Новые методы активации слабых электрофилов в реакциях с ненасыщенными соединениями тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. ЛОМОНОСОВА

ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

РГ6 од

1 2 КВГ ®

На правах рукописи УДК 547.416+547.425+547.525+546.18

ТЮРИН ВЛАДИМИР СЕРГЕЕВИЧ

НОВЫЕ МЕТОДЫ АКТИВАЦИИ СЛАБЫХ ЭЛЕКТРОФИЛОВ В РЕАКЦИЯХ С НЕНАСЫЩЕННЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ

(02.00.03 - органическая химия)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва - 1996

Работа выполнена на кафедре органической химии Химического факультета Московского государственного университета им. М.ВЛомоносова

Научные руководители:

Научный консультант :

доктор химических наук,

профессор

Н.В. Зык

кандидат химических наук Е.К. Белоглазкина. академик Н.С. Зефиров

Официальные оппоненты:

доктор химических наук,

профессор

В.Н. Дрозд

доктор химических наук,

профессор

М.П. Коротеев

Ведущая организация: Институт Органической химии РАН

им. Н.Д.Зелинского.

у

25 с&и^п,

00

Защита состоится_тт 1996года в 11 час.

на заседании специализированного Ученого Совета Д 053.05.46 по химическим наукам при Московском государственном университете им. М.ВЛомоносова по адресу: 119899, ГСП, Москва, В-234, Воробьевы горы, МГУ, Химический факультет, аудитория.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Химического факультета МГУ им. М.ВЛомоносова.

Автореферат разослан 3( мая 1996года.

Ученый секретарь диссертационного сове кандидат химических наук [, г) ¿А Т.В.Магдесиева.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Активация слабых элекгрофилов кислотами Льюиса - уже давно известный метод, которым можно заставшь зги неактивные вещества всгутшъ в алеюрофильные реакции. Казалось бы, в злой области уже все открыто и изучено. Но, несмотря на обилие реагентов и исследовательских работ по изучению этих процессов, интенсивность научных поисков не ослабевает, что очевидно по работам последних лет. Причем, наряду с активацией, внимание исследователей все больше переключается на модификацию элеетрофильных реагентов. Глубокая фундаментальность и высокая синтетическая значимость реакции электрофильного присоединения к двойной связи вызывают неослабевающий интерес исследователей к проблемам галогенирования и сульфеншшрования алкенов. Галогенирование - классическая алектрофильная реакция, и до сих пор выходит много публикаций по этой тематике. Существуют, наверное, сотни галогенирующих реагентов. В случае же смешанного галогенирования ситуация диаметрально противоположна. Известные немногочисленные реагенты, как правило, неселективны, хоти для ограниченного круга субстратов могут давать хорошие результаты. Сульфенхлориды являются классическими электрофильными реагентами для сульфеншшрования олефинов. Смешанные галогены также легко присоединяются к двойной связи . Однако, эти методы имеют существенные ограничения. Сульфенбромвды, например, легко разлагаются на шсульфиды и бром, так что примеры осуществления бромсульфенилирования алкенов крайне редки и характеризуются низкими выходами и наличием побочных продуктов эромирования. Смешанное галогенирование хлоридом брома неселективно вследствие трисугсгвия в равновесии хлора и брома. С этой точки зрения представляется важной разработка эффективных методов смешанного галогенирования и пшоген-;ульфенияирования олефинов. Несомненный теоретический интерес вызывает также сучение процессов элекгрофильной функционализации двойной связи комплексами слабых шектрофилов с кислотами Льюиса.

Цель работы. Цель нашей работы - поиск новых реагентов на основе известных лабых элеетрофилов путем их модификации с одновременной активацией. Мы выбрали слассические элеетрофиткьные процессы: галогенирование и сульфенилирование. Основная исть нашей работы посвящена галогенированию и галогенсульфенилированию олефинов 14-алогенаминами и сульфенамидами в присутствии галогенццов (бромидов) фосфора

Научная новизна и практическая значимость. Впервые показано, что галогениды Босфора способны активировать слабые алектрофилы, приводя к новым реагентам

бифрт национализации олефинов. На основе 1<-хлораминов и бромидов фосфора разработан метод бромхлорирования ненасыщенных соединений, соответствующий ранее неизвестном) сшггону (а+Вг]. Предложен высокоэффективный метод бромсульфенилирования непредельных соединен!»!. Изучено бромхлорирование норборнена радом реагенгоа Сделан полный анализ спеюров ЯМР 'Н и 13С всех впервые полученных изомерны» бромхлорнорборнанов. Изучено йодирование норборнена и норборнздиена различными реагентами. Предложены два реагента для сульфенилирования аренов. Исследована система НС(ОЕ0з - БОз. Найден удобный метод винильного сульфонилирования. Показана возможность активации ¡Ч-хлораминов диоксидом серы в реакциях присоединения к алефинам и синтетических трансформаций полученньк продуктов.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 4 статьи и 3 тезисов докладов на международной и всероссийских конференциях.

Апробация работы Результаты работы докладывались на Международной конференции молодых ученых «Ломоносов - 95» (Москва, 1995), 7-ой Научно-практической конференции стран СНГ "Перспективы развития химии и практического применения каркасных соединений" (Волгоград, 1995), 19-ой Всероссийской конференции по химии и технологии органических соединений серы (Казань, 1995).

Объем и структура диссертационной работы. Диссертационная работа изложена на страницах машинописного текста и состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части и выводов; содержит таблиц, список ципгруемой литературы из наименовании.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Мы нашли, что ГЯ-хлорамины и арилсульфенамиды взаимодействуют с галогени-дами фосфора с образованием реагентов галогенирующего и галогенсульфенилирующего действия по следующей схеме:

_ ч X X—ЫП2 + "Р"—На1--

Х=Аг5, С1, Вг На|

На1=С1, Вг, I

1. Галогенирование. 1.1. Бромхлорирование алкенов.

>Г-галогенамины и М-галогенамиды ранее пытались использоваггъ для смешанного галогенирования, но хорошие результаты были получены лишь для фторгалогенирования при активации эфиратом трехфторисгого бора. Нами бьши исследованы 14-хлордизтиламин и К-хлорморфшшн, а также 1Ч-бромсукцинимвд в реакциях с олефинами в присутствии РВгз, РОВгз, РВг5, РС1з, РОС1з.

В результате реакции 1Ч-хлордиэтнлашша с олефинами в присутствии РС1з и РОС1з в растворе СН2СЗ2 при -40°С образуются дихлорвды с выходами, близкими к количественным. На примере циклогексена показано, что присоединение происходит транс-стереоспецифично, так как был получен транс- 1,2-дихлорциклогексан 1 с выходом 96%. Аналогично, из гексена образуется 1,2-дихлоргексан 2 с выходом 92%. Хлорид фосфора при этом переходит в аминохлоркд (то есть один атом хлора замещается на этнламиногруппу).

Таким образом, И-хлорамины в присутствии трихлорида и оксотрихлорвда фосфора являются мягкими и эффективными хлорирующими агентами. К достоинствам метода можно отнести высокую электрофильность реагента, проведение реакции при низких температурах исключающих деградацию лабильных субстратов, высокие выходы. В ряду хлорирующих агентов на основе И-хлораминов и 1Ч-хлорамидов способ, предложенный нами, вероятно, наиболее перспективен.

Гораздо более важной, как уже упоминалось выше, остается проблема бромхлорирования. И в этой области нам, видимо, удалось найти перспективный реагент: комплекс И-хлорамина с бромидом фосфора.

Реакции проходят в растворе СН2С12 при -70°С. К смеси N-хлорамина и бромида фосфора добавляли олефин и сразу же наблюдали образование продукта бромхлорирования, который затем выделяли и анализировали. Результаты проведенных реакций представлены в табл. 1. Очевидно, что пуп» реакции существенно зависит от типа используемого алкена, и в меньшей степени - бромида фосфора. Наиболее интересен тот

Е^ЫС! + »р-СГ "Р-СГ = РС1

РС13 РОС13

2

факт, что с активными олефинами реагент выступает аналогом синтона необычной полярности (С1+Вг]. Это соответствует распределению зарвдов в комплексе 1Ч-хлорамина с бромидом фосфора. Однако, при повышении температуры происходит псрсполяризацин, соответствующая энергетически более выгодному нормальному распределению зарядов. Поэтому менее активные олефины, которые реагируют при более высоких температурах, превращаются в продукты присоединения синтона 1Вг+С1"], а также [Вг+Вг]. Уменьшение выходов дибромидов достигается увеличением соотношения хлорамин: бромид фосфора.

На примере циклогексена была показана сгереоспецифнчность присоединения, так как образовался только транс-1-бром-2-хлорциклогексан 3. Реакция с 2-метилен-3,3-диметилбихщкло[2.2.1]гептаном протекает с перегруппировкой углеродного скелета, что свидетельствует о высокой эффективной электрофильности реагента. Побочно образуется некоторое количество продуктов элиминирования 5 и 6.

[^ЫС!

^ РВГ3 < ^ ' ^ '

^ С1 4 5 Т-С16

60% 12%С1 12% Н

Табл. 1. Бромхлорирование олефинов

Олефин Продукты бромхлорирования Выходы

РОВг3 РВг3 РВг5

О СГс'з "Вг 92% 85% 65%

АДА ЛЛ/Са + АЛ/С'вг 7 8 86% 75% 70%

АЛЛ В г ллЛ/51 ° 9 56%

Л £ бг 10+ AJ.Br „ 90% 84% 85%

/6- Вг 12 62%

С1 63% 60%

<^)-СН=СН-СООЕ1 Ч— С1 Вг 14 71%

/^/ЧЮОЕ! СООЕ1 О О ССОЕ1 0-&,п 15 16 78% 82% 95%

с8н17осн С8н17^с=с-н С1 Вг п 43%

Относительное расположение галогенов в продукте бромхлорированш! определяется тем, какой из них выступает в качестве элекгрофила, а какой - нуклеофила. Поэтому установление точного строения продуктов является принципиальным моментом.

Нами было проведено бромхлорирование всех олефинов реагентом, соответствующим сингону [Вг+С1"], а именно тетрабугиламмонийбромшсслоридом Ви^+ВгС12"- В случае малоактивных субстратов, полученные бромхлориды были идентичны тем, которые образуются в реакциях с комплексами хлорашшов с галогенвдами фосфора. Иначе - в случае винилбутилового эфира, норборнена, метиленнорборнена и камфена.

Протонные спектры полученных веществ в реакциях активных олефинов с В^М+ВгСЬ,- и с ИгМС^РВгп практически совпадали, что говорит об одинаковом характере расположения заместителей в углеродном скелете. В то же время химические сдвиги 13С существенно различались, свидетельствуя о разных типах заместителей. Поскольку элементный состав полученных веществ соответствовал бромхлорпдам, легко сделать вывод о противоположном характере расположения атомов брома и хлора в этих соединениях. Этот вывод подтверждается тем, что разность химических сдвигов у соответствующих а-углеродных атомов примерно равна разности а-эффектов экранирования брома и хлора (10-15 м.д.). Таким образом, можно сделать вывод, что

полярность галогенов в комплексах 1Ч-хлордиалкил аминов с бромидами фосфора обрат нормальной, соответствуя необычному синтону [С1+Вг].

Что же касается других характеристик предложенного нами мета бромхлорирования, на основании изложенных в табл.1 результатов можно заключи следующее. Реакции проходят при низких температурах, в мягких условиях, с высоки» выходами. Наилучшие результаты получаются с активными субстратами, в то время к неактивные склонны давать продукты бромирования. Основная ценность метода, л нашему мнению, в возможности получать из олефинов бромхлорвды, которые нель прямо получить другими методами. Другими словами, предложен новый сшпон [С1+Вг

1.2. Бромхлорирование норборнена.

Норборнен (бицикло[2.2.1]гепт-2-ен) является одним из наиболее известш модельных субстратов для изучения механизма реакций присоединения по кратным С= связям, классическим пробным камнем для испытания новых реагентов. Мы изучи реакцию 1Ч-хлордиэтшамина с норборненом в присутствии РВгз, РОВг3 и РВГ5 обнаружили, что она протекает с образованием двух изомерных хлорбромвдов 10 и 11 . качестве побочного был выделен в небольшом количестве 2-бромнортрициклан 1 Соотношение продуктов реакции (преобладание продукта перегруппировки Вагнер Меервейна, присутствие нортрициклана) свидетельствует об образовании реагеш обладающего высокой эффективной электрофильносгью, отрицая возможное радикальных реакций. При использовании для активации электрофильно! присоединения трех различных бромидов фосфора, соотношение 11 к 10 несколы увеличивается в ряду РОВгз, РВгз, РВГ5 ,тпо находится в соответствии с их кислотность Льюиса. (См. табл. 3). Реакция длится 1 час при температуре -80°С, что говорит реакционной способности электрофила, многократно превышающей ВгС присоединяющийся при -30°С. Причина этого лежит, вероятно, в образовании донор» акцепторного комплекса между И-хлорамином и бромидом фосфора со связью И-Р, результате чего атом хлора, связанный с четырёхвалентным положительно заряженны атомом азота, становится катионоидным. Поэтому он быстро присоединяется к двойне связи, давая карбокатион с высокой степенью поляризации, достаточной для протекаю перегруппировки Вагнера-Мейервейна, вследствие чего образуется продукт 11. Д; сравнения нами была проведена реакция М-хлордиэтнл амина с норборненом присутствии более жесткой кислоты Льюиса - АШгз- При этом, однако, образовал« преимущественно 2-экзо-7-анти-дибромнорборнан 19, хотя был выделен в небешьшо

количестве и 2-экзо-бром-7-анти-хлорнорборнан 20. Таким образом, природа кислоты Льюиса оказывает драматическое влияние на структуру образующегося алектрофильного реагент.

Чтобы доказать структуру полученных нами соединений 10 и 11, нами была предпринята попытка получить эти вещества альтернативным методом, соответствующим синтону |С1+Вг]. Ранее в нашей лаборатории была разработана такая двухстадийная методика введения хлора и брома. На первой стадии мы присоединяли Ы-хлордиэтиламин к норборнену в присутствии ЭОз. Полученную смесь хлорсульфамаггов норборнана 21 и 22 вводили в реакцию нуклеофильного замещения с бромистым водородом. В результате образовался единственный бромхлорид норборнана 20, а также дибромнд 19 (результат замещения хлора на бром), в то время как соединения 10 и 11 отсутствовали.

20 19

Поэтому следующим этапом стал синтез изомерных соединениям 10, 11, 20 бромхлорнорборнанов с противоположным расположением галогенов. Поскольку все традиционные методы бромхлорирования соответствуют синтону |Вг+С1"], отвечающему нормальной поляризации связи Вг-С1, конфигурация продуктов реакций устанавливалась на основе следующих известных фактов: 1.) алектрофил атакует двойную связь норборнена с экзо-стороны, 2.) в результате перегруппировки Вагнера-Мейервейна он занимает 7-ое положение; 3) нуклеофил в 2,3-адпукте находится с эвдостороны. Соответственно, в экзо-ориентации 2,3-аддуктов и в 7-ом положении 2,7-изомеров должен находиться аггом брома. Использованные нами методы в реакции с норборненом дают 3 различных бромхлорнорборнана, по соотношению которых можно судить об эффективной электрофильности реагентов. Самым мягким из изученных является анионный элеетрофил - соль ВщМ+ВгС^". Она реагирует при 0°С, давая единственный продукт - 23, и, таким образом, является и эффективно слабым электрофилом, и самым слабым из изученных.

Существенно более сильной электрофильной системой является БЬСЦ+КВг. Он реагирует при меньших температурах (-40°С) и дает только перегруппированны бромхлорнорборнаны 24 и 25. Использование Вг2 вместо КВг приводит к образовании единственного бромхлорвда.25 и дихлорида 26. Тот факт, что продукт 24 вовсе н образуется, свидетельствует об очень большом времени существования карбокатиона, з которое он успевает превратиться в наиболее термодинамически устойчивый изомер Следовательно, данный реагент обладает высочайшей эффективной электрофильностьк хотя его "обычная" (кинетическая) элеюрофильность не выше, чем у комплекса N хлорамина с бромидом фосфора. Это можно объяснил, тем, что при наличии в обей системах примерно одинаковых катионоидных галогенов, обуславливающих высокук реакционную способность, отрыв аниона галогена на второй стадии присоединения ) двойной связи происходит значительно медленнее от атома 5Ь, чем от Р.

Очевидно, что существующие методы значительно уступают предложенному как ] выходах, так и в мягкости условий проведения реакций, за исключением ВщЫВгС^ который, с другой стороны, является эффективно и кинетически существенно боло слабым электрофилом.

Таблица 3. Бромхлорирование норборнена.

Продукты %.

Галогенирую-щий реагент а 23 24 /Ъс. 25 10 ¿Ьв, 11 ¿Ьв, 20 19 18 26

Е(2ЫС1 + РВг3 22 62 8

Е1^С1 Ч РОВг3 40 50 5

Et2NCl + РВг5 13 72 12

Е^Ыа + А1Вг3 15 59 7

1.)Е12ЫС1+ БОз. 2.) НВг 24 8

5ЬС15 + КВг 35 30

БЬС!, + Вг2 28 9

ВгС12- 53

В результате проведенных реакций нами было получено 6 изомерных бромхлорнорборнанов, которые дают 3 типа ПМР спектров. Т.е. каждая пара бромхлоридов, имеющая одинаковый спектр ПМР (23 и 10; 24 и 11; 25 и 20) имеет противоположное расположение атомов брома и хлора, одинаково влияющих на хим. сдвиг протонов. Для подтверждения этого предположения были проанализированы спектры ЯМР 13С. Используя аддитивный метод расчета химических сдвигов углерода в галогензамещенных норборнанах, мы сравнили вычисленные значения с экспериментальными. При этом наблюдалось хорошее совпадение в пределах отклонений, связанных со взаимодействием атомов галогенов друг с другом. Таким образом были установлены конфигурации соединений 10, 11 и 20 по известным 23, 24 и 25.

Анализ спектров и последующее структурное отнесение сделаны на основании данных по влиянию заместителей на химические сдвиги ядер, по константам спин-спинового взаимодействия 'Н-'Н и 'Н-13С, а также с использованием методов гомо- и гетероддерного селективного двойного резонанса, разностной спектроскопии ядерного эффекта Оверхаузера (ЯЭО) и двумерной коррелеляционной спектроскопии 'Н-'Н и 'Н-13С (COSY). Таким образом, детальное ЯМР-исследование продуктов бромхлорирования норборнана подтверждает тот удивительный факт, что предложенный нами реагент соответствует сингону [С1+Вг-].

1.3. Иодирование норборнена и норборнадиена.

Разработка препаративных методов иодирования органических соединении, и отличие от хорошо разработанных способов хлорирования и бромирования, всегда представляла проблему для химиков-органиков в связи с легкостью элиминирования иодвд-аниона и замещения его другими нуклеофилами. В то же время, именно эти качества алкшшодвдов делают их чрезвычайно ценными веществами для органического синтеза как удобных промежуточных соединений для последующей замены атома иода самыми различными группировками. Проведенные нами реакции арилсульфенамидов и N-хлораминов с алефинами ряда бицикло|2.2.1]гептана привели к необычным результатам.

Только в случае реакции орго- и пара-нитрофенилсульфенамидов с норборненом в присутствии трииодида фосфора нам удалось выделить ожидаемый 2,3-транс-иодсульфщ] (27) с выходом, не превышающим 38%. Помимо него, в результате реакции образуется 2-экзо-иоднорборнан (28), становящийся единственным продуктом в случае замены арилсульфенамида на 1Ч-хлорамин.

¿Г* &

1 25 25%

Р13, АгвЫЯ?

/Ь-

р|э, ^N01

274 Аг=4-М02С6Н4, 38%

275 Аг =2-Ш2С6Н4, 35%

28, 45%

Р13

га 16%

29,75% 30,25%

Полученные данные были сравнены с результатами иодирования норборнена трииодкдом фосфора в отсутствие слабоэлекгрофильных добавок, а также результатами его прямого иодирования элементным иодом в органическом растворителе:

Как выяснилось, моноиодид 28 образуется при реакции норборнена с Р1з и в отсутствие слабоэлекгрофильных добавок, однако выход его в этом случае существенно ниже, и ддя полного протекания реакции требуется время около суток при 20 °С, в то время как при добавлении АгЗЫЯг или К^О реакция завершается в течение нескольких минут после отогревания реакционной смеси до комнатной температуры. Продуктами иодирования элементным иодом являются ожидаемые 2,3- и 2,7-дииодиды 29, 30, что позволяет отвергнул, гипотезу об участии в процессе иодирования трииодидом фосфора элеменшого иода, образования которого можно было бы ожидать по реакции диспропрорционирования Р1з:

+ ^

В реакциях норборнадиена с трииодидом фосфора, проводимых в тех же условиях, что и для норборнена, тем не менее образуется набор продуктов другого характера. Даже для реакции, проводимой в присутствии арилсульфенамидов, совершенно не наблюдается

образования продуктов иодсульфенилирования, а с высоким выходом образуется смесь продуктов гидроиодирования (31-33):

¿Ъ —

31 , 23%

7

32 23% 33,28%

Р13, Р2ЫС1 ->-

34,65%

7,

Г I 33,30%

_Р1з

№ * ¿3}

I

36( 8%

37 32%

->-34, 75% +35, 25%

При добавлении в реакционную смесь 1Ч,Ы-диэтилхлорамш ¡а образуются продукты иного строения, а именно, дииодиды нортрицикланового строения (34), (35), аналогичные продуктам присоединения элементного иода. Следует отметить необычность эбразования продукта 35 с диэндо-конфигурацией заместителей, а также отсутствие аиэкзо-иодвда, что можно объяснить нетипичной для данных систем эндо-атакой электрофила. Как правило, после этого образуются продукты атаки нуклеофила по :оседнему с электрофилом положению (типа 36), а не нортрициклены, так как иуклеофильная атака я-элекгронной пары двойной связи крайне невыгодна с фронтальной стороны иодониевого катиона. В случае же иодирования Р1э в отсутствие 1ругих элеетрофилов образуются дииодиды (36) и (37) - продукты присоединения только по одной из двух кратных связей норборнадисна.

Набор и строение продуктов иодирования, а также условия реакций (низкая гемпература, полярный растворитель) позволяют предположить электрофильный характер трисоединения во всех случаях, кроме Р1з-

Таким образом, взаимодействие олефинов ряда бицикло[2.2.1]гегттана с грииодвдом фосфора в присутствии слабых электрофилов открывает доступ к различным лоно- и дииодидам норборнановото, норборненового и нортрицикланового строения, соторые невозможно получить прямым иодированием этих олефинов. Механизмы ^писанных реакций требуют тщательного изучения.

2. Рльфенилирование.

2.1. Галогенсульфенилирование алкенов.

Мы изучили реакции четырех сульфенамцдов: М,М-диметил(]

нитрофенил)сульфенамида _ (38), И-фенилгиоморфолина (39), N-(1

нтрофеншггио)морфолина (40) и Н-(о-нитрофенилтио)морфолина (41) с четырьи

олефинами: циклогексеном, норборненом, гегггеном-1 и 3',( диметоксибензонорборнодиеном в присутствии РОВгз и РОС1з, а также РВг3 и РВг^.

о2Ы

Б-ы:

(38)

,СН3

-сн3

О,»-®—5—г/ "о

N0;

О-

(40)

(39) ,N02

(41)

Общее уравнение исследованных реакций представлено схемой:

АгЭ—+ "Р"—На1 На1=С1, Вт. I

ч ЗАг На1

Мы предполагаем, что сульфенамцд и бромид фосфора образуют неустойчивь комплекс В, зафиксированный в случае РОВгз по спектру ЯМР 31Р (-50.2 мл).

АгБ—+ РОВг3-

Агё-

О

■Ы —р—Вг Яг / Вг Вг А

АгБ-

-м-

о

II........ Вг

4>ВГ

Вг

В

Дальнейшее взаимодействие происходит по следующей схеме: полное замещеш брома на азот при атоме фосфора с образованием аммонийной соли, присоединен! ингермедиата к двойной связи сшефина, в результате чего получается эписульфошн подобный ингермедиат, затем раскрытие его бромид-анионом (Я2И-Р(0)Вг2 - уходящ: группа).

О

Я2

АгБ-

О

.+ II ....... Вг

N—Рч. Лг . > Вг Вг

-*>

Вг Вг

вАг

->>|—к + Вг

Наше мнение о том, что интермедиат не является чистым эгшсульфониевым ионом, базируется на результатах проведенных экспериментов (см. ниже), в которых не было обнаружено продуктов перегруппировок и сопряженного присоединения, характерных для карбокатионного процесса.

Мы нашли, что присоединение сульфенамидов 38-41 к циклогексену в присутствии оксобромида фосфора проходит сгереоспецифично с образованием исключительно транс- 1,2-адцуктов 42-44, что находится в полном соответствии с механизмом электрофильного присоединения:

АГЗ-ЫН2+ровгз + ->•

Аг = РИ (42), 02Ы-@-(43), О^-^ (44)

Вг

Выходы реакций составляют 72-95%.

Мы исследовали реакции четырех сульфенамидов 38-41 с норборненом и нашли, что при этом образуются только продукты 2,3-присоединения 45-47 (выходы 75-95%):

Агё—N1^2+РОВГз + /¿У -►

АГ = РЬ (45), 02Ы-@>-(46), (47) ВГ

Отсутствие продуктов перегруппировок в реакции свидетельствует о низкой эффективной электрофильности реагента. Однако, в реакции З',6'-диметоксибеизнорборнадиена образуется только перегруппированный бромсульфид 48.

ОМе

02Ы-@>—N О + РОВгз + <\

МеО МеО 48

Геггген-1 как терминальный олефин является прекрасным субстратом для выяснения регионаправленности реакции. В реакциях четырех сульфенамидов 38-41 с гептеном-1 образуются аддукты с выходами 63-95 %, причем получается смесь продуктов присоединения марковшпсовского 49 и антимарковниковского 50 типов, причем при стоянии смеси 49 и 50 происходит изомеризация с образованием только 50.

Вг АгБ

АгБ-мнач- ровгз + ДАЛ-► ЛаЛ/5Аг + АлЛ/Вг

Аг = РИ (а). 02Ы-@>- (Ь) 02и-р} (с) '

49(а,Ь,с) 50(а,Ь,с)

Для доказательства общности исследуемого метода мы провели реакци сульфенамида 3 с циклогексеном и норборненом в присутствии РОС13. В результат реакций бьип! получены соответствующие р-хлорсульфиды 51 и 52.

а'ЗАг 85%

N О + РОС13

¿В

2.2. Сульфенилированне ароматических соединений.

Нами бьшо исследовано два новых реагента сульфенилирования ароматически соединений (С и Б), образующихся при активации пара-нитрофенилсульфенморфолвд и пара-нитрофенилсульфенилацеюта ЭОз и А1Вгз соответственно. С реагентом С реакци электрофильного замещения протекает в течение часа в интервале температур -30 - 0° зависимости от злекгрононасыщенносги субстрата:

02Ы-С6Н4-3-М(СН2СН2)20 + 02Ы-С6Н4-ЗЮ302Ы(СН2СН2)20 (С)

Оп2Ы2

С + АгН -*• ОгЫ-СбН^Б-Аг (53-56)

В качестве модельных аренов использовался ряд соединений с различно] электронной платностью ароматического ядра. Результаты представлены в таблице I Реакция с анизолом осложняется взаимодействием БОз с мегтокси-труппой, приводятцш к разрушению субстрата и понижающим выход. В реакции с толуолом образуется смес изомеров, соотношение которых свидетельствует о достаточно большом сгерическо; объеме реагента.

Таблица 1.

Реагент Субстрат Продукт Выход,%

С анизол «V*®-»®«* 53 20

пара-ксилсл Ь\ 54 30

толуол снз 55а, 556 (4:1) 25

атрацен эч^-мо. аё© 56 55

су^Э-ОСОСН, + А1Вг3 Б пара-ксилол 54 70

толуол 55а, 556(2:1) 30

бензол 57 20

Другой сульфенилирующий реагент - Б- имеет меньшую электрофильность, но большую устойчивость к деградации. Реакции Б с аренами протекают при комнатной температуре в течение нескольких часов и отличаются удобством и простотой проведения:

ОгЫ-С6Н4-5-ОСОСНз (О) + АгН -А'ВГз>- С^-СбЩ-З-Аг (54,55,57)

В качестве побочного продукта во всех случаях был выделен 4,4'-динитродифеншщисульфид - продукт радикальной деградации реагента. Очевидно, что выход продукта сульфенилирования зависит от соотношения скоростей радикальной деградации 5-электрофила в дисульфид и реакции электрофильного замещения. Сульфенилацетат (О) предпочтительнее использовать для сульфенилирования достаточно электрононасьпценных аренов. Для малореакционноспособных субстратов тип используемого реагента (сульфенилсульфамат (С) или сульфенилацетат (Б)) существенно не влияет на выход продуктов.

3. Ортоэфиры и сульфонилирование олефинов. Реакции эпгилортоформиата с SO}.

Известно, что в присутствии кислот Лыоиса ортоэфиры способны даво диалкоксикарбкашон. Для изучения такой возможности в случае, когда кислотой Льюи является SO3, нами было прщщриняго исследование взаимодействия этилортоформиша с оернь ангидридом методами низкотемперапурного ЯМР. Рйсгвор SO3 в СН2СЗ2 смешивали при t -85' с раствором НС(ОЕ0з в соотношениях 1:1, 2:1 и 3:1. Затем регистрировали спектры ЯМР 'Н 13С при разных температурах. Для сравнения были проведены спектральные исследован взаимодействия НС(ОВ)э с другими реагентами: BF3*OEt2> (CFjCO^O, FSOjH. В случае трифгоруксусным ангидридом, версшно, ортоэфир не диссоциирует из-за недостаточм алекгрофильности (CFiCOfoß. В остальных случаях образующийся кпион HC(OEt)2+ усгойчи существует до температуры -50°С, а при повышении ее реагирует с нуклеофилом, эпиируя ei сам превращаясь в этилформияг. Добавление SO2 повышает конце! прашпо кашона.

-7СРС + . -30°С HC(OEt)3 + S03 ö^j>HC(OEt)2 Et0S03 -»-HCOOEt + Et2S04

После отогревания смеси НС(ОВ)3 с SO3 до комншной температуры были выделены НСООЙ B2SO4 с выходом 95%. При действии избытка SOj, как было показано ранее, образует продукты внедрения серного анщцрвда по связи С-0 дизшлсульфша.

S03

Et2S04 + SO3 -Et0S020S020Et-*■ Et0S3O60Et

Смешал при -50°С растворы НСООВ и SOj в CH2Q2, нами было найдено, что Si внедряется также по связи С-0 эпшформиата. Сигналы ПМР полученного соединен присутствуют в спектре смеси ортоэфира с SO> Однако, оно оказалось неустойчиво, разлагала выделением СО.

HCOOEt + S03 "7°°С» HC00S020Et +-2СРС> СО |+ H0S020Et

Из карбокашона (НО^СН"1" при добавлении LDA, был получен диэтоксикарбен, когорь фиксировался в виде димера - тетраэтоксиэтилена.

HC(OEt)3 + S03 HC(0Et)2+Et0S03' ША > :C(OEt)2 -(EtO)2C=C(OEt)2

При исследовании поведения триэтилортоформшта в присутствии SOj и оснований, нал было обнаружено, что после добавления к смеси растворов ортоэфира и SO3 при низк температурах третбушлата калия и олефина образуется продукт замещения винильнош акя водорода на этилсульфогруппу. В результате ю норборнена и норборнэдпена были получет

соответствующие этилсульфогапы. Значительная часть алкена при этих условиях, однако, полимеризуется.

НСЮЕОз + ЗЗОэ + -г СНгС12

V

(15%) 58 (25%) 59 О

(15%) 60

Реакция происходит в 3 стадии: присоединение, отщепление и этилирование. На первой стадии происходит образование р-сультона 61, который далее раскрывается в результате реакции элиминирования, превращаясь в калиевую соль 2-норбсрненсульфоновой кислоты 62 Побочно идет перегруппировка в т-сультон 59. На третьей стадии образовавшийся в результате взаимодействия ортоэфира с БОз с распзоре диэгоксиметпьный катион 63 этютгрует сульфогруппу, превращаясь в этилформиат.

+ ЭОз

[нс(ОЕ1)г]

-ЭОзК •НСООЕ1

НС^ОЕ^ + ЭОз--[нс(ОЕ1)г аоэо^] ' «Л

1 63 ] гГ

Таким образом, найден простой и удобный метод винильнош сульфонилирования злефиноа Несмотря на низкие выходы, его применимость обусловлена отсутствием альтернативных способов подобной трансформации, исключая многостадийные.

4.50л-активированное присоединение. Г^-хдораминов к апкенам.

Диоксид серы обладает свойствами достаточно сильной кислоты Льюиса, поэтому нами эыло проведено исследование возможности его использования для активации слабых элекгрофилов. Смешивая при температуре -70°С растворы 1Ч-хлордиэтшамит и диошша серы з хлористом метилене, а затем добавляя циклогексен, наблюд али образование хпоранпшрила 64 и щаукга 65, представляющего собой формально результат присоединения Я к циклогексену. \налогичные реакции были проведены нами с 1Ч-хлорморфолином и гексеном-1.

Й2ЫС1 + БОг

Яг^С! -

9

Яг^О-С!

о§ш2 65 о

9

64

о

О * ч« О!.... «.Ч

65

66а и 66Ь

(23%)

Аоауюы - [^-хлорамвдосульфшы легко подвержены пиролизу до спиртов 1 элиминированию с образованием алл ильных хлоридов, что говорит о легкости опдеплени ампдо-сульфишой группы. Это позволяет трансформировать р-хлорамвдосульфигы пути реакций нуклеофильного замещения. Причем нуклеофушость этой группы оказалась намног выше, чем супьфаматой, образующейся при 80з-акшвированном присоединении N хлораминоа Следующие примеры показывают возможность трансформации здауга циклогесена, хлорамина и диоксида серы.

1)Н20

.С!

2)АсОН

О- (25%) 67 "•ОАс

,С1

и-,

ВщШг

А

,С1

ОЗМЯ2\^Н2с|2 ^-^'••ВГ

65

Д

(18%) 68

СН2С12

а (80%) 69 №г

Наиболее перспективна перегруппировка с экструзией БОг и образованием амина б! Ранее подобное превращение было известно для сульфамагов, термическ перегруппировывающихся в бетаины, которые разлагаются веяной щелочью на амины сульфаты.

Л

Н—0302ЬШ2

Я-Шг-ЭОз

ИаОН

Н20

Н-МН2 + Ма2304

В результате, ЗОг выступает в роли катализатора присоединения ГЧ-хлораминов к олефинам,

регенерируясь после нагревания.

С1

0 1)+50г. -30°С {^У'

+ С| 2,-50г.+700с'

Таким образом, показана возможность активации И-хлораминов даокащом серы в

реакции элекзрофильного присоединения к двойной связи углерод-углерод и синтетических

трансформаций полученных апдуктоа

ВЫВОДЫ

1. Впервые показано, что взаимодействие галогенидов фосфора со слабыми электрофилами (типа Х-ЫЯз, где X = АгЭ, На1) приводит к генерации новых реагентов, способных присоединяться к двойной углерод-углеродной связи с образованием продуктов бифункиионализации олефинов, труднодоступных другими путями.

2. Установлено, что комплексы И-хлораминов с бромидами фосфора являются синтетическими эквивалентами ранее неизвестного синтона [С1+Вг]. Реакционная способность и мягкость предложенного реагента делают его перспективным методом бромхлорирования непредельных соединений. На примерах алкенов ряда бицикло[2.2.1]гептана показана его высокая эффективная электрофильность.

3. Разработан эффективный метод бромсульфенилирования олефинов, обладающий селективностью и высокой синтетической значимостью.

4. Показано, что аренсульфенилсульфаматы и аренсульфенилацетаты в присутствии А1Втз сульфенилируют ароматические соединения с образованием несимметричных диарилсульфидов.

5. Изучены процессы бромхлорирования и йодирования алкенов ряда бицикло[2.2.1]гептана. Проведен полный анализ ЯМР 'Н и 13С спектров всех полученных галогенпроизводных.

6. Найдено, что в системе НС(ОЕ0з - 50з - ЬБА образуется диэтоксикарбен, а в системе НС(ОЕ1)3 - БОз - 1-ВиОК - реагент винильного сульфонилирования непредельных соединений.

7. Показана возможность использования 502, как активатора Н-хлораминов в реакциях присоединения к непредельным соединениям.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Н.С. Зефиров, Н.В. Зык, Е.К. Белоглазкина, B.C. Тюрин. Сульфенилирование аренов аренсульфенамидами и аренсульфенилацетатами. Изв. РАН, Сер. хим., 1995, N 2, с. 324-326.

2. Е.К. Белоглаз кина, B.C. Тюрин, ИД Тиганюк, Н.В. Зык, Н.С. Зефиров. Галогенсульфенилирование алкенов арилсульфенамидами в присутствии оксогалогешадов фосфора (V). Докл. РАН, 1995, Т. 344, N 4, с.487-488.

3. Н.В. Зык, Е.К. Белоглазкина, B.C. Тюрин, Н.С. Зефиров. Удобный метод заместительного сульфирования алкенов. Докл. РАН, 1995, Т. 344, N 4, с. 492-493.

4. N.V. Zyk, Е.К. Beloglazkina, V.S. Tyurin, I.D. Titanyuk, N.S. Zefirov. Aiylsulfenamides and N-chloramines reactions with alkenes in the presence of phosphorus halides and oxohalides. The fourth International Coherence on Heteroatom Chemistry (ICHAC-4). Seoul, July 30 -August 4, 1995, p. 244.

5. B.C. Тюрин, E.K. Белоглазкина, Н.В. Зык. Реакции оргоэфира мурвьиной кислоты с алкенами рада бицикло{2.2.1]геггпша в присутствии триоксида серы. 7-ая Научно-практ. конф. стран СНГ "Перспективы развития и практического применения каркааш соединений". Волгоград, 1995. Тезисы докл., с. 93-94.

6. Н.В. Зык, Е.К. Белоглазкина, B.C. Тюрин, ИД Титанюк, Н.С. Зефиров. Реакции арилсульфенамидов и N-хлораминов с алкенами в присутствии оксогалогенвдов фосфора 19-ая Всероссийская конф. по химии и технал. орг. соединений серы. Казань, 1995. Тезисы докл., с. 6.

7. Зык Н.В. Белоглазкина Е.К. Тюрин B.C. Новая реакция: иодсульфенилированне олефинов. Ж. Орг. Хим. 1995. Т. 31. Вып. 9. (в печати).

Зак. 90 Тир. 100 Отпечатано ПП "Патент" Бережковская наб., 24, стр. 2