Получение и использование в органическом синтезе бициклопропилидена и его производных тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. В. ЛОМОНОСОВА

Химический факультет

РГБ од

п На правах рукописи

2 7 ОКТ 1998 удк 547.5П113+

547.512 + 547.597

КОЖУШКОВ Сергей Иванович

ПОЛУЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ОРГАНИЧЕСКОМ СИНТЕЗЕ БИЦИКЛОПРОПИЛИДЕНА И ЕГО ПРОИЗВОДНЫХ

02.00.03 - Органическая химия

Диссертация

на соискание ученой степени доктора химических наук в форме научного доклада

Москва 1998

Работа выполнена на кафедре органической химии Химического факультета им. М. В. Ломоносова, а также в Институте органической химии Геттинге!, университета им. Георга Августа (ФРГ).

Официальные оппоненты: доктор химических наук,

главный научный сотрудник Ю. В. Томилоа

доктор химических наук,

профессор Э. Е. Нифантьев,

доктор химических наук,

профессор Р. Г. Костяновский

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный

университет

Зашита состоится "

№С\Л С^/иЪ' 199(ргода в \£'2 часов на засе. Диссертационного совета Д 053.05.46 по химическим наукам при Моско! Государственном Университете им. М. В. Ломоносова по адресу: 119899, ГСП М< В-234, Воробьевы Горы, МГУ Химический факультет, аудитория 337.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Химического факультета Л

Доклад разослан

••Ж"

октября 1998 года

Ученый секретарь Диссертационного совета Кандидат химических наук, доцент

Т. В. Магд&

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Концепция напряжения и энергии напряжения оказывается весьма полезной для понимания связи между строением химического соединения, его стабильностью и реакционной способностью. Весьма удобным модельным соединением для изучения корреляции «структура-свойство» в ряду углеводородов оказывается бициклопропилиден (1) - уникальный напряженный тетразамещенкый алкен, удачно сочетающий в себе кинетическую стабильность с высокой реакционной способностью

Особенности электронного строения бнциклопропилидена (1) таковы, что второе циклопропановое кольцо, несколько понижая его энергию ВЗМО по сравнению с метиленциклопропаном, одновременно увеличивает общую энергию напряженности этого углеводорода, внося специфику в его физические и химические свойства и определяя разнообразные потенциачьные возможности синтетического использования этого необычного олефина и его производных. Однако отсутствие удобных синтетических подходов к получению олефина (1), а также его гомологов и производных, не позволяла осуществить комплексное изучение химии этого класса напряженных олефинов.

В то же время химия родственного углеводорода - метилен-циклопропана - изучена достаточно подробно, что определялось в значительной степени разработкой препаративных методов синтеза метиленциклопропана и его производных. Эти вещества нашли широкое применение а органическом синтезе для получения напряженных углеводородов и гетероциклических соединений с практически полезными свойствами, функционализированных циклобутанонов, природных соединений с метиленциклопропановым фрагментом, в реакциях каскадной циклизации в условиях катализа переходными металлами и других процессах.

Изучение химии еще более напряженных и своеобразных олефинов, относящихся к семейству бициклопропилиденов, помимо теоретического интереса, открывает новые возможности использования структурно

необычных олефинов в качестве синтонов и строительных блоков в современной синтетической органической химии. Вовлечение в практику органического синтеза таких ранее экзотических олефинов как бициклопропилиден (1) и его производных невозможно без разработки .удобных общих методов их синтеза, поэтому их получение представляет собой самостоятельную синтетическую задачу.

Целью настоящей работы являлось:

- Разработка удобных лабораторных способов получения бишшгапропилидена (1), его функциональных производных, спироциклопропанироваиных бициклопропилиденов, а также олигомеров бициклопропилидена.

- Комплексное исследование физико-химических свойств бициклопропилидена и его производных.

- Всестороннее изучение химических превращений бициклопропилидена и его производных.

- Разработка синтетических стратегий для получения определенных классов химических соединений на основе бициклопропилидена.

- Изучение влияния напряжения в бициклопропилидене на его реакционную способность.

Научная новизна работы определяется тем, что в ней впервые:

- разработан препаративный способ получения бициклопропилидена (1) и спироциклопропанироваиных бициклопропилиденов, позволяющий синтезировать эти углеводороды в мультиграммовых количествах;

- найдены методы функционализации бициклопропилидена, а также спироциклопропанироваиных бициклопропилиденов;

- впервые синтезированы димеры бициклопропилидена;

- проведено физико-химическое исследование бициклопропилидена и спироциклопропанироваиных бициклопропилиденов для точного определения их структурных параметров, а также энергии напряжения бициклопропилидена;

- исследованы реакции бициклопропилидена с рядом электрофилов и циклофилов;

- разработаны синтетические стратегии для получения разветвленных триангуланов, новых классов гетероциклических соединений, бициклических и каркасных структур, аминокислот, линейных полициклопропанов на основе бициклопропилидена;

- синтезирован ряд стабильных комплексов бициклопропилидена с переходными металлами;обнаружен ряд необычных перегрушшровок в реакциях металло-органических производных бициклопропилидена;

- найдены уникальные термические перегруппировки спироцикло-пропанированных бициклопропилиденов;

- исследованы стереохимические аспекты восстановления двойной связи в замещенных бициклопропилиденах.

Практическая ценность работы. Разработаны эффективные методики получения ряда уникальных производных бициклопропилидена и продуктов их трансформаций, актуальных с точки зрения их практического использования в лабораторной практике и в тонком органическом синтезе. Получен ряд соединений с потенциальной биологической активностью.

Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на XII Всесоюзной конференции по химической термодинамике и калориметрии (Горький, 1988), на XIV Менделеевской конференции по чистой и прикладной химии (Ташкент, 1989), на III конференции по химическим реактивам республик Средней Азии и Казахстана (Ташкент, 1990), на III Международной конференции ИЮПАК по химии гетероатомов (Риччионе, 1992), на XII Международной конференции ИЮПАК по физической органической химии (Падуя, 1994), на VIII Международном симпозиуме по новым ароматическим соединениям (Брауншвейг, 1995), на Гордоновской конференции по структурам и свойствам органических соединений (Фукуока, 1996), на Международном симпозиуме «Напряженные циклы: синтез и свойства» (Санкт-Петербург, 1996), на IX Международной конференции по металло-органическим соединениям в органическом синтезе (Гетгинген, 1997), на

Шестой международной конференции «Химия карбенов и родственных интермедиатов» (Санкт-Петербург, 1998).

Публикации. Основное содержание работы отражено в 46 статьях (из них 3 обзора), опубликованных в отечественных и зарубежных журналах, и 11 тезисах докладов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава Новые синтетические подходы к получению

бициклопропилиденов.

К моменту начала настоящего исследования бнциклопропилиден (1), а также его спироциклопропанированные (2) и функциональные (3) производные являлись весьма труднодоступными экзотическими соединениями. Поэтому разработка удобных методов получения соединений типа 1-3 явилась первоочередной задачей нашей работы.

>=<] I )>=<

1 2 3

1.1. Он1тез.^(1) и.....спиро-

цвдюшэопщщэовш^^

Из нескольких опубликованных методов получения соединения 1 наиболее перспективным представляется подход, включающий дегидро-бромирование 1-бромо-1-циклопропилциклопропана (6) в качестве заключительной стадии синтетической цепи. Нам удалось разработать новый способ синтеза бромида 6 в результате 1) непосредственной трансформации алкокси-карбонильного фрагмента в эфирах циклопропанкарбоновой кислоты (4) в циклопропанольный при действии реактива Гриньяра в присутствии Т1(/-РЮ)4 в качестве катализатора (процедура аналогична предложенной проф. О.Г.Кулинковичем, БГУ), что позволило крайне упростить синтез 1-циклопропилциклопропанола (5), а также 2) использования трифенил-фосфиндибромида для прямого превращения спирта 5 в бромид 6.

Дегидробромирование последнего в стандартных условиях позволяет осуществить лабораторный синтез 40-50 г олефина 1 в течение недели.

Е1МдВг, ~П(/-РЮ)4 \/ пи Р^Р Вг2, Ру \7 о, 1-8иОК. ОМЭО

[>—СООМе

99%

78%

Вг

81%

(^СНСООЕ! (гаКОЛс)гЬ

ССОЕ1

Е|МдВг V(¡-РгО),

№Са

8 т= 1, п=0 (8в%)

9 т=2, л=0 (71%) 10 от=п=1 (77%)

14 т=1, п=0 (76%)

15 т=2, л=0 (74%) 16т=п^1 (75%)

11 т=1, п=0(97%)

12 т=2. п=О (96%) 13т=п=1 (99%)

17 т= 1, л=0 (72%)

18 т=2, п=0 (64%)

19 т=л=1 (66%)

Присоединение алкоксикарбонилкарбена к соединением типа 7 позволяет регенерировать фрагмент циклопропанкарбоксилата и, таким образом, сделать этот процесс циклическим. Разработанная нами стратегия позволила осуществить синтез ряда ранее труднодоступных бициклопропилиденов 1719.

1.2. Синтез функцирдальньщ, производных бщщаюпропилидена.

Один из общепринятых методов получения замещенных бициклопропилиденов основан на присоединении карбенов к кумуленам. Так, мы нашли, что катализируемое тетраацетатом диродия присоединение эгоксикарбонилкарбена к аллену 21 протекает стереоселективно, приводя к образованию этилового эфира бициклопропилиденкарбоновой кислоты (20) в качестве единственного продукта реакции. В то же время хлорметилкарбен с

алленом 21 образует смесь продуктов циклоприсоединения 22 и 23 в соотношении 2:3.

ГСООЕ1 ыгСНСООЕГ сн.снс^,

Ме Ме

20 21 22 (30%) 23 (45%)

Гораздо более универсальным и удобным в препаративном отношении является разработанный нами метод получения монозамещенных бициклопропилиденов непосредственно из бициклопропилидена 1. Соединение 1 гладко депротонируется при действии бутиллития в ТГФ при 0°С. Взаимодействие полученного таким образом литиобициклопропилидена с электрофилами приводит к замещенным бициклопропштиденам 24-40 с выходами от умеренных до хороших. Следует особо отметить, что трет-бутиловый эфир бищдаюпропилиден-карбоновой кислоты 40 был получен в этих условиях с достаточно удовлетворительным выходом. Как ни странно, но эта вполне очевидная реакцция литийорганических соединений с Вос20 была использована довольно редко для синтеза соответствующих трет-бутилкарбоксилатов: нам удалось найти в электронных банках данных всего семь примеров таких реакций.

1X3

1) л-ВиЦ ТНР, 0°С, 1 И

2) ЕХ, -78 — 20 °С

1

у ЭЛМез ЭР*1 С1 Вг п-С7Н15

(24) (25) (26) (27) (23)

выход (%) 85 77 73 65 74

У л- С4Н9 СООН СМе2ОН СНгСН2ОН СНО С(0)Ме

(29) (30) (31) (32) (33) (34)

ВЫХОД (%) 72 95 82 50 73 71

У й СН2СН=СН2 ОАс ЛС5Н11 ОН СОг-'-8и

(35) (35) (37) (38) (39) (40)

ВЫХОД (%) 80 50 32 80 22 69

Функциональные группы полученных этим методом производных

бициклопропилидена могут быть далее трансформированы с сохранением бициклопропшшденового фрагмента.

30

я он брз еьо

СООР?

20 К = а (89%) 41 Я =Ме(Ва%)

1) С1СОгШ. ЕЦЧ №N3

2)Д

1|а1н< 97%

СН,ОН

42

рсс \ 85%

- 0=<^

СНгХ

43 X = Вг (75%)

44 X = ОЭО,РЬ (74%)

45 X = I (68%)

33

N=0=0.

«ОН

48

32 - [>=<}ч

Ы—СООР( сн,сн,х

н

47 Я = Ме (75%) 49 X = Вг (77%)

43 И = СНгСНгТМ8 (59%) 50 X = 0Э02РЬ (93%) 51 X = I (75%)

СН2=РР(Тз, (^Н, (СНгОН^, р-ТзОН

33

60%

40%

52

53

В то время как алкилбициклопропилидены 28, 29, 38 не удается повторно депротонировать в указанных выше условиях, а из TMS-производного 24 был получен преимущественно продукт силилирования в аллильное положение (55), из бициклопропилиденов с электроно-акцегггорными заместителями (40, 41) могут быть успешно синтезированы также дважды активированные производные типа 56, 57.

1) л-BuLi, THF. о °с, 1 h

XI

V.. 2)Me,SiCt,-78— 20°С SiMe^

Me3Si

24

54 (17%)

Me3Si

SiMe3 55 (70%)

X^

1) LDA THF. -78 °C

2) COj

COOR

41. R = Me 40. R = î-Bu

X]

ГС ООН Me02C

56, R = Me (81%)

57, R = f-Bu (78%)

Литиирование спироциклопропанированных производных 17-19 протекает неселективно, за исключением высокосимметричного углеводорода 19.

'.•Зл.Получение^да

Синтетическая стратегия, хорошо зарекомендовавшая себя для получения бициюгопропилидена и его спироциклопропанированных аналогов, оказалась малоэффективной в случае бис(бицикдопропилидена) 62: целевой продукт был получен с низким на стадии дегидробромирования выходом. Мы нашли, что реакция бициклопропшшдена (1) в различных условиях является более эффективным методом получения диена 62. Были изучены различные варианты осуществления этой реакции и найдены условия для получения димера 62 с препаративным выходом, достигающим 80%, В этих условиях из симметричного олефина 19 также удается получить бис(бициклопропилиден) 63, однако с невысоким выходом.

N,CHCOOET lRh(OAc)J¡

,CO,Et

58 Ph,P-Br2

Py _ 60%

CO,Et

59

f-BuOK. DMSO

1.7%

EtMgBr Tífí-PrO),

meso-62 meso-Ы

¿,/-62

i 1-61

№ РЕАГЕНТЫ ВЫХОД ДИМЕРА 62 (%)

1.1 1} BuLi; 2) МгВгг; 3)27, NiCl2(PPh,)2 20 i

2_ 1) BuLi; 2) CuCN; 3) 02 33

3. 1) BuLi; 2) МгВг2; 3) СиСЬ 40--50 !

4- 1) BuLi; 2) [CuIPBuj],; 3)02 80

2. 21?-

19

4

meso-, d,l-63

ЕЛЭМ Физико-химические свойства бициоопропилиденов

Определение точных значений параметров, описывающих форму и размер молекул производных бициклопропилидена, является предметом постоянного интереса физической органической химии. Нами был осуществлен структурный анализ бициклопропилидена (1), спироциклопропанированных биииклопрошшиденов 17-19, а также .мезо-бис(бициклопропилидена) 62.

Полученные результаты представлены на рис. 1, а также в табл. 1 в сравнении с данными соответствующих расчетов.

Рис. 1. Структура углеводородов 17-19, мезо-62 в кристалле.

В отличие от ранее опубликованных исследований структуры соединения 1, в нашей работе, кроме более высокой точности определения структурных параметров, обнаружен также фазовый переход бициклопропилидена в твердом состоянии при температуре -40.2°С с АН = 0.16 кДж/мол между двумя полиморфными структурами, имеющими различные геометрические параметры (т. пл. соединения 1, по данным ДСК, равна -10.4°С). Сравнение структурных параметров соединений 1, 17-19 обнаруживает проявление хорошо известного в ряду триангуланов эффекта: наблюдается устойчивое различие в длинах дистальных и проксимальных С-

С-связей внешних трехчленных циклов. Это явление обусловлено изменениями гибридизации спиро-атомои углерода, ведущими к изменению углового напряжения.

По данным теоретических расчетов, влияние двойной связи на длины дистальных и проксимальных связей должно быть еще более ярко выражено. Этот эффект был действительно обнаружен в ряду вышеуказанных соединений. На основе анализа структурных данных нами была предложена общая аддитивная схема (ОАС) для количественной оценки длины С-С связи в трехчленных циклах сплроцикло-пропанированных бициклопрспилиденов и метиленциклопропанов. Аналогично схеме, предложенной нами ранее для триангуланов, в ОАС все связи разделены на пять категорий в зависимости от их положения в молекуле относительно спиросочлененных трехчленных циклов или дзойных связей: дистальная (А), проксимальная (В), дистально-проксимально-проксимальная (С), проксимально-проксимальная (Б) и дистально-проксимальная (Е),

Предложенная схема позволяет рассчитать геометрические параметры молекулы, используя базовое значение длины С-С-связи в трехчленном цикле, равное 1,5008 А, инкремент +0,0277 А для дистальной и -0,0234 А для вицинальной связи, а также предполагая, что влияние различных циклопропановых колец и двойных связей является аддитивным и независимым. Соответствующие инкременты влияния двойной связи равны +0.0372 А и -0,0327 А. Рассчитанные и экспериментально определенные длины связей представлены в табл. 1. Все теоретические расчеты также предсказывают удлинение дистачьных и укорочение вицинальных связей, за исключением метода М>ЮО. который в данном случае дает неудовлетворительные результаты.

¿Д

64

65

Таблица

Экспериментальные и рассчитанные структурные длины связей в бищнслопропилиденах 1,17-19, мезо-бО.

УГЛЕВОДОРОД МЕТОД

ДЛИНЫ С-С СВЯЗЕЙ

с ь MNDO

0==<1" 6-31 G"

1 ОАС

(Da)

(С*,)

РСА (245 К) РСА (140 К)

mndo

6-31 G'

17 ОАС

«У

РСА (115 К)

MNDO

S-31 G

ОАС

РСА (110 К)

MNDO

^.d с о. 6-31 G

19

ОАС РСА (120 К)

а 1.538 Ь 1.492

а 1.527 Ь 1.463 с 1.296

а 1.538 Ь 1.468

а 1.534(2) b 1.467(1) с 1.304(2)

а 1.544(1) Ь 1.469(1) с 1.314(1)

а 1.538 f 1.474 а 1.527 е 1.501 а 1.538 ! 1.44 5 а 1.543(1) е 1.514(1)

b 1.492 g 1.511 b 1.463 f 1.439 Ь 1.468 g 1.477 Ь 1.470(1) f 1.444(1)

d 1.495 h 1,528 с 1.297 g 1.430 d 1.491 h 1.524 с 1.313(1) В 1.490(2)

e 1.521

d 1.482 h 1.512 e 1.515

d 1.493(1) h 1.527(1)

a 1.538 f 1.49S j 1.511 a 1.527 e 1.440 i 1.498 m 1.517 a 1.538 f 1.491 j 1.500 a 1.537(1) e 1.442(1) i 1.514(1) m 1.531(1)

Ь 1.492 g 1.521 k 1.510 Ь 1.463 f 1.432 j1.438

b 1.468 g 1.515 k 1.477 b 1.469(1) ( 1.495(1) ¡1.493(1)

0 1.492 h 1.514

1 1.510 с 1.463 g 1.502 k 1.474

с 1.468 h 1.454 I 1.477 С 1.466(1) g 1.515(1) k 1.480(1)

e 1.475 i 1.493 m 1.52S d 1.298 h 1.459 11.475

e 1.445 i 1.500 m 1.524 d 1.312(1) h 1.463(1) I 1.433(1)

a 1.538 f 1.511 a 1.527 e 1.480 a 1.538 f 1.477 a 1.538(1) e 1.481(1)

b 1.492 g 1.529 b 1.463 f 1.480 b 1.468 g 1.524 b 1.465(1) ( 1.485(1)

d 1.477

с 1.298 g 1.513 d 1.467

с 1.309(1) g 1.521(1)

e 1.503 d 1.456 e 1.491 d 1.462(1)

a 1.532(1) b 1.466(1) с 1.461(1) d 1.304(1) e 1.466(1) f1.471(1) g 1.538(1) h 1.494(1)

Структурные параметры бишнслопропилиденовых фрагментов в соединении мезо-62 весьма близки к параметрам сагюго бициклопропи-лидена (1), а длина связи !) (1,494 Á) приближается к длине связи с в дициклопропиле 65 (1,492 Л). Это указывает на отсутствие значительных электронных взаимодействий между двумя бициклопропилиденовыми фрагментами в соединении мезо-62, существенно отличающихся от аналогичных в 65, а также позволяет предсказать относительно независимое химическое поведение двух бишнслопропилиденовых фрагментов в мезо-62.

Хотя понятие «напряжение» строго не определяется, концепция напряжения и энергии напряжения оказывается весьма полезной для корреляции между структурой, стабильностью и реакционной способностью органических соединений. Количественно напряжение и энергия напряжения (SE) могут быть оценены как разность между энтальпией образования áfí°f (g)

рассматриваемого вещества и соответствующей величиной для свободной от напряжения гипотетической модельной структуры. Последняя рассчитывается с использованием различных шкал групповых или связеаых инкрементов.

Приблизительная оценка (g) и, следовательно, энергии напряжения

бициклопропилидена (1) была осуществлена с помощью гомодесмотического уравнения (1).

>=< + Н>=<Н — 2 >= (1> н н

1 66

Такой расчет дает явно завышенные значения AH°(g) = 83,5 ккал/моль и SE = 83,4 ккал/моль по сравнению с ранее опубликованными результатами расчета ab initio (базис 4-31 G): AH°f(g) = 75,5 ккал/моль и SE = 77,4 ккал/моль. В ходе выполнения настоящего исследования были экспериментально определены величины AHf(g) и SE бициклопропилидена (1) (для оценки величины SE использована модель групповых инкрементов, предложенная

П.ф.Р.Шлайером). Полученные значения составили 77,5 и 77,4 ккал/моль, соответственно, что довольно близко к результатам расчета ab initio.

Сравнение величин Ж1 для метиленциклопропана (66), бициклопро-пилндена (1) и метиленспиропентана (68) с соответствующими величинами для циклопропана и лилейных триаягуланов 67, 69 проведено в табл. 2 (использованы литературные сведения и данные, полученные в настоящей работе).

Таблица 2

Величины энергий напряжения (££) ряда углеводородов в ккал/моль.

УГЛЕВОДОРОД. А 0= м 66 67 Я3 >=0 ^Л-7 1 69 V

SE 28.1 41.7 65.1 74.6 77.4 98.5

J SE *—• 13.6 23.4 9.5 2.8 21.1

Рассмотрение данных из табл. 2 позволяет сделать некоторые выводы:

-термодинамические движущие силы для хорошо известной тр иметиле нмета н о в о й термической изомеризации углеводородов 1—>68 (см. главу 3.1.) оказываются не столь велики и, в принципе, эта реакция должна быть обратимой. Однако обратная термическая перегруппировка никем не отмечалась.

-ранее мы продемонстрировали аддитивность энергий напряжения в ряду триаягуланов. Весьма вероятно, что в случае синтетических предшественников триангуланов - бициклопрошшидена и спироциклопро-панированных бицихлопропилиденов - можно также ожидать аддитивности этих величин. Энергия напряжения спиропентана (67) превышает удвоенную энергию напряжения циклопропана, т. е. спиросочленение двух цикпопро-пановых колец ведет к дополнительному напряжению с избыточным инкрементом ЛБЕ - 3.6 ккал/моль. Аналогично, энергия напряжения бициклопропилидена (1) превышает сумму соответствующих величин для циклопропана и метиленциклопропана (66) на 7,6 ккал/моль. Более того, энергия напряжения метиленспиропентана (68) превышает сумму энергий

напряжения для циклопропана и соединения 66 на 4,8 ккал/моль. Предполагая, что аддитивность сохраняется для полиспироциклопропани-рованных бициклопропилиденов, их энерпш напряжения могут быть оценены на основе следующих параметров: 28,1 (5£ циклопропана), 41,7 (5Е соединения 66), 8,6; 7,6 и 4,8 ккал/моль (избыточные инкременты 5£), однако отсутствие экспериментальных данных не позволяют реализовать эту идею. Исследования в этом направлении продолжаются.

Глава 3. Химическое поведение бициклопропилиденов.

Термически инициированная перегруппировка полиалкилбицнкло-пропилиденсв в полиалкилметиленспиропентаны была уже хорошо изучена к началу настоящего исследования, равно как и ее кинетические и механистические аспекты. Для самого же бициклопропилидена (1), наряду с перегруппировкой в олефин 68, отмечалось образование существенных количеств [4]-ротана 70. При воспроизведении этой реакции мы обнаружили, что, в зависимости от условий термолиза, возможно получение предпочтительно соединения 68 либо димера 70. Принимая во внимание относительную простоту синтеза углеводорода 1, эта реакция может быть использована и хтя препаративного получения труднодоступных углеводородов 68 и 70.

[XI

1 68 .70

ГгЁМГШРАТУРА ВРЕМЯ УСЛОВИЯ ВЫХОД 68 ВЫХОД 70 |

СС) (Ч) РЕАКЦИИ (%) (%) 1

1 230 6 В потоке 0 0 1

1 330 8 В потоке 85 0

ПО 84 50%-й р-р в толуоле 18 68

Термолиз аллилбициклопропилидена (36) (200°С, АрЦ-.ЗЮ.ЗхКГ* с"1) протекает неселекгивно, приводя к образованию сложной смеси аплил-метиленспиропентакоз 71—73. В то же время разрыв активированной двумя ашшльньши группами С-С связи в трехчленном цикле соединения 52 протекает уже при температуре 100°С (¿=1,45+0,2x10-3 с"1) и приводит, наряду с ожидаемым метиленспиропентаном 74, к образованию метиленспирогептена 75. Соединения 71-75 были выделены методом препаративной газовой хроматографии и полностью охарактеризованы. Структура диена 75 была подтверждена методом РСА.

>=<1 [Х^ + р><Г + [хГ

X XX

36 71 (47%) 72(31%) 73(17%)

X — -СН7СН=СН2

100°С

1 л

52 74 (63%) 75 (36%)

Еще легче протекает изомеризация в функционально замещенных бициклопропилиденах. Так, карбаматы 48, 76 изомеризуются уже в условиях перегруппировки Курциуса (возможно, на стадии юоцианата), а дальнейшее нагревание смеси соединений 76, 78 приводит к количественному образованию карбамата 78.

О

Н(ЧС-0(СН2)2ТМ5 х О

С5Н6. 80 °С ^^

Гч\^ЫС-0(СН2)2ТМЗ

0.5 П

48 X 76 X

= н

= С02Ме

77 X = Н (10%)

78 X = С02Мз (43%)

РМЛэ, 180 "С, 144(1

25%

РЬМе, 10 кЬаг, 730 "С, 48 Ь

34%

79

80

81

В отличие от бициклопроггалидена (1), в результате термолиза его перспироциклоггропанированного аналога 80 образуются, в зависимости от условий реакции, полиспироциклопропанированные углеводороды с пропеллановым (79) либо (циклопропилиден)циклопентановым (81) скелетом, структура которых установлена методом РСА. Механизм образования пропелланового фрагмента в соединении (79) состоит, по-видимому, из серии циклопропилметил-бутен-4-ил радикальных перегруппировок, чередующихся с реакциями радикального присоединения по кратным связям.

3,2,Рсавд

3.2.1. Прнсоед1шеиие.,.^^нов| .юадс.. .»^чевад^.стади.^.в..,сщгезе

:щиащуланов.

Присоединение карбенов различных типов к бициклопропилидену (1) и его производным является ключевым элементом в синтезе [3]триангулана (69) и его производных, а также неотъемлемой составной частью почти каждого синтетического подхода к разветвленным триакгуланам. Однако простейшая реакция - присоединение метилена - оказалась малоэффективной при использовании метода Симмонса-Смита в различных его модификациях. Присоединение же карбенз, генерированного в условиях Каспара-Рота, препаративно неудобно и взрывоопасно. Удобным препаративным методом генерирования трехчленного цикла является циклопропанирование метиленом, генерируемым при разложении диазометана в присутствии ацетата палладия (II). Этот метод исключительно хорошо зарекомендовал себя в качестве стадии терминирования цепи 8 синтезе неразветвленных триашуланов типа 85.

чум 82

СН3СНС13 л-ВиУ

С1 Ме

ОМБО

1-ВиОК

83

п+1

84

С

РсЗ(ОАсЬ

Однако циклопропанирование внутренней" двойной связи бицикло-пропилидена (1) привело к несколько неожиданному результату: наряду с умеренными количествами (30%) соединения (69) были вьщелены углеводороды 87-96, которые, по-видимому, образуются в результате внедрения нескольких эквивалентов метилена в первоначально образующийся паштадоцикл 86.

, ^ ад- ¿V .«V ♦ ^ •

86 89(30%) 87(5.3%) 88(5.9%)

89 (4.7%) 90 (5.2%) 91 (2.5%) 92 (17%)

+

Ме Ма

93(8%) 94(6.2%) 95(7%) 96(7%)

Напротив, метилхлоркарбен присоединяется к олефину 1 с удовлетворительным выходом, позволяя использовать эту реакцию для синтеза разветвленных триангуланов. Так, реакция присоединения метилхлоркарбена к бициклопропилидену (1) и (бициклопропилиденил)-метанолу (103) (ТНР-защита) была использована нами в качестве ключевой

1 о

стадии для получения [3]-ротана (97), я-алкилзамещенных [3]-ротанов,

разветвленных триангуланов 100,101,107,108.

CH,CHCIj CI Me (.8u0K jj CHjN2

^ n-BuU Д DMSO A Pd(OAc)2

15Г ^ V vv -sr- v-

1 97 98 99

1)» 2)b

1)» 2)b

98

101

102

100, 101

110

109 (46%)

-a: CH3CHCI2, r>-BuLi. -b: t-BuOK, DMSO. -c: CH2N2, Pd(OAc)j. -d: H*/EtCH. -e: Ph3P-Br2, Py.

Отметим, что при попытке присоединить метилхлоркарбен к незащищенному спирту 42 мы получили продукты присоединения (111) и внедрения (112) в равном соотношении.

XI

он

СН3СНС12 n-BuU

Me CI

Y-OH

Me—( CI

112 (41%)

42 111 (40%)

Для синтеза триангулана более высокой степени разветвления - перспиро-циклопропанированного спиропентана 117 - в качестве ключевой стадии

нами было использовано присоединение замещенного хлоркарбена 113 к бициклопропилидену (1).

XI 1

115

:CCI(CH2)2OThP с, (СНг)2ОТНР U» (113) X 2) b

55%

1)а

2)с

ЗИ

А

60%

114

■ОН

1)е

Щ

3) с

116 (40%)

Mi

ОТНР

115

с>

117(35%)

-а: (-ВиОКДЗМЗО. -Ь: СН3СНС12. л-ВиУ. -с: СН2Ы2, Ра(ОАс)2. Н7ЕЮН. -е: Р(ТзР-Вг2, Ру.

Особенности структуры соединений 100, 116 и 117 были подробно изучены методом РСА.

Рис. 2. Структура углеводорода 100 в кристалле.

Приведенные выше многостадийные схемы синтеза разветвленных триангуланов, при в общем неплохих выходах на каждой отдельной стадии, в целом оказываются весьма длительными и малоэффективными. Альтернативой может служить так называемый «блок-метод», заключающийся в присоединении генерированных из /У-нитрозомочевин циклопропилидена либо полиспироциклических карбенов к бициклопропилидену (1) и полиспироциклопропанированным бициклопропилиденам. При невысоком выходе на заключительной стадии, в целом эта стратегия оказывается более эффективной для получения триангулана 117.

0—N(NO)CONH; MeONa

<

D>

[>=<1 1

VteONa 25%

< <>

19

117

-N(NO)COKHj

118

DK

Высоконалряженный перспнрсциклспропанированный [3]-рсгган 120 нам удалось синтезировать только с использованием этой стратегии, поскольку карбен 113, равно как и генерированный из соединения 118 карбен, не присоединяются к олсфину 80.

J> [Ж! ¿\А

MeONa . у а

-N(NO)CONH2 -w Л Л Л

> п

119 120(14%) 121(27%)

Аллен 121, образующийся в качестве основного продукта в этой реакции, был получен нами встречным синтезом из олефина 80 также и традиционным путем. При хранении аллеи 121 самопроизвольно димеризуется „голова к голове"', образуя полиспироциклопропанированный диен 123.

<Г

:СВг2 95%

[X

сх

80

>

Xе >

122

Meli 45%

121

Строение соединений 120, 123 было подтверждено методом РСА.

Гомодесмическое уравнение (2) позволяет оценить оценить ЛН°Г для триангулана 120, которая составляет 274,2 ккал/'моль.

VV

120

»9

99

Применение же аддитивной схемы для оценки энергии напряжения в трнангуланах предсказывает для 120 5Е = 358.4 ккал/'моль. Несмотря на это, углеводород 120 плавится при температуре 200°С без разложения. Деструкция начинается лишь при температуре 250°С. Такая удивительная стабильность позволяет допустить возможность существования полиспироцикло-пропановых агрегатов более высокого порядка и, в идеале, полиспиро-циклопропаяового углеродного каркаса.

Присоединение метилена по двойной связи производного бициклопропилидена было также использовано в синтезе оптически активного 5-[4]-триангулана 126. Так, кислота 30 была ращеплена на энантиомеры с использованием в качестве хирального основания дегидроабиэтиламина. Абсолютная конфигурация энантиомеров бьша определена методом РСА при исследовании амида 124, полученного из #~30 и К-ЛЦЬфенилэтилЗамина.

С?АА Е10Н

ОМ =

Ы-СОлЬ

2х КРИСТАЛЛ.

Р-СОЛЬ 2х КРИСТАЛЛ.

1) №ОН

2) НС1

3) КЯХСТАлл.

1) №ОН

2) НС|

3} КЯИСТАЛЛ.

Я-30 СООН

[а]о°= -183.7° (с ее =100%

1.00. снсу

X

э-зо '

(+) СООН

Ыо°= +183.2° (с = 1.00, снсу ее = 100%

Рис. 3. Структура амида 124 в кристалле. Этерификадия соединения Л-30, щшюпропанирование по Симмоксу-Смиту под действием ультразвука с последующими восстановлением, бромированием, дегидробромированием и циклопропанированием диазометаиом в присутствии ацетата палладия позволили синтезировать углеводород 5-126 с оптической чистотой 99%.

1) ЕЮН, ВР3-В2О

Г>=<^ 2) СН,12, 2п. •'))

СООН

55%

Я-30

1) иян,

Д СОгВ 2) РИ3Р-Вгг. Ру

Vу 3) (-ВиОК

Н 4) СН^з, РЙ(ОАС)2

Я2М25 24%

[а]о°= -266.0°

3-126

[а]^-192.7° ее 99%

Присоединение алкоксикарбонилкарбенов, генерируемых при разложении диазоуксусных эфиров в присутствии тетраацетата диродия, уже обсуждалось в Главе 1.1. В качестве иллюстрации применения продуктов этой реакции в органическом синтезе можно привести получение 7,7-диэтинил[3]триангулана 131 исхода из сложного эфира 10. Структура соединения 131 была подробно изучена методом РСА.

1) 1/а1н4, е1,0

< <

^С02Е(

34 °С

2) РОС, СН^

20 °С <

97% <

10

1) л-ВиЦ В20, 2<УС 24 Ь, РМь. 0 "С

2) СВг., РЬ3Р, гп СН2С12, 20 °с

3) (-ВиОК. ТНР. -78 °С

47%

^^СНО

127

1)свг4. р^р. гп СН2С1,. 20 °С

2) Г-8иОК. -78 3С

3) л-8иЦ ТНР. -60 -=0 ТМЗС1-60 °С

74%

<

-тмз

128

ТМБ

9/

%

кр-2н;0 ОМЯ

20 °С 98%

К

ф

%

1) л-ВиЦ ТНР -60 "С

2) НгО, 0 "С

92%

<л

Вг

Вг

129

130

131

Рис. 4. Структура углеводорода 131 в кристалле. Следует отметить, что стерически загруженный перспироцикло-пропанированный бициклопропилиден 80 образует продукт присоединения

алксксикарбена 132 с низким выходом наряду с изомеризоваяным соединением 133. Эфир 132 был использован для синтеза углеводорода 120.

^СООЕ1

сеюи

К|ч2снсооа

80

<

сш

МаОН,

. Н,0 ^

98%

СО,Н

132 (32%)

1)ЭОС12

2) ИгСНСОгЕ(

87%

133 (9%)

саз

(ЯЦОАсЬЬ

35%

Чо

О-^г-

о

135

136

10 134

Увеличение же стерических требований в диазокомпонентг (135) приводит к образованию Р-лактона 136 - результата внедрения карбена по С-Н-связи этоксигруппы - в качестве единственного изолируемого продукта реакции. Структура соединений 133,134 и 136 подтверждена данными РСА.

Наиболее удобным препаративным методом генерирования диалкоксикарбенов является термолиз 2,2-диалкокси-г13-1,3,4-оксадиазолинов (137). Однако к началу выполнения настоящего исследования единственным примером циклопропанирования генерированным в этих условиях карбеном являлось присоединение его к фуллерену Сад- Как следствие уникальной реакционной способности двойной связи в бициклопропилидене (1), последний легко циклопропанируется различными диалкоксюсарбенами, полученными из соединеий типа 137, образуя функционально замещенные [3]-триангуланы 138-142.

МеО ок

' О

X] 1

СяН,. 100 "С

МеО. ЛЯ

138 Р = Ме (71%)

139 Г* = (-Ви (37%)

140 Я = СН2СН23|Мвз (91%)

141 К = СН-СН2С| (72%)

142 Я = СН2СН2Вг (56%)

137

Попытка переацетализации диметилацеталя 138 имела лишь частичный успех при кипячении 138 в этаноле в присутствии эфирата трехфторнстого бора. Однако образование ацеталя 144 демонстрирует принципиальную

возможность реагирования соединений 138-142 без раскрытия триангуланового скелета.

МеО. .ОМе

А

ЕЮН. ВЯз-ЕиО 78°С

^^.СОС®

у

< ОЕ1

138 143(85%) 144(9.5%)

Попытки снятия ацетальной защиты обработкой соединений 141, 142 алкшшггием обычно сопровождались раскрытием цикла в диспирогептановом фрагменте. Так, реакция ацеталя 142 с л-Ви!Л дает лишь 10% дисггирогептанола 146 наряду с тремя продуктами раскрытия центрального циклопропанового кольца. Однако взаимодействие 142 с /-Ви1л приводит с высоким выходом к диспирогептанолу 149.

ОМа

л-Вии

< ОСН2СН2Вг

142

-78 "С -110°С

< ОМе

< ОСНгСН2Вг 142

145

15% 7%

146

10% 10%

(- ВоЫ ТНР -78°-> 0 "С 85%

147

8% 15%

ОН Ви'

149

Рис. 5. Структура соединений 137,138 в кристалле.

Механизм этих трансформаций, по-видимому, аналогичен механизму известной перегруппировки Фаворского.

Бициклопропилиден (1) реагирует со стабильным карбеном - 1,3,4-трифенил-4,5-дигидро-1#-1,2,4-триазол-5-илиденом (150)-при нагревании в Ph Ph

рЛ>' +

Ph

PhMe

100°C, 3h

150

pA'

Ph

151 (12%)

152 (23%)

рис. t>. итрустура соединений 151-154 в кристалле.

толуоле с образованием четырех неожиданных продуктов реакции 151-154. По-видимому, каждое из соединений 151-154 образуется в результате серии внутримолекулярных перегруппировок в первоначально возникающем [2+1] аддукте.

3.2,2.Реакц^

Литературные примеры использования бициклопропилидена (1) в качестве 2л-компоненты в реахвдш Дильса-Альдера весьма немногочисленны, причем даже с реакционноспособными диенами углеводород 1 реагирует по типу (2+2]-циклоприсоединения. Наши попытки осуществить взаимодействие олефина 1 с фураном, 2-метил- и 2-метоксифураном окончились неудачей даже при проведении реакции при температуре 110°С и использовании давления 10 кбар: реакция протекала исключительно медленно (£=3,8хЮ~7 с"', что соответствует 21 дню для достижении 50%-ной конверсии). Мы нашли, однако, что уменьшение неблагоприятного энтропийного вклада в свободную энергию активации вследствие объединения диена и диенофила в одной и той же молекуле делает возможным осуществление реакции в этих условиях в варианте внутримолекулярного взаимодействия.

156 = Н (95%)

157 Я = ОМв (40%)

51

42

Ме 158

ДР 83%

159 И = Н (38%)

160 К = ОМе (95%)

161

162

Реакция протекает стереоспецифично, приводя к образованию циклоаддукта с ондо-конфигурацией незамещенного метилено-вого фрагмента трехчленного цикла 159-162.

По-видимому, данная реакция является единственным- примером внутримолекулярной реакции Дильса-Альдера с тетразамещенным олефином. Структура соединений 159, 161 и 162 подтверждена данными РСА.

ЯсЗ АГ4

Jet

С12Г (да0

сп! 1 С5

cioT С6 J^rZl

Jc9 сзД

Рис. 7. Структура соединения 159 в кристалле.

Кинетические измерения (СНгСЬ, 2 кбар, контроль методом ФТ-ИК спектроскопии) позволили определить величины констант скорости реакции (к= 3,02x10^ с4 для соединения 156 и 2,07* 1СГ4 с"', для соединения 157), а также активационные параметры АН* (19,7+0,64 ккал/моль для 156 и 18,74±0,14 ккал/моль для 157), AS' (20,0± 1,67 кал/мольхК для 156 и 18,6±0,48 кал/'мольхК для 157) и ЛУ0" (-31,9+2,9 см3/моль для 156 и -40,8+2,0 см3/моль для 157). Величины AV* для соединений 156,157 ниже на 3,5 см3/моль (156) и 5,0 см^моль (157), чем аналогичные параметры для соответствующих производных метиленциклопропана, что указывает на увеличение стеричес-ких требований в 156, 157. Тем не менее, бициклопропилидены 156 и 157 реагируют, соответственно, в 1,2 и 1,4 раза быстрее, чем производные метиленциклопропана, по-видимому, вследствие большей энергии напряжения в 156, 157. Величина Alf* для 156, 157 существенно превышает

аналогичные значения для внутримолекулярных реакций Дильса-Альдера в поляризованных структурах (9,5-14,3 ккал/моль), однако существенно ниже, чем, например, для £-1,3,8-нонатриена. Поляризация фуранового ядра в 156 посредством введения метокси-группы (157) увеличивает скорость реагирования в 6.8 раза.

Высокое давление не всегда является необходимой предпосылкой этой реакции: внутримолекулярное [4+2]-циклоприсоединение в триене 156 осуществляется и при нагревании последнего до температуры 200°С. Однако продукт реакции 159 в этих условиях частично изомеризуется в кетон 163.

о о

PhMe, 200°С

156 159(45%) 161(23%) 164

Кетон 163 образуется из 159 количественно при очистке его методом препаративной газовой хроматографии (200°С), а кетон 164 - при стоянии раствора соединения 160 в дихлорметане при комнатной температуре.

"3,.2.3.Реа^ии.1лЗгдипо

К известным ранее для бициклопропилидена (1) реакциям 1,3-диполярного циклоприсоединения можно условно отнести лишь реакцию озонирования. Нами исследованы реакции 1,3.диполярного циклоприсоединения нитронов и нитрилоксидов к олефину (1). Нитроны типа 165 гладко присоединяются к бицикло-пропилидену при комнатной температуре либо при умеренном нагревании (60°С), образуя дважды спироциклопропанированные изоксалидины типа 166. При дальнейшем нагревании (110-125°С) происходит радикальный разрыв Ы-О-связи в изоксалидинах 166. Последующая быстрая радикальная перегруп-пировка (являющаяся, по существу, кислородным аналогом хорошо известной циклопропилметил-бут-2-енильной радикальной перегруппировки) и цикло-замыкание посредством рекомбинации радикалов образуют с хорошими выходами спироциклопропанированные пиперидоны с общей формулой 167.

Эти вещества могут быть синтезировании из 1, 165 и без выделения промежуточных продуктов типа 166; выходы при этом только увеличиваются.

Ч - "И"

и'

* - -о- V ^н

165 166 167

И1 я2 ВЫХОД (%)

166 167

Ме- РЬ 93 63

Ме С02ЕГ 34 61

-(СН2)^ 42 60

ЧСН^г-С Мв2- 80 76

-<СН2)«- 37 68

0-СН2СН2С,Н,- 73 50

При использовании в качестве диполярофила замещенных бициклопропилиденов 25, 41 реакция протекает неселекгивно, образуя, хотя и с высоким выходом, трудноразделимые смеси четырех изомеров. Углеродный скелет пиперидонов (167), в которых И1 и И2 образуют карбоцикл, структурно напоминают аза-аналоги природных сескв«терпенов иллюдина Э, М (168) и птахилозина (169), обладающими высокой циготоксической активностью.

Vе ОН НО Ме О

ДЛуЧ Ме 168а Я = ОН (3) Л>С-4

НоЛ Г X 168Ы* = Н(М) Г Г >~Ме 169

Ме Т Ме Ьн

Применяя описанную выше стратегию, мы синтезировали из энантиомерно чистых нитронов 170, 171 соединения 172-175. Предварительные испытания показали наибольшую активность расщепления плазмидов ДНК, сравнимую с активностью природных аналогов, для соединения 157.

к , = ^ ил

\ .' (-ВиО \~7 НО

/ \ 1. 120°С V X .О СР,СООН

V — "4X7 —- «

о"

170 Я - Н 172 Я = Н (64%) 174 Р! = Н (84%)

171 Я- 1-ВиО 173 R = /-ВиО (61%) 175 И-ОН (93%)

В противоположность нитронам, 1,3-диполярное присоединение нитрилоксидов (176) к олефину (1) дает соответствующие циклоаддукгы с невысокими выходами. В данном случае реакция циклоприсоединения требует повышенной температуры (70-110°С), при которой шприлоксиды

димеризуются в фуроксаны. Стерически объемный заместитель у группы СЬЮ затрудняет димеризацию и увеличивает выходы продуктов циклоприсоединения 177. Термическая перегруппировка последних протекает в более жестких условиях (170°С). При этом не удается выделить промежуточные продукты со структурой типа 167: ацилциклопропан-дигидрофурановая перегруппировка с последующей ароматизацией приводят к образованию фуропиперидинов типа 178.

♦ - 1, д я-снл-о -

176

I

О

177

ВЫХОД (%) 177 178

д ^ О 178

Ме РЬ

2,3,6-Ме3С6Н2 РИ3С

10 36 67 17

0 44 44 21

К

3.2.4:Реак1ЩИэле

Данные относительно элекгрофильного присоединения по краткой связи олефина (1) в литератур« практически отсутствуют. Принимаясь за изучение этих реакций, мы преследовали две основные цели:

1) В реакциях элекгрофильного присоединения к бициклопропилидену (1) с необходимостью должен образовываться (циклопропил)шшю-пропановый карбокатион. Известно, что циклопропилкатион раскрывается в аллильный катион практически без энергетического барьера. Представлялось интересным выяснить, насколько второй циклопропановый заместитель способен стабилизировать циклопропилкатион. Химическим результатом такой стабилизации должно служить образование продуктов в основном с сохранением обоих циклопропановых колец.

2) Экспериментально измерив скорость реакций элекгрофильного присоединения, можно количественно оценить, насколько активнее двойная связь бициклопропилидена по сравнению с „обычными" олефинами, т. е. количественно оценить связь энергии напряжения молекулы с ее реакционной способностью.

Первой из изученных нами явилась реакция ацетоксимеркурирования бициклопропилидена (1). Реакция приводит к образованию смеси соединений 179, 180 в соотношении 8:1. При этом минорный продукт 180 образуется посредством циклопропил-аллильной катионной перегруппировки. Таким образом, стабилизирующее влияние цшслопропильного заместителя очевидно.

1)Hg(OAc), АсО X X

X ^Г1 Д Н9С1 AcoHi И*3

1 173(86%) 180(11%)

Гораздо более удивительной является реакция количественного присоединения тиолов и дитиолов к олефину 1 с полным сохранением обоих циклопропановых колец, хотя механизм реакции в данном случае неочевиден. Наиболее логичным было бы предположение о радикальном характере этой реакции, однако гомоатлильное раскрытие циклопропанового кольца в промежуточно возникающем радикале циклопропилметильного типа должно было бы происходить чрезвычайно быстро с константой скорости к 10s с"1.

са,20«--оч; н Y

+ RSH ---У SR

^ ^ юо% ¿А

1 R = Et, л-Bu, Ph, HO(CH,):-, HS(CH,)2-. 181

-(CHj^COOH. -CH,CO,Et

Тиофенол присоединяется к бициклопропилидену при комнатной температуре экзотермично с константой скорости п = 2.85* lO4 s-1. Аналогичные реакции применительно к алкилбициклопропилиденам 28 и 29 протекают неселективно, приводя к количественному образованию смеси четырех изомеров без раскрытия циклопропановых колец. При этом два основных изомера содержат алкильный и тиофенильный заместители у одного трехчленного цикла.

Бромирование олефина (1) в различных растворителях также приводит к образованию в основном продуктов с сохранением трехчленных циклов.

Вг2, л-С5Н12 Зг X В|Г

^г д Вг * <К.ВГ + Вг>\ вг

1 182(82%) 183(8%) 184(5%)

I ^ ОМе

Вг,. МеОН ГХ

1---182(75%) •<- + 184(7%)

20°С Вг

185 (17%)

Последовательное спироциклопропанирование в бнцихлопропилидене (1) приводит к дальнейшей стабилизации циклопропилкатиона и увеличению продолжительности жизни последнего. Как следствие, при бромировании олефинов 17, 19 в метаноле возрастает выход метоксипроизводных 187, 192 и уменьшается выход продуктов с раскрытием циклопропанового кольца. Так, бромирование и гидробромирование олефина 19 протекает исключительно с сохранением всех трехчленных циклов (для сравнения, тетраалкил-циклопропилкатионы полностью изомеризуются в аналогичных условиях).

Вг

Вг ОМе

[>=<] 8гг, МеОН, <Г 20 °С ' <] „/^ О Вг/-4 /^ОМе

ОМе

17 186(42%) 187(50%) 188(4%)

НВг, /?-С5Н12 П Вг2. МеОН Вг

1г

-3№С / \ . 20° С

189(80%) 190(7%) 19 191(17%) 192(83%)

Продукты бромирования бициклопропилидена и спироциклопропа-нированных бициклопропилиденов были выделены в индивидуальном виде и полностью охарактеризованы. Их соотношение было определно по данным ЯМР спектров реакционных смесей.

В то же время, измерение констант скорости присоединения брома к олефинам 1, 17, 19 в метаноле при 25°С продемонстрировало полное

отсутствие какой-либо повышенной реакционной способности в бициклопропилиденах по сравнению с полиметшшрованными этнленами в реакции бромирования. Так, скорость бромирования бициклопропилидена сравнима со скоростью бромирования изобутена Пе^вг = 4,57), олефина 17 - с фиметилэтиленом (1^вг = 6,11), олефина 19 — с тетраметилэтиленом. Последовательное циклопропанирование приводит к возрастанию скорости реакции, которая коррелируется с первым потенциалом ионизации молекулы, но это влияние того же порядка, что и последовательное алкштирование молекулы этилена. Полученные результаты выглядят парадоксально: бромирование бициклопропилидена (1) должно уменьшить энергию напряжения этого соединения приблизительно на 20 ккал/моль. Полученные результаты иллюстрируют известное положение о том, что напряжение в молекуле и ее реакционная способность не всегда коррелируются непосредственно.

Таблица 3.

Константы скорости бромирования олефинов 1,17, 19 в метаноле при 25°С

УГЛЕВОДОРОД ЛдГг[мол1хлхс-1] |д/сВг2 ГП1 (е\/)

(4.70±0.05)х104 4.67 8.93

(1,бЗ±0.04)хЮ6 6.21 8.70

(3.42+0.11)х107 7.53 8.50

3 ¡2.6..Гидрирование двойной.связи

Гидрирование я-бутилбициклопропилидена (29) на сульфате палладия

приводит к образованию цис-замещенного бициклопропила 193.

о=<] 1

IX „ ^л.

"Bu 65% BU V

29 193

В отличие от обычных тетраз&мещенных олефинов, двойная связь в бициклопропилидене 29 легко восстанавливается литием в первичных аминах в качестве растворителя. Стереоселективность реакции весьма зависит от выбранного растворителя, а также температуры: наилучшие результаты -практически полная «ранс-стереоселективность гидрирования - были получены в аммиаке при температуре его кипения.

JX

"Bu

29

1) Li, RNH2 а 7 + R TfC) 193/194

2) МеОМ "Bu Et -78 1:2

193 194 Et/Me 1:1 -95 1:4.5

Н -35 5:95

Восстановление же диимином приводит к преимущественному образованию цис-изомера, однако стереоселективность этой реакции не особенно высока. Наилучшие результаты были получены при генерировании диимина из о-нитробензолсульфонилгидразида при действии этаноламином: соединения 193/194 были получены в соотношении 2.5:1 с общим выходом 91%.

Результатом восстановления бис(бициклопропилидена) мезо-62 литием в жидком аммиаке является образование смеси кватерциклопропилов 195, 196 в соотношении 4,4:1 с практически количественным суммарным выходом. При использовании недостатка восстановителя не зафиксировано образования продуктов восстановления только одной кратной связи в молекуле, т. е. образуется смесь исходного соединения мезо-62 с продуктами 195, 196.

Li.NH3. -35 °с Д __ Ах !>—<].

95% ^V^V +

meso-62 195 196

При взаимодействии диена мезо-62 с диимином соединения 196 и цяс.цис-

кватерциклопропил (197) были получены с общим выходом 87% в соотношении 1:2.

N02

Н0(СНг)гКНг МеОН, 20°С

.ттего-бз

<П>

136 (29%)

197 (53%)

Структура соединения 197 подтверждена данными РСА.

Рис. 3. Структура углеводорода 197 в кристалле. При использовании недостатка восстановителя удается независимо цис-восстановить одну из двойных связей, а затем литием в жидком аммиаке /лрд'/е-восстановлть вторую кратную связь.

Изложенные выше результаты могут иметь принципиальное значение для получения некоторых классов природных соединений. Так, основной синтетической проблемой в синтезе природного соединений РК-900848 (198) явилась проблема построения цепочки из четырех трачс-сочлененных циклопропановых: колец. Эту задачу обычно пытаются решать на пути стереоспецифического циклопропанирования по Симмонсу-Смиту.

н и/ у-ын

138 . но- оно

Наши результаты по функционализации, димеризации и стереоселеетивному восстановлению производных бициклопропилидена указьшают новый стратегический подход к этой проблеме.

В начале следует отметить, что с некоторыми из переходных металлов бициклопропилиден (1) образует стабильные комплексы 199-201, которые нам удалось выделить и охарактеризовать.

Особенной устойчивостью отличается соединение 200, которое разлагается лишь при температуре 171,8°С с выделением фрагмента С^Н* (данные ДСК). Изучение структуры 2С0 методом РСА показало, что в образующемся 7-кобш1ьто-[3]-триангулановом фрагменте необычно велико влияние атома кобальта на длину дистальнсй С-С-связи трехчленного цикла, составляющей 1,961 А. По нашим данным, аналогичная величина С-С-связи никогда ранее не наблюдалась в производных циклопропана. В то же время длина вицинальной связи (1,482 А) изменяется не так существенно. Длина связи С-Со составляет 1,960 А.

Ср2Тг

199

200

201

Рис. 9. Структура соединения 200 в кристалле.

Под действием бис(трифенилфосфино)ацетата палладия (II) олефин (1) медленно перегруппировывается в диен 202 уже при комнатной температуре, по-видимому, по механизму присоединения-отщепления гидридов палладия. Мы наблюдали образование соединения 202 методом ЯМР спектроскопии, а также зафиксировали его в виде аддукта Дильса-Альдера 204 в реакции с диэтилфумаратом 203.

СО,Е|

Е(й,С

Р<3(0Ас)2-2РЬэР 203

С,Н,. 20°^ С.К..80РС

55% 45%

'2= СОгЕ1

202 204

При нагревании раствора соединения 202 в присутствии вышеупомянутого катализатора происходит димеризация этого диена, сопровождающаяся дальнейшим раскрытием трехчленных циклов.

202

Рй(0Асу2РИ3Р

С,Н,. зо°с ^Л

205 (35%)

205 (11%)

207 (14%)

203 (13%)

По-иному протекает реакция бициклопропилидена (1) под действием фосфиновых комплексов бис(дибензилиденацетата) палладия: в отсутствие добавок других олефинов происходит разрыв дистальной связи с последующим 1,3.циклоприсоединением к другой молекуле бициклопропилидена.

Рс1(с1Ьа)2-(-Рг3Р - РЬМз, 110°С . /.

X] -- >=ф

РЙЦ,

209 210

1

В 'присутствии олефинов с электроноакцепторными заместителями типа 211 наблюдается преимущественное образование производных спиро[2.4]гептана 212 и 213.

ад

211

Р2ОгС Я' 212

Р:1 С02Я2 213

Я1 Рс3(0), Т[°С1 212/213 выход (%)

н Ме (СН2СН=СН2)РаСр ¡-Рг3Р 130-160°с 74:26 54

н Мз Рс1(с!Ьа)г <-Ви(!-Рг)гР 130 °с 64:36 45

Ме Ме Р<3(с1Ьа)г (-Ви(|-Рг)гР 110 "С 88:11 60

Р(1 Мз Рд(дЬа)г (-Ви('|-Рг)гР 110 "С 83:11 60

СОгЕ1 Е1 (СН2СН=СНг)РаСр ¡-Рг3Р 110 °с - 77

СОгЕ1 Е1 Pd(dba)2 (-8и(|'-Рг)2Р 110°С - 83

Было также зафиксировано образование следовых количеств спирооктанов типа 204. В присутствии норборнена и норборнадиена основным направлением реагирования также является образование производных спиро[2.4]гептана.

Р<3(сШа)2 Г-Ви((-Рг)2Р

110°С. 0.5 И 61%

Рс^ЬаЬ ,'-Ви(нРг)2Р

110°С. 0.5 И 66%

2 и

215

9:1

216

+

Наконец, под воздействием никелевых катализаторов образуются соединения 218 и 219, отвечающие обоим вышеупомянутым типам реагирования, а также [2+2]-циклоаддукт 217 качестве основного продукта реакции.

Е!ОгС .COjEt

ЕЮ,С.

г.

Ni(COD)j (Z-PhC,H40)3P

EtO,C

rn Pt РШе, 110 °C uu3tt EtO,C

Et02C COjEt

218(11.5%)

-C02 Et

'C02Et 219 (15.6)

1 203 217 (34%)

Катализируемое комплексом хлорида палладия с бис(дифенилфосфино)-ферроценом сочетание бромбициююпропилидена (27) с металло-органическими соединениями типа 221, 222 приводит к образованию продуктов 225, 226. Структура соединений 225 и 226 отвечает совершенно новому типу раскрытия трехчленного цикла в бицяклопропилидене.

27 X = Вг 221 г = гпС12 225 X = СООЕ1 У = Ы=СРЬ2 (72%)

27 X = Вг 222 2 = 2лС12 228 X = У = СООЕ{ (24%)

220 X 1пС1 223 ¿-Вг 228 X = У = СООЕГ (27%)

220 X = глС1 224 2 = ОАс 225 X = СООЕ1 У = М'СРИ, (29%)

Аналогичный результат был получен в реакциях цинкорганического

производного 220 с броммалонатом 223 и ацетатом О'Доннела 224. Низкий

выход диена 226 объясняется его легкой окислительной полимеризацией,

которая медленно протекает уже при температуре -20°С. Побочным

продуктом этого процесса является производное цшслобутанола 230, которое

было изолировано из образовавшегося полимера, хотя и с низким выходом

([О] 226

V3 228

230

ч - /

Г

<£гЕ.

229

Реакция купрата высшего порядка 231, полученного при взаимодействии литиироваяного бициклопропилидена с цианидом одновалентной меди, с ацетатом О'Доннела 224, дает в качестве единственного продукта производное спироцшелопропанированного тетрагидропирщщна 232. Структура гетероцикла 232 подтверждена методом РСА.

I) • «-Г*

5Си(СМ)иг

231

С02Е1

'2 ТНР. -10°С ] I

-- Ц^н

63% Т

224

4-

Рис. 10. Структура соединения 232 в кристалле.

25°С

-25°С

-90°С

Рис. 11. Температурная зависимость 13С ЯМР-спектров соединения 232

(СЕЪСЬ).

В спектре С ЯМР соединения 232, зарегистрированном при температуре 25°С, не наблюдается сигналов атомов углерода циклопропанового кольца и четвертичных ароматических атомов углерода, а сигналы остальных фенильных томов углерода весьма уширены. Причиной этому является быстрая интерконверсия шестичленного цикла при комнатной температуре, вследствие чего для сигналов метиленовых фрагментов циклопропана и фенильных групп наблюдается коллапс с ЛО° = 13,1 и 13,3 кхал/моль, соответственно. Сигналы углеродов трехчленного цикла появляются в виде двух острых пиков уже при температуре -25°С; при +90°С они сливаются в один острый сигнал. Сигналы всех атомов углерода ароматических заместителей становятся четко различимы лишь при температуре -90°С.

При стоянии в растворе соединение 232 быстро изомеризуется в дигидропиридин 233, с которым оно находится в равновесии. Положение и скорость установления равновесия зависят от температуры. Так, мы вообще не наблюдали этого явления в метаноле, а в хлороформе скорость

I 1 : 1 1» 1 1 1 1 * ____ 1 АЛ

1 1,11 I

_ии ь 1 1 1 1 _Ы-А/ 1_

изомеризации была максимальной. В свою очередь, соединение 233, которое нам удалось выделить в чистом виде, в хлороформенном растворе также изомеризуется, достигая равновесия с тетрагидропиридином 232. Таким образом, нам удалось обнаружить интересный пример таутомерии для этого класса гетероциклических соединений. Именно уникальное сочетание структурных факторов в молекуле 232 делают это явление возможным: ничего подобного не наблюдается в модельных соединениях, не содержащих спироциклопропанового фрагмента либо имеющих шнслопропилидецовый заместитель вместо метиленового.

У

1<уМН

Р11 РГ1

сос®

232

СООЕ1 233

В-во мг/мл Р-ль Время (ч) 232/233

232 20 С0С13 0 3.2:1

232 20 СОС13 2 1.9:1

232 20 С0С13 8 1.2:1

233 40 СйС13 0 1:5.5

233 40 СОС13 0.25 1:4.3

233 40 С0С13 1.5 1:2.1

232 20 С506 0 4.3:1

232 20 с6оа 2 3.5:1

232 20 РбРМЗО 0 6.4:1

232 20 [ОвРМБО 2 4.5:1

3.ч4л.Аминошслдты.ряда б.ВДизддпропилидена.

Из природных аминокислот, содержащих метиленциклопропановый фрагмент, хорошо известны а-(метиленциклопропил)глицин (234), гипоглицин А (235) и его метилированный аналог (236). Высокотоксичный гипоглицин А, являясь мошным ингибитором ферментов, вызывает т. н. ямайскую болезнь. При этом наблюдается высокая степень гипогликемии и истощения запасов гликогена печени животных. Нам представлялось интересным сравнить биологическую активность бициклопропилиденовых аналогов вышеперечисленных аминокислот с активностью природных соединений.

"."У

СОО"

+ 1 H3N„ J Н3|

СОО-

234 235 236 237

1) HCl. 20 "С

mF IN, 21UOH, 20 "С

N=CPh2 -78->20°С /К 3) Dowex 50

+ Li—( -- ^f -- 237

C02Et ^ w—И''1

238 239

(Бнцшслопропилиденил)глшшн 237 был синтезирован нами исходя из иодида 45 следуя общепринятой стратегии, ранее использованной для получения аминокислоты 235. Иной подход был использован для приготовления iV-метилпроизводного (бициклопропилиденил)глицина 243.

D ион, 20 °с

THF

Ме„ .Всю V CulO°C

N

чСО,Ме

^ Л 64% 48%

МдВг

2)CF3COOH, 20 °С

3) Dowex 50

С02Мз

240 241 242

Гидрохлорид I -аминобициклопропилиден-1 -карбоновой кислоты 245 был получен нами из кислоты 57 с использованием фотохимически инициированной перегруппировки Курциуса в качестве ключевой стадии, однако с низким выходом вследствие полимеризации исходного соединения.

1)С!С02Е1. Е^М

№N3

2) ШиОН. РШа 5.5МНСШгО >=<] Ьу. 0°С [>=<1 20°С 0=<]

Г~С02Н ---Г^-Вос -- 7~-МН3'СГ

(Ви02С 13.8% «и02С Н 53% НОгС

57 244 245

При использовании же низкотемпературных вариантов перегруппировки Гофмана, метилкарбамат 248 был получен в условиях Мориарти с хорошим выходом. Применение //-бромсукцинимида ведет к оксибромированию двойной связи бициклопропилидена.

но,с

57

CO,ßu

1) CICOjEt. Et3N THF. -20°C

2)NH,.-20°C 66%

NBS, DMF SuOH. AgOAc 20° С

С 0,!Ви

26.5%

*o

246

Phl(OAc)2 КОН. МеОН

85%

«v он

Br i""CO,ißu NC

247

2 Н

С021Ви

248

Рис. 12. Структура соединения 247 в кристалле.

Биологическая активность соединений 237, 243 и 245, а также их Вое- и Fmoc-производных, в настоящее время испытывается фирмой Bayer, ФРГ.

ВЫВОДЫ

1. Разработан новый синтетический подход к получению бициклопропилидена, позволяющий осуществлять лабораторный синтез последнего в мультиграммовых количествах.

2. Предложена и апробирована синтетическая стратегия для получения спироциклопропанированных бициклопропилиденов.

3. Найден метод получения функциональных производных бициклопропилидена и изучены их взаимопревращения.

4. Синтезированы димеры бициклопропилидена, а также предложены методы стереоселективного восстановления кратных связей в них..

5. Исследованы структурные закономерности бшдаклопропилиденов. Обнаружено существование двух полиморфных структур бициклопропилидена с различными геометрическими параметрами. Предложена аддитивная схема для оценки длин связей в спироциклопропанированных бициклопропилиденах и метиленцшслопропанах.

6. Найдена уникальная реакция количественного присоединения тиолов по двойной связи в бшдиклопропилидене, протекающая без раскрытия трехчленного цикла.

7. Изучены реакции присоединения разнообразных карбенов, в том числе функционально замещенных, к бициклопропилндену. На основании полученных результатов разработан ряд синтетических стратегий для получения разветвленных триангуланов.

8. Исследованы химические и кинетические закономерности реакции электрофильного присоединения к бициклопропилндену.

9. Изучены внутримолекулярные реакции [4+2] цгаслоприсоединения бициклопропилидена к замещенным фуранам, а также их кинетические и стереохимические аспекты.

10. Изучены реакции 1,3-циклоприсоединения нитронов и нитрилоксидов к бициклопропилидену. На основе данной реакции разработан препаративный метод получения замещенных пиперидонов, содержащих спирониклопропановый фрагмент и обладающих потенциальной биологической активностью.

11. Получен ряд стабильных комплексов бициклопропилидена с переходными металлами. Изучены структурные закономерности некоторых из них.

12. Обнаружен ряд уникальных трансформаций бициклопропилидена в присутствии металлических катализаторов. На этой основе разработаны

методы получения функционально замещенных спироциклических и каркасных структур.

13. Найдена необычная перегруппировка метадлоорганических производных бициклопропилидена, приводящая к образованию замещенных аллилиденциклопропанов, а также спироциклопропанированного тетрагидро-пиридина. Обнаружено интересное таутомерное превращение последнего.

14. Осуществлен синтез ряда аналогов природных аминокислот, содержащих бипиклопропилиденовый фрагмент, с целью исследования их биологической активности.

Основные научные результаты диссертации изложены в следующих

публикациях:

1. де Майере А., Кожушков С. И., Хлебников А. Ф. Химия бициклопропилидена. // Журнал орг. Химии 1996, Т. 32, Вып. 11, С. 1607-1626.

2. de Meijere A., Kozhushkov S. From spiropentan to linear and angular oligo-and polytriangulanes. In Halton, B. (ed.), Advances in Strain in Organic

_ Chemistry, Vol. 4, JAI Press Ltd., London, 1995, pp. 225-282.

3. Kozhushkov, S. I.; de Meijere, A. Cyclopropanes from cyclopropanes by rearrangement. In Houben-Weyl, de Meijere. A. (ed.). Vol. E 17b, Thieme, Stuttgart, 1997, pp. 1695-1701.

4. de Meijere A., Kozhushkov S. I., Spaeth Т., Zefirov N. S. A new general approach to bicyclopropylidenes. // J. Org. Chem. 1993, vol. 58, N° 2, pp. 502-505.

5. de Meijere A., Kozhushkov S. I., Zefirov N. S. Preparation of functionally substituted bicyclopropylidenes. // Synthesis 1993, Ng 7, pp. 681-683.

6. de Meijere A., Kozhushkov S. I., Spaeth T. Bicyclopropylidene. // Org. Synthesis 1998, in press.

7. Boese R., Haumann Т., Kozhushkov S. I., Jemmis E. D., Kiran В., de Meijere, A. Geometries of three-membered rings in triangulanes and

spirocyclopropanated becyclopropylidenes: experimental studies and a general bond increment scheme. // Lieb. Ann. 1996, № 6, pp. 913-919.

8. Тимофеева Л. П., Кузнецова Т. С., Кожушков С. И., Лукин К. А. Термохимические свойства углеводородов содержащих трехчленный цикл. // ХП Всесоюзная конференция по химической термодинамике и калориметрии: Тез. докл., Горький 1988, часть 1, С.62.

9. Лукьянова В. А., Пименова С. М., Колесов В. П., Кузнецова Т. С., Кокорева О. В., Кожушков С. И., Зефиров Н. С. Энтальпии образования некоторых спиросочлененных циклопропановых углеводородовю // Журнал физ. химии 1993, Г. 67, jVg 6, С. 1145-1148 // Russ. J. Phys. Chem. 1993, vol. 67, № 6, pp. 1023-1025.

10. Beckhaus H.-D., Riichardt C., Kozhushkov S. I., Belov V. N., Verevkin S. P., de Meijere, A. Strain energies in [rtltrianguianes and spirocyclo-propanated cyclobutanes: an experimental study. II J. Am. Chem. Soc. 1995, vol. 117, № 48, pp. 11854—11860.

11. Зефиров H. С., Лукин К. А., Кожушков С. И., Кузнецова Т. С., Домарев, А. М., Сосонкин, И. М. Синтез спиросочлененных циклопропанов. // Журнал орг. химии 1989, Т. 25, Вып. 2, С. 312-319// J. Org. Chem. USSR 1989, vol. 25, Уд 2, pp. 278-284.

12. Лукин К. А., Масунова, А. Ю., Кожушков С. И., Кузнецова Т. С., Уграк, Б. И., Пивень В. А., Зефиров Н. С. Реакция алленоз с 1,1-дихлорэтаном и бутиллитием. // Журнал орг. химии 1991, Г. 27, Вып. 3. С. 488-492 // J. Org. Chem. USSR 1991, vol. 27, № 3, pp. 422-425.

13. Лукин К. А., Масунова, А. Ю., Кожушков С. И., Зефиров Н. С. Реакция алкоголятов непредельных спиртов с 1,1-дихлорэтаном и бутиллитием. // Журнал орг. Химии 1991, Т. 27, Вып. 1, С. 210-211 // J. Org. Chem. USSR 1991, vol. 27, Xs 1, pp. 184-185.

14. Лукин К. А., Кузнецова Т. С., Кожушков С. И., Пивень В. А., Зефиров Н. С. Олигометилинирование бициклопропилидена диазометаном в присутствии ацетата палладия (II). // Журнал орг. химии 1988, Т. 24,

Вып. 8, С. 1644-1648 // J. Org. Chem. USSR 1988, vol. 24, № 8, pp. 14831486.

15. Zefirov N. S„ Kozhushkov S. I., Kuznetsova T. S„ Kokoreva О. V., Lukin K. A., Urgak В. I., Tratch S.S. Triangulanes: stereoisomerism and general method of synthesis. II J. Am. Chem. Soc. 1990, vol 112. № 21, pp. 77027707.

16. Lukin K. A., Kozhushkov S. I., Andrievsky A. A., Urgak В. I., Zefirov, N. S. The synthesis of branched triangulanes. // J. Org. Chem. 1991, vol. 56, N° 21, pp. 6176-6179.

17. Lukin K. A., Kozhushkov S. I., Andrievsky A. A., Urgak В. I., Zefirov N. S. Synthesis of of pentaspiro[2.0.0.2.0.2.0.0.2.0]tridecane. // Mendeleev Commun. 1992, № I, pp. 51-52.

18. Zefirov N. S., Kozhushkov S. I., Urgak В. I., Lukin K. A., Kokoreva О. V., Yufit D. S., Struchkov Yu. Т., Zoellner S., Boese R., de Meijere, A. Branched triangulanes: the general strategy of synthesis. II J. Org. Chem. 1992, vol. 57, Ns 2, pp. 701-707.

19. Козьмин А. С., Кузнецова Т. С., Кожушков С. И., Лукин К. А., Сурмина Л. С., Садовая Н. К., Зефиров Н. С. Достижения в химии напряженных углеводородов. // XTV Менделеевский конгресс по чистой и прикладной химии: Тез. докл., Ташкент 1989, Т. 1, С. 188.

20. Кожушков С. И., Кузнецова Т. С., Кокорева О. В. Синтез разветвленных триангуланов. // III конференция республик Средней Азии и Казахстана по химическим реактивам: Тез. докл., Ташкент 1990, Т. I, С. 36.

21. Кожушков С. И., Кузнецова Т. С., Лукин К. А., Кокорева О. В., Трач С. С. Неразветвленные триангуланы: общий метод синтеза. // III конференция республик Средней Азии и Казахстана по химическим реактивам: Тез. докл., Ташкент 1990, Т. 1, С. 37.

22. Kozhushkov, S. Г.; Zefirov, N. S.; Lukin, К. A.; Zoellner, S.; de Meijere, A Synthetic approaches to branched triangulanes. // II\rd IUPAC International conference on heteroatom chemistry: Abstr., Riccione, Italy, 1992., p. 81.

23. Юфиг Д. С., Лукин К. А., Кожушков С. И., Стручков Ю. Т., Зефиров Н. С. Кристаллическая и молекулярная структура 1.1-дихлор-тетраспиро[2.0.0.2.0.2.0.1]ундекана. //Докл. АН СССР 1991, Т. 320, № 3, С. 653-657 И Doki. Chsm. (Engl. Transl.) 1991, vol. 320, № 3, pp. 288-292.

24. Юфит Д. С., Кожушков С. И., Лукин К. А., де Майере А., Стручков Ю. Т., Зефиров Н. С. Кристаллическая и молекулярная структура 11-(гидроксиметил)тетрастфо[2.0.0.2.0.2.0.1]ундекана. // Докл. АН СССР 1991. Т. 320, № 2, С. 357-362 II Dokl. Chem. (Engl. Transl.) 1991, vol. 320, Ns 2, pp. 258-262.

25. Кожушков С. И., Юфит Д. С., Лукин К. А., де Майере А., Бёзе Р., Стручков Ю. Т.. Зефиров Н. С. Кристаллическая и молекулярная структура пентасшфо[2.0.0.2.0.2.0.0.2.0]тридекана. // Докл. АН СССР 1991, Г. 320, jYs 1, С. 104-108 П Doki Chem. (Engl Transl.) 1991, vol. 320, Ns 1, pp. 228-231.

26. Yufit D. S„ Struchkov Yu. Т., Kozhushkov S. I., de Meijere A. 15,16-Bis-(dispiro[2.0.2.1 ]hept-7-yIidene)hexaspiro[2.0.2.0.0.0.2.0.2.0.2.OJhexadecane, C30H32. II Acta Crystallogr. Sect.C. 1993, vol. 49, N2 8, pp. 1517-1519.

27. Lukin K. A., Kozhushkov S. 1., Zefirov N. S. Additivity scheme for 13C chemical shifts ¡л triangulanes. Magn. Res. Chem. 1991, vol. 29, N 7, pp. 774-776.

28. Lukin K. A., Kozhushkov S. I., Zefirov N. S., Yufit D. S., Struchkov Yu. T. Geometry of three membered rings in triangulanes: an X-ray structural study and additivity scheme for carbon-carbon bond lengths in triangulanes. // Acta Crystallogr. Sect.B 1993, vol. 49, № 4, pp 704-708.

29. Юфит Д. С., Лукин К. А., Кожушков С. И., Стручков Ю. Т., Зефиров Н. С. Кристаллическая и молекулярная структура 1.1-дихлор-гетраслиро[2.0.0.2.0.2.0.1 ]ундекана. //Докл. АН СССР 1991, Т. 320, № 3, С. 653-657 И Dokl. Chem. (Engl. Transl.) 1991, vol. 320, Ns 3, pp. 288-292.

30. Юфит Д. С., Кожушков С. И., Лукин К. А., де Майере А., Стручков Ю. Т., Зефиров Н. С. Кристаллическая и молекулярная структура 11-(гидроксиметил)тетраспнро[2.0.0.2.0.2.0.1]ундекана. // Докл. АН СССР

1991, T. 320, Ne 2, С. 357-362 // Dokl. Chem. (Engl. Transi) 1991, vol. 320, № 2, pp. 258-262.

31. Кожушков С. И., Юфигг Д. С., Лукин К. А., де Майере А., Бёзе Р., Стручков Ю. Т., Зефиров Н. С. Кристаллическая и молекулярная структура пентаспиро[2.0.0.2.0.2.0.0.2.0]тридекана. // Докл. АН СССР 1991,7: 320, Ne 1, С. 104-108 /V Dokl. Chern. (Engl. Transi) 1991, vol. 320, Nal, pp. 228-231.

32. Yufit D. S., Struchkov Yu. T., Kozhushkov S. I., de Meijere A. 15,16-Bis-(dispiro[2.0.2.1]hept-7-ylidene)hexaspiro[2.0.2.0.0.0.2.0.2.0.2.0]hexadecane, C30H32. // Acta Crystallogr. Sect.C. 1993, vol. 49, №8, pp. 1517-1519.

33. Yufit D. S.,Struchkov Yu. T., Kozhushkov S. I., de Meijere A. Ethyl Penta-spiro[2.0.2.0.0.2.0.2.0. l]tetradeca-14-ylidenecarboxylate, С18Н2202. // Acta Crystallogr. Sect.C. 1995, vol. 51, pp. 1325-1327.

34. Yufit D. S., Kozhushkov S. I., de Meijere A. Trans-3-methyl-2-{[dispiro-[2.0.2.1]hept-7-yl]-carbonyl]-P-propiolactone, C^H^Oj. II Acta Crystallogr. Sect.C. 1995, vol. 51, pp. 948-950.

35- Kozhushkov S. I., Haumann T., Boese R„ de Meijere A. Perspiro-cyclopropaniertes [3]Rotan - Ausschnitt aus einem Kohlenstoffnetzwerk mit Spirocyclopropan-Eintheiten? II Angew. Chem. 1993, Bd. 105, Ne 3, S. 426429 // Angew. Chem. Int. Ed Engl. 1993, vol. 32, № 3, pp. 401-403.

36. de Meijere A., Kozhushkov S. I., Yufit D. S., Boese R., Haumann T., Pole D. L., Sharma P. K., Warkentin, J. Cyclopropyl building blocks for organic synthesis, 36. Unprecedented addition of dialkoxycarbenes to tetrasubstituted alkenes: bicyclopropylidene and 2-chlorocycio-propylideneacetate. // Lieb. Ann. 1996, Ns 4, pp. 601-612.

37. Brandi A., Goti A., Kozhushkov S., de Meijere A. Nitrone and nitrile oxide cycloadditions to bicyclopropylidene. Rearrangement of the isoxazolidine adducts to 3-spirocyclopropane-4-pyridone derivatives. // J. Chem. Soc. Chem. Commun 1994, Ns 18, pp. 2185-2186.

38. Goti A., Anichini В., Brandi A., Kozhushkov S., Gratkowski, C., de Meijere, A. Thermal rearrangement of nitrone and nitrile oxide cycloadducts to

bicyclopropyiidene. Synthesis of 3-spirocyclopropane-4-pyridone and furo[2,3-c]pyridine derivatives. // J. Org. Chem. 1996, vol. 61, № 5, pp. 1665-1672.

39 Anichini В., Goti A., Brandi A., Kozhushkov S. I., de Meijere A. versatile synthetic approaches towards aza-analogues of illudin and ptaquilosin sesquiterpenes. // Synlett 1997, № 1, pp. 25-26.

40 Anichini В., Goti A., Brandi A., Kozhushkov S. I., de Meijere A. 1,3-dipolar cycloadditions to methylenespiro[2.2]pentane: a complementary access to spiro cyclopropanated azaheterocycles. // Chem. Commun. 1997, № 2, pp. 261-262.

41. Heiner T., Kozhushkov S. I., Noltemeyer M., Haumann T., Boese, R. de Meijere A. Intramolecular Diels-Alder reactions of furans with a merely strain-activated tetrasubstituted alkene: bicyclopropyiidene. II Tetrahedron 1996, vol. 52, № 37, pp. 12185-12196

42. Buback M., Heiner T., Hermans В., Kowolik C., Kozhushkov S. I., de Meijere A. Kinetics of strain-activated intramolecular Diels-Alder reactions between furan and bicyclopropyiidene as well as methylenecyclopropane moieties. П Eur. J. Org. Chem. 1998, Ml, 107-112.

43. Yufit D. S., Mallinson P. R., Muir K. W., Kozhushkov S. I., de Meijere A. Experimental charge density study of 7-dispiro[2.0.2.1]heptane carboxylic acid. II Acta Crystallogr. Sect. B. 1996, vol. 52, pp. 668-676.

44. Spath T., Kozhushkov S. I., Fiebig T., Galland D„ Ruasse M.-F., Albrecht K., Apeloig Y., de Meijere Reactivity of double bonds in methylenetriangulanes and spirocyclopropanated bicyclopropylidenes towards electrophiles and relative stability of the corresponding cyclopropyl cations. // J. Org. Chem. 1998, in press.

45. Кузнецова Т. С., Кожушков С. И., Лукин К. А., Гришин, Ю. К., Баженов, Д. В., Козъмин, А. С., Зефиров Н. С. Ацетоксимеркурирование

метиленциклопропанов II Журнал орг. химии 1991, Т. 27, Вып. 1, С. 7883 II J. Org. Chem. USSR 1991, vol. 27, № I, pp. 67-71.

46. Kozhushkov, S. I.; Brandi, M.; de Meijere, A.. A.Cyclopropyl Building Blocks for Organic Synthesis, 44. An unprecedent addition of thiols on a double bonds of bicyclopropylidene and methylenecyclopropanes. Eur. J. Org. Chem. 1998, in press.

47 Kozhushkov S. I., Brandi M., Yufit D. S., Machinek R., de Meijere A.Cyclopropyl building blocks for organic synthesis, 42. An unprecedented mode of ring opening of methylenecyclopropane moieties - reactions of methylenecyclopropanecopper reagents with an electrophilic glycine equivalent. И Lieb. Ann/Requell 1997, №11, pp. 2197-2204.

48. Brandi, M.; Kozhushkov, S. I.; Brase, S.; de Meijere, A. Cyclopropyl building blocks for organic synthesis, 43. Ring opening of methylenecyclopropane moieties in the palladium-catalyzed cross-coupling of methylenecyclopropyl bromides with metallated CH-acidic compounds. // Eur. J. Org. Chem. 1998, №3. 453-457.

49. ■ Foerstner J., Kozhushkov S. I., Binger P., Wedemann P., de Meijere A.,

Butenschon H. The first metal complexes of bicyclopropylidene, a unique

' tetrasubstituted alkene ligand. II Chem. Commun. 1998, in press.

50. Binger P., Wedemann P., Kozhushkov S. I., de Meijere A. Palladium(O)- and nickel(0)-catalyzed [3+2] co-cyclization reactions of bicyclopropylidene with alkenes. II Eur. J. Org. Chem. 1998,№1, 113-119.

51. Kozhushkov, S. I.; Haumann, T.; Scott, L. T.; de Meijere, A. Completely spirocyclopropanated macrocyclic polyacetyienes. The exploding [n]rotanes. // XII IUPAC International conference on physical organic chemistry. Padova, Italy, 1994, p. 236 (supplementary

52. de Meijere A., Kozhushkov S. I., Knieriem В., Haumann T. Boese R. Cyclic dehydrooligomers of 2-cyclopropylthiophene - a crown of thiophenes? /'/ VIII

International symposium of novel aromatic compounds (ISNA-8). Braunschweig, Germany, 1995, p. P34.

53. De Meijere A., Kostikov R. R., Khlebnikov A. F., Kozhushkov S. I. First Synthesis of an Optically Active [4]-Triangulane. // Шестая международная конференция «Химия карбенов и родственных интермедиатов»: Тез. докл., Санкт-Петербург, 1998, С. 88.

54. De Meijere A., Kozhushkov S. I., Yufit D. S. Intriguing Modes of Addition of l,3,4-Triphenyl-4,5-dihydro-l#-l,2,4-triazol-5-ylidene to Bicyclopropyli-dene. // Шеста? международная конференция «Химия карбенов и родстзенных интермедиатов»: Тез. докл., Санкт-Петербург, 1998, С. 87.

53. Kozhushkov S. I., Brandl М., Yufit D. S., Machinek R., de Meijere A.. An Unprecedented Mode of Ring Opening of Methylenecyclopropane Moieties -Reactions of Methylenecyclopropanecopper Reagents with an Electrophilic Glycine Equivalent. /7 IX IUPAC symposium on organometalilic chemistry (OMCOS-9): Abstr., Gottingen, Germany, 1997, p. 194.

54. De Meijere A., Heiner Т., Kozhushkov S., Anichini В., Goti A., Brandi A., Becker H., Brase S., Khlebnikov A. New aspects of an unusual tetrasubstituted alkene: novel transformations and reactions of bicyclopropylidene. И Международный симпозиум «Напряженные циклы: синтез и свойства»: Тез. докл., Санкт-Петербург, 1996, С. 47-49.

55. Brandi М.,Kozhushkov, S. I.; Yufit, D. S., de Meijere, A. Convenient Preparations of a-Amino Acids with Bicyclopropylidene and Other Methyienecyclopropanes Moieties. Eur. J. Org. Chem. 1998, in press.

Подписано в печать /8. ад. 1998 года. Заказ №5/ . Формат 60 х 90/16. Усл. печ. л. 3. ¿>~ Тираж /Ой экз. Отпечатано на ризографе. Отпечатано в отделе оперативной печати и информации Химического факультета МГУ.

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА-БЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. В. ЛОМОНОСОВА

Президиум ВАК России

Химический факультет /

(решение от " " ^ 19^ г., № ¿£$0-присудил ученую степень

. науй7512 + 547'597

ш ВАК России

Сергей Иванович

ПОЛУЧЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ОРГАНИЧЕСКОМ СИНТЕЗЕ БИЦИКЛОПРОПИЛИДЕНА И ЕГО ПРОИЗВОДНЫХ

02.00.03 - Органическая химия

Диссертация

соискание ученой степени доктора химических наук в форме научного доклада

Москва 1998

Работа выполнена на кафедре органической химии Химического факультета МГ им. М. В. Ломоносова, а также в Институте органической химии Геттингенско университета им. Георга Августа (ФРГ).

Официальные оппоненты:

доктор химических наук,

главный научный сотрудник Ю. В. Томилов,

доктор химических наук,

профессор Э. Е. Нифантьев,

доктор химических наук,

профессор Р. Г. Костяновскйй

ГОСУДАРСТВЕННАЯ

БИБЛИОТЕКА

л »

г

93

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский государственный

университет

Защита состоится

года в 11— часов на заседанш

Диссертационного совета Д 053.05.46 по химическим наукам при Московски Государственном Университете им. М. В. Ломоносова по адрес у: ¡19899, ГСП Москва 8-234, Воробьевы Горы, МГУ Химический факультет, аудитория 337.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Химического факультета МГУ.

Доклад разослан "_£__" октября 1998 года

Ученый секретарь Диссертационного совета Кандидат химических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Концепция напряжения и энергии напряжения оказывается весьма полезной для понимания связи между строением химического соединения, его стабильностью и реакционной способностью. Весьма удобным модельным соединением для изучения корреляции «структура-свойство» в ряду углеводородов оказывается бицикпопропилиден (1) - уникальный напряженный тетразамещенный алкен, удачно сочетающий в себе кинетическую стабильность с высокой реакционной способностью

Особенности электронного строения бициклопропилидена (1) таковы, что второе циклопропановое кольцо, несколько понижая его энергию ВЗМО по сравнению с метиленциклопропаном, одновременно увеличивает общую энергию напряженности этого углеводорода, внося специфику в его физические и химические свойства и определяя разнообразные потенциальные возможности синтетического использования этого необычного олефина и его производных. Однако отсутствие удобных синтетических подходов к получению олефина (1), а также его гомологов и производных, не позволяла осуществить комплексное изучение химии этого класса напряженных олефинов.

В то же время химия родственного углеводорода - метилен-циклопропана - изучена достаточно подробно, что определялось в значительной степени разработкой препаративных методов синтеза метиленциклопропана и его производных. Эти вещества нашли широкое применение в органическом синтезе для получения напряженных углеводородов и гетероциклических соединений с практически полезными свойствами, функционализированных циклобутанонов, природных соединений с метиленциклопропановым фрагментом, в реакциях каскадной циклизации в условиях катализа переходными металлами и других процессах.

Изучение химии еще более напряженных и своеобразных олефинов, вносящихся к семейству бициклопропилиденов, помимо теоретического .этереса, открывает новые возможности использования структурно

необычных олефинов в качестве синтонов и строительных блоков в современной синтетической органической химии. Вовлечение в практику органического синтеза таких ранее экзотических олефинов как бициклопропилиден (1) и его производных невозможно без разработки удобных общих методов их синтеза, поэтому их получение представляет собой самостоятельную синтетическую задачу.

Целью настоящей работы являлось:

- Разработка удобных лабораторных способов получения бициклопропилидена (1), его функциональных производных, спироциклопропанированных бициклопропилиденов, а также олигомеров бициклопропилидена.

- Комплексное исследование физико-химических свойств бициклопропилидена и его производных.

- Всестороннее изучение химических превращений бициклопропилидена и его производных.

- Разработка синтетических стратегий для получения определенных классов химических соединений на основе бициклопропилидена.

- Изучение влияния напряжения в бициклопропилидене на его реакционную способность.

Научная новизна заботы определяется тем, что в ней впервые:

- разработан препаративный способ получения бициклопропилидена (1) и спироциклопропанированных бициклопропилиденов, позволяющий синтезировать эти углеводороды в мультиграммовых количествах;

- найдены методы функционализацни бициклопропилидена, а также спироциклопропанированных бициклопропилиденов;

- впервые синтезированы димеры бициклопропилидена;

- проведено физико-химическое исследование бициклопропилидена и спироциклопропанированных бициклопропилиденов для точного определения их структурных параметров, а также энергии напряжения бициклопропилидена;

- исследованы реакции бициклопропилидена с рядом электрофилов и цикдофнлов;

- разработаны синтетические стратегии для получения разветвленных триангуланов, новых классов гетероциклических соединений, бициклических и каркасных структур, аминокислот, линейных полициклопропанов на основе бициклопропилидена;

- синтезирован ряд стабильных комплексов бициклопропилидена с переходными металлами;обнаружен ряд необычных перегруппировок в реакциях металло-органических производных бициклопропилидена;

- найдены уникальные термические перегруппировки спироцикло-пропанированных бициклопропилиденов;

- исследованы стереохимические аспекты восстановления двойной связи в замещенных бициклопропштаденах.

Практическая ценность работы. Разработаны эффективные методики получения ряда уникальных производных бициклопропилидена и продуктов их трансформаций, актуальных с точки зрения их практического использования в лабораторной практике и в тонком органическом синтезе. Получен ряд соединений с потенциальной биологической активностью.

Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на XII Всесоюзной конференции по химической термодинамике и калориметрии (Горький, 1988), на XIV Менделеевской конференции по чистой и прикладной химии (Ташкент, 1989), на III конференции по химическим реактивам республик Средней Азии и Казахстана (Ташкент, 1990), на III Международной конференции ИЮПАК по химии гетероатомов (Риччионе, 1992), на XII Международной конференции ИЮПАК по физической органической химии (Падуя, 1994), на VIII Международном симпозиуме по новым ароматическим соединениям (Брауншвейг, 1995), на Гордоновской конференции по структурам и свойствам органических соединений (Фукуока, 1996), на Международном симпозиуме «Напряженные циклы: синтез и свойства» (Санкт-Петербург, 1996), на IX Международной конференции по металло-органическим соединениям в органическом синтезе (Геттинген, 1997), на

Шестой международной конференции «Химия карбенов и родственных интермедиатов» (Санкт-Петербург, 1998).

Публикации. Основное содержание работы отражено в 46 статьях (из них 3 обзора), опубликованных в отечественных и зарубежных журналах, и 11 тезисах докладов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава Г. Новые синтетические подходы к получению бициклопрошышденов.

К моменту начала настоящего исследования бициклопропилиден (1), а также его спироциклопропанированные (2) и функциональные (3) производные являлись весьма труднодоступными экзотическими соединениями. Поэтому разработка удобных методов получения соединений типа 1-3 явилась первоочередной задачей нашей работы.

XI _Х_

1 2 3

.1.1......Синтез ....незамещенного . бивд .....спирог.

щютопропашрованнщ .бищш101^1шт^енов.

Из нескольких опубликованных методов получения соединения 1 наиболее перспективным представляется подход, включающий дегидро-бромирование 1 -бромо-1 -циклопропилииклопропана (6) в качестве заключительной стадии синтетической цепи. Нам удалось разработать новый способ синтеза бромида б в результате 1) непосредственной трансформации алкокси-карбонильного фрагмента в эфирах циклопропанкарбоновой кислоты (4) в циклопропанольный при действии реактива Гриньяра в присутствии Т1(г-РгО)4 в качестве катализатора (процедура аналогична предложенной проф. О.Г.Кулинковичем, Б ГУ), что позволило крайне упростить синтез 1-циютопроггилщшюпроганола (5), а также 2) использования трифенил-фосфиндибромида для прямого превращения спирта 5 в бромид 6.

Дегидробромирование последнего в стандартных условиях позволяет осуществить лабораторный синтез 40-50 г олефина 1 в течение недели.

[>—СООМе

Е1МдВг, Т!(/-РЮ)а 99%

V

Р^РЩ, Ру у

78%

Зг

Г-ВиОК, ОМБО

81%

№>СНССОЕ1

сооа

ЕйИдВг 71(,-РгО)4

8 (71=1, гг=0 (86%) т=2, л=0 (71%)

14 т=1, л=0 (76%) 13 т=2, п=0 (74%) 18т=п=1 (75%)

11 т=1, п=0 (97%)

12 т=2, /7=0 (96%)

13 т=п=1 (99%)

I етху,

17 ,77=1, л=0 (72%)

18 т-2. п=0 (64%)

19 /п=п=1 (66%)

Присоединение алкоксикарбонилкарбена к соединением типа 7 позволяет регенерировать фрагмент циклопропанкарбоксилата и, таким образом, сделать этот процесс циклическим. Разработанная нами стратегия позволила осуществить синтез ряда ранее труднодоступных бициклопропилиденов 17— 19.

1,2. Сищез функциональных про^зурдных бииикдопропилвдена.

Один из общепринятых методов получения замещенных бициклопропилиденов основан на присоединении карбенов к кумуленам. Так, мы нашли, что катализируемое теграацетатом диродия присоединение этоксикарбонилкарбена к аллену 21 протекает стереоселективно, приводя к образованию этилового эфира бициклопропилиденкарбоновой кислоты (20) в качестве единственного продукта реакции. В то же время хлорметилкарбен с

алленом 21 образует смесь продуктов циклоприсоединения 22 и 23 в соотношении 2:3.

Гораздо более универсальным и удобным в препаративном отношении является разработанный нами метод получения монозамещенных бициклопропилиденов непосредственно из бициклопропилидена 1. Соединение 1 гладко депротонируется при действии бутиялития в ТГФ при 0°С. Взаимодействие полученного таким образом литиобициклопропилидена с электрофилами приводит к замещенным бициклопропилиденам 24-40 с выходами от умеренных до хороших. Следует особо отметить, что трет-бутиловый эфир бициклопропилиден-карбоновой кислоты 40 был получен в этих условиях с достаточно удовлетворительным выходом. Как ни странно, но эта вполне очевидная реакцция литийорганических соединений с Вос?.0 была использована довольно редко для синтеза соответствующих трет-бутилкарбоксилатов: нам удалось найти в электронных банках данных всего семь примеров таких реакций.

20

21

22 (30%)

23 (45%)

1) л-ВиЦ ТНР,0°С, 1 Ь

2) ЕХ, -78 - 20 °С

[Ж] 1-- [Х^

у

1 3

У ЭМе, ЭРИ С1 Вг л-С7Н15

(24) (26) (26) (27) (28)

выход (%) 85 77 73 65 74

У п- С4Н9 СООН СМегОН СН2СН2ОН СНО С(0)Ме

(29) (30) (31) (32) (33) (34)

выход (%) 72 95 82 50 73 71

V 0 СН2СН=СН2 ОАс п- СзН^ ОН со2-г-Ви

(35) (36) (37) (38) (39) (40)

ВЫХОД (%) 80 50 32 80 22 69

Функциональные группы полученных этим методом производных бициклопропилидена могут быть далее трансформированы с сохранением бициклопропилиденового фрагмента.

РЮН ^-СНг°Н

вр3 а2о . ^ V г. ^

зо —— [>=<!--0 —- 1X3

Л 97% Д Л

сосж ^ сн2х

20 = Е( (89%) 42 43 X = Вг (75%)

41 = Ме (88%) | рсс 44 X = 0302Р11 (74%)

1)С1С02Е1, Е^М, ЫаЫз } 85% 45Х = 1(68%)

2)Д

33

[Х^ 32 - [XI

I N=0=0 J Ы-СООЯ СН,СН2Х

Н г

46 47 Я = Ме (75%) 49 X = Вг (77%)

48 Я = СН2СНгТМЗ (59%) 50 X = 0Э03РИ (93%) 51 X = I (75%)

XI

ЬС

[>=<1 СН2=РРПз, С6Н5 (СНгОН)2, р-ТэОН

4= 60% 40% }~0

52 53

В то время как алкилбициклопропилидены 28, 29, 38 не удается повторно депротокировать в указанных выше условиях, а из TMS-производного 24 был получен преимущественно продукт силилирования в аллильное положение (55), из бициклопропилиденов с злектроно-акцепторными заместителями (40, 41) могут быть успешно синтезированы также дважды активированные производные типа 56, 57. 1)fi-BuLi, THF, 0°С. 1h

t>e<L1 2) Me3SiCI, -78 — 20 "С

...... ,-SMe,

S:Me3 Me,Si

ëiMe,

24 54 (17%) 55 (70%)

1) LDA. THF, -78 °C

tX] 2-)СОг .- ¡XI

COOR Г-СООН

Me02C

41, R = Me 56, R = Me (81%)

40, R = f-Bu 57, R = i-Bu (78%)

Литиирование спироциклопропшшрованных производных 17-19 протекает неселективно, за исключением высокосимметричного углеводорода 19.

1 .ч?л.ШЖ!?е.ние .ММеШ®. бицир[опр.опщщена.

Синтетическая стратегия, хорошо зарекомендовавшая себя для получения бициклопро пил и де ! i а и его спирсциклопропанированных аналогов, оказалась малоэффективной в случае бис(бициклопропилидена) 62: целевой продукт был получен с низким на стадии дегидрсбромирования выходом. Мы нашли, что реакция бициклопропилидена (1) в различных условиях является более эффективным методом получения диена 62. Были изучены различные варианты осуществления этой реакции и найдены условия для получения димера 62 с препаративным выходом, достигающим 80%, В этих условиях из симметричного олефина 19 также удается получить бис(бициклопропилиден) 63, однако с невысоким выходом.

PhjP.Br, РУ

60%

NoCHCOOET _ * C03Et

lRJi(OAc)jl,

L

C02EÍ

Br

Br

59

/-BuOK, PMSO

61

M

EtMgBr Ti(/-PrO),

meso-61 meso- 62

dJ-62

d,l-6l

№ РЕАГЕНТЫ ВЫХОД ДИМЕРА 62 (%) j

1. 1) BuLi; 2) МгВг2; 3) 27, NiCl2(PPh3)2 20 í

2. 1) BuLi; 2) CuCN; 3) 02 38

3. 1) BuLi; 2) MrBr2; 3) CuCl2 40-50

4. 1) BuLi; 2) [CuIPBuj]4; 3) 02 __-__«o___¡

19

meso-, dj~63

1

Глава 2. Физико-химические свойства бициклопропилиденов ?:.1.-.С7ШШУШМ.?.: свойства

Определение точных значений параметров, описывающих форму и размер молекул производных бициклопропилидена, является предметом постоянного интереса физической органической химии. Нами был осуществлен структурный анализ бициклопропилидена (1), спироциклопропанированных бициклопропилиденов 17-19, а также л/гзг>-бис(бициклопроишшдена) 62.

РОССИЙСКАЯ

государственна

БИБЛИОТЕКА

Полученные результаты представлены на рис. 1, а также в табл. 1 в сравнении с данными соответствующих расчетов.

Рис. 1. Структура углеводородов 17-19, мезо-62 в кристалле.

В отличие от ранее опубликованных исследований структуры соединения 1, в нашей работе, кроме более высокой точности определения структурных параметров, обнаружен также фазовый переход бициклопропилидена в твердом состоянии при температуре -40.2°С с АН = 0.16 кДж/мол между двумя полиморфными структурами, имеющими различные геометрические параметры (т. пл. соединения 1, по данным ДСК, равна -10.4°С). Сравнение структурных параметров соединений 1, 17-19 обнаруживает проявление хорошо известного в ряду триангуланов эффекта: наблюдается устойчивое различие в длинах дистальных и проксимальных С-

С-связей внешних трехчленных циклов. Это явление обусловлено изменениями гибридизации спиро-атомов углерода, ведущими к изменению углового напряжения.

По данным теоретических расчетов, влияние двойной связи на длины дистальных и проксимальных связей должно быть еще более ярко выражено. Этот эффект был действительно обнаружен 8 ряду вышеуказанных соединений. На основе анализа структурных данных нами была предложена общая аддитивная схема (ОАС) для количественной оценки длины С-С связи в трехчленных циклах спироцикло-пропанированных бициклопропшшденов и метиленциклопропанов. Аналогично схеме, предложенной нами ранее для триангуланов, в ОАС все связи разделены на пять категорий в зависимости от их положения в молекуле относительно спиросочлененных трехчленных циклов или двойных связей: дистальная (А), проксимальная (В), дистально-проксимально-проксимальная (С), проксимально-проксимальная (В) и дистально-проксимальная (Е).

Предложенная схема позволяет рассчитать геометрические параметры молекулы, используя базовое значение длины С-С-связи в трехчленном цикле, равное 1,5008 Á, инкремент +0,0277 А для дистальной и -0,0234 Л для вицинальной связи, а также предполагая, что влияние различных циклопропановых колец и двойных связей является аддитивным и независимым. Соответствующие инкременты влияния двойной связи равны +0,0372 А и -0,0327 А. Рассчитанные и экспериментально определенные длины связей представлены в табл. 1. Все теоретические расчеты также предсказывают удлинение дистальных и укорочение вицинальных связей, за исключением метода MNDO. который в данном случае дает неудовлетворительные результаты.

64

65

Таблица 1

Экспериментальные и рассчитанные структурные длины связей в бициклопропилиденах 1,17-19, мезо-60.

УГЛЕВОДОРОД МЕТОД

ДЛИНЫ С-С СВЯЗЕЙ

С ь^. [><]•

(Оа,)

<1

9

17

(Сз)

<!

в

р>=<4г

»

19

(С2л

мшо а 1.538 Ь 1.492

6-31 С з 1.527 Ь 1.463 с 1.296

ОАС а 1.538 Ь 1468

РСА (245 К) а 1.534(2) Ь 1.467(1) с 1.304(2)

РСА (140 К) а 1.544(1) Ь 1.469(1) с 1.314(1)

ММОО а 1.538 Ь 1.492 й 1,495 е ¡.521

Г 1.474 3 1.511 Ь 1.528

6-31 6" а 1.527 Ь 1.463 с 1.297 а 1.482

э 1.501 Г 1.439 д 1.480 И 1.512

ОАС а 1.538 Ь 1.468 с! 1.491 е 1.515

Г 1.445 9 1.477 Ь 1.524

РСА (115 К) а 1.543(1) Ь 1.470(1) с 1.313(1) а 1.493(1)

а 1.514(1) ( 1.444(1) д 1.490(2) И 1.527(1)

мшо а 1.538 Ь 1.492 с 1.492 а 1.475

! 1.493 9 1.521 И 1.514 11.493

] 1.511 к 1.510 1 1.510 т 1.529

6-31 в* а 1.527 Ь 1.463 0 1.463 с! 1.298

е 1.440 ? 1.482 д 1.502 Ь 1.459

] 1.498 )1.488 к 1.474 11.475

т 1.517

ОАС а 1.538 Ь 1.468 с 1.468 в 1.445

f 1.491 в 1.555 И 1.454 | 1.500

) 1.500 к 1.477 I 1.477 т 1.524

РСА (110 К) а 1.537(1) Ь 1.469(1) с 1.466(1) Л 1.312(1)

в 1.442(1) < 1.495(1) д 1.515(1) со ■я-

I 1.514(1) ) 1.499(1) к 1.480(1) 11.483(1)

т 1.531(1)

«N00 а 1.538 Ь 1.492 ей 1.477 в 1.503

f 1.511 0 1.529

3-31 в' а 1.527 Ь 1.463 с 1.298 а 1.456

в 1.480 ( 1.480 д 1.513

ОАС а 1.538 Ь