Фторалкилсодержащие альфа, бета-эпоксикетоны: синтез и свойства тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

УРАЛЬСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ. С. М. КИРОВА

ДНЯ СПУХЕБНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ

экз. N Г9

НА ПРАВАХ РУКОПИСИ

РАТНЕР ВИТАЛИЙ ГЕОРГИЕВИЧ

ФТОРАЛКИЛСОД£РЖАЩИЕ а. Р-ЭПОКСИКЕТО-Ы: СИНТЕЗ И СВОЙСТВА

СпЕинальность 02. ОО. ОЗ - Органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ХИМИЧЕСКИХ НАУК

2.-Вол с? 1ч.ко.чо

СВЕРДЛС8СК - 1ООО

Рэбота выполнена з Отделе тонкого органического синтеза Института химии Банкирского научного центра Уральского отделения АН СССР (г. Свердловск)

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

ПАШКЕВИЧ К.И.

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

ШЕВЕЛЕВ С.А.

доктор химических наук, профессор ЛЯПУНОВА Г.Н.

Ведущая организация: Рижский политехнический институт

(г. Рига)

Защита состоится '49 " нозЗГра 1990 г. в 45 ч. на ааседзнда специализированного совета К 053.14.07 Уральского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института им. С.М.Кирова пс адресу: 620002, г. Свердловск, УПИ иг. С.М.Кирова, третий учеОкыЯ корпус, аудитория Х-242.

С диссертацией коано ознакомиться в библиотеке УПИ им. С.М.Кирова

Автореферат разослан *Ч8 " октяБря 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Т.Г.Кокшврова

Актуальность темы. Соединения, содержащие эпоксидный цикл, чрезвычайно вагкны для органической хшиии как в научном, так и в практическом плане. Роль эпоксидных соединений з органическом синтезе связана с возможностью . управления нуклэофгигокым раскрытием эпоксидного цикла, что позволяет: I) осуществлять обмен местами соседних функциональных групп (через замыкание и раскрытие эпоксздоз); 2) обеспечить нужную стереохимию включенных в такие системы асимметрических центров. Сопряжение эпоксидного цикла с другими функциональными группами еще более расширяет его синтетические возможности.

Широко известные в углеводородном ряду а.р-эпоксикарбонильньгэ соединения (ЭКС) являотся ключевыми интермедиатами в синтезах разнообразных пилнфункцжналъных соединений вследствие синергизма реакционных свойств двух функциональных груш. Наличие конкурентных реакционных центров в эпоксикарбоншгьной системе приводит, с одной стороны, к неоднозначности течения реакций, с другой, к возможности регулирования направления атаки реагента.

Важность а,р-ЭКС как кнтермедиатов в синтезе большого ряда практически полезных соединений и уникальность свойств, приобретаемых органической молекулой при введении атомов фтора, наводят на мысль о значимости и, следовательно, необходимости исследования фгорсодер^ащих а,р-ЭКС.

Фторсодеряащие а,(3-ЭКС практически не изучены (исключение составляет лишь два трифгорметилсодержащих впоксиэфира). На разработаны метода их синтеза, отсутствуют данные о влиянии фторированного заместителя на свойства и реакционную способность, в связи с чем объектами настоящего исследования были выбраны изомерные фторалкилсодержащие а.р-эпоксикетоны (а,р-ЭК):

я*- — СН — СН — С — Р? вг-с-сн-сн-я?

V И П V •

I II

Цель работы. Разработка методов сингеза изомерных полифторзлкилсодержащих а.р-ЭК типа. I и II, а такта промежуточных продуктов, используицихся при их получении, и изучение их шиическкх свойств.

Научная новизна и практическая значимость. Впервые получе-■ш изомерк^е фторалкилсодеркащие ц,р~ЭК (I) и (II) и разработаны 1репаративные метода их синтеза, которые включают не только

методы, заимствованные из арсенала углеводородного ряда, но и метода, характерные только для фгорсодэржащих аналогов. Показана неприменимость ряда традиционных синтетических путей к а,р-ЗК при переходе от не^/горированных соединений к ¡¿ягорсодерг^и,..1М. Разработаны новые или усовершенствованы известные кетода синтеза,позволяющие существенно облегчить доступ к таким важньлл полупродуктам органического синтеза, как фгоралкилсодериацие р-гидроксикэтоны, аллиловые спирты, 1,3-диолы, а.р-ненасиденныэ кетокы. Разработано региоселектявное восстановление фторсодеркащих р-дикетонов и р-аминовинилкетонов в р-подафторалкил-р-гидроксике-ны и фгоралкилзакещенные аллиловые спирты.

Показано, что независимо от кетода получения все сштез1-фованные а,р-ЭК имеют транс-конфигурацию эпоксидного цикла.

Взаимодействие а,р-ЭК (I) с нуклеофидьньмк реагентами протекает го а-подогкншз. По отношению к электрофильнъм реагентам а,В-Э'Л (I) устойчивы и для прохождения реакций требуются гиесткие условия (при этом затрагивается все реакционные центры).

Апробация работы и публикации. Отдельные разделы работа докладывались на V и VI Всесошной конференции по химии фторорганических соединений (Москва, 1986, Новосибирск, 1990), Всесоюзной конференции по химии непредельных соединений (Казань, I98S), VI Европейском симпозиуме по органической химии (Белград, 1989), VI Советско-Японском симпозиуме по химии фтора (Новосибирск, 1989).

По материалам диссертации опубликовано 5 статей, получено 1 авторское свидетельство.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 188 страницах машинописного текста, содержит 11 таблиц, 21 рисунок и библиографию из 199 наименований. Работа состоит из введения, 4 глав, выводив и списка литературы. В 1-й главе дан обзор литературы по методам синтеза и реакциям а,р-ЭК. 2-я, 3-я и 4-я главы содержат изложение и обсуздение результатов собственных исследований. Экспериментальные данные приведены в последней главе.

Глава 2. СИНТЕЗ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ПРОДУКТОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ФГОРАЛЮШСОДЕРЖАЩИХ а.р-ЭЛОКСИКЕТОНОВ

йторсодержащие а,р-ЭК не были известны до наших работ,

что потребовало анализа способов получения а,р~ЭК, ко содержащих в сеоэм составе атомов фтора. 4

Существующее в углеводородном ряду методы синтеза а,р-ЭК вклшаот:

а)реакциэ Д^рзана (конденсация карбонильных соединений с а-галогенхарбонильными соединениями);

б)эпоксидирование а,р-НК перекисью водорода в щелочкой среде; в )дегидрогалогенировакие а-галоген-р-гидроксикетонов; г)окисление 30 по спиртовой функции.

Выполненный анализ высветил необходимость разработки методов синтеза не только самих фторалкилсодержащих а,р-ЭК, но и методов получения промежуточных продуктов У-Х, использущихся дня их синтеза: фгоралкшюодэржащюс р-гндроксикетояов (р-ГК), 1,3-диолов, а,р-непредельных кетонов (а,р-КК>, замещенных аллиловых спиртов (АС), эпоксиспиртов (ЗС). Последние, .если и были известии, то получались либо трудоемким путем, либо с невысокими выходаш.

-СМ-СНд-С-Я

1 I!

он о

V

R -СИ- сн=сн —и I

он

VI

и — сн-сн,-сн-г?

] I

он он VII

я —сн=сн— с-к

II о

VIII

-с-сн=сн—к

¡1 о

IX

I? — СН—СН-СН-Й

I \ /

он о

X

С целью разработки выходов на промежуточные продукты синтеза полифторированных а,р-эк нами изучено восстановление легко доступных фторсодерхащих р-дккетоноз (р-ДК) и р-аминовинилкетонов (р-АВК), как наиболее очевидных предшественников вышеперечисленных соединений, комплексными гидридными восстановителями.

2.1. Восстановление полифторированных Р-АВК тетрагидридоборатом натрия.

Выбор полифторированных р-АВК в качестве объектов исследования обусловлен, с одной стороны, их доступностью, с другой фиксированностью двойных С=С и С=0 связей в молекуле, что отличает их от соответствующих р-ДК и во многом определяет реакционную способность.

Нами впервые показано, что восстановление тетрагидридоборатом натрия Л-моно- и N .Ы-дизвме^енных р-АБК, содержав фторалкилъный заместитель у карбонильного атома углерода, приводит з общем случае к смеси фгоралкилсодержащего р-ГК, замещенного АС и 1,3-диола. (Дня углеводородных аналогов характерно образование только р-ГК).

R -C-CK=C-Ph

II I

О X

III

nabhi»

62-1c05s

•сн—сн2■ I

он

C-Ph

II о

R — СН — СН=СН — Ph

I

ОН

VI

RF-CH-CH3-CH-Ph

I I

он он

VII

Rr=CF3 ,C„FS; X=NH2_О

Выходи соотношение соединений (V), (VI), (VII) определяются природой заместителей RF, X, растворителем, а также скоростью добавления реагента.

Нами установлено, что образование 1,3-диола (VII) является следствием дальнейшего восстановления образующегося в ходе реакции р-ГК и определяется соотношением ^эакционной способности р-АВК и р-ГК. Увеличению реакционной способности р-АВК способствует укорочение R" и увеличение алектроноакцепторности X. Знание данного факта позволяет контролировать появление 1,3-диола в продуктах реакции. Что касается двух других продуктов (V) и (VI), то образованию р-ГК (V) способствуют более электроноакцепторный X и протонный растворитель, образованию AC (VI) - соответственно, электронодонорный X и впротонный растворитель. Максимально достигаемый препаративный выход продукта (V) составляет 66%, а продукта (VI) - 73Ж, причем выделение как того, так и другого, осуществляется легко. Принципиально важно, что оба эти соединения открл;!)ОТ путь к получению изомерных ({ггоралкилсодертачих а,р-ЗК (I) и (II).

ОСрязуициеся AO (VIb,6) имеют ' исклочитоль:;г> трпис-с'.троонж.. 1,3-Диолы (Vila,0) имек/г даастереомерный состав 1:1. Структура «

состаз продуктов восстановления определяйтесь спектроскопически (ПМР), препаративной ТСХ, сравнением с заведомыми образцами, а такте последующими трансформациями.

2.2. Восстановление полифгоркровакйых Р-ДК тетрагицридоздг-тинатои лития

Ранее неизвестное хемоселектизное восстановление кесихмет-ричных фгорсодеряащих р-ДК комплексными гидридами восстановителями осуществлено нами ка примере фторалкилсодержащих р-ДК с РП-заместителем. При этом с умеренными выходам получается р-ГК типа V, образующиеся и при восстановлении фгорсодеркащих р-ЛЗК ~(11) КвШ . Отсутствие изомерных р-ГК свидетельствует о р&гионаправленности процесса и согласуется с ранее полученными ду-дыми по направленности взаимодействия несимметричных фгорсодеряащих р-ДК с нуклеофилами.

г?г— с - сн2 - с —рь цн

ИЛИ

о о ысмо

IV

1?гсоое1 ♦ иосорь -ИЛ.

-с-сн—с—рь . .а1и —сн-сна-с-р!-.

И ¡1 1 II

° и* 0 60-755: СН „ 0

7 »С|4.Ра 9

Поскольку реально в процессе восстановления участзуот Ы-соли р-ДК, то получение р-ГК оказалось возможным осуществить без выделения этих солей конденсацией • этиловых зффоз полифторкарбонозых кислот с метилнетонвми под действием ЫН с последующей обработкой ЫАШи. Таким обрезом, нами разработан прямой метод синтеза фггорсодеркащих р-ГК (V), исходя та вфиров фторкарбзновых кислот, с исключением стадии выделения р-ДК. Предложенный метод обладает значительными преимуществами (простота экспериментальных условий, непродолжительность С- 4 ч), исключение работы с фгоральдегидами) по сравнению с известным методом получения р-ГК, основанном на восстановлении офиров фторкарбоновых кислот до фторальдегидов и последующей их конденсации с метилкетонами.

2.3. Дегидратация фторсодержощих р-ГК типа V.

к

дегидратация фторсодержащих р-ГК типа V до соответсвуицих

-•б -

а,р-НК затруднена вследствие известного упрочашэго влияния фтор-алкклькогэ заместителя на соседнюю связь С-0 и проводится, как было показано ранее, действием таких сильных водоотнкмзицил агентов, как Н^ЗО^., Ра08, метилхлорсульфит - пиридин.

Наш показано, что кипячение р-ГК (V) в уксусном ангидриде такхе приводит к сх,р-НК типа VIII, имеющим исключительно транс-конфигурацию и могущим использоваться далее для превращения в а,р-ЭК типа I.

М-етод особенно аффективен при К=А1к, когда применение известных водоотнимащих реагентов (Н2БОи, Р305, метилхлорсульфит) приводит к ряду побочных процессов.

св=сн—с-и

н

о

VIII

сн-сна-с-Рг Ас2о I II--

он о 45-84*

V

2.4. Восстановление фторсодержащих ¡3-ГК типа V и дегидратация обязующихся 1,3-диолов.

Нами показано, что восстановление фторсодержящжг р-ГК типа V протекает гладко в этаноле под действием ЯаВН^. Получанциеся 1,3-диолы имеют диастереомерный состав 1:1, гто нзблвдается также и при их образовании восстановлением р-АВК КаВН^. Восстановление посредством ЫД1Н^ в этом случае затруднено, по-видимому, вследствие образования прочного комплекса мевду ЫА.1Н,, и соединением (V). -

СН-СНа-С-Н КаВНц. СН-СН,-СН-К

I II -> I I

ОН О 88-955: ОН ОН

V VII

иг=ср3,сзр7,с^ра; я=нв,и-ви,рь

Полученные наш 1,3-диолы (VII) представляют особый интерес с точки зрения их дальнейшего использования в синтезе фторссдержацих АС (VI), а,р-НК (IX) и а,р-ЭК СИ).

Нами вперзые установлено, что дегидратация несимметричных фторсодержящих 1,3-даолов (VII) протекает под действием каталитических количеств кислоты при кипячении • з бензоле или

толуоле региоеелективно по ОН-группе, удаленной от фторалгсильного заместителя. Вероятно, это связано с влиянием К^-группы на прочность соседней С-0 связи.

RF— СН - СН3 - СН - Ph т _и R1 — СН-СИ=СН—Ph

I I IcOH I

1 I 30-G3': '

OH OH OH

VII VI

rf=cf3,c3f7

Образующиеся AC типа VI имеют транс-конфигурацию двойкой связи, как и в случае их получения при восстановлении р-АБК NaBITw.

2.5. Окисление фгорсодержащих АС в а,Р-НК и 30.

Вифункциональность АС открывает широкие возможности для их дальнейших трансформаций и использования в синтезах разнообразных фторсодергащих продуктов. В частности наш показано, что реакция окисления АС в зависимости от условий ее проведения способна приводить как к а,р-НК, так и к ЭС.

Окисление AC (VI) в соответсвующие а,р-НК (IX) протекает легко и однозначно. При этом в качестве окислителя одинаково пригодны реагент Сверна (ДМСО/ (С0С1 )2/iffit3) и реагент Десса-Мартина(ИШ). Выходы составляют 84-94 %. Двойная связь при таком окислении не затрагивается и сохраняет транс-конфигурацив-

В целом данная реакция открывает простой препаративный путь получения изомерных фгорсодержащих а,р-НК типа IX, бывших ранее малодоступными.

Rr - СН - CBrrCH ~ Ph

I

он

ОДс Ас 1^0 Ас

RF=CF3.C3F7;DHR а

WJC0,4c0cd2/nel3 _

R -С-СН=СН-РЬ

или DMR

МХНБК или

о

IX

R - СН - СН - СН - Ph

l-buooh/voj асао з3 | V/

ОН

X

Нами впервые осуществлено эгоксвдировакие фторалгаигсодергащих АС. Реакция протекает легко и однозначно при комнатной тешературе с использованием м-хлорнадбензойной кислого! в СК3С12, ■ либо трет-бутилгидропероксида в присутствии УО(асас)2 в С.НЕ и с выходом 86-34% приводит к фгорсодержащим ЭС (X). Последние образушся в виде смеси диастереокеров при строгой транс-конфигурации эпоксицикла.

Нами показано, что фторсодержащие ЭС (X).которые могли бы. явиться потенциальными интермедивтами в синтезе фторсодеряющих а,р-ЭК типа II, термически неустойчивы и при нагревании изомеризуются в а-гидроксикетоны:

рь— сн - сн - сн —ср3 70°С рь—сн2-с-сн-ср3

\ / I--► II I

О ОН 22У. О ОН

а * а

Таким образом, на базе доступных фгоралкилсодеркащих р-ДК и р-ДВК, а также непосредственно эфиров полифторкарбоновых кислот разраоотаны препаративные методы синтеза фторалкилсодераищих р-ГК, 1,3-даолов и АС, которые являются ключевыми соединениями в синтезе соответствующих изомерных а,р-НК и ЭС, что открывает непосредственный доступ к изомерным фгоралкилсодержащим а,р~ЗК типа I и II, а также целому ряду функциональных фторалкилсодержащих карбонильных соединений.

Глава 3. СИНТЕЗ ИЗОМЕРНЫХ ИОРАЖМСОДЕРЖАЩИХ а,р-ЭПОКСИКЕТОНОВ

В работе исследована применимость ранее перечисленных (с. 3) методов получения а,р-ЭК углеводородного ряда к синтезу изомерных фгорсодержащих а,р-ЭК, а«также разработаны альтернативные метода синтеза.

- -

3.1. Взаимодействие полифторированных альдегидов с а-галогенкар-бонильными и родственными соединениями.

Реакция Дарзана, заключающаяся в конденсации альдегидов или кетонов с а-галогенкарбоншшными соединениями, в той или иной модификации язляется традиционным методом синтеза а,р-ЗК углеводородного ряда. Возможность ее применения для синтеза фторсодерзащих а,р-ЭК типа I исследована нами как наиболее очевидная в первую очередь. В качестве метиленовой компоненты использовали не только классические а-галогенкарбонильные соединения, но и а-даазо-, а-сульфонио- и а-вгагокиокарбонильные соединения. В качестве оснований применяли "аО"е, К2С03, К2С03/1в-краук-о, ЫН, КОВи1, в качестве растворителей апротонные растворители типа простых эфироз (ЕЬ20, ТГФ, глум), а также СНС13, СН2С12.

!?г— сн - сн — с —я

V и

Нами показано, что данная реакция ни в одной из ее модификаций не нонет служить препаративным методом синтеза фторсодержащкх а,р-ЭК типа I. В ходе указанных превращений а,р-ЭК либо не образуются вовсе, либо результатом является сложная трудноразделимая смесь, содержащая незначительные количества целевых соединений. Такой ход реакции мы объясняем чувствительностью фторалкилсодерхгащих альдегидов к основаниям.

Ввиду малой доступности метилфггоралкилкетоноз, а тем более их а-галогензамещенных, обратный вариант реакции Дярзана нами но исследовался.

3.2. Эпоксидирование р-полифторалкил-а.р-НК перекисью водорода в щелочной среде.

Эпоксидмрованием фгоралкилсодержащих а,р-НК типа VIII 30%-м раствором Н20а при температуре 5-10°С з ;зодно-диоксановой средо в присутствии каталитических количеств щелочи нами впервые получены фторсодержащие а,р-ЗК типа I с выходами 53-95 %. Гса;сция язляется

r сна * x — сн2 — с — r (n2=ch-c-r) —х!! И

о о

R -CF3,C№Fa; R-Mo,Ph,OEt; Х=С1,Эг,SMo2,NCSHS

стереоспецифичной и соединения (I) образуются исключительно в транс-форме (константа взаимодействия а- и р-протонов эпоксидного цикла в спектре 1ШР составляет 1.5-2.0 Гц).

R -CH=CH-C-R

II

О

VIII

диоксаи

5Б-Э6 *

МоОН

90 х

R -CH-CH-C-R

V Ü

R -CH-CH,-C-R R -CuF

ОМо

R-Ph

R =CF3.C3FTfCuFarHCCF2 J«.; R=Mo. L-Bu. Ph. p-BrCEH„.. p-N02CEH^

Взаимодействие a,p-HK (VIII) с H202 в щелочных условиях в среде метанола, который употребляется наиболее часто в этих целях в углеводородном ряду, приводит не к ожидаемому эпоксидному циклу, а к соответствующему р-метоксикетону, что является следствием нуклеофкльной атаки по. двойной связи попутно образующегося метоксид-аниона.

При условии доступности а,р-БК типа VIII предлагаемый метод просу в исполнении, удобен и обладает общностью, хотя при Е=А1к выхода снижаются до 58 % и ухудшается воспроизводимость результатов.

F

3.3. Прямое эпоксидарование фторсоде^тжащих р-ГК.

В связи с доступностью фторсодерхащих р-ГК типа V, а также их устойчивостью к дегидратации, нами разработан оригинальный прямой метод синтеза а,р-ЭК (I) из р-ГК (V) последовательным галогенированием и дегидрогалогенированием в присутствии К2С03 или СаС03 в среде малополярного растворителя через образование прокехуточного а-галоген-р-ГК.

При использовании в качестве галогена иода промежуточный а-иод-р-ГК неустойчив и в условиях реакции подвергается самопроизвольному дегидроиодированию. Реакция идет с умеренным выходом (до

г? -сн-сн,-с-в-►

-кх

он

в — сн-сн-с-г?

I II он о

и -сн-сн-с —Р

V II

70%). Это, на наш взгляд, связано с обратимостью обеих стадий вследствие восстановительных свойств выделяющегося иодоводородз.

При замене иода на бром самопроизвольного дегидробромировашя не наблюдается: а-бром~р-ГК (ВТК) является устойчивым продуктом первой стадии. Дегидробромирование последнего под действием избытка концентрированного раствора Па2С03 при 60°С или КЕ},3 дает а,р-ЭК с выходом 2,1 -91 ^. Возмокно проведение синтеза без выделения и очистки ВТК, что значительно проще. Выхода в общем выше, чем в варианте с применением иода. Однако при ЗЬКе из-за возможности протекания нерегиоселективного бромкрования соответствующего р-ГК выход понижается до 21%.

Г? -СН-СНа-С-К

ОН

Вр

Вг2 Р | Ыа2С03

V ГС1> К — СН — СН — С — I?-

СаС03 |

ОН

II

О

или МЕ13

й -сн-сн-с-гг

V I!

К =СР3.СаР7гНССР2Э1»; г?=Ко. Ь-Эи.РЬр-МОаСеН*

В обоих вариантах получающиеся а,р-ЭК имеют транс-конфигурацию эпоксидного цикла.

Разработанный метод специфичен для фторсодержащих соединений. Наш показано, что при взаимодействии р-ГК углеводородного ряда -5-гидрокси-2,2-Д1таетил-5-фенилгексан-3-она с 12 единственным продуктом реакции является соответствующий а,р-НК. В данном случае иод играет роль дегидратирующего агента.

м»

РЬ-

>;-сна-с- 1-Ви

I II

он о .

к2со3

Но

ои>=СН-С-1-Ви

О 85 *

3.4. Окисление фторсодещащих 30 до а,Р-ЭК. •

Окисление гидроксильной функциональной группы во фторадкклсо-дергащих ЭС осуществлено нами с помощью реагента Сверна при -60°С или реагента Десса-Мартина при комнатной температуре Б СН2С12 с выходом 15-91*. При этом впервые получены изомерные фгорадкилсодераащие а,(3-ЭК типа II с транс-конфигурацией эпокси цикла. а,р-ЭК типа II существуют при обычных условиях в форме геминальных даолов, не склонных к дегидратации, хотя методом ТСХ зафиксировано образование свободного кетона (II) при Т7.

Однако при хранении соединения (II) разлагается с образованием сложной смеси продуктов. При взаимодействии с 2-хлорзт8нолом они давт устойчивые этиленкетали.

СоЗ

Й -СН-СН-СН-РЬ -► I? -С-СН-СН-РК

IV /\ V

он х но он Пс гидрат;

С|<СН2)20Н к2со3

Г?г -С-СН-СН-РЬ

У V V

(?Г = СР3.С3Р7

* « *

Таким образом, впервые получены изомерные фторалкилсодержашие а,р-ЭК типа I и II и разработаны препаративные методы их синтеза, исходя из ефиров фторкврбоновых кислот (рис. I). Наибольший интерес вызьшает оригинальный метод получения а,р-ЭК типа I галогенированием р-ГК (V) в присутствии основания, присущий только фгорсодержащим соединениям.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАКЦИОННОЙ СГОСОШЮСТИ ФТОРАЛШ1СОДЕР2А-ЩИХ а, р-ЭПОКСИКЕТОНОВ

Наличие, по-крайней мере, пяти реакционных центров и, как следствие, существование множественности путей реагирования

и — сн=сн—с-к

г

К СОаК'

к — С-СН,-с—г?

И II о о

IV

я — с~сн=с—я II I о ш1«2

III

VIII

Я — сН-СНз-С-И

I II он о

V

X

он он

VII

я — сн-сн=сн—я I

он

VI

X

Г I

Г? — СН - сн - с —к:

он

Й —сн-сн-с—я

V »

Й —С - СН=СН —I?

II

о

IX

СО I

• й —с— сн-сн—(?

у I V

' II

в — сн—сн-сн-я I \/ он о

X

Рис 1. Общая схема синтеза изомерных фторалкилсодержащих а,р-эпоксикетоюв и промежуточных продуктов

Г} — СН - СН2 — СИ — к

фторал^шсодержащих а,р-ЭК осложняет изучение их реакционной способности. Поэтому в данной главе приводятся лишь результата предварительного изучения реакционной способности изомерных фторсодеркащих а,р-ЭК, только намечащие контуры богатой химической активности этих соединений. Выбранный ряд нуклеофильных и электрофильных реагентов, ни в коем случае не являясь представительным, был призван - тем не менее

продемонстрировать, с одной стороны, богатую реакционную способность наших объектов, а, с другой стороны, заметное отличие в направлении протекания реакций от углеводородных аналогов.

Ввиду неустойчивости а,р-ЭК (II) исследование их свойств проблематично и нами не проводилось.

4.1. Взаимодействие фторсодеркащих а,д-ЭК с аминами.

Фторсодержащие а,р-ЭК типа I энергично взаимодействуют с аммиаком в бензоле или этаноле с образованием столообразного продукта, что, по всей видимости, является следствием полимериззционных процессов.

При переходе от ГО3 к менее •глюаному анилину взаимодействие протекает более спокойно и требует нагревания в ЕЪОН. Единственным

РЬ-Ы-К1

ч"— сн—СН—С —К ♦ РЬИНЯ1-1-> йг—сн-сн-с—«

V II I н

т 0 0Н Х1 0 Зв-ЭСЗ^(^-н)

кг=ср3,с^а; я=рь,1-ви; к1=н,нв 59-71* (г?*=цв)

продуктом являются а-фениламино-р-ГК (XI). Структура доказана на примере одного из соединений восстановительным элиминированием а-заместителя цинковой пылью.

(\IHPh

Сцра-СН-СН-С-РЬ гп/нс.-ЕЮЧ , С,Г3-СН-СН2-С-РЬ

он о он о 72 "

Реакция с И-метипанилином протекает также по а-С-атому, но медленнее. Направление раскрытия эпоксидного цикла не зависит от природы углеводородного заместителя и дайны фторялкильного

заместителя.

Таким образом, при ззаимодейстзии р-полифторалкйя-а.р-ЭК с аминами имеет место только а-атака амина на фторсодертащий а,3-ЭК, что отличает его от ух'лезодородного аналога, где а- к р-атаки конкурирует. Такое поведение видимо связано с упрочняющим зффе;;том фторчлкильного заместителя на соседкюта С-0 связь.

4.2. Взаимодействие фгорсодерзгащих д.Р-ЗК с иодвд-аниокоч.

Взаимодействие а,р-ЭКС с иодидом калия широко применяется как качественная реакция на эпоксидный цикл, сопряженный с карбонильной группой. 3.случае фторсодержащих а,р-ЭК (I) данная реакция также имеет место, однако в отличие от углеводородных аналогов, продуктом реакции является не а,р-КК, я р-ГК, что доказано методом ТСХ в сравнении с заведомыми образцами, и, по-видимому, также связано с упрочаидим действием фгоралкилъного заместителя.

К1/Ас0Н XI/А -ОН

К-СВ=СН-С-Г?' <- Й — СН — СН — С — К' -—— Й-СН —СН,-С —И*

II К=А1 к. \/ II Г-П* I ¡1

о РЬ о он о

I V

Т. о., восстановление фторсодержащих сх,р-ЭК типа I до соответствует^ р-ГК иодид-анионом и окисление иодом р-ГК до а,р-ЭК является двумя сторонами одной и той же реакции, разновеске которой сдвигается в ту или иную сторону в зависимости от рП среда.

4.3. Взаимодействие фторсодержащих а,Р-ЭК с злектрофилькыми

реагентами.

Выбор в качестве электрофильного агента 2,4-бис(4'-метоксифе-нш)-2,4-даиоксо-Ру,Ру-Т,3,2,4-дати0да'фосфет8Н8 (XII) - высокоэффективного тионирующего реагента С=0 группы - связан, с одной стороны, со снижением реакционной способности ¡.у?слеофильных центров фторсодержащих а,р-ЭК по сравнению с углеводородными аналогами, с дру1чзй стороны, с желлкиэм продемонстрировать потенциальные возможности соединений (Т) в синтезе фторсодержащих гетероциклических соединения.

Нами установлено, что а,р-ЗК типа I реагируют с избытком (XII) в кипящем толуоле крайне медленно (60-90 ч). При атом образуются З-алкил (ерш) -5-пол™]Л'оралкил-1,2-дитшл-З-ены с выходом 15-32::. В кипящем ксилоле реакция убыстряется ~в 10 раз, ко выходы не изменяется. Длина фторалкильного и характер углеводородного заместителя практически не влияот на реакцию. Строение продуктов подаверэдено комплексом физико-химических методов, наличие Б-Б связи установлено по сильной полосе при 490 см"1 в спектре КР.

В отличие от этого эпоксихалкон, не имеющий фгоралкильных заместителей, реагирует с (XII) в толуоле при Б0°С за Зч. Выделенный при этом продукт содержит С=0 группу, что гозорит о большей' нуклеофильности эпоксидного атома кислорода по сравнению с карбонильным 0-атомом.

и -сн-сн-с-и

V а

I

¡и^

Р -СРа.СиРп

Ff-l.-Bu.Ph

»Р=К=РЬ

\ /'

р-МвОСвНц.-Р^ ^Р-СеНц.ОМо-р / \

При введении фторалкильного заместителя в а,р-ЭК .происходит сильное снижение нуклеофильности 0-атома эпоксидного цикла, что как раз и объясняет, во-перзых, общее снижение реакционной способности соединений (I) по отношению к электрофильным реагентам, а, во-вторых, как следствие вовлечение в реащкю обоих нуклэофильных центров.

Такое снижение реакционной способности также согласуется с установленным нами фактом, что соединения (I) устойчивы при нагревании к 30%-й НдБО^, хотя углеводородные аналоги легко гидрслизу-

отся в этих условиях до а.р-дигидрокзикетонов.

» * *

Таким образом, проведенное исследование реакционной способности р-лолифгоралкил-а,р-ЭК (I) принципиально показывает их полезность для синтеза фторсодержащих функциональных соединений и необходимость дальнейшего более глубокого изучения их свойств.

ВЫВОДЫ

1. Впервые получены ¡»гиоизомерные фп'.-рзлкилосдертащле а, р-эпоксикетоны.

2. Разработаны препаративные методы синтеза регаопзокерккх поли^торалкилсодераш»« а.р-эпоксшетс-нов. При г,том показано:

- щелочное эпоксидарование р-полифторалкил-а,р-непредель13ых кето-нов перекисью водорода возможно лишь в апротонном растворителе; з метаноле с ним конкурирует присоединение метоксид-аниона то С=С связи, что отлично от углеводородного ряда;

- впервые осуществленное нами прямое эпоксидарование р-полкфгор-алклл-р-гидроксккетонов протекает под действием брома или иода в инертном растворителе в присутствии карбоната щелочного металла с последующим дегидрогалогенированием концентрированным раствором карбоната натрия;

- окисление эпоксисгшртов, содержащих фторалкилъкый заместитель у спиртового атома углерода, до а,р-эпокг.ккетонов протекает наиболее легко под действием реагента Десса-Мартинз;

- все синтезированные а,р-эпоксикетоны имеют транс-конфигурацию эпоксидного цикла независимо от способа получения.

3. Разработаны новые, более простые, или усовершенствованы известные методы синтеза фторалкилсодержащих промежуточных продуктов з синтезе соответствующих п,р-эпоксикетонов, а именно: р-гидроксике-тоноз, 1,3-диолоз, региоизомерных а,р-непредельных кетонов, замещенных аллиловых спиртов, эпоксиспиртов. При этом установлено:

- восстановление литиевых солей фгорэлкилсодертщих р-джетокоз тетрагидрвдоалнминатом лития протекает хемоселективно по карбонильной группе, содержащей фгоралкильный заместитель, с образованием р-полифторалкил-р-гидроксикетонов;

- восстановление фторалкилсодержащих р-аминовинилкетонов тетра-гидрэдоборзтом натрия приводит к смеси р-гидроксикетона, 1,3-даола и замещенного аллилового спирта, выход и соотношение которых можно менять- в широких пределах;

- 'осуществленное впервые эпоксидированйе фторалкилсодержащих аллиловых спиртов протекает под действием стандартных

4 эпоксидиругацих реагентов;

- фторсодержащие эпоксиспирты термически неустойчивы и изомеризу-ется з а-гидроксикетоны.

4. Изучена реакционная способность р-полифторалхил-<х,р-эпоксихето-нов по отношению к нуклеофильным и электрофильным реагентам. При

этом установлено:

- в реакциях с ароматическими аминами и иодидом калия участвует только эпоксидный цикл, причем его раскрытие происходит рзгиоспецифично по а-положени»;

- реакционная способность по отношении к 2,4-бис(4'-метоксифе-Ш'1Н)-2,4-датиоксо-Р^Рх'-1,3,2,4-дитиадафосфетану сильно понижена, требует жестких условий- и приводит к вовлечении во взаимодействие эпоксидного цикла и карбонильной группы.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Synthesis, structure and reactivity оГ fluorlnated a,p-imsatu-rated and ct,ß-epoxy ketones / X.Pashkevich, R.Iatypov, v.nat-ner // J.i4uor.Chem.-1985.-V.29f N 1-2.-P.169.

2. Синтез р-полифторалкил-а.р-эпоксикетонов / В.Г.Ратнер, К.И. Пашкевич // ЖВХО им. Д.И.Менделеева.-1987.-Т.32, N 2.-С.239-240.

3. р-Полкфторалкилсодержащие а,р-непредельные кетоны и а,р-эпок-сикетоны в реакции с 2,4-бис(4'-метоксифенил)-2,4-дитиоксо-Ри, Р^1,3,2,4-датиадафосфетаном / К.И.Пашкевич, В.Г.Ратнер, P.P. лйтыпов // Изв.АН СССР. Сер.хим.-1987.-N 4.-С.921-924.

4. Прямое эпоксидирование голифгоралкилсодержащих р-гидроксикето-нов / К.И.Пашкевич, В.И.Филякова, В.Г.Ратнер // Ж0рХ.-1987.-T.23.N 12.-С.2625-2526.

5. Восстановлений аминопроизводных фггорсодерзащих ß-дакетоноз тетрагидридоборатом натрия / В.Г.Ратнер, K.M.Пашкевич // КОрХ.-1990.-Т.26,N 6.-0.I5I2-I5I5.

6. A.C. N 1504987. Способ получения фгорапкилсодерашщих а,р-эпок-сикетонов / В.Г.Ратнер, В.И.Филякова, К.И.Пашкевич // Не подлежит опубликованию в открытой печати.

Т. Взаимодействие функциональных производных фторалкклсодержащих карбонильных соединений с 2,4-бис(4'-метоксифенил)-2,4-дитиок-со-1,3,2,4-дитиадифосфетаном / К.И.Пашкевич, И.Г.Бусыгин, М.Б. Воброз, В.И.Салоутин, Р.Р.Латыпов, В.Г.Ратнер и др. // Тез. докл. M Всесошн. конф. по химии фгорорганических соединений.-Москва.-1986.-С.82.

8. Синтез и реакционная способность р-полифторалкил-а,р-енонов / Р.Р.Латыпов, В.Г.Ратнер и др. // Тез. докл. Всесошн. конф. по химии непредельных соединений.-Казань.-1985.-С.36.

9. Polyfunctlonal compounds based on fluorlnated aldehydes / K.I.

Pashkevlch, V.I.riljakova, V.CI.Xatner, R.It.Iatypov // Abstracts of papers oi VI European Symposium on Organic Chemistry. -Belgrade.-1989.-P. 124.

10» PolylluoroalKylcontainlng a,p-epoxy and a, p-aslrldlne ketones/ K.I.Paahkevlch, V.G.ilatner, V.I.PllJakova, R.K.Latypov // Proceedings of VI Regular Meeting of Soviet-Japanese Fluorine Chemists.-Novosibirsk.-1S89.-P.H-1 - K-14-.

Pin Института экономики УрО АН СССР

подписано к печати 16.10.90 г. заказ № 4 тираж 100 экз.