Катализируемые палладием реакции бороорганических соединений, акриловой кислоты и пропаргилового спирта с арилгалогенидами в водной среде тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА. ИНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В. ЛОМОНОСОВА

ЮШИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра органической химии

На правах рукойиси

УЖ 542.971.2:547.539:547.621: 547.586.5:547.538.2

БЫКОВ Виктор Васильевич

КАТАЛИЗИРИУВМЕ ПАЛЛАДИЕМ РЕАКЦИИ БОРОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, АКРИЛОВОЙ КИСЛОТЫ И ПРОПАРГИЯОВОГО СПИРТА С АРИЛГАЛОГЕЕВДАМИ В ВОДНОЙ СРЕДЕ

02.00.03 - органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва - 1991

Работа выполнена в лаборатории элементоорганических соединений Химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.

Научные руководители - член-корреспондент АН СССР, профессор .

И.П. БЕЛЕЦКАЯ

доктор химических наук H.A. БУМАГИН

Официальные оппоненты - доктор химических наук, профессор

Ю.Н. БУШОВ

доктор химических наук А.Г. ДЕДОВ

Ведущая организация - Институт элементоорганических соединений АН СССР им. А.Н. Несмеянова

Защита состоится в 11 час. 00 мин.

на заседании Специализированного Ученого Совета Д 053.05.46 по химическим наукам при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: Москва В-234, Ленинские горы, МГУ, Химический факультет, аудитория 337.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Химического факультета МГУ.

Автореферат разослан

&Г» а&регг? 1991

г.

Ученый секретарь Специализированного Совета кандидат химических наук

№

/

Т.В. Магдесиева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЕОШ

Актуальность проблемы. Реакции органических галогенадов с ме-таллоорганическими соединениями, терминальными ацетилена™ и оле-финами, катализируемые комплексами переходных металлов, являются эффективным путем построения новой углерод-углеродной связи и с успехом применяются для синтеза соединений с заданными свойствами. Эти реакции обычно проводят в среде безводных органических растворителей в присутствии комплексов переходных металлов с фосфиновыми лигандаш, что препятствует их широкому внедрению в промышленный органический синтез. Решением данной проблемы в плане создания экологически чистых, пожаробезопасных технологий было бы использование максимально простых катализаторов на основе солей переходных металлов и применения воды в качестве растворителя. В связи с этим изучение новых подходов к каталитическим реакциям образования углерод-углеродной .связи, протекающих в водных средах, в присутствии солей переходных металлов, представляется важной и своевременной задачей.

Цель работы. Разработка новых эффективных методов построения углерод-углеродной связи, основанных на реакциях борорганических соединений, акриловой кислоты и пропаргилового спирта с арилгало-генидами в присутствии солей палладая(П) и оснований, проводимых в водных растворах.

Научная новизна. Впервые осуществлено кросс-сочетание арилбор-ных кислот и тетра^енилбората натрия с арилгалогенидами в водной среде в присутствии солей палладия(П) или ра-черни, приводящее к получению в одну стадию полифункциональных биарилов с высокими выходами. Установлено, что наибольшей каталитической активностью и селективностью в данных реакциях обладает система вода-Ыа2со3-р<1С12 (до 250000 каталитических циклов при Ю0°С за 4 ч). Показано, что в найденных условиях кросс-сочетания Иг^вяа с Агх происходит активация всех связей В-С и в продукт кросс-сочетания переходят четыре фенилыше группы из тетрафенилбората натрия.

Предложен новый способ получения замещенных бензилтриметилси-ланов из тетракис(триметилсилилметил)бората тетраметиламмония и бром- и иодаренов в присутствии рас12(арр!) в ТГФ.

Разработан удобный метод синтеза замещенных коричных кислот по реакции арилгалогенидов с акриловой кислотой в воде при 100°С в присутствии солей Р1(и) или Рй-черни и N0200,.

/-/пл т

На примере арилирования пропаргилового спирта показана принципиальная возможность осуществления реакций аршшодидов с терминальными ацетиленами в водной среде в присутствии триэтиламина, иодида меди(1) и комплекса палладия с водорастворимым лигандом рас 12 [ррь2 (м-с6н4зо311а)] 2.

Практическая ценность. Разработаны простые методы синтеза би-арилов, бензилтриметилсиланов, замещенных коричных кислот и 3-арилпропаргиловых спиртов. Показана эффективность новой каталитической системы: вода-Рйх2-основание для кросс-сочетания устойчи-. вых к протолизу элементоорганических соединений с органическими галогенидами.

Апробация работы. Отдельные разделы работы докладывались на У1 конференции по органическому синтезу (Хельсинки, 1990) и на конференции молодых ученых химического факультета МГУ 1990 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и библиографии. В первой главе приведен обзор литературных данных по реакциям кросс-сочетания борорганических соединений с органическими галогенидами. Вторая глава посвящена обсуждению результатов, полученных в настоящей работе. Экспериментальный материал изложен в третьей главе.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Катализируемые палладием реакции арилборных кислот и тетрафенилбората натрия с арилгалогенидами в водной среде

Реакции борорганических соединений с органическими галогенидами, катализируемые комплексами палладия, являются удобным методом образования новой углерод-углеродной связи. Многие борорганические соединения сравнительно доступны и устойчивы к действию кислорода и влаги воздуха и инертны к практически любым функциональным группам, что позволяет проводить кросс-сочетание без защиты этих групп. Реакцию обычно осуществляют в смеси органический растворитель-водный раствор основания (Ыа2со3, Иаон) в присутствии комплексов палладия с фосфиновыми лигандами.

В настоящей работе показано, что кросс-сочетание арилборных кислот и тетрафенилбората натрия с арилгалогенидами может быть про-

ведено в воде в присутствии солей палладия рах2 с высоким выходом несимметричных биарилов.

Аг'В(0Н)„ + АтХ "РД",основание , Аг, _ ^ (1)

* Н20

№,вна + 4АГХ "^основание ) 4РЬ _ Аг (2)

Н20

X = Вг, I. "Р<1" = Рс1(ОАс)2; раС12

1.1. Влияние основания и катализатора на выход биарилов в реакциях (1) и (2)

С целью поиска оптимальных условий проведения реакций (1) на примере взаимодействия фенилборной кислоты с м-иодбензойной кислотой проведено сравнение эффективности различных соединений палладия и оснований (табл. 1).

рьв(он)2 + 1-0 1."ра",основание, (3)

2. нс1

Оказалось, что при использовании МаОН в качестве основания, реакция протекает с наибольшей скоростью в присутствии рсю12 и р<1(оас)2. Несколько медленнее реакция протекает в присутствии рс1с12(с1рр£) и р<1с12 [рр^сс^н^зо^а)]2- в качестве достаточно эффективного катализатора реакции (3) можно использовать Р¿-чернь (табл. 1, оп. 5), что по-вядимочу, обусловлено способностью ра-черни в водной среде вступать в окислительное присоединение с иг- 1С6н4С021Га с образованием растворимого в воде комплекса АгР(11Ьп.

М-На02ССбН41 + Рй-чернь ^"¡¿дад > М-ИаС^СС^РаИ^ (4)

Ь= ОН", Н20, X*

Важную роль в осуществлении реакции играет правильный выбор основания, в отсутствие которого реакция практически не идет. Сравнимой эффективностью обладают наон, на2со3, к2со3 и к3ро4; ацетат натрия оказался малоактивным. С увеличением количества ИаОН (от 2 до 4 экв.) продолжительность реакции вначале уменьшается, а затем возрастает (от 5 до 7,5 экв.). В присутствии 7,5 экв. щелочи в реакции, наблюдается ярко выраженный индукционный период.

¿г-Л

Таблица 1

Влияние катализатора и основания на реакцию м-иодбензойной кислоты (1 экв.) с фенилборной кислотой (1,1 экв.)а, 1 мол.£ соединения палладия, С°=0,5 М, 25°С, аргон

№ "Pd" Основание (экв.) t,MHH Выход6, %

1 PdClp(dppf) NaOH(4) 30 100

2 PdCl2(PPh 3J2 fr 20 ч 73

3 PdCl2 PPh2 (C61 ä^SO^Na) II 2 45 95

4 PdCl2 к IQ 100

5 Pd-чернь к 2,7 ч . 80

6 Pd(OAc)2 и 15 99

7В И нет 6 ч 16

8В tt НаОАс(З) 8 ч 24

9 t» NaHC03(4) 60' 70

10г ft Na2C03 (3) 30 96

11 tt к2со3 (3) 60 96

12г tt K3P04 (2) 30 95

13 tt NaOH(2,1) 30 97

14 tt ЙаОН(З) 15 98

15 tt NaOH(5) 16 98

16 tt HaOH(7,5) 90 96

17д PdCl2 NaOH(4) 6 ч 73

18®' e tt tt 6 4 93

19ж tt n 10 100

Примечание- "a) В экспериментах, представленных в табл. 1,

рьв(он)2 вводилась в реакцию в виде своего диэтилового эфира, который при контакте с водой быстро гидролизуется. Выход м-фенил-бензойной кислоты определен методом ГЖХ после обработки реакционной смеси HCl и диазометаном. в' Использовали м-1С6н4С02ыа г) со=0,25 М. 0,02 ыол.% Pdci2. NaOH добавлшш в два приема: в начале реакции и через 1 ч. M-ICgH^COjjH добавляли в реакцию через 2 ч после загрузки остальных компонентов.

При переходе от м-иодбензойной кислоты к арилгалогенвдам с низкой реакционной способностью на стадии окислительного присоединения наблвдается более сильная зависимость продолжительности реакций (1) и (2) от природа основания. Бало показано, что время

Таблица 2

Влияние основания на реакцию ArX (1 экв.) с РЬВ(он)г (1,1 экв.), 1 шл.% Pd(OAc)2, основание, HgO, с^ = 0,25 м, 25вС, аргон

Л АгХ Основание (экв.) t,-4 Выход ArPha, %

1 n-ICgH^OH NagCOj (3) 4 (80)

2 Т! к2со3 (3) 2 (84)

3 ff NaOH (3) 7 55

4б It MagCO-j (3) б 47

5В II It 1 10

6 M-BrCgH^OH NaOH (3) 2 93

7 rt NaOH (2,1) 1 95

Примечание. Выход ArPh определен методом ГЖХ после обра-

ботки реакционной смеси HCl, в скобках - выход выделенного соединения. ' Растворитель EtoH:H2o = 1:3. Растворитель t-Bu0H:ii20= =1:3, наблвдается образование Pd-черня.

Таблица 3

Влияние основания и катализатора на реакции АгВг (1 экв.) с Ph4BNa (0,27 экв.), 1 иол.% "Pd", основание, Н20, с2гВг=0'25 м> 25°С, аргон

N Ar Вт Основание (экв.) "Pd" t,4 Выход Ar-Ph ,%

1 m-BrCgH^OH NaOH (3) Pd(OAc)2 4,7 90

2 I« NaOH (2) (1 2 97

3 ft HaOH(1)+Na2C0^(2) t» 0,5 97 (87)

4 n-BrCgH^OH IJagCO^ (3) II 0,25 98

5 m-BrCgH^COOH NagCOj (1,75) tt 0,5 (99)

6 n NaOH (1,84) II 2 100

7 « tt PdCl^ 6,5 100

8 n Na2C03(1,75) n 3 100

реакций п-, м-бром, п-иодфенолов, м-бромбензойной кислоты с рьв(он)2 (табл. 2) я рь^виа (табл. 3) уменьшается при снижении концентрации Ыаон в растворе и при перехсще к более слабому основанию Не^со^. На кинетических кривых реакций м-бром|енола с фе-нилборной кислотой или рь^вна, приводящих к м-гидроксидифенилу, наблвдается индукционный период, который сокращается при уменыпе-

нии концентрации щелочи и при переходе от РЬ^вка к фенилборной кислоте.

Наблвдаемый эффект объясняется уменьшением способности р<1(П) восстанавливаться в ра.(о) при увеличении основности среды.

1.2. Реакции АгВ(он)2 и рьдвйа с арилгалогенидами. растворимыми

в воде в присутствии основания

Реакции арилборннх кислот и тетрафенилбората натрия с водорастворимыми арилгалогенидами легко протекают в воде при комнатной температуре в присутствии основания (Иа2со3 или Наон) и соли палладия /Рс1(оас)2 или Р<1С12/ (табл. 4-5). Практически во всех случаях, за исключением орто-замещенных иод(бром)бензойных кислот выходы близки к количественным. Реакционная способность иод- и бромаренов практически не различается, а галогенфенолы реагируют так же, как и соответствующие бензойные кислоты. Концентрацию катализатора в этих реакциях можно существенно уменьшить. Например, реакция м-вгс^н.соон с рь^ша была проведена при 100°С в присутствии 0,0004 мол.$ Рс1С12 и закончилась за 4 ч. Образование в реакции м-фенилбензойной кислоты с количественным выходом означает, что каадый атом палладия участвует в 250000 каталитических циклах

4.0-Вг.+ -Их4Н1а 0.0004 мол.^ Р1С12 ^ 4 (5)

СО^Н Ма2003,Н20,100°С,4 Ч с^Н^

Важно отметить, что в присутствии основания в продукт реакции переходят четыре фенильные группы тетрафенилбората натрия.

Наряду с фенилборной кислотой в реакцию введены замещенные кислоты: п-фтор- и 4-(4-транс-н-амилциклогексил)фенилборные кислоты. Соответствующие биарилы получены с высокими выходами (табл. 4).

Реакция арилборных кислот, с 5-бромсалициловой кислотой может быть положена в основу удобного метода синтеза 5-арилзамещенных салициловых кислот.

со2н ,со2н

-о-*».—о-

\\-// IV" (б)

Таблица 4

Реакции АгХ (1 экв.) с Аг'В(он)2 (1,1 экв.), 1 иол.% р<1(оас)2, основание, Н20, 25°С

аргон

й АгХ Аг'В(0Н)2 Основание (экв.) * ч Выхо^ Аг-Аг\а

1 м-юбн4соон РЬВ(ОН)2 Ыа2С03 (3) 10 мин (93)

2 п-юбн4соон и Ыа2С03 (2,5) 1 (80)

3 о-1С,Н.С00Н о 4 II «1 25 72 (60)

4 5-Вг-2-(ОН)С ^Н^СООН и На2С03 (3) 2 99

5 М-ВгС^СООН РЬВ(ОЕ1;)2 II 1 (87)

6 п-ВгСбН4С00Н и II 1 (78)

7 о-ВгС^Н^С ООН II II 1 39

8 п-ВгСбН4ОН II и 1 (82)

9 м-Вгс6н4он II и 1 (83)

10 М-ВгСбН4С00Н п-РСбН4В(ОН)2 КаОН (3) 10 мин (95)

11 М-1С6Н4С00Н II КаОН (4) 5 мин (96)

12 5-Вг-2-(ОН)С6Н4СООН II Ка2С03 (3) 50 мин (90)

13° II II 1! 3 (96)

14в П_1С6Н40Н °5Н11-<5}~СЭ~В(ОН)2 II 4 (64)

Примечание. Выход диазоглетаном, в скобках.-Д[#А:Н20 = 4:1

определен методом ГЕХ после обработки реакционной смеси НС1 и

50°С.

выход выделенного соединения.

б)

1 ыол.% рсЮ1?. Растворитель

Таблица 5

Реакции АгХ (1 экв.) с Ph^BNa (0,27 экв.), 1 мол.% Pd(OAc)2, Н2о, основание, 25°С, аргон

АгХ

Основание (экв.)

t,4 Выход ArPh,%

1

2

3

4

5

6 7б

8

п-ВгСбН4С00Н

5-Вг-2-(ОН)С6Н4СООН

и-ЗгС^Н^ОН

M-XGgH^COOH

n-IC6H4COOH

o-ICgH^COOH

n-IC6H40H

NagCO^Cl,75) Ha2C03 (3) NaOH(1 )+Na2C03 Ka2C03 (1,75)

(2)

NagCO^ NagCO^

(1) (3)

1 (91)

1 98 (79)

0,5 (96)

1 (98)

1,5 (95)

20 0

16 (53)

3 (83)

a)

Примечание. ; Выход определен методом EKX после обработки реакционной смеси HCl и диазометаном. 0 1,1 экв. Ph^BHa, эо°с.

Особого внимания заслуживает реакция Ph^BNa с п-хлорбензой-ной кислотой. Нами показано, что в воде в присутствии NaOH и Pdcig даже хлорарены способны вступать в реакцию кросс-сочетания.

п-но2с

-С1 + Ph^BNa

PdCl2,NaOH

n-H02C-

(7)

Н20, 100°С

1 экв. 0,27 экв. 12%

Реакция протекает с хорошим выходом только в присутствии Иаон. Замена основания на Ыа2со3, использование водорастворимого комплекса палладия РДС12 [ррь^м-с^н^БО^Иа)] 2 приводит к снижению выхода продукта кросс-сочетания.

В отличие от рь^вна взаимодействие рьв(он)2 с п-с1с6н4002н протекает с выходом, не превышающим 19%. Рассматривается механизм с участием рь^в в качестве лиганда, стабилизирующего палладиевые интермедиаты и облегчающего переметаллирование и восстановительное элиминирование.

1.3. Реакции АгВ(ОН)Р и РЬ^Ша с арилгалогенидами.

нерастворимыми в воде

Реакции нерастворимых в воде арилгалогенидов с тетрафенилбо-ратом натрия можно осуществить в смеси ДМФА-вода или ацетон-вода

№

I»

в присутствии Иг^сс^ и каталитических количеств Рй(ОАс)2 шш рас12. Состав растворителя оказывает сильное влияние на скорость кросс-сочетания.

На примере реакции п-о2ж?£Н^1 с РЬ^ВИа изучено влияние состава растворителя ДМФА-^О на выход п-нитродифенила. При увеличении количества воды наблюдается повышение выхода продукта кросс-сочетания, несмотря на уменьшение растворимости п-о2исбн41 (табл. 6).

Таблица 6

Влияние добавок воды и основания на реакцию п-о2ис6н^1 в смеси (1 экв.) с рь4виа (1,1 экв.), 1 мол.% р<1с12, ДМФА-Н20, С0 = 0,25 М, 25°С, 24 ч, аргон

№ ДМФА:Н20 Основание'(экв.) Выход п-рьсбн4гго2а,'/о

1

2

3

4

5

6

1:0 9:1 2,1:1 1:1 9:1

,б

нет

Ыа2С03 (2) ЫаОАс (2) нет

10 13 77 47 54 50 16

Примечание. Выход определен методом ГЖХ. ^ 1 мол.% Р(1(0АС)2.

Скорость реекции повышается также в присутствии основания (табл.

6, оп. 5-6). Предполагается, что в присутствии воды и основания легко протекает образование активных на стадии переметаллирования палладяевых интермедиатов, содержащих рз-о связь.

С целью сравнения реакционной способности иод- и бромаренов была изучена реакция о-бромиодбензола с РЬ^вна. Реакция легко протекает в смешанной растворителе ацетон-вода, причем вначале замещается иод, давая о-бравдифенил. Однако в дальнейшем вследствие того, что реакционная способность о-бровдифенила и о-бромиодбензола сравнимы, образуется смесь о-бромдифенила и о-терфенила

Вг „т. Вг рь

•I + РЬ^ВНа

ра(0Ас)г,на2с03 ацетон-вода

ирл +

о>

ь (8)

Варьируя условия проведения реакции, можно получить о-терфенил с

п

п

выходом 985? или о-броцдифенил с выходом 69$.

В табл. 7 представлены результаты реакций некоторых нерастворимых в воде арилгалогвнидов с РЬ^выа. Кросс-сочетание с участием а-, м-иоднитробензолов и а-иодбензальдегйда в среде ДМФА-вода или ацетон-вода протекает при комнатной температуре, давая соответствующие биарклн с высокий выходом.

Таблица 7

Реакция АгХ (1'экв.) с рь^виа (0,27 экв.), 1 иол.% ра(0Ао)2, Иа2со3 (2 экв.), 25*С, аргон

№ АгХ г° АгХ Растворитель М Выход АгРЬа,%

1 п-1с6н4ыо2 0,143 ЛМФ-Н20 (2:1) 10 99 (81)

2 II 0,167 ацетон-вода (2:1) 2;5 91 (64)

Зб «1 и II 1 30

4 II II н2о 21 50

5 М_1С6Н4Н02 0,2 ацетон-вода (3:2) 7 98

6В ♦1 II II 11 98

7 п-1С6Н4СНО 0,25 ацетон-вода (3:1) 3,5 83

8Г 1« II Н?0 2 62

Примечание. ^ Выход определен методом ПКХ. в скобках - выход выделенного соединения, б) Без основания, в; 1 мол.% РйС12 Гррь2(с6н4303на)] 2. г) 8 ЭКВ. На2С03.

Оказалось, что эти реакции можно осуществить в отсутствие органического растворителя, однако выходы биарилов при 25°С не превышают 50-60$ (табл. 7, оп. 4,8). Выход удается повысить практически до количественного при проведении реакции при 100°С (табл.8).

РЬ.ВИа + 4 I—(О)—N00 ----—4 №—/())-N0- (9)

4 ■ * Н20, 100е С '

96%

По-видимому, в этих случаях комплексы палладия, принимающие участив в каталитическом цикле, выполняют также функцию межфазного переносчика, способствуя растворению арилгалогенида

п-02ЫС6Н41(тв>) + РЧ°ЬП -* п-02ЫСбН4Рс11Ьп(раствор) (10)

ъ = н2о, ОН", X"

Реакции нерастворимых в воде арилгалогенвдов протекают в воде при 100°С как с РЬ4вма, так и с п-рс6н4в(он)2 с образованием несиммет-

Таблица 8

Реакции АгХ (1 экв.) с РН^а (0,27 экв.) или п-рсбн4в(0н)2 (1,1 экв.), 1 мол.я рси^, 1^0, ИазСОз®, 100°С, ар!-он

№ АгХ "В" Р<1Х2 ч Выход Аг-Аг,<3,$

1 п-1СбН4Ж>2 РЬдВМа Ы(ОАа)г 2 96

2 н И р<1С12 0,5 90

3 и К нет 5,5 0

4 п-хсбн4сно п ра(0Ао)2 1 (84)

5й 1Р}1 п-РС6Н4В(ОН)2 р<ас12 2 (85)

6В п-ВгС^Н^Ас II II 3 (86)

Примечание, а) 1 экв- ^СО^Р^ВНа); 2 экв. На2С03 (п-РСбн4в(он)2). б) Выход определен методом ПХ, в скобках -выход выделенного соединения, в) Реакции проведены без аргона.

ричных биарилов с высоким выходом (табл. 8). Причем, в ходе реакций наблюдается выделение Р¿-черни. Поскольку ра-чернь катализирует реакцию рьв(он)2 с м-1с6н4с02н (см. табл. 1, оп. 5), предполагается, что в этих условиях (вода, основание, 100°С) рс1-чернь медленно реагирует с арилгалогенидами с образованием Аграх, и таким образом палладий вновь возвращается в каталитический цикл.

Кроме арилгалогенидов в реакцию с РЬ^виа в водной среде введены аллилбромид и хлористый бензоил. В реакции с аллилбромидом при 25°С за 6 ч с выходом 60$ образуется аллилбензол. Его выход возрастает до 76$ при проведении реакции при 100°С (3 ч).

25°С. 6 ч, ^

рас12,ка2со3

4 АИВг + РИ^ВМа

Н 2 О

юо°с. з ч

4РЬА11 76%

(11)

Реакция с хлористым бензоилом приводит к бензофенону (37$) и бензилу.

2. Реакции диэтилового эфира Фенилборной кислоты с галогенпиридинами

Реакции арилборных кислот с галогенпирвдинами обычно осуществляют в двухфазной системе бензол-водный раствор основания в присутствии фосфиновых комплексов палладия.

Нами показано, что реакции галогенпиридинов (РуХ) с диэтило-

1Г

вым эфиром фенилборной кислоты протекают в среде ДМЗД-Н2О при использовании в качестве катализатора р<1(оас)2(в отсутствие фосфи-новых лигандов^ а в качестве основания - иа^со^ (табл. 9).

рьв(ов1;)2 + РуХ

РЛ(0Ао)21Ма2С03

-*- РЬ-Ру

РуХ

даФА-Н20,90-130 С,3 ч

"Я

'2

2

(12)

На примере реакции 2-амино-5-бромппр.идяна с рьв(оеЮ2 проведено исследование влияния состава растворителя ДМФА-Н20 и температуры на выход полученных продуктов (табл. 9). Наилучшие результаты получены при 110-130°С и отношении ДМФА:Н20 равном 4:1 и 9:1. С увеличением доли воды в реакционной среде выход 2-амино-5-фенилпири-дина снижается и возрастает вклад побочной реакции, ведущей к образованию продукта гомосочетания - дифенила. Образование дифенила объясняется обменом органическими лигандами между комплексом палладия (П) РуРДРЬ и фенилборатом натрия р1гв(он)3 ~На+.

Таблица 9

Реакции галогенпиридинов РуХ (1 экв.) с рьв(0Е1;)2 (1,1 экв.)

1 мол.% Рс1(0Ас)2, Ма2С03 (2 экв.), ДЫФА-Н20, аргон

» РуХ ДМФА:Н20 °с Выход3

РЬРЬ,%

1 2-Ш2-5-ВгРу 1:1 130 2 54 37

2 1* 3:2 120 2 72 21

3 И 4:1 110 2 93 7

4 И 9:1 130 3 87 (80) 13

5 (1 4:1 95 3 55 6

6 2-Е"Ь0-3-ВгРу 4:1 90 3 91 (77) 7

7 2-К02-5-ВгРу 9:1 130 3 97 (91) 3

8 и 0:1 100 3 следы -

9 2-ХРу 4:1 130 5 7 2

10б И 11 93 3 57 4

Примечание, а) Выход определен методом ГЖХ, в скобках -выход выделенного соединения, б) 1 мол.% п-ыо2с6н4р<11(ррь3)2.

Реакция кросс-сочетания легко протекает также с 2-нитро- и 2-этокси-5-бромпиридинами (табл. 10). Однако кросс-сочетание PhB(OBt)2 с 2-иодпирвдином в смеси ДМФА:Н20 = 4:1 в присутствии ld(OAc)2 дает лишь 1% 2-фенилпиридина при 130°С. Использование в этой реакции в качестве катализатора n-N02c6H4Pdi(pph3)2 позволяет повысить выход 2-фенилпиридина до 575? (табл. 9, оп. 10).

3. Синтез замещенных бензилтриметилоиланов

Показано, что тетракис(триметилсилшшетил)борат тетраметил-аммония реагирует с арилгалогенидами в присутствии Pdci2(dppf) в кипящем ТГФ.

1 МОЛ.% PdCl„(dppf) (Me,SiCH9) .ВМе. + XC,H.Y ----- Me,SiCHoC,-H.Y (13)

3 2 4 4 6 4 тга. д. i * 3 7У8|

Х=Вг, Y=n-Cl, n-Ac; X=I, Y=n-@1, М-Н02.

В реакцию легко вступают иод- и бромарены, давая через 1 ч замещенные бензилтриметилсиланы с высоким выходом. Замена тетраметил-аммонийного катиона на литий снижает реакционную способность бората. Так например, выход (п-хлорбензил)триметилсилана в реакции (Me-j3iCH2)^BLi с n-dCgH^i в аналогичных условиях через 80 мин составляет 19$. Добавление воды в реакционную массу (Н20:ТГФ=1:4) приводит к ускорению реакции. Выход n-cic6H4CH2SiMe3 через 2 ч достигает 83$. •

В отличие от реакции арялгалогенидов с Ph^BNa реакция с (Me^SiCHg^BNMe^ происходит с переносом только одной триметилси-лилметильной группы бората в продукт реакции. Взаимодействие независимо полученного трис(триметилсилшшетил)борана с п-иодхлор-бензолом в среде ТГФ-^О в присутствии Ha2co.j и Pdci2(dppi) протекает с низкой скоростью, давая через 1 ч лишь 4% продукта кросс-сочетания.

Таким образом, показана принципиальная возможность использования тетраалкилборатных солей в реакциях кросс-сочетания с органическими галогенвдами. В отличие от известных реакций кросс-сочетания органических галогенидов с алкилборными соединениями (такими как В-алклл-9-борабицикло[3.3.1]нонаном или эфирами алкил-борных кислот), требующих многочасового кипячения (16 ч) в 1Т5 в присутствии основания (NaOH, к2со3, тюн) реакции с участием тет-раалкилборатов осуществляются с высокой скоростью (1 ч) и не требуют присутствия основания, что позволяет использовать 'чувствительные к действию оснований субстраты.

ТП

4. Реакция акриловой кислоты с арилгалогенидами в водной среде

Предлагается простой и эффективный метод аршшрования акриловой кислоты арилгалогенидами в водной среде. Реакция осуществляется при 100сС в водном растворе Иа2со3 в присутствии 1 мол.% РсЮ]^, давая замещенные коричные кислоты с высоким выходом (табл. 10).

1 мол.% РйС1, ^ рл „

[ПГ + ^^СОрН-2-* (И)

у-^У е Ыа2С03,Н20,100°С у-^)

У=Н, п-К02, Ас, С1, ОМе, Ме, СНО, м-С02Н; Х=Вг,1

Реакционная способность бром- и иодаренов практически не различается. Реакция ускоряется дои электроноакцепторных и замедляется для электронодонорных заместителей, что обычно для реакций такого типа. В качестве катализатора наряду с РйС12 можно использовать р<1(оас)2 или ра-чернь.

Рассматривается механизм реакции, включающий участие ра-черни в каталитическом цикле.

Таблица 10

Реакции АгХ (1 экв.) с СН2=СНС02Н (1,5 экв.), 1 мол.% рас12, Ыа2С03 (3 экв.), н20, с^ = 0,17 М, 100°С, аргон

№ АгХ * , ч Выход3, %

1й п-И02С6Н41 3 93

2 п-ксС^и^Х 1 88

3 п-СХС6Н41 5,5 74

4 п-МеОС6Н41 3 66

5 6В п-МеС6Н41 РЬ1 5 3 54 88

7Г РЫ 3 89

8 п-К02СбН4Вг 3 94

9 п-0НСС6Н4Вг 2,7 92

10® п-АсС^^Вг 5 93

11в п-ИеОС^Н^Вг 10 91

12в м-но2сс^н4вг 1.5 86

8 Примечание, а) Выход выделенного продукта Агсн=снс02н. 1 мол.% р<1(оас)2- в) Реакции осуществлены без аргона. 1 мол.Ра-черни.

5. Реакция проларгилового спирта с арилгалогенидами в воде

Кросс-сочетание пропаргилового спирта с арялгалогенддами обычно осуществляют в среде органического растворителя (Et2NH, PhH, СНС13, ДМФА) в присутствии амина, Cul и комплексов палладия с фосфиновыми лигандами.

Наш найдено, что эта реакция может быть проведена в воде при использовании в качестве катализатора водорастворимого палладиево-го комплекса с сульфированным лигандом Pdci2 [pph^M-CgH^SO-jNa)] 2 в присутствии 2 экв. PPh-j и триэтиламина в качестве основания.

/Л>-1 + НС=ССН?ОН' "Pd". CuI-► 0-с=ссн2он (15)

/Ç^J £ Et,К, H-0, 25°c

t Y

Y=n-, м-СООН, a-N02, n-Ac 69-80%

В работе проведено сравнение эффективности оснований и палладие-вых катализаторов на примере реакции n-иодбензойной кислоты с пропаргиловым спиртом (табл. И). Оказалось, что при использовании в качестве основания триэтиламина реакция в присутствии Pd(OAc)2 протекает с низким выходом 3-(п-карбоксифенил)пропарги-лового спирта (16%) и сопровождается значительным смолообразованием. 3 присутствии PdCl2(PPh3)2 выход'повышается до 54%, но реакция в водной среде протекает с низкой скоростью. Практически такие же результаты получены в смеси ДМФА-^О при использовании KgCOg в качестве основания.

Реакция протекает с количественным выходом при использования в качестве катализатора водорастворимого палладиевого комплекса с сульфированным лигандом PdCl2 fpPh2(c6H4so3Na)]2 и 2 экв. PPh-j. В отсутствие PPh^ или Cul выход продукта кросс-сочетания снижается до 92 и 70% соответственно. При проведении реакции в растворе триэтиламина выход 3-(п-карбоксифенил)пропаргилового спирта составил 74%, что вероятно, обусловлено нерастворимостью образующихся солей ic6h4coo~nhet3 и носн2с=сс6н4соо~ше^ в триэтиламине. Заменить тряэтиламин неорганическим основанием, к сожалению, не удалось. В присутствии Na2co3, к2со3 или ИаОН при комнатной температуре реакция в воде протекает с низкой скоростью и выходом, не превышающим 70%.

В найденных оптимальных условиях помимо п-юбн4соон в реакцию были введены м-яодбензойная кислота, n-иоднитробензол и п-иодацетофенон. Реакцию проводили в присутствии 1 мол. %

Таблица 11

Влияние катализатора и основания на реакцию n-lCgH^cOgH (1 экв.) С HCsECCHgOH (1,5 экв.), "Pd", 3 МОЛ.% Cul , основание, 25°С, аргон

й Растворитель Основание (экв.) "Pd"Ыол.%) t,4 Вь^сд3

1 н2о Et3N (2,5) Pd(0Ac)2 (1) 3,5 16

2 Л fl PdCl2(PPh3)2 (1) 9 54

3 №А:Н20(3:1) K2C03 (2) H 6 57

4 Et3N (2,5) PdCl2[PPh2(C6H4S03Na]j2 1 92

ri (1)

5° » ti It 4 70

6В н tf ff 1 97

7 Et3H Et3K « 3,7 74

8 HgO Na2C03 (2) tf 4 38

9е 1« » ff 20 70

10г,д (« Иа2003 (2,5) " (2) 20 74

11 II NaOH (2,1) " (1) 3 31

12б,Г rt HaOH (3) " (2) 5,5 66

13г if K2C03 (2) tf 3,5 66

14е ДШ:Н20(4:1) It tt 6 94

Примечание, а) Выход АгСзессн2он определен методом ТСХ и УФ-спектроскопии; б) в отсутствие Cul; в) 2 жол.% PPh-j; г) Комплекс рde 3-2 [pph2 (M-CgH^so^Na)] 2 предварительно восстанавливали РЬ^выа» д) 1 экв. Nal и 3 экв. HcsccH2OHi е) через 3 ч добавили 1,5 экв. hoscchgoh.

Pd012 [pphgCCgH^SOjKa^lg, 2 мол.% PPh3 и 3 ыол.% Cul при концентрации Аг1 = 0,8 моль/л и соотношении реагентов АгХ:спирт:EtЗы= 1:1,5:2,5. Реакция завершается при комнатной температуре за 1 ч и приводит к 3-арилпропаргиловым спиртам с высоким выходом.

В этих условиях реакция легко протекает не только с водорастворимыми в присутствии основания иодбензойными кислотами, но и с нерастворимыми в воде арилиодидами.

выводы

1. Показана эффективность новой каталитической системы "вода-Рй^-основание" для 1фосс-сочетания устойчивых к цротоли-зу элементоорганических соединений (до 250000 каталитических циклов).

2. Впервые осуществлено 1фосс-сочетание тетрафенилбората натрия с ариягалогенидами. В присутствии основания в продукт реакции переходят четыре фенильные группы бората.

3. Разработан удобный способ получения несимметричных би-арилов взаимодействием арилборных кислот или тетрафенилбората натрия с бром- и иодаренами в воде в присутствии основания (NagCCXj, NaOH) и каталитических количеств солей палладия pdXg.

4. На примере взаимодействия п-хлорбензойной кислоты с Ph^BNa показана возможность кросс-сочетания хлораренов с борорганическими соединениями в водно-основной среде в присутствии PdClg.

5. Галогенпиридины реагируют с диэтговым эфиром фенилбор-ной кислоты в среде ДОМ-Н^О в присутствии Pd(OAc)2 и nb^co^ с образованием феншширидинов с высоким выходом.

6. Предложен новый способ получения замещенных бензилтри-метилсиланов из тетракис(триметилсилилметил)бората тетраметил-аммонкя и арилгалогенадов в присутствии Pdci2(appf) в ТГФ.

7. Разработан эффективный метод синтеза замещенных коричных кислот по реакции акриловой кислоты с арилгалогенидами, проводимой в воде в присутствии Na2co3 и солей палладия Pdx2 или Pd-черни.

8. Изучена реакция пропаргилового спирта с арилиодидами в присутствии различных соединений палладия и оснований. Реакция протекает с высоким выходом 3-арилпропаргиловых спиртов в водной среде в присутствии триэтиламина, иодида меди (I) и водорастворимого комплекса палладия Pdci2 [pphgUi-CgH^so^Na)] 2 •

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях.

1. Бумагин H.A., Быков В.В., Белецкая И.П. Синтез диарилов из фенилборной кислоты и арилиодидов в водной среде // Изв. АН СССР. Сер. хим. -1989. -№ 10. -С. 2394.

2. Бумагин H.A., Быков В.В., Белецкая И.П. Реакция тетрафенилбо-рата натрия с арилгалогенидами в водной среде // Металлорг. химия. -1989. -Т. 2, № 5. -С. 1200.

3. Бумагин H.A., Быков В.В., Артамкина Г.А., Белецкая И.П. Синтез замещенных бензялтриметилсиланов из тетракис(триметилси-лилметил)бората тетраметиламмония и арилгалогенвдов // Изв. АН СССР. Сер. хим. -1990. 11. -С. 2664.

4. Бумагин H.A., Быков В.В., Белецкая И.П. Реакции пропаргилово-го спирта с арилиодидами, катализируемые комплексами палладия в воде // Изв. АН СССР. Сер. хим. -1990. -й 11. -С. 2665.

5. Бумагин H.A., Быков В.В., Белецкая И.П. Катализируемое палладием фенилирование и винилирование арилгалогенидов в водной среде // Изв. АН СССР. Сер. хим. -1990. -К И. -С. 2672.

6. Бумагин H.A., Быков В.В., Белецкая И.П. Катализируемое палладием кросс-сочетание арилборных кислот и тетрафенилбората натрия с арилгалогенидами в водных растворах // Докл. АН СССР. -1990. -Т. 315, № 5. -С. 1133-1136.

7. Бумагин H.A., Быков В.В., Гуардиола О.Э., Белецкая И.П. Катализируемые палладием реакции диэтилового эфира фенилборной кислоты с галогенпиридииами // Металлорг. химия. -1991. -Т. 4, № 3. -С. 422-423.

8. Быков В.В. Реакции арилборных кислот и тетрафенилбората натрия с арилгалогенидами // Конф. молодых ученых хим. ф-та МГУ: тез. докл. - М., 1990. -С. 75.