Хлорацетиленфосфонаты и ацетилендифосфонаты в реакциях с классическими СН-кислотами тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

ДИДКОВСКИЙ НИКОЛАЙ ГЕННАДЬЕВИЧ

ХЛОРАЦЕТИЛЕНФОСФОНАТЫ И АЦЕТИЛЕНДИФОСФОНАТЫ В РЕАКЦИЯХ С КЛАССИЧЕСКИМИ СИ-КИСЛОТАМИ

02 00 03-Органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ХИМИЧЕСКИХ НАУК

□ ОЗОТ" 1287

Санкт-Петербург 2007 г

003071287

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)«

Научный руководитель

доктор химических наук, профессор

Ионин

Борис Иосифович

Официальные оппоненты

доктор химических наук, профессор

Лаврентьев Анатолий Никитич

доктор химических наук профессор

Тришин

Юрий Георгиевич

Ведущая организация ФГУП Российский научный центр «Прикладная

Защита состоится « 29» М-&Л- 2007 гв^ часов на заседании диссертационного совета Д 212 230 02 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном технологическом институте (техническом университете)

Отзывы на автореферат в одном экземпляре, заверенные печатью, просим направлять по адресу 190013, Санкт-Петербург, Московский пр , д 26, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), Ученый совет

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке института

химия»

Автореферат разослан «<?/» 2007 г

Ученый секретарь Диссертационного Совета канд хим наук, доцент

НБ Соколова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы

Среди обширного ряда фосфорорганических веществ производные фосфоновых кислот, в том числе содержащие кратные связи и функциональные группы, являются наиболее практически значимыми соединениями, применяющимися как химические средства защиты растений, комплексооб-разователи и ингибиторы коррозии, противоопухолевые и гомеостатические препараты Интерес к синтезу новых веществ, содержащих фосфонатную группу, не ослабевает Он обусловлен как возможностью получения соединений, которые могут быть использованы как ценные реагенты для органического синтеза (например, в реакции Хорнера), так и сами по себе могут являться потенциальными физиологически активными веществами, обладающими противовирусной, антибактериальной активностью и высокой биологической восприимчивостью

Специальный интерес представляют ацетилендифосфонаты и хлораце-тиленфосфонаты В силу высокой реакционной способности тройной связи, активированной акцепторной фосфонатной группой, и подвижности ацетиленового атома галогена ацетиленовые дифосфонаты и хлорацетиленфосфо-наты при их относительной доступности являются удобными объектами для введения различных функциональных групп в молекулу фосфоновой кислоты На основе реакций присоединения к ацетиленфосфонатам и замещения галогена в хлорацетиленфосфонатах получены различные классы фосфорорганических соединений, однако их реакции с классическими СН-кислотами исследованы крайне мало В литературе имеются лишь единичные сведения о таких реакциях, а данные по строению продуктов часто неоднозначны В тоже время применеие СН-кислот в реакциях присоединения и замещения является удобным методом функционализации органических соединений Эти реакции относятся к химии карбанионов — важной и обширной области органической химии «ибо многие органические реакции протекают через промежуточное образование карбанионов в свободном или скрытом виде» (И П Белецкая - предисловие к русскому переводу монографии Д Крама)

Систематическое исследование реакций ацетилендифосфонатов и хлор-ацетиленфосфонатов с СН-кислотами с применением доступных в настоящее время физико-химических методов анализа органических соединений, таких как спектроскопия ЯМР на ядрах *Н, 13С, 31Р, РСА, проведение квантово-химических расчетов может внести существенный вклад в углубление знаний о механизме этих реакций и одновременно привести к разработке стратегии получения новых полифункционалышх фосфорорганических соединений, что делает работу в этой области важной и актуальной. Спязь работы с планами к программами

Диссертационная работа выполнена в Государственном образовательном учреждении профессионального высшего образования Санкт-Петербургском государственном технологическом институте (техническом уштерситете) в рамках программы «Разработка научных основ реакций об-

разования гетероциклических структур на основе функционализации непредельных элементоорганических и ароматических соединений и металлоком-плексных систем» (номер государственной регистрации 1 3 04)

Дель работы

Целью настоящей работы являлось изучение реакций эфиров хлораце-тиленфосфоновой и ацетилендифосфоновой кислот с классическими СН-кислотами (эфиры, нитрилы малоновой кислоты, эфир циануксусной кислоты, 1,3-дикетоны), выявление возможностей и ограничений этих реакций и деталей механизма их протекания, а также получение на их основе новых полифункциональных фосфорорганических соединений

Научная новизна

Впервые систематически исследовано взаимодействие классических СН-кислот (производных малоновой кислоты, 1,3-дикетонов и некоторых других) с эфирами хлорацетиленфосфоновой и ацетилендифосфоновой кислот в присутствии карбоната калия и выявлены общие закономерности этих реакций Показано, что взаимодействие хлорацетиленфосфонатов и ацети-лендифосфонатов с классическими СН-кислотами протекает в ацетонитриле как реакции нуклеофильного присоединения или замещения или последовательного замещения - присоединения и требует избытка карбоната калия

Впервые показано, что эти реакции приводят к образованию стабильных карбанионов в виде калиевых производных соответствующих алкенди-фосфонатов, ацетилен- и алкенфосфонатов Строение карбанионов установлено на основании исследования методами 'Н, 13С и 31Р ЯМР спектроскопии с применением методов двойного резонанса, и в отдельных примерах на основании рентгеноструктурного исследования На основании анализа экспериментальных данных и с использованием неэмпирических квантовохимиче-ских расчетов выявлено определяющее значение образования карбанионов для конечных результатов реакции.

Установлено, что взаимодействие эфиров малоновой кислоты с ацети-лендифосфонатами протекает стереоселективно как нуклеофильное присоединение по тройной связи и приводит к образованию карбанионов - С-калиевых производных соответствующих эфиров £-3,4-бис(диалкоксифос-форил)бут-3-еновых кислот, которые были выделены и охарактеризованы

Установлено, что взаимодействие ацетилендифосфонатов с малоноди-нитрилом и эфиром циануксусной кислоты проходит аналогично, но не стереоселективно, приводя к смеси Е- и 2- изомеров С-калиевых производных в соотношении 2-1 и 1 1 соответственно

Впервые выделены в индивидуальном С-калиевые производные нитрила 2-циано-3,4-бис(диметоксифосфорил)бут-3-еновой кислоты и нитрила 2-циано-3,4-бис(диэтоксифосфорил)бут-3-еновой кислоты в виде Е- и 2-изомеров соответственно, структура которых подтверждена рентгенострук-турным анализом

Показано, что полученные калиевые производные эфиров, нитрилов и эфиронитрилов 3,4-бис(диалкосифосфорил)бут-3-еновой кислот при действии протонодоноров обменивают атом калия на водород и через катионо-тропную изомеризацию со смещением двойной связи образуют соответствующие СН-производные 3,4-бис(диалкосифосфорил)бут-2-еновой кислот

Показано, что взаимодействие ацетилацетона с эфирами ацетиленди-фосфоновой кислоты также протекает как присоединение по тройной связи с образованием калиевого производного [1,2-бис(диалкоксифосфорил)этенил]-ацетилацетона, в то время как реакция присоединения с бензоилацетоном и дибензоилметаном не реализуется, что связывается с недостаточной нуклео-фильностью при высокой основности их карбанионов

Установлено, что взаимодействие динитрила и эфиронитрила малоновой кислоты с эфирами хлорацетиленфосфоновой кислоты в присутствии карбоната калия включает пуклеофильное замещение атома хлора, изомеризацию образующегося алкоксифосфорилэтинилмалоната до соответствующего аллена и нуклеофильное присоединение к последнему второй молекулы малоната Конечным продуктом является 2,2-дималонатные производные этанфосфоновой кислоты в виде моно-Са-калиевых соединений с эквивалентными полуторными связями между атомом С2 фосфоната и Са-атомами малонатных группировок

Показано, что реакция эфиров хлорацетиленфосфоновой кислоты с 1,3-дикетонами проходит как нуклеофильное замещение атома хлора и приводит к образованию новых фосфорорганических соединений - калиевых производных соответствующих фосфорилэтинилдикетонов

Для выявления особенностей протекания реакций хлорацетилендиме-тилфосфоната с производными малоновой кислоты и Р-дикетонами проведен квантовохимический расчет структуры и энергии молекул карбанионов и гипотетических интермедиатов по компьютерной программе GAUSSIAN по методу B3LYP/6-31++G** Показано, что наблюдаемое направление атаки нуклеофилов соответствует электронному распределению и величинам элек-трофильной и нуклеофильной энергии реагирующих частиц, а направление изомеризации при переходе от карбанионов к нейтральным молекулам согласуется с вычисленной энергией ацетиленовых и алленовых интермедиатов

Практическая значимость

Полученные непредельные фосфорорганические соединения являются перспективными исходными соединениями для синтеза практически важных полифункциональных производных тетракоординированного фосфора и фосфорилированных гетероциклических систем, а также представляют интерес как вещества, обладающие потенциальной биологической активностью

Апробация работы

Материалы диссертации представлены на Молодежной конференции по органической химии «Современные тенденции органической химии», посвященной 280-летию СПбГУ (Санкт-Петербург, 2004), XIV Международной

конференции по химии фосфорорганичских соединений (Казань, 2005), Международной научной конференции «Инновации в науке и образовании» (Казахстан, г Кокшетау) и XVII Международной конференции по химии фосфора 1СРС-17 (Китай, г Сямынь, 2007)

Публикации

По теме диссертации опубликовано четыре статьи в Журнале общей химии и три тезиса докладов на международных конференциях

Объём и структура работы

Диссертация состоит из следующих разделов введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка литературы Работа изложена на 103 страницах машинописного текста, содержит 12 рисунков, 6 таблиц Список цитируемой литературы имеет 93 названия

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Обзор литературных данных показал, что взаимодействие ацетилен-фосфонатов с нуклеофилами может проходить не только по активированной тройной связи, но и затрагивать фосфонатную группу, что связывается с основностью нуклеофила В данной работе систематически изучено взаимодействие производных малоновой кислоты и 1,3-дикетонов с ацетилендифосфо-натами и хлорацетиленфосфонатами Исследованые реакции протекают в ацетонитриле в присутствии избытка карбоната калия, причем образующиеся продукты как правило представляют собой стабильные калиевые производные соответствующих непредельных фосфонатов Соединения такого типа впервые выделены и охарактеризованы Протекание реакций контролировали методом ЯМР-спектроскопии на ядрах 'Н, 31Р, структура продуктов реакций подтверждена данными ЯМР спектров *Н, 13 С,3 Р, ИК-спектрами и для отдельных соединений рентгеноструктурным анализом

1. Взаимодействие эфиров ацетилендифосфоновой кислоты с производными малоновон кислоты

Реакции эфиров ацетилендифосфоновой кислоты с эфирами малоновой кислоты, малонодинитрилом, этиловым эфиром циануксусной кислоты по сути представляют собой вариант широко исследованной реакции Михаэля Однако, в отличие от обычного нуклеофильного присоединения СН-киелот по активированной кратной связи, в данном случае образуются не нейтральные молекулы, а стабильные карбанионы, по строению отличающиеся от соответствующих протонированных молекул Это позволило существенно более детально изучить отдельные стадии реакции, а также впервые выявить строение карбанионных структур этого типа как в растворе, так и в кристаллическом состоянии

Реакция ацетилендифосфонатов с диметил- и диэтилмалонатами проходит региоселективно и стереоспецифично с образованием ^-изомеров ал-кендифосфонатов - эфиров £-2-калий-2-алкоксикарбонил- 3,4- ди(диалкокси-фосфорил) бут-3-еновой кислоты (1-4) (Таблица 1)

Табтица 1- параметры ЯМР • спектров С-ка лиевых производных продуктов присоединения малонатов к ацетилекдифосфонатам (1-8)

№ Я1 К' к' Изомер ЯМР'НДмд ('Ь'ЬРГЦ) Спектр ЯМР 13С 8с м д №Гц) Спектр ЯМР 31Р, 8,м Д^ррГЦ)

С^РС.'Ы

1 Ме С02Ме С02Ме Е 6,33(15,1,24,2) 71,38(10,0,10,0) 151,06(158,2,16,3) 129,92(157,8,28,8) 16,41, 19,32(107,1)

2 Ме С02Е1 ад Е 6,25 (19,7,24,7) 71,25 (9,8,9,8) 146,9(165,9,13,9) 133,96(164,3,25,6) 16,4,19,31 (107,1)

3 Е1 С02\1е СОзМе Е 6,26 (19,3,24,1) 71,92(10,4,10,4) 150,32(160,9,11,7) 126,84(172,5,24,7) 13,45,16,78 (103,9)

4 Ег С02й СОД! Е 6,14(19,5,25,0) 70,58(10,7,10,7) 150,97(158,8,12,3) 127,97(173,5,21,7) 12,83,16,49(104,0)

5 Ме си СЫ Е 5,45 (14,1,27,7) 37,62(8,7,15,6) 145,72(154,8,8,7) 92,3 (182,6,17,0) 16,24, 18,6(94,0)

г 5,57 (10,5,45,1) 40,04(16 5,27,4) 147,78(170,5,13,3) 92,98(218,3,103) 13,22,20,03 (22,8)

6 Ег си СЫ Е 5,15 (14,4,27,1) 37,21 (9,6,14,4) 145,01 (141,2,24,8) 93,35 (167,2,33,0) 17,66, 19,47 (94,5)

г 5,21 (10,4,45,3) 39,54(16,1,26,90) 147,31 (168,1,13,6) 95,21 (217,3,9,4) 13,00,20,87(22,3)

7 Ме си С<№ Е 5,27(17,6,24,8) 56,63(11,1,24,0) 144,6 (135,2,35,2) 104,'1(204,3,11,4) 19,35,20,94(973)

г 6,22 (12,7,25,6) 62,56(17,7,24,8) 146,43(168,5,10,6) 99,3(212,0,4,9) 18,99,24,73(27,5)

8 Е! см С02Й Е 5,36 (17,2,23,0) 56,06(10,2,10,4) 145,27(169,6,3,0) 107,12(194,7,3,0) 16,48,17,88(94,5)

г 6,17 (12,0,46,2) 62,0 (14,7,25,0) 147,37(157,6,11,9) 101,97(206,3,7,9) 16,4,21,2 (25,8)

Таблица 2 параметры ЯМР-спектров продуктов присоединения малонатов к ацетилендифосфонатам после протонирования

№ Я1 II5 Изомер Спектр ЯМР 'Н,8, м Д (2.Гцр 'Ал- Гц) Спектр ЯМР "С 5см д у, Гц) Спеетр ЯМР 31Р, 8, и д ( Ърр Гц)

С^-ЬС^рс) С4('1?с %с)

5а Ме СЫ сы - 3,17(16,8, 25,6) 97,85(8,8,12,5) 159,10(173,3,12,6) 32,09(131,6,6,2) 6,51,18,2(8,0)

6а Ег СИ сы - 3,24(16,4,24,6) 97,85(8,8, 12,0) 161,14(171,7,13,8) 33,61(132,8,6,8) 5,87, 17,79(7,0)

7а Ме сы С02Е1 Е -3,6' 112,8 (11,5,6,9) 151,08(172,7,14,1) 27,85(131,6,6,2) 12,54,23,79(9,4)

г 3,23 (17,1,22,9) 120,69 (13,8, 2,8) 145,8(176,1,12,1) 31 64(137,4,7,3) 11,97,22 87(7,0)

8а Е1 сч ССДО Е 3,59(18,0, 26,0) 113,17(11,7,7,0) 152,96(169,7,12,5) 29,32 (131,3,6,3) 9,74, 21,09(9,3)

г 3 08 (16,4, 24,6) 120,87(14,9,15,1) 147,38(176,7,11,8) 32,95(133,5,7,6) 9,13,21,17(8,7)

1а Ме С02Ме СОгМе - 3,18(16,9,24,5) 139,53(10,9,0,9) 132,75(174,5,12,5) 25,65(136,1,6,2) 14,42, 24,70(9,8)

2а Ме ссда СОгЕ! - 3,2(17,4,23,6) 139 88(12,2, 12,2) 131,75(175,2,12,6) 25,37(135,7,6,7) 15,69,25,88(10,3)

За Ег С02Мс СОгМе - 3,38(16,6,24,2) 138,98(10,9,10,9) 134,38(174,4,11,3) 26,79(135,8,5,8) 11,8,22,37(11,3)

4а Е1 ссш СОзП 3,31(17,1,23,9) 139,62(11,2, 11,2) 133,48(173,1,10,6) 26,75(135,5,6,8) 11,92,22,32(11,0)

(ЯО).РС=СР(ОК)2+ СН2(СООЯ).

II II о о

»-> 1, " COOR + К2СОэ <К0>2Р.4 г!- к ,

-- \==/"--соок'

и^Ц

,р(от

II СООР н+ (ЯО) Р

Н 'Р(СЖ)

СООР! 2

о

1а-4а

В спектрах ПМР соединений (1-4) в области 5 ~ 6 м д присутствует характерный сигнал этиленового протона у атома углерода С4 в виде дублета дублетов с константами расщепления порядка 2Унр —15 Гц и 3./нр -25 Гц от терминального и интерналыюго атомов фосфора соответственно Величина вицинальной константы 3Унр ~ 25 Гц, однозначно указывает на трансрасположение фосфорильных групп В спектре ЯМР 31Р наблюдается сигналы в области 5Р 16и 19мд спиновой АВ-системы с константой взаимодействия /рр 107 1 Гц, что соответствует теранс-расположению ядер фосфора По данным спектров ЯМР |3С сигналы атомов углерода в ¿//-гибридизации представляют собой дублеты дублетов с константами взаимодействия от ядер фосфора ',/ср 160-170 и 2./ср 12-20 Гц Сигнал атома углерода С2 малонового фрагмента наблюдается в области 5с ~ 70 м д с расщеплением в вырожденный триплет вследствие дальнего взаимодействия с двумя атомами фосфора Данные спектра ЯМР 13С снятого без протонной развязки указывают на отсутствие ядер водорода, связанных с этим атомом Параметры спектров соединений (1—4) представлены в таблице 1

Обработка соединений (1-4) эквивалентом трифторуксусной кислоты приводит к замещению калия водородом с образованием соответствующих СН - производных - эфиров Е-2-алкоксикарбонил-3,4-бис(диалкоксифосфо-рил)бут-3-еновой кислоты (1а-4а) В отличие от калиевых производных, в их ПМР спектрах есть сигнал малонатного протона у углеродного атома С2 (5 ~ 5,2 м д, 37нр ~22 Гц, 4./нр ~ 4 Гц) и кроме того, в спектрах ЯМР 13С сигнал углеродного атома С2 смещен на 20 м д в сильное поле по сравнению с соответствующими калиевыми производными В спектре ЯМР 13С снятом без развязки от протонов углеродный атом С2 резонирует дублетом вырожденных триплетов ('Усн~ 128 Гц, 2УСр =3^ср ~ 10 Гц, 5 ~ 50 м д)

При хроматографировании растворов К-производных (1-4) на колонке с силикагелем также происходит обмен калия на водород, видимо, за счет адсорбированных на силикагеле молекул протонодонора Протонизация сопровождается перемещением двойной связи и ведет к образованию смеси Е-этиленфосфонатных (1а-4а) и метиленфосфонатных (9-12) структур в соотношении 1 3 Спектроскопические данные для продуктов изомеризации представлены в таблице 2

о о . о

II сосж + II Сосж II роок

(КО) Р / ■ к, ЗЮ (ЯО) р I (КО) р /

|Р(ОК)2 [Н] Н |Г(0К)2 |,Р<0К>2

1а-4а 9-12

Взаимодействие тетраметил- и тетраэтилацетилендифосфонатов с мало-нодинитрилом и эфиром циануксусной кислоты происходит аналогично, но уже не стереоселективно, и приводит к образованию с хорошим выходом Е-и 2-изомеров дифосфонатов (5-8) в соотношении 2 1 и 1 1 соответственно (таблица1) Пространственные изомеры фосфонатов (5-8) в спектрах ПМР 31Р дают характерные АВ-системы с константами спии-спинового взаимодейстия ядер фосфора 37РР ~ 94 Гц для Е -изомера и 3/РР ~ 22 Гц для 2-изомера В ПМР спектрах олефиновые протоны представлены характерными дублет-дублетными сигналами с транснр ~ 45 Гц и цисНр ~ 25 Гц В спектрах ЯМР на ядрах 13С сигналы 3С-углеродного атома 2-изомера находятся в более слабом поле чем сигналы тех же атомов для ^-изомера, для первых констант взаимодействия с ядром фосфора !Уср для 2-изомера наблюдается возрастание в сравнении с ^-изомером (таблица 1)

Перекристаллизацией из ацетонитрила удалось выделить индивидуальные пространственные К-производные-нитрилы £-2-калий-2-циано-3,4-бис(диметоксифосфорил)бут-3-еновой кислоты (5-£) и 2-2-калий-2-циано-3,4-бис(диэтоксифосфорил)бут-3-еновой кислоты (6-2) Структура этих соединений была подтверждена рентгеноструктурным исследованием (см рисунок 1).

О X

X

к,со <К0»А Ак+ Н Дк+

(РО^РС^^СР^!?)^ + хсн^см __V—/ см + /=< см

О О н/1Г(0К,г (К0)2? ¡Г(0К)2

о О 5-8 (г)

о

II

Н+ <К0>2Р~\_/Х (К0)2''

Р(ОЯ)2 см

о

5а-8а(Е)

О MI« t

/

S-E 6-Z

Рисунок 1- Кристаллическая структура нитрила £-2-калий-2-циано-3,4-бис(диметоксифосфорил)бут-3-еновой кислоты (5-Е) и нитрила Z-2-калий-2-циано-3,4-бис(дизтоксифосфорил)-бут-3 -еновой кислоты (6-Z)

При обработке калиевых производных (5-8) трифторуксусной кислотой происходит образование СН-форм, сопровождающееся изомеризацией со смещением двойной связи, что приводит к получению нитрилов 2-этоксикарбонил- и 2-циано-3,4-бис(диалкоксифосфорил)бут-2-еновой кислоты, причем в случае циануксусного эфира в виде смеси Е-и Z-изомеров ди-фосфонатов (7а, 8а) в соотношении 3 1 Соединения 5а-8а представлены в спектрах ПМР характерными дублет - дублетными сигналами в области 8 ~3 м д, в спектрах ЯМР 3С углеродный атом метиленовой группы резонирует дублет-дублетным сигналом в области ~25-30 м д,1 Jrc ~ 130 Гц, JPC~ 6 Гц, полные данные спектров ЯМР соединений 5а-8а приведены в таблице 2

Все образующиеся калиевые производные в растворе очевидно являются разделенными ионными парами, что подтверждается характеристиками их спектров ЯМР и согласуется с данными РСА для кристаллов, а также следует из лёгкости обмена протона на калий при взаимодействии СН-форм соответствующих производных бис(диалкоксифосфорил)бут-3-еновых кислот с карбонатом калия в ацетонитриле

2. Взаимодействие эфиров ацетилепдифосфоновых кислот с 1,3-дикетоиами

Взаимодействие ацетилендифосфонатов с 1,3-дикетонами изучено на примере ацетилацетона, бензоилацетона и дибензоилметана Как оказалось, направление реакции зависит от природы соответствующего карбаниона, и однозначно реакция протекает только в случае ацетилацетона

Взаимодействие эфиров ацетилендифосфоиовой кислоты с ацетилацето-ном проходит как тиранс-стереоспецифичное нуклеофильное присоединение по тройной связи, с образованием соответствующего калий-производного [1,2-бис(диалкоксифосфорил)этенил]ацетилацетона, с выходом около 80%, которое при взаимодействии с протонодонором или при хроматографирова-нии превращается в соответствующую Н-форму фосфорилированного аце-тилацетона Ацетилацетоновый фрагмент находится преимущественно в енольной форме В спектрах ЯМР *Н Н-формы соединений 10а-11а наблюдается характерный дублет-дублетный сигнал метанового протона в области 8 ~ 6 м д 1/нр ~ 21 Гц и 3/нр ~ 25 Гц, и характерный уширенный сигнал протона енольного гидроксила в области 5 ~ 14 5 м д В спектре ЯМР 31Р регистрируются сигналы спиновой АВ-системы в области 8Р 19 м д, с константой взаимодействия УРР 96 95 Гц, с транс-расположению ядер фосфора

. к2со3 (*0)Р £0)КК+

(КО) РС=СР{ОК)_+ Г*ССН„СК ---._,

Ч II 2 II н^

о о о о " ,Р(СЖ)

О-Н

(КО)2Р

2 о

10-11

/ \ К н |Р(°К>2

о Я= СНз-, С2Н5-; 1*'= СНз-

10а-11а

+

Н

В спектрах ЯМР 31Р реакционной массы наблюдались также малоинтенсивные сигналы продуктов фосфатного строения, образующихся при атаке ацетилацетоната на фосфорильную группу Аналогичная О-нуклеофильная атака преобладала при проведении реакции ацетилендифосфонатов с дибен-зоилметаном и бензоилацетоном, что может объясняться высокой основностью соответствующих карбанионов при недостаточной нуклеофильности, выделить индивидуальные продукты не удалось

3. Взаимодействие эфиров хлорацетилеифосфоновых кислот с производными малоновой кислоты

Хлорацетилеифосфонаты были широко исследованы в реакциях с различными нуклеофилами Однако их взаимодействие с СН-кислотами не изучалось

Нами установлено, что реакция хлорацетиленфосфонатов с динитрилом малоновой кислоты проходит в мягких условиях в ацетонитриле в присутствии избытка карбоната калия и приводит к продуктам замещения галогена остатком СН-кислоты и последующего присоединения второй молекулы СН-кислоты по кратной связи Конечные продукты представляют собой монокалиевые производные, содержащие фосфонатную группу и две равноценные динитрилмалонатные группировки

н\

к.со, \

(КО) РС=СС1+ ХСН я- [(РЮ)„РС=ССНГТ ]--[ С=С=С(*']-►

ч 2 I / I

о ОХ (ГЮ) Р X

12 я=сн3о, Х=С\Т, К'=С1\Т 1 ' 2 \ ^ 13 Л=С2Н50; Х=СК, R'=CN

14 И^СНзО, Х=СМ, Я'=С(0)0Е1

15 Я=СН30, Х=С(0)0Е1, Г=С(0)0Е1

16 К=СН30, Х=С(0)0Ме, К'=С(0)0Ме

Контроль методом ЯМДР 1 Н-{ 31Р} позволил установить образование в реакционной массе трех продуктов с химическими сдвигами 8Р 1 м д , 9 м д и 20 м д , отнесенных к структурам а, б и в К концу реакции сигналы структуры а и б исчезают и нарастает интенсивность сигналов соединений со структурой в, 5р ~ 20 м д Образование структуры б подтверждается появлением в ходе реакции сигнала в спектре ЯМР 13С ~ 190 м д , соответствующего диго-нальному атому углерода в аллене, а также наличием в ИК-спектре реакционной массы ишенсивной полосы поглощения в области V 1920 см'1 В спектрах ЯМР конечных продуктов (12—16), сигнал углеродного атома С3 регистрируется в области 6с 50 м д Запись спектра без протонной развязки показала отсутствие атома водорода, связанного с этим углеродным атомом Таким образом, полученные данные позволяют предположить следующую схему реакции замещение хлора в молекуле хлорацетиленфосфоната остатком соответствующей СН-кислоты, изомеризация соответствующего ацетиленового соединения а в аллен б, присоединение к последнему второй молекулы СН-кислоты и, наконец, замещение оставшегося подвижного атома водорода малонового фрагмента на калий с образованием карбаниона в

Структура полученных соединений (12 — 14) однозначно доказывается данными ЯМР спектров на ядрах 'Н, 13С, 31Р Так, в ПМР - спектре калиевого производного диметилового эфира 3,3-дициано-2-калий-2-(дицианометил)-проп-2-ен-фосфоновой кислоты (12) наблюдаются только дублетный сигнал метиленовых протонов в области 5Н 2 98 м д с константой спин-спинового взаимодействия с фосфорным ядром 21нр 22 0 Гц, и дублетный сигнал протонов метоксигрупп 5Н 3 69 м д с константой взаимодействия 3Дщ> 11 0 Гц В спектре ЯМР 13С калиевого производного диметилового эфира 3,3-дициано-2-калий-2-(дицианометил)-проп-2-ен-фосфоновой кислоты (12) (см Рисунок2), в самом сильном поле в области 5с 32 23 м д и с константой расщепления от ядра фосфора '1Ср 134 4 Гц резонирует дублетным сигналом атом углерода, непосредственно связанный с атомом фосфора (С1) В более слабом поле находится дублетный сигнал атомов углерода метоксигрупп в области 6с 52 51 м д с константой спин-спинового взаимодействия с ядром атома фосфора 2.1ср 4.5 Гц Далее расщепленным в дублетный сигнал регистрируется атом углерода (С2) с химическим сдвигом бс 55 81 м д с константой расщепления от ядра фосфора 21ср 9 3 Гц Запись спектра без протонной развязки показала отсутствие атома водорода, связанного с этим углеродным атомом В слабопольной области 5С 118 44 м д представлен синглетный сигнал углеродных атомов СМ-групп, в области 6С 158,30 м д находится сигнал атома углерода (С3) в виде дублета с константой расщепления от фосфора ^ср3 8ГЦ

СНзО

CN

<0

JL

CN'

СЗ

СН,0

ii

сн,

U

ЦВМ»

^ о ы, ,е> ^ UJ 1*> I N

ii I»

, 100

80

60

40

20

160 1*0 120

Рисунок 2 - Спектр ЯМР МС калиевого производного диметилового эфира 3,3-дициано-2-калий-2-(дицианометил)-проп-2-ен-фосфоновой кисло-

ы (12), снятый без р;

1->1>1ТОГТ1

i iipVIV/liV/U

Спектр ЯМР 31Р калиевого производного диметилового эфира 3,3-дициано-2-калий-2-(дицианометил)-проп-2-ен-фосфоновой кислоты (12) представлен одиночным сигналом 6р +23 1 м д Химический сдвиг фосфора соответствует структуре соединений, в которых атом фосфора связан с атомом углерода хр -гибридизации

Соединения (12 -14), являются аморфными кристаллами, плавящимися при температуре свыше 200° С, с разложением, параметры спектров полученных соединений приведены в таблице 3

Таблица 3 -Характерные параметры спектров ЯМР 'Н, 13С и 31Р соединений (12-14)

Соединение Спектр ЯМР 'н, 8, мд (2^ш,Гц) Спектр ЯМР "С 5с, м д , а Гц) Спектр ЯМР 31Р, 8р, м д

С1 (%:) С2 С3 (^гс)

Диметиловый эфир 3,3-дициано-2-калии-2-(дициаиометил)-проп-2-ен-фосфоновой кислоты (12) 2 98 (22 0) 32 23 (134 4) 158 30 (9 3) 55 81 (3 8) 23 1

Диэтиловый эфир 3,3-дициано-2-калий-2-(дицианометил)-проп-2-ен-фосфоновой кислоты (13) 2 91 (22 8) 33 48 (133 1) 158 3 (7 9) 53 79 (3,5) 20 4

Диметиловый эфир З-циано-З-этоксикарбонил-2-калий-2-[циано(этоксикарбонил)метил]проп-2-ен-фосфоновои кислоты (14) 2 33 (22 2) 28 87 (118 1) 161 00 (18 5) 53 5 (4 7) 27 6

Реакция хлорацетиленфосфонатов с эфирами малоновой кислоты проходит не столь однозначно В спектрах ЯМР 3 Р реакционной массы регистрируются сигналы продукта замещения атома хлора в хлорацетиленфосфонате, сигналы алленового соединения, и сигналы продукта последующего присоединения СН-кислоты (15,16), но ни повышение температуры, ни длительный нагрев не приводят к образованию только продукта присоединения Очевидно, это свидетельствует о низкой скорости изомеризации алкоксифосфорилэ-тинилмалоната в соответствующий аллен и прохождении конкурирующей реакции образования карбанионного соединения — калиевого производного алкоксифосфорилэтинилмалоната, не способного взаимодействовать с кар-банионным нуклеофилом

4. Взаимодействие эфнров хлорацетиленфосфоновых кислот с 1,3 дикетонами

В отличие от реакции хлорацетиленфосфонатов с производными малоновой кислоты, реакция с 1,3-дикетонами останавливается на стадии нуклео-фильного замещения атома хлора в молекуле хлорацетиленфосфоната при сохранении ацетиленовой структуры исходного соединения, с образованием соответствующих калиевых производных 2-(алкоксифосфорилэтинил)-1,3-дикетона с почти количественным выходом

С—-О

К2С03 1 2 Ъ/'

(СН30)2|С=СС1 +^НТ'с^(СНз0)2ГС-С<с-о к+

О О О о / 5

R'

15-17

R=R'=Me (17), R=Me, R'=Ph (18), R=R'=Ph (19)

Калиевые производные (17-19) представляют собой кристаллические вещества, плавящиеся с разложением при температуре около 200°С

Строение соединений (17-19) однозначно доказывается спектроскопией ЯМР Химические сдвиги фосфора для этих соединений находятся в области бр ~ 2 м д, в спектре ПМР наблюдаются только сигналы метоксифосфориль-ных групп и кетонных фрагментов

(МеО) Р ме

I I 2 I

С2 СЗ С1

л

Рисунок 3 - Спектр ЯМР 13С

(диметоксифосфо-рилэти-

нил)диацетилметан ата калия (17)

200

150

100

50

В спектрах ЯМР ,3С полученных соединений (см рис 3) имеются характерные дублетные сигналы атомов углерода С1 и С2 при тройной связи, а также слабо расщеплённый сигнал атома углерода С3 в области 100 м д и, кроме того, сигналы карбонильных углеродных атомов в области 190-200 м д (таблица 4) В ИК спектрах соединений (17-19) имеются интенсивные полосы поглощения в области V 2200 см"1, соответствующие тройной углерод-углеродной связи Такое протекание реакции обусловлено, по-видимому, быстрым переходом первоначально образующегося продукта замещения галогена в анионную форму, которая в данном случае представляет собой О-анион (енольная форма), не способный к превращению в аллен и последующим превращениям

Характерные параметры спектров ЯМР 13 С и 3|Р полученных соединений представлены в табл 4.

Таблица 4- Основные параметры спектров ЯМР фосфоноэтинилдикетонатов

[15-17)

Соединение Спектр ЯМР 1JC Спектр ЯМР 31Р,8р, м д

Sc', м д, С Je?, Гц) Sc2, м д, (2Ja>, Гц) 8CJ, м д, (VCP, Гц)

(Диметоксифосфорилэти-нил)диацетилметанат калия (15) 81 25 д (312 7) 11631 д (57 1) 91 83 д (4 2) 281

(Диметоксифосфорилэти-нил)ацетилбензоилметанат калия (16) 80 92 д (309 0) 115 72д (56 4) 90 94 д (4,3) 2 27

(Диметоксифосфорилэти-1шл1дибензоилметанат калия (17) 81 42 д (310 6) 115 59 д (56 5) 89 15 д (4 4) 1 98

При обработке калиевых производных (15 - 17) эквивалентом трифто-руксусной кислоты происходит обмен калия на водород с образованием соответствующих енолов В ПМР-спектрах этих соединений, кроме сигналов протонов метоксифосфорильной группы и заместителей при карбонильных атомах углерода, регистрируется уширенный сигнал в области 12-14 м д, соответствующий сигналу протона енольного гидроксила

5. Результаты квантовохимического исследования взаимодействия эфиров хлорацетиленфосфоновой и ацетилендифосфоновой кислот

с СН-кислотами

Приведенные выше результаты экспериментальных исследований демонстрируют важное значение образования стабильных карбанионов для результатов реакции ацетиленовых фосфонатов с СН-кислотами Проведенное квантовохимическое исследование подтвердило и прояснило их роль

В работе проведены расчеты по методу B3LYP/6-31++G** нейтральных молекул и карбанионов, участвующих в реакциях При расчетах карбанионов использовались требуемые в этих случаях сферические поляризующие и диффузные функции. Рассчитывались полные энергии молекул и анионов, заряды на атомах, для нейтральных молекул и карбанионов - соответственно электрофильная F" и нуклеофильная F+ свободные энергии, позволяющие судить о реакционной способности атомов в этих частицах; проводился поиск локальных минимумов на поверхности потенциальной энергии системы взаимодействующих частиц с целью выявления возможных интермедиатов, соответствие интермедиатов локальным минимумам подтверждено расчетом колебательных спектров по отсутствию мнимых колебательных чисел При расчетах проводилась полная оптимизация геометрии частиц

Показано, что образующаяся при взаимодействии хлорацетилефосфона-та с малонодинитрилом нейтральная молекула 0=P(0Me)2C=C-CH(CN)2 (12а) характеризуется значительно более высокой полной энергией чем изо-

мерное соединение алленовой структуры 0=P(0Me)2CH=C=C(CN)2 (126) (разность энергий 14 ккал/моль), что объясняет быструю прототропную изомеризацию а—»6, протекающую практически безбарьерно Алленовая структура (126), по результатам расчета, практически не обладает свойствами СН-кислоты (величина для алленового водорода 0 08 по сравнению с 0 35 в изомере 12а) и поэтому аллен не образует С-калиевое производное, а атакуется анионом малонодинитрила по ,?/>гибридному углеродному атому, характеризующемуся высоким значением F~0 48 (по сравнению с 0 12 в 12а), что в конечном итоге приводит к карбанионному конечному продукту (12в)

В отличие от этого, для нейтрального интермедиата, возникающего в реакции хлорацетиленфосфоната с анионом ацетилацетона, более выгодным является переход не в алленовую структуру, а в енольную форму с сохранением тройной связи, что приводит к образованию О-калиевого производного 0=Р(0Мс)2С=С-С(СМе0)2К, который, из-за высоких значений электронной плотности на центральном углеродном атоме триады С=С-С, не подвергается последующей атаке нуклеофилом и потому является конечным продуктом реакции

Расчеты взаимодействия нуклеофилов с ацетилендифосфонатом выявили, что оба ацетиленовых атома дифосфоната несут избыток электронной плотности, что должно препятствовать непосредственной атаке нуклеофила Очевидно, в реакциях дифосфонатов с производными малоновой кислоты и дикетонами атаке карбанионов предшествует взаимодействие дифосфоната с нейтральными СН-кислотами.

ВЫВОДЫ

1 Впервые систематически исследовано взаимодействие классических СН-кислот (производных малоновой кислоты, 1,3-дикетонов и некоторых других) с эфирами хлорацетиленфосфоновой и ацетилендифос-фоновой кислот и выявлены общие закономерности этих реакций Показано, что взаимодействие протекает при наличии избытка карбоната калия и приводит к образованию устойчивых С-калиевых производных, которые были выделены и идентифицированы

2. Установлено, что присоединение эфиров малоновой кислоты к тройной связи ацетилендифосфонатов проходит стереоселективно, с образованием ^-изомеров эфиров 2-калий-2-алкоксикарбонил-3,4-ди(алкосксифосфорил)бут-3-еновой кислот Присоединение малонодинитрила и эфира циануксусной кислоты к тройной связи ацетилендифосфонатов проходит нестереоселективно, с образованием нитрилов 2-калий-2-циано-(в случае циануксусного эфира 2-алкоксикарбонил)-3,4-ди(алкоксифосфорил)бут-3-еновых кислот в виде Е- и г-изомеров в соотношении 2 1 и 1-1 Выделены индивидуальные нитрил £-2-калий-2-циано-3,4-бис(диметоксифосфорил)бут-3-еновой кислоты и нитрил 2-2-

калий-2-циано-3,4-бис(диэтоксифосфорил)бут-3-еновой кислоты, структура которых подтверждена рентгеноструктурным анализом

3 Показано, что обмен калия на водород при обработке калиевых производных протонодонором приводит к прототропной изомеризации с образованием соответствующих эфиров или нитрилов 2-циано-(или 2-алкоксикарбонил)-3,4-бис(диалкоксифосфорил)бут-2-еновых кислот

4 Показано, что взаимодействие ацетилендифосфонатов с ацетил-ацетоном проходит как присоединение по тройной связи с образованием калиевого производного 3-[1,2-бис(диалкосифосфорил)этенил]ацетил-ацетона в енольной форме Реакция присоединения по тройной связи ацетилендифосфоната с другими р-дикетонами (дибензоилметаном и бензоилацетоном) не реализуется, что связывается с высокой основностью их карбанионов и стерическими препятствиями

5 Показано, что взаимодействие хлорацетиленфосфонатов с мало-нодинитрилом проходит в несколько этапов и включает в себя замещение атома хлора у тройной связи карбанионом малонодинитрила, ацети-лен-алленовую изомеризацию, присоединение к образующемуся аллену второй молекулы малонодинитрила и образование соответствующего моно-С-калиевого производного эфира 3,3-бис(дицианометил)метил-2-пропенфосфоновой кислоты Карбанионный центр в этом соединении распределен между двумя малонатными группировками, что приводит к их эквивалентности Аналогичная реакция хлорацетиленфосфонатов с эфирами малоновой кислоты проходит по такому же направлению, однако ацетиленовый интермедиат частично превращается в калиевое производное, не способное к изомеризации в аллен, и, таким образом, образуется смесь продуктов замещения, изомеризации и присоединения.

6 Установлено, что взаимодействие хлорацетиленфосфонатов с Р-дикетонами — ацетилацетоном, дибензоилметаном и бензоилацетоном — проходит как замещение атома хлора у тройной связи карбанионом с образованием соответствующего (фосфоноэтинил)-1,3-дикетона в виде К-производного енольной формы, без последующего присоединения нук-леофила по кратной связи

7 На основании квянтово-химических расчетов (метод ВЗЬУР/6-ЗЦ-Ю**) энергий возможных промежуточных анионных структур объяснено различие в направлении взаимодействия хлорацетиленфосфонатов с производными малоновой кислоты и р-дикетонами Показано, что наблюдаемое направление атаки нуклеофилов соответствует электронному распределению и величинам электрофильной и нуклеофильной энергии реагирующих частиц, а направление изомеризации при переходе от карбанионов к нейтральным молекулам согласуется с вычисленной энергией ацетиленовых и алленовых интермедиатов

8 На основе реакций ацетилендифосфонатов и хлорацетиленфос-фонатов с классическими СН-кислотами получены новые непредельные полифункциональные фосфорорганические соединения

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1 Шехаде А, Дидковский Н Г, Догадина А В , Ионин Б И, Ацетилен-фосфонаты в реакции с метил(этил)малонатами // ЖОХ 2004 Т 74 Вып 10 С 1750

2 Ionm В I, Dogadina А V , Aleksandrova А V , Shekhadeh А М , Didkovskii N G , Acetylenephosphonate Studies Nucleofilic Addition and Stable Carbanions // Books of Abstracts XIV International Conference on Chemistry of Phosphorus Compounds -Kazan -2005 -P OP9

3 Шехаде A , Дидковский H Г., Догадина А В , Ионин Б И, Взаимодействие производных малоновой кислоты с ацетилендифосфонатами // ЖОХ 2005 Т 75 Вып 1 С 11

4 Дидковский Н Г., Петрянина А И , Догадина А В , Ионин Б И, Взаимодействие ацетилендифосфонатов с ацетилацетоном // ЖОХ 2006 Т 76 Вып. 9. С 1577-1578

5 Петрянина А.И., Дидковский Н Г , Догадина А В , Ионин Б И , Взаимодействие 1,3- дикарбонильных соединений с хлорацетиленфосфоната-ми//ЖОХ 2006 Т. 76 Вып. 9 С. 1581-1582

6 Didkovskii N G , Petryanma АI, Dogadina А V , and Ionm В I, Reaction of Chloroacetylenephosphonates with Malonic Dinitrile // International Conference «Scientific and Educational Innovations», Books of Abstracts, Kokshetau, Kazakhstan, 2006 p 31

7 Didkovskii N G , Petryanma AI, Dogadina A V , Svintsitskaya N I., and Ionin, В I, Study of reactions of acetylenic phosphonates with carbanionic nucleofiles // Books of Abstracts XVII International Conference on Chemistry of Phosphorus Compounds, Xiamen-2007, P73

26 04 07 г Зак 90-70 РТП Ж «Синтез» Московский пр , 26

ВВЕДЕНИЕ.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Взаимодействие ацетиленов с карбанионными нуклеофилами Реакция Михаэля.

1.2 Строение и реакционная способность галогенацетиленов в реакциях с нуклеофилами.

1.3 Взаимодействие галогенацетиленов с фосфитами.

Реакция Арбузова.

1.4 Реакционная способность эфиров хлорацетиленфосфоновой кислоты в реакциях с нуклеофилами.

1.5 Взаимодействие хлорацетиленфосфонатов с алкоголятами и тиолятами

1.6 Взаимодействие хлорацетиленфосфонатов с аминами.

1.7 Реакции эфиров ацетилендифосфоновой кислоты.

2. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

2.1 Взаимодействие эфиров ацетилендифосфоновой. кислоты с производными малоновой кислоты.

2.2 Взаимодействие эфиров ацетилендифосфоновых кислот. с 1,3-дикетонами.

2.3 Взаимодействие эфиров хлорацетиленфосфоновых кислот с производными малоновой кислоты.

2.4 Взаимодействие эфиров хлорацетиленфосфоновых кислот. с 1,3 дикетонами.

2.5 Результаты квантово-химического исследования. взаимодействия эфиров хлорацетиленфосфоновой кислоты с СН-кислотами.

3.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

3.1 Физические методы исследования.

3.2 Исходные соединения.

3.3 Присоединение производных малоновой кислоты и ацетилацетона к ацетилендифосфонатам.

3.4 Получение калиевых производных продуктов реакций хлоацетиленфосфоната и нитрилов малоновый кислоты.

3.5 Фосфоноэтинил-р-дикетонаты.

ВЫВОДЫ.

Среди обширного ряда фосфорорганических веществ производные фосфоновых кислот, в том числе содержащие кратные связи и функциональные группы, являются наиболее практически значимыми соединениями, применяющимися как химические средства защиты растений, комплексообразователи, ингибиторы коррозии, противоопухолевые и гомеостатические препараты. Интерес к синтезу новых веществ, содержащих фосфонатную группу, не ослабевает. Он обусловлен как возможностью получения соединений, которые могут быть использованы как ценные реагенты для органического синтеза (например, в реакции Хорнера-Эммонса [1]) так и сами по себе могут являться потенциальными физиологически активными веществами, обладающими противовирусной, антибактериальной активностью и высокой биодоступностью [2-4].

Специальный интерес представляют ацетилендифосфонаты и хлороацетиленфосфонаты. В силу высокой реакционной способности тройной связи, активированной акцепторной фосфонатной группой, и подвижности ацетиленового атома галогена ацетиленовые дифосфонаты и хлорацетиленфосфонаты при их относительной доступности являются удобными объектами для введения различных функциональных групп в молекулу фосфоновой кислоты. На основе реакций присоединения к ацетиленфосфонатам и замещения галогена в хлорацетиленфосфонатах получены различные новые классы фосфорилированных дитианов [5], амидинов, ендиаминов [6], [7], однако их реакции с классическими СН-кислотами исследованы крайне мало. В литературе имеются лишь единичные сведения о таких реакциях, а данные по строению продуктов часто неоднозначны [8], [9]. В то же время применение СН-кислот в реакциях присоединения и замещения является удобным методом функционализации органических соединений, позволяющим получить разнообразные производные тетракоординированного фосфора, которые могут иметь практическую важность, а также являться перспективными исходными соединениями для синтеза фосфорилированных гетероциклических систем.

Эти реакции относятся к химии карбанионов - важной и обширной области органической химии «ибо - как отмечает академик И. П. Белецкая в предисловии к фундаментальной монографии Д. Крама по химии карбанионов - многие органические реакции протекают через промежуточное образование карбанионов в свободном или скрытом виде».

Систематическое исследование реакций ацетилендифосфонатов и хлорацетиленфосфонатов с СН-кислотами с применением доступных в настоящее время физико-химических методов анализа органических

I И II соединений, таких как ЯМР-спектроскопия на ядрах Н, С, Р, РСА, проведение квантово-химических расчётов может внести существенный вклад в углубление знаний о механизме органических реакций и одновременно привести к разработке стратегии получения новых полифункциональных фосфорорганических соединений, что делает работу в этой области важной и актуальной.

Диссертация изложена в трёх главах. В первой главе изложены литературные данные о реакциях соединений, содержащих активную метиленовую группу с ацетиленами, а также о строении и реакционной способности карбанионных нуклеофилов. Вторая глава посвящена обсуждению экспериментальных результатов по синтезу, исследованию стерео- и хемонаправленности реакций СН-кислот с ацетилендифосфонатами и хлорацетиленфосфонатами, вопросам строения полученных соединений. Третья глава содержит описание методик проведения эксперимента.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

выводы.

1. Впервые систематически исследовано взаимодействие классических СН-кислот (производных малоновой кислоты, 1,3-дикетонов и некоторых других) с эфирами хлорацетиленфосфоновой и ацетилендифосфоновой кислот и выявлены общие закономерности этих реакций. Показано, что взаимодействие протекает при наличии избытка карбоната калия и приводит к образованию устойчивых С-калиевых производных, которые были выделены и идентифицированы.

2. Установлено, что присоединение эфиров малоновой кислоты к тройной связи ацетилендифосфонатов проходит стереоселективно, с образованием ^-изомеров эфиров 2-калий-2-алкоксикарбонил-3,4-ди(алкосксифосфорил)бут-3-еновой кислот. Присоединение малонодинитрила и эфира циануксусной кислоты к тройной связи ацетилендифосфонатов проходит нестереоселективно, с образованием нитрилов 2-калий-2-циано-(в случае циануксусного эфира 2-алкоксикарбонил)-3,4-ди(алкоксифосфорил)бут-3-еновых кислот в виде Е- и 2-изомеров в соотношении 2:1 и 1:1. Выделены индивидуальные нитрил £-2-калий-2-циано-3,4-бис(диметоксифосфорил)бут-3-еновой кислоты и нитрил 2-2-калий-2-циано-3,4-бис(диэтоксифосфорил)бут-3 -еновой кислоты, струк-тура которых подтверждена рентгеноструктурным анализом.

3. Показано, что обмен калия на водород при обработке калиевых производных протонодонором приводит к прототропной изомеризации с образованием соответствующих эфиров или нитрилов 2-циано-(или 2-алкоксикарбонил)-3,4-бис(диалкоксифосфорил)бут-2-еновых кислот.

4. Показано, что взаимодействие ацетилендифосфонатов с ацетилацетоном проходит как присоединение по тройной связи с образованием калиевого производного 3-[1,2-бис(диалкосифосфорил)этенил]ацетил-ацетона в енольной форме. Реакция присоединения по тройной связи ацетилендифосфоната с другими (3-дикетонами (дибензоилметаном и бензоилацетоном) не реализуется, что связывается с высокой основностью их карбанионов и стерическими препятствиями.

5. Показано, что взаимодействие хлорацетиленфосфонатов с малонодинитрилом проходит в несколько этапов и включает в себя замещение атома хлора у тройной связи карбанионом малонодинитрила, ацетилен-алленовую изомеризацию, присоединение к образующемуся аллену второй молекулы малонодинитрила и образование соответствующего моно-С-калиевого производного эфира 3,3-бис(дицианометил)метил-2-пропенфосфоновой кислоты. Карбанионный центр в этом соединении распределен между двумя малонатными группировками, что приводит к их эквивалентности. Аналогичная реакция хлорацетиленфосфонатов с эфирами малоновой кислоты проходит по такому же направлению, однако ацетиленовый интермедиат частично превращается в калиевое производное, не способное к изомеризации в аллен, и, таким образом, образуется смесь продуктов замещения, изомеризации и присоединения.

6. Установлено, что взаимодействие хлорацетиленфосфонатов с (3-дикетонами - ацетилацетоном, дибензоилметаном и бензоилацетоном - проходит как замещение атома хлора у тройной связи карбанионом с образованием соответствующего (фосфоноэтинил)-1,3-дикетона в виде К-производного енольной формы, без последующего присоединения нуклеофила по кратной связи.

7. На основании квантово-химических расчётов (метод ВЗЬУР/6-31++С**) энергий возможных промежуточных анионных структур объяснено различие в направлении взаимодействия хлорацетиленфосфонатов с производными малоновой кислоты и (3-дикетонами. Показано, что наблюдаемое направление атаки нуклеофилов соответствует электронному распределению и величинам электрофильной и нуклеофильной энергии реагирующих частиц, а направление изомеризации при переходе от карбанионов к нейтральным молекулам согласуется с вычисленной энергией ацетиленовых и алленовых интермедиатов.

8. На основе реакций ацетилендифосфонатов и хлорацетиленфосфонатов с классическими СН-кислотами получены новые непредельные полифункциональные фосфорорганические соединения

1. Walker В. J. Organophosphorus reagents in organic synthesis. Ed. J.G.G. Cadogan. Acad. Press, -1979. -N.4. P. 1555-206.

2. Вельпищев Ю. E., Юрьева Э. А., Кудкин A. H. Биологически активные фосфоновые кислоты и их производные.// Хим.-фарм. Журнал. -1983.-№3-С.282-290.

3. Yudelevich V.I., Ionin B.I., Organophosphorus medicinal preparations.-St. Petersbourg: THESA, -1995. -84P.

4. Balsiger R.W., Jones D.G., Montgomery J.A. Synthesis of potentional anticancer agents. Analoges of carbomoyl Phosphate// J. Org. Chem. -1959. -V.24, N 3. P.434-436.

5. Гарибина B.C., Синтез функциональнозамещённых фосфорорганических соединений на основе хлорацетиленфосфонатов,: диссертация на соискание учёной степени кандидата химических наук. Л.: ЛТИ им. Ленсовета, 1980.

6. Леонов А. А. Взаимодействие хлорацетиленфосфонатов с анионными и нейтральными нуклеофильными реагентами: диссертация на соискание учёной степени кандидата химических наук. Л: ЛТИ им. Ленсовета, 1984.

7. Александрова А. В. Взаимодействие аминоэтинфосфонатов с N-нуклеофильными реагентами.: диссертация на соискание учёной степени кандидата химических наук. СПб, СПбГТИ(ТУ), 2006 г.

8. Saunders A., Simpson N., Esters containing phosphorus. Part XVIII. Ethers of ethynylphosphonic acid.// J. Chem Soc.-1963. -P.3351-3357.

9. Пудовик A. H., Хусаинова H. Г., Галеева P. Г. Реакция эфиров малоновой кислоты с ацетиленфосфонатами// ЖОХ-1969. -Т.36. С.1135 -1148.

10. Bergmann Е., Ginsburg D., Рарро R. Org. reactions V. 10 -P.l79 -1959.

11. Shraiber J. Vynylsulfonates in the Michael reaction type// J. Am. Chem. Soc.-1957. -V.77- P.514-1955

12. Michael. J. Ueber die Addition von Natriumacetessig- und Natriummalonsaureither zu den Aethern ungesättigter Sauren// Prakt. Chem.-l 894.-V.49 -P. 237-240.

13. Michael. The novel addition of the natriummalone either to the athetylenes//Am. Chem. J. -1887.-V.9 -P. 220 225.

14. Tashioka H. Novel application of the Michael addition// Chem. Pharm. Bull. -1965 -V. 9 -P.2135-2138.

15. Farmer, Ghosal J. The Michael reactions with acethilenic acids//Chem. Soc -1936.-V.5 -P. 1807.

16. Alder K. Rickert F. Zur Cennits derDien-Sinthese// Chem. Ber. -1937-V.70P. 157-166.

17. Ingold С. K., Structure and mechanism in organic chemistry. Ithaca, Cornell. Un. Press.-1969.

18. Крам Д. Основы химии карбанионов// под ред. д. х. н. Белецкой И.П. М.: «Мир», 1967.

19. Albert A., Serjeant Е. Р. Ionisation constants of acidsand bases//London: Methuen and со., 1972.

20. R. P. Bell The proton in chemistry// Ithaca. Cornell. Un. Press.-1959.

21. Реутов О. А., Белецкая И. П., Бутин К. П. СН-Кислоты.- М.: «Наука» 1980.

22. Comprehensive Organic chemistry.- ed. J. F. Stoddart. NY: Pergamon press, V.l -178P. -1979.

23. S. Patai .The chemistry of the carbonyl groups.-1970 London: Interscience- P. 147-155.

24. Дидковский Н.Г., Петрянина А.И., Догадина A.B., Ионин Б.И., Взаимодействие ацетилендифосфонатов с ацетилацетоном // ЖОХ. -2006. -Т. 76. -Вып. 9. -С. 1577-1578.

25. Covarrubias-Zuniga, Maldonado A., Luis A., Diaz-Dominguez J.,

26. Synthetic approaches to 2-tetralones// Synth. Commun. -1998.-V.9 -P.1530-1538

27. Hasizume K. Synthesis of unsaturated tetracarbonyl acid eithers // Chem. Pharm. Bull. -1968 -V. 16 -P.2292-2296;

28. Anker R. M., Cook A. H., A new synthesis of olivetol// J.Chem. Soc. -1945.-P.311-315

29. El-Sayed-El-Kholy I., Rafla F. K., Mishirikey M.M., Pyrone Series. VII.1 Intermediates in the Synthesis of Polysubstituted 2-Pyrones//J. Org. Chem-1966. -V.31-P. 2167-1966

30. Diels O. Zur Kenntnis des Mechanismus der Dien-Synthese, // Chem. Ber. -1942 -V.75 -P.l452-1457.

31. LeGoff E., LaCount R. Dimethyl Acetylenedicarboxylate with Malononitrile, Ethyl Cyanoacetate, and Malonate Esters //J. Org. Chem.-1964. -V.29 -P.423-426.

32. Bamfield P., Crabtree A., Johnson A. W.The reaction of acetylenic esters with cyanoacetic ester and pyridine// -1965. J. Chem. Soc. -V.23 -P.4355- 4360.

33. Acheson R. M. Reactons of acetylenecarboxil acids and their esters with nitrogen containing heterocyclic //Advan. Heterocyclic Chem. -1963.-V.1 -P. 125 - 140.

34. Никитин В. И. Зегельман А. Б. Комплексы спереносом заряда в реакциях азотсодержащих гетероциклов с ацетиленами// ЖОХ -1959 -Т. 29 -В.З -С. 1898 1903.

35. Nagatoshi N., Kiyonori F., Komatsu M., Ohshiro Y., Novel synthesis of indolizines //J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1990-V.17, -P.l 151 -1155

36. Huisgen R., Niklas K., Condensation of esters acetylenedicarbone acids with nitromalonate //Heterocycles.-1984-V.22, -P.21 25

37. Shimizu Т., Hayashi Y., Teramura K. The novel synthesis of crboxil -containing isoxazoles//Synthesis -1986.-V.3 -P.488-490.

38. Madhusudhan R., Gallop M.,"Traceless" solid-phase synthesis of furans via 1,3-dipolar cycloaddition reactions of isomunchnones// Tetrahedron Lett.-1997 -V.38, -P.6973-6978.

39. Bergmann E., Ginsburg D., Pappo R. Org. reactions V.10 -P.353 -1959.

40. Raphael R. A., Acethylenic compounds in Organic chemistry, Butterworth, London, -P. 182-1955

41. Jonson W. A. The Acetylenic Asids. V. II. E. London :Arnold. -1955

42. Woodward R. B., Singh T.,Synthesis and Rearrangement of Cyclohexadienones//J. Am. Chem. Soc.-1950 -V. 72 ,-P.494 .

43. Lasey R.N., Derivates of acetoacetic acid. Part X. The condensation of acetylenic alcohols with -acyl derivatives of ethyl acetoacetate and diethyl malonate//J. Chem. Soc. -P. 3153, -1960

44. Leaver D., Gibson W. K., Vass J.D., Novel synthesis of chinalizininons by means of Michael reaction //J. Chem. Soc.-1963 -P.6053-6055.

45. Ficini J., Krief A., Reaction des ynamines avec la P. benzoquinone et la N-phenyl P. benzoquinone-imine//Tetrahedron lett. -1967-P.2497-2503.

46. Stork G., Tomasz M., A Stereospecific Total Synthesis of Griseofulvin//

47. J. Am. Chem. Soc. -1962. -V.82 -P.310-315.

48. Nelson H., Howells N., DeLullo C., Landen L., Henry A., Nickel-catalyzed Michael additions of beta-dicarbonyls// J. 0rg.chem.-1980. V.45 -P. 1246-1248.

49. Diederich F., Stang G. Metal -catalized cross-coupling reactions. Villey-VCH Verlag GmbH, Weinheim. -1998.

50. Yavari I., Bayat M. Synthesis of the carboxilcyclobutene //Monatsh.

51. Chem.-1995 -V.134 -P. 1221-2003

52. Вийе Г. Химия ацетиленовых соединений. М:Химия -1973

53. Dickstein J. I., Miller S. I.,Nucleophilic substitution at acetylenic carbon. The last holdout// Account. Chem .Res. -1976-P.358- 365

54. Maas G., Gumbel H., Weise G., Regits M. Fmamidinium-substituerte-Diazophosphoryl-Verbindungen: Synthese, Eigenshaften und Reactionen zu tetrazolen// Chem. Ber.-1985.-V. 118.№5-P.2105-211.

55. Tanaka R., Roegers M., Simonaitis R., Miller S. L: Competing processes in the reactions of sodium methoxide with phenylbromoacetylene or phenylchloroacetylene in methanol// Tetrahedron-1971 -V.27 -P.2651-2657.

56. Delavarenne 0., Viehe H., Heterosubstituierte Acetylene, XXX. Ein neuer Mechanismus der nucleophilen Halogensubstitution an Acetylendreifachbindungen// Chem. Ber. -V.103 -P.1216 -1970.

57. Ионин Б. И., Петров А. А. Эфир ацетиленфосфиновой кислоты с диэтиламиногруппой у тройной связи// ЖОХ-1965.-Т.35Вып.12 С.2225.

58. Лебедева И. П.,Реакции алкилтиохлорацетиленов с азот- и серосодержащими органическими и кремнийорганическими соединениями.: диссертация на соискание учёной степени кандидата химических наук. Иркутск. ИГТУ.- 2006.

59. Truce W., Hill Н., Boudakian М., Acetylenic Sulfur Compounds. I. Preparation and Characterization ofp-Tolymercaptoacetylene and 1-Phenyl-2-phenylmercaptoacetylene// J. American Chemical Society, -V.78 -P.2760,-1956

60. Dickstein J. I., Miller S. I., Nucleophilic substitution at an acetylenic carbon. Kinetics, mechanism, and syntheses with tertiary amines// J.

61. Org. Chem.-1972 -V.37-P.2175,

62. Delavarenne 0., Viehe H., Heterosubstituierte Acetylene, XXX. Ein neuer Mechanismus der nucleophilen Halogensubstitution an Acetylendreifachbindungen// Chem. Ber.-1970 -V.103 -P.1209

63. Beard C. D. Reaction of 1-bromo-l-alkynes with alkoxide ion. Generation of vinylidene carbenesV/J. Am.Chem Soc. -1974 V.96 -P.7940-7945

64. Miller S. I. Kinetics ofDehydrochlorination of Chloroalkenes//J.Org. Chem.- 1961.-V.26 -P.2619-2635.

65. Flin. J., Badiger V. V., Truce W. E. Products of the Reactions of Sodium ¿-Butylmercaptide with Vinyl Chloride, Vinylidene Chloride, and eis- and frvmy-Dichloroethylenes/ / J.Org. Chem -1963.-V.28.-P.2298-2308.

66. Orzech C.E., Welch C.A., Ziegler K., Dickstein J.Nucleophilic Substitution at an Acetylenic Carbon// -1960.-V.84 -P.2020

67. Kuriakose A. K., Miller S. I. Kinetics of nucleophilic substitution at an acetylenic carbon// Tetrahedron letters -1962 -P.905

68. Tanaka R. Miller S.I. Nucleophilic substitution at an acetylenic carbon. Kinetics of the reaction between bromoacetylene and triethylamine in dimethylformamide//J.Org. Chem.-1971-V.36 -P.3856-3860.

69. Ott E. Dithis G. Wiessenburger H. Polymerisation und Reaktionen mit Ammoniak, Aminen, Alkoholaten und Natriummalonester // Chem1. Ber V.76-1943 -P.80

70. Степанова Н.П., Орлова H.A., Турбанова E. С., Петров А. А. Взаимодействие 1-галоген-3,3,3-трифторпропинов с азотсодержащими бинуклеофилами//ЖОрХ.- 1986.-Т.22-Вып.2.-С.439 445.

71. Мирскова А.Н., Серёдкина С.Г., Калихман И. Д., Банникова О. Б., Воронков М. Г. Реакции органилтиохлорацетиленов с алифатическими диаминами// Изв. АН СССР Сер. Хим.-1989,-№4-С.906

72. A.C. № 761475 СССР. Спосб получения фосфорилированных бензимидазолов// Гарибина В.А., Догадина А. В., Ионин Б. И., Петров А. А.// Б. И.-1980. №3-С 616

73. Мирскова А.Н., Серёдкина С. Г., Калихман И. Д., Банникова О. Б., Кухарев Б. Ф. Алкилтиохлорацетилены в реакциях с первичными алканоламинами// ЖОрХ -!985,- Т. 21.-Вып.З.-С.503

74. Глотова Т. Е., Нахманович А. С., Комарова Т. Н. Сигалов М. В. Взаимодействие 1-бром-2-ацителенов с тиобензгидразидом// Изв. АН СССР. Сер. Хим.-1988,-№11 С.2637

75. A.C. №777038 СССР. Способ получения 2-(диалкоксифосфорил) -бензоксазолов./ В. А. Гарибина А. В. Догадина, Б. И. Ионин, А. А. Петров//Б. И.-1980,-№41-С.90 95.

76. Нахманович A.C., Глотова Т. Е., Комарова Т. Н., Сигалов М. В., Романенко Л. С. Синтез производных 1,3,4-тиадиазола реакцией тиосемикарбазида, его 1- и 4-замещённых с некоторыми 1-бром-2ацилацетиленами//ХГС.-1990-№ 10-С. 1421 -1425.

77. Дрозд В. Н., Комарова Е. Н., Гарибина В.А. Взаимодействие хлорацетиленфосфонатов с солями винилидендитиолов//ЖОрх-1987.-Т.23-Вып. 11 .-С.2467

78. Нахманович А.С.,Елохина В. Н., Карнаухова Р.В., Скворцова Г.Г., Калихман И.Д. Синтез 2-ацилметил- и 2-ацилметилен-1,3-дитиоло4,56. хиноксалинов из ацетиленовых кетонов// ХГС -1982№ 11-С. 1489

79. Мирскова А.Н., Середкина С.Г., Калихман И.Д. Банникова О. Д.

80. Воронков М.Г. Реакции органил(хлорэтинилсульфидов) стретичными аминами// ЖС)рХ.-1984.-Т.20-Вып.З.-С.5

81. Дьячкова С. Г., Никитина Е. А., Гусарова Н. К., Албанова А. И.

82. Трофимов Б. А. Органилтиохлорацетилены. VI. Реакцияалкилтиохлорацетиленов с азидом натрия// ЖОХ.-2003.-Т.73. Вып.5.-С.827-830.

83. Петров А.А., Догадина А. В., Ионин Б. И. Гарибина В.А Леонов А. А. Арбузовская перегруппировка с участием галогенацетиленов путь синтеза ацетиленовых фосфонатов и других фосфорорганических соединений./Успехи Химии -T.LII. С. 1793 -1983.

84. В. А. Гарибина, А. В. Догадина, В. И. Захаров, Б. И. Ионин, А. А. Петров. Галогенацетиленфосфонаты. Синтез и электрофильные реакции эфиров хлорацетиленфосфоновой кислоты ЖОХ -Т.71.-1979 -С.1964

85. Fujii A., Dickstein J.I., Miller S.I Nucleophilic substitution at an acetylenic carbon. Carbonhalogen attack by phosphorus nucleophiles//Tetrahedron Lett. -1970.-P.3435-3440

86. Marilyn A. Kyba, Evan P. Addition of amine nucleophiles to diphosphorylalkynes. The chemistry of the derived enamines// Tetrahedron Lett. -1983.-V. 24. -P.357-361.

87. Панарина A. E. Гидроаминирование алкинфосфонатов : Диссертация на соискание учёной степени кандидата химическихнаук. СПб.: СпбГТИ(ТУ), 2001

88. Вебер В., Гокель Г. Межфазный катализ в органическом синтезе. М.: Мир-1980. С.154

89. Шехаде А., Дидковский Н.Г., Догадина А.В., Ионин Б.И., Взаимодействие производных малоновой кислоты с ацетилендифосфонатами // ЖОХ. 2005. Т. 75. Вып. 1. С. 11.

90. Herbig К., huisgen R., Huber H.Cis-trans-Isomerisung bei enamin-(3-carbonastern; zum sterishen ablauf der amin addition an carbonester der acetilenereihe//Chem. Ber.-1966. -V.99 -P.2546-2555.

91. Петрянина А.И., Дидковский Н.Г., Догадина A.B., Ионин Б.И., Взаимодействие 1,3- дикарбонильных соединений с хлорацетиленфосфонатами // ЖОХ. -2006.- Т. 76. -Вып. 9. -С. 1581-1582.

92. Beringer F.M. Galton,S.A., Acetylenic and Ethylenic Iodonium Salts and Their Reactions with a Carbanion//J. Org. Chem.-1965.-V.30 -P.1930-1935

93. Moloney, Mark G., John Т.; Roche, Eric G. Alk-l-ynyllead triacetates' as alk-l-ynyl carbocation equivalents. The a-alk-l-ynylation of (3-dicarbonyl compounds and nitronate Tetrahedron Lett. 1986. -V.41-P.5025 -5030.

94. Denisov, V. R.; Khimich, G. N., Skovorodina, S. Yu., Smirnova S. A. Rearrangement of a-propenil-2-ol substituted furans// J.Org.Chem. USSR (Engl.Transl.) -1989. -V.9 -P. 1713-1715.

95. Титце JI., Айхер Т. Препаративная органическая химия//М.: мир-1999.-С. 1743-1745.

96. Общий практикум по органической химии// Под. ред. А.Н. Коста, М.: Мир-1965.-С.678.

97. Препаративная органическая химия// Под ред. Н.С. Вульфсона М.: Химия -1964.-908с.