rearrangement and reduct steps. The key step is based on the unknown [2,3]-sigmatropic rearrangement of the all sulfinyl carbanion to homoallyl sulfenate anion, and was studied computationally w DFT (B3LYP) and ab initio (MP2) methods. It was shown that the rearrangement occ synchronously and concertly through the aromatic transition structures. The analysis

aromaticities of the transition structures and the synchronicities of this, as well as some er related [2,3]-sigmatropic reactions, was performed.

The possibility for the regioselective addition of non-symmetrical lithiated sulfox-s to carbonyl substrates was first demonstrated. Subsequent reaction of sililated adits with dimsyl sodium involves the rearrangement of secondary and tertiary sulfinyl banions and leads to a highly substituted unsaturated thiols.

Key words: [2,3]-sigmatropic rearrangement, allylsulfinyl carbanion, homoallyl )1, mechanism, ab initio', transition structure, aromaticity, domino-reaction.

Кирий А. В. Домино-реакции сульфинилкарбанионов с кетонами. -

:опись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук по циальности 02.00.03 - органическая химия. Институт органической химии шональной Академии наук Украины, Киев, 2000.

Диссертация посвящена экспериментальному и квантовохимическому ледованию новой реакции превращения кетонов в гомоаллилтиолы под ствием сульфинил-карбанионов. Показано, что взаимодействие алифатических, юциклических и каркасных кетонов с димсилнатрием (ДМСН) в жестких эвиях протекает как домино-реакция, включает последовательно нуклеофильное соединение, элиминирование, перегруппировку, восстановление и приводит к оаллилтиолам. Ключевой стадией домино-реакции является неизвестная ранее ]-сигматропная перегруппировка аллилсульфинил-карбаниона в эаллилсульфенат-анион.

Установлено, что взаимодействие альдегидов с димсилнатрием в жестких >виях не приводит к гомоаллилтиолам. Последние могут быть получены по сстадийной схеме через соответствующие Р-гидроксисульфоксиды.

Обнаружено, что [2,3]-сигматропная перегруппировка метилаллил-■фоксидов может быть реализована под действием бутиллития с последующим килированием гомоаллилсульфенат-аниона, что позволяет проводить

превращения в мягких условиях и вовлекать в реакцию термически-лабильнь субстраты.

Впервые показана возможность региоселективного присоединен* несиметричных литерованных сульфоксидов к карбонильными субстратам чер( менее замещенный сульфинил-карбанион. Последующая реакция силилированнь аддукгов с ДМСН включает перегруппировку вторичных и третичных сульфини. карбанионов и приводит к высокозамещенным, ранее труднодоступны] ненасыщенным тиолам.

[2,3]-Сигматропные перегруппировки аллилсульфинилкарбанион( исследованы расчетными DFT (B3LYP) и ab initio (МР2) методами в базисе 6-31+С и показано, что реакции протекают согласованно и синхронно через ароматичесю переходные состояния. Введение алкильных заместителей только незначителы изменяет активационные барьеры и тепловые эффекты реакций. Выявлена ро. положительно-заряженного противоиона в протекании перегруппировок.

Особенности открытой [2,3]-сигматропной перегруппировки алли сульфинилкарбанионов и ряда родственных перегруппировок (аллилсульфони метилида, метилаллилсульфоксида и анионной перегруппировки просто аллилового эфира) изучены расчетными методами. Проведен анал

ароматичности их переходных состояний с использованием магнитных критери ароматичности. Обнаружено, что ароматический характер всех изученш переходных структур в различной степени обусловлен вкладом я- и а-связей, но, в зависимости от этого, ароматичность остается постоянно высокой. Показано, ч ароматичность не коррелирует ни с геометрическими параметрами переходи) состояний, ни с величинами абсолютных барьеров перегруппировок.

Ключевые слова: [2,3]-сигматропная перегруппировка, аллилсульфинилкарС нион, гомоаллилтиол, механизм, ab initio, переходные структуры, ароматичное домино-реакция.