Реакции а,в-непредельных гидрофосфорильных соединений с альдегидами и кетонами тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

рг Б ОД

На правах рукописи

2 О МАЙ 'ПГ7

'ЕАКЦИИ а,р-НЕПРЕДЕЛЬНЫХ ГИДРОФОСФОРИЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С АЛЬДЕГИДАМИ И КЕТОНАМИ

Специальность 02.00.03 - органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Санкт-Петербург

1997

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном технологическо университете растительных полимеров

Научный руководитель:

кандидат химических нау доцент Тришин Юрий Георгиевич

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Ионин Борис Иосифович

доктор химических нау| доцент Ефремов Дмитрий Алексеевич

Ведущая организация : Российский

Государственный педагогический университе им. А.И.Герцена (Санк1 Петербург)

Защита состоится ¥ " МС.йЛ-.. 1997 года в 1.5... часов на заседани Диссертационного Совета Д 063.25.04 в Санкт-Петербургско! государственном технологическом институте (техническом университете) п адресу: 198013, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26. СПбГТИ. Учены Совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургског государственного технологического института (технического университета).

Отзывы об автореферате в одном экземпляре, заверенном печатьк просим направлять по адресу:

198013, С.-Петербург, Московский пр., 26, СПбГТИ(ТУ), Ученый Совет

Автореферат разослан "2.$" ¿Ш'^ЬЯ... 1997 года

Ученый секретарь

Диссертационного Совета Д 063.25.04, кандидат химических наук

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Реакции гидрофосфорильных соединений ГФС) с альдегидами и кетонами, всесторонне исследуемые в течение многих ют, продолжают оставаться в центре внимания химиков-фосфороргаников, ак как до настоящего времени отсутствуют исчерпывающие данные о 1еханизмах этих реакций. Далеко не полностью использован и синтетический ютенциал реакций ГФС с карбонильными соединениями, несмотря на то, что 1екоторые из них лежат в основе промышленных способов получения ряда 1ажных биологически активных соединений, например, таких пестицидов, как слорофос, дихлофос, бутонат и др.

а,р-Непредельные ГФС, содержащие таутомерную Р(1И) Р(1У)

руппировку и связанную с атомом фосфора кратную углерод-углеродную :вязь, представляют собой перспективные синтоны для получения юлифункционализированных фосфорорганических соединений. Однако до юследнего времени они являлись малоизвестными соединениями, а их эеакции с альдегидами и кетонами не изучались. Работы в этой области доводятся с 1991 г на кафедре органической химии Санкт-Петербургского осударственного технологического университета растительных полимеров в :одружестве с химиками Казанского государственного университета. В результате исследования реакций а,р-непредельных ГФС с такими <арбонильными соединениями, как производные кетокарбоновых кислот, был ^йден новый способ получения пятичленных фосфорсодержащих -етероциклических соединений — Д3-1,2-оксафосфоленов, представляющих интерес как потенциальные физиологически активные соединения широкого :пектра действия. Возможность образования гетероциклов при ззаимодействии а.р-непредельных ГФС с альдегидами и кетонами эбусловлена возникновением в ходе реакций промежуточных соединений, :одержащих в положениях 1,5 относительно друг друга электрофильный (р-/глеродный атом кратной связи) и нуклеофильный (атом кислорода ОН-■руппы или анионный атом углерода) центры.

Представлялось целесообразным расширить круг исследованных в эеакциях с а,р-непредельными ГФС карбонильных соединений за счет наиболее простых и доступных альдегидов и кетонов, а-галогенкарбонильных соединений и а,р-непредельных кетонов.

Работа выполнялась в соответствии с программой гранта № 94-0338465 Российского фонда фундаментальных исследований "Реакции а,р-непредельных гидрофосфорильных соединений с бифункциональными реагентами в качестве нового подхода к синтезу фосфорсодержащих

гетероциклов".

Целью настоящей работы являлось изучение реакци моноалкиловых эфиров а,р-ацетиленовых- и этиленовых фосфонисть кислот с ароматическими альдегидами, жирноароматическими циклоалифатическими кетонами, а-галогенкарбонильными соединениям и а,р-этиленовыми кетонами; определение зависимости направлени взаимодействия и структуры образующихся продуктов от строения реагенте и условий проведения реакций (в первую очередь типа катализа); выявлени факторов, определяющих получение в этих реакция фосфорсодержащн гетероциклических соединений.

Научная новизна работы. Впервые исследовано взаимодействи неполных эфиров а,р-ацетиленовых и этиленовых фосфонистых кислот ароматическими альдегидами, жирноароматическими

циклоалифатическими кетонами, а-галогенкарбонильными соединениями и с енонами.

Установлено, что независимо от природы кратной связи кислые а,|: непредельные фосфониты в отсутствие катализатора присоединяются неактивированным карбонильным и а-галогенкарбонильным соединениям образованием непредельных а-гидроксиалкилфосфинатов.

При взаимодействии а,р-непредельных ГФС с карбонильным соединениями в присутствии алкоголятов натрия строение конечны продуктов определяется природой кратной связи а,р-непредельных ГФС характером заместителей у карбонильного углеродного атома альдегида ил кетона. а-Гидроксиалкилфосфинаты, первоначально возникающие во все реакциях, являются конечными продуктами при взаимодействии а,р этиленовых ГФС с ароматическими альдегидами, а в остальных случая подвергаются следующим превращениям:

— циклизуются в замещенные Д4-1,3-оксафосфолены (реакции а,(3 ацетиленовых ГФС с ароматическими альдегидами и циклогексаноном);

— изомеризуются в фосфонаты открытоцепного строения с Р—О—С группировкой (реакции моноалкиловых эфиров а,р-ацетиленовы фосфонистых кислот с а,а,а-трифторацетофеноном);

— изомеризуются, дегидрогалогенируются и циклизуются, образуя сложну! смесь соединений, содержащих в своем составе системы Р-О-С и Р-С-< связей (реакции а,р-ацетиленовых ГФС с хлоралем, монохлор-монобромацетофенонами).

Впервые найдено, что в присутствии серной кислоты и оксида ртут неполные эфиры а,р-ацетиленовых фосфонистых кислот взаимодействуют с

фбонильными соединениями независимо от их строения с образованием зоизводных Д4-1,3-оксафосфолена. Последние возникают в результате 1клизации образующихся в ходе реакции дисфункциональных (а-1дроксиалкил- и р-кетоалкилсодержащих) фосфинатов.

Установлено, что циклические фосфорсодержащие соединения — ■бензоил-Д2-фосфолены — являются конечными продуктами при >аимодействии моноалкиловых эфиров алкинилфосфонистых кислот с шконом в присутствии алкоголятов натрия.

Практическая значимость работы состоит в разработке эепаративных методов получения нескольких типов ранее неизвестных осфорорганических соединений открытоцепного и циклического строения, в ютности, а,р-непредельных а-гидроксиапкилфосфинатов, 2,5-лзамещенных Д4-1,3-оксафосфоленов и 4-бензоилзамещенных 2-фосфоленов. От ряда учреждений, занимающихся поиском новых гкарственных препаратов и химических средств защиты растений, получены эедложения на испытания синтезированных соединений.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы экладывались и обсуждались на Международной конференции молодых (еных "Органический синтез: история развития и современные тенденции" ^.-Петербург, 1994 г.), Симпозиуме по органической химии (С-Петербург, 395 г.), XIII Международной конференции по химии фосфора (Иерусалим, зраиль, 1995 г.), XI Международной конференции по органическому синтезу Амстердам, Нидерланды, 1996 г.), XI Международной конференции по химии »единений фосфора (Казань, 1996 г.), VI Всероссийской конференции карбонильные соединения в синтезе гетероциклов" (Саратов, 1996 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 2 статьи в урнале общей химии и тезисы 6 докладов.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 194 страницах, >держит 27 таблиц, 30 рисунков и библиографию, включающую 139 ссылок, абота состоит из введения, трех глав и выводов. В первой главе осмотрены литературные данные, посвященные реакциям ГФС

карбонильными, а-галогенкарбонильными и а,р-непредельными рбонильными соединениями. Во второй главе обсуждаются результаты бственного исследования. В третьей главе представлено описание сперимента.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В работе изучено взаимодействие моноалкиловых эфи( алкинилфосфонистых (I-VI) и алкенилфосфонистых (VII-IX) кис; с ароматическими (X-XII), а-галогензамещеными альдегидами (X жирноароматическими (XIII), циклоалифатическими (XIV), галогензамещеными (XVI-XX) и а,р-непредельными кетонами (XXI).

R10 C=CR2 Río CH=CR2R3

N / \ /

P P

^ \ v

OH OH

l-VI VII-IX

R1=Me, Et; R2=Me, <-Bu, Ph; R1=Me, Et; R2=H, Cl; R3=H, Ph

O O o

R1—C-R2 R1—C-CHxHab-x PhCH=CHCPh

X-XIV XV-XX XXI

R'=H, Me; R2=Ph, n-FC6H4-, л-ВгС6Щ-; R1+ R2= -(CH2)5- (X-XIV); X=0; R'=H,Ph; Hlg=CI, F ; X=2;R1=Ph, n-N02C6H4-;Hal=F, Cl, Br (XV-XX)

Данный подбор а,р-непредельных ГФС позволял выяснить влияж природы кратной связи, а также характера заместителей у sp- и sp гибридизованного атома углерода фосфорорганического соединения е направление реакции и структуру образующихся соединений. Выбс карбонильных соединений , содержащих различные по электронному пространственному строению заместители у углеродного атома карбонильнс группы, был направлен на варьирование в широких пределах реакционно способности этих соединений при взаимодействии с ГФС. Кроме того, исход из известных данных о реакциях таких соединений с ГФС, не содержаще непредельных заместителей у атома фосфора, выбранный ряд альдегидов кетонов предполагал возможность образования конечных продукто различного строения.

Учитывая важнную роль катализа при взаимодействии ГФС карбонильными соединениями, исследованные в работе реакции а,р непредельных ГФС с альдегидами и кетонами проводились в отсутстви катализатора, а также в условиях основного и кислотного катализа.

С целью повышения препаративной значимости реакций а,р непредельных ГФС с карбонильными соединениями изучено взаимодействие альдегидов и кетонов (Х-ХХ) с а,р-непредельными ГФС, возникающими in siti из полных эфиров алкинил- и алкенилфосфонистых (XXII-XXVIII), а такж«

- 5 -

рисутствующей в реакционной среде водой.

1*10 ЕЮ РЬч

>-С=СИ2 >-СН=СН2 >-С=СК1 1*1 о' ЕЮ' Е»'

ХХИ-ХХУМ XXVIII ХХ1Х-ХХХ

[^Ме, Е1; Р2=Ме, Г-Ви, РИ; ^=Ме, РЬ

2.1. Взаимодействие неполных эфиров а,р-непредельных фосфонистых кислот с ароматическими альдегидами, ацетофеноном и

циклогексаноном

Карбонильные соединения, не содержащие в а-положении к :арбонильному атому углерода электроноакцепторных группировок, как (звестно, характеризуются низкой реакционной способностью при >заимодействии с ГФС.

Однако нами найдено, что взаимодействие а,р-непредельных ГФС с экими альдегидами и кетонами даже в отсутствие катализатора ¡арактеризуется приемлемыми скоростями. При 20°С реакции с участием фоматических альдегидов завершаются за 5 часов, с участием ^иклогексанона — за 50 часов, а ацетофенона — за 200 часов.

Сравнение условий, в которых неполные эфиры а,р-ацетиленовых и >тиленовых фосфонистых кислот и изученные ранее ГФС типа )иалкилфосфитов реагируют с бензальдегидом, указывает на более высокую >еакционную способность а,р-непредельных производных кислот фосфора. Это связано, вероятно, с известным электроноакцепторным влиянием щетиленовой и этиленовой группировок на атом фосфора и согласуется с механизмом а- гидроксиалкилирования, включающим образование общего юна (Р10)(Р2С=С)Р—О в системе равновесия двух таутомерных форм ГФС.

Во всех изученных реакциях неактивированных карбонильных :оединений с а,р-непредельными ГФС независимо от природы кратной связи 1 строения заместителей у эр- и Бр2-гибридизованного атома углерода с )Ыходом от 71 до 83% получены а-гидроксиапкилфосфинаты (1-12), федставляющие собой белые кристаллические вещества, растворимые в Зензоле, хлороформе, ацетоне, тетрагидрофуране и спиртах.

ШО С=СЯ2 Я Я1Оч С=С[*2 V + 113-С-М -»- Р

о* чн О сгон

1*3'

?1=Ме, Е1; Я2=Ме, Г-Ви, РИ; Р3=Н, Ме; Р4=РИ, л-РС6Н4-, 1-9 |-ВгС6Н4-; Р3+Р4=-(СН2)5-

Rlo CH=CR2R3 II

+ Ar—С— H

» 4

О H

Rio CH=CR2R3

X

о ch-OH

Ar"

И1=Ме, Еи В2=РИ, Я3=Н, С1; Аг=л-РС6Н4-, л-ВгС6Н4- 10-12

а-Гидроксиалкилфосфинаты типа (1-9) получены таю взаимодействием полных эфиров а,р-алкинилфосфонистых кислот ароматическими альдегидами в присутствии воды. В предварительнк опытах было установлено, что в отсутствие протонодоноров полные эфир а,р-ацетиленовых фосфонистых кислот не реагируют с ароматическил альдегидами. В то же время при добавлении воды к полным эфирам а,| алкинилфосфонистых кислот последние медленно гидролизуются образованием соответствующих ГФС. В связи с этим взаимодейств!* алкинилфосфонитов с ароматическими альдегидами в присутствии воды добавленной для ускорения реакции в каталитических количествах сернс кислоты можно рассматривать как взаимодействие между карбонильным соединениями и возникающими в ходе реакции а,р-непредельными ГФС Найдено, что эти реакции характеризуются высокой степени хемоселективности и приводят к образованию практически исключительн алкокси(алкинил)(арилгидроксиметил)фосфинатов (2, 5, 13, 14), которы получены с выходами от 52 до 83%.

R1^ н НгО;[Н+]

Р—C = CR2 + R3-C-H ---»Rio' " R1°H

Rio CSCR2 \ / P

❖ ч

О C-OH R3' 4H

R1=Me, Et; R2=Me, f-Bu, Ph; 2, 5,13,14

R3=Ph, n-BrC6H4-, n-FC6H4-

Аналогично взаимодействие такого а,р-непредельного производноп P(lll), как 3-этил(фенип)(1-фенилэтинил)фосфинит, с пара

фторбензальдегидом в присутствии воды и зфирата трехфтористого бор; позволило получить окись третичного фосфина (15), которая являете; первым представителем непредельных а-гидроксилсодержащих соединение этого типа.

Pf\ Il H20;[BFs] Ph4 CsCPh

P—C=CPh + n-FCsH4-C-H -—-P

as' "EtSH о с—он

n-FCtH/ 4H

15

Ацетиленовые а-гидроксифосфинаты (1-9) характеризуются в :пектрах ЯМР 31Р сигналами в области 8р 17-23 м.д., а этиленовые а-идроксифосфинаты (10-12) — сигналами в области бр 34-40 м.д. В спектрах 1МР соединений (1-5, 13, 14), полученных из ароматических альдегидов, |ублет метинового протона находится в области 8 4.81-5.11 м.д. (2Jph 8.5-11.0 -ц). Для аналогичных а,р-этиленовых соединений (10-12) характерен дублет 1ублетов метинового протона (5 4.96-5.19 м.д., 2Jph 5.8-12.0 Гц), а также лультиплет олефиновых протонов (8 5.72-7.00 м.д.) В ПМР спектрах :оединений (6-7), синтезированных с использованием ацетофенона в :ачестве исходного карбонильного соединения, дублет метильной группы R3 (аходится в области 1.85 и 1.95 м.д. (2Jph 18.9 и 15.9 Гц). Спектры ПМР ¡оединений (8, 9) содержат мультипет в области 1.70 и 1.80 м.д., явечающий сигналам метиленовых протонов циклогексанового кольца. В ИК :пектрах всех а-гидроксифосфинатов (1-14) имеется полоса поглощения руппы ОН (3190-3315 см"1), для ацетиленовых производных (1-9, 13, 14) шблюдается полоса поглощения связи С=С (2160-2290 см'1), а для »тиленовых соединений (10-12) — связи С=С (1590-1610 см'1).

Спектр ЯМР 31Р соединения (15) содержит характерный сигнал в >бласти 8р 14 м.д. В спектре ПМР присутствует дублет дублетов метинового фотона (8 5.32 м.д., 2Jph 6.5 и 8.3 Гц), и синглет гидроксильного протона (8 >.69 м.д.), сигналы протонов арильных групп представлены мультиплетом (8 '.53 м.д.). В ИК спектре имеются полосы поглощения в области 3220 см'1 ОН), 2150 см"1 (С^С) и 1155 см'1 (Р=0).

На примере соединения (5) структура ацетиленовых а-идроксиапкилфосфинатов однозначно подтверждена рентгенострукгурным жализом. При этом установлено наличие межмолекулярной водородной :вязи между атомом водорода гидроксильной группы и фосфорильным 1ТОМОМ кислорода, благодаря чему молекулы фосфинатов объединены в 1имеры. Показано, что для гидроксильной группы а-гидроксифосфината юализуются два положения в пространстве, в одном из которых ОН группа 1аксимально приближена к связи С=С.

В присутствии катализаторов основного характера — алкоголятов 1атрия — взаимодействие а,р-непредельных ГФС с ароматическими

альдегидами и циклогексаноном характеризуется высокими скоростями сопровождается экзотермическим эффектом и завершается в течение 31 минут. При этом в реакциях с участием а,Р-ацетиленовых ГФС в качеств« конечных продуктов образуются гетероциклические соединения, содержащи« в своем составе Д4-1,3-оксафосфоленовый цикл (16-22) . Реакция, вероятно протекает по схеме, включающей первоначальное образование а гидроксиапкилфосфинатов. Затем в результате внутримолекулярное нуклеофильной атаки атома кислорода ионизованной формы фосфонгидринг на электрофильный р-углеродный атом связи СзС происходит замыкани« оксафосфоленового цикла. Последующее протонирование циклическогс карбаниона приводит к замещенным 3-апкокси-3-оксо-Д4-1,3 оксафосфоленам (16-20) (при использовании в качестве исходны) соединений ароматических альдегидов) или к замещенным 4-алкокси-4-оксо 1-окса-4-фосфоспиро[4.5]дека-2-енам (21-22) (в случае циклогексанона).

р10 С=СК2

* \.

О

„ «

с=ск2

V

4 Ч

о с-он

3, 5, 8, 9

. (ОО С=СЯ2

К1с>№ V

-^ ❖ N - ]

О с-о^

+ N3

К10 С=СР2

х I

о с-о КЗ' ^4

+ N3

К10Н

-К10Ма

К10 СН=СК2

X I

о с—о

СН=СЯ2

X I

о ^Сг—О

16-20

21,22

Р1=Ме, Е1; Я2= *-Ви, РЬ; И3=Н; Р4=РГ1, л-РС6Н4-, л-ВгС6Н4-В пользу приведенной схемы свидетельствует то, что ацетиленовые а гидроксифосфинаты (3, 5, 8, 9) , полученные из соответствующих а,р ацетиленовых ГФС и карбонильных соединений в отсутствие катализатора при их обработке алкоголятами натрия превращаются в идентичны« фосфорсодержащие гетероциклы (18, 19, 21, 22).

В отличие от а,р-ацетиленовых а,р-этиленовые ГФС

+

реакциях с неактивированными карбонильными соединениями в рисутствии алкоголятов натрия не циклизуются. Циклы не образуются и из тиленовых а-гидроксифосфинатов (10, 11), полученных в результате заимодействия а,р-этиленовых ГФС с ароматическими альдегидами.

Производные Д4-1,3-оксафосфолена образуются, как установлено ами, при взаимодействии а,р-ацетиленовых ГФС с ароматическими льдегидами в условиях реакции Кучерова. Так, реакция моноэтилового фира 3,3-диметил-1-бутинилфосфонистой кислоты с пара-эторбензальдегидом в растворе 96 % -ной серной кислоты в присутствии аталитических количеств оксида ртути (II) при 20°С завершается уже через 5 1инут образованием а-гидроксифосфината (5), который затем постепенно (в ечение 100 часов) превращается в Д4-1,3-оксафосфолен (18). Реакция |ротекает, вероятно, через промежуточное образование кетофосфината (18а) 1 циклического полуацеталя (186).

о

ВО С=С-Ви-< II

V + л-ГСв Н4-С-Н

о* чн

во С=С-Ви-Г

X /

л

о сн-он

п-РС(Нч'

/

Н2Р, НгвОд НдО

ВО СН2-С-Ви-Г

X

о сн-он

п-ЯС(Н/

18а

он

I

ВО СН2-С-Ви-(

I

О СН—О л-РС6н/

ВО СН=С-Ви-Г

-- X I

- Н20 о сн-о

п-гсйн/

186 18

Фосфорсодержащие гетероциклические соединения (16-22), полученные с выходами 47-75%, представляют собой устойчивые на воздухе эелые кристаллические вещества или бесцветные высококипящие жидкости, эастворимые в бензоле и полярных органических растворителях. В спектрах ЯМР 31Р А4-1,3-оксафосфолены (16-20) и 1-окса-4-фосфоспиро[4.51дека-2-эны (21,22) представлены сигналом с химическим сдвигом 8р 58-62 м.д.,

характерным для пятичленных фосфорсодержащих гетероциклов i группировкой С-Р(0)-С в цикле. В спектрах ПМР соединений (16-20 дублет олефинового протона находится в области S 4.82-5.76 м.д. (2JP| 12.0-15.0 Гц ), кроме того в ПМР спектрах соединений (16-18) в области i 5.08-5.44 м.д. присутствует дублет метинового протона (2JPH 6.4-8.0 Гц). В Ш спектрах соединений (16-20) отсутствуют полосы поглощения связей ОН i CsC, имеются полосы поглощения связей С=С (1580-1610 см'1), Р=0 (1220 1240 см"1) и Р—О—Alk (1010- 1030 см"1). Атомы С2, С4, С5 гетероциклг фосфолена (18) в спектре ЯМР 13С представлены дублетными сигналами i области 6с 77.86, 83.70 и 186.36 м.д. с КССВ 1Jpc 96.88, 1Jrc 133.45 и 2Jr 15.89 Гц соответственно. На примере 5-/77рет-бутил-3-этокси-2-пара фторфенил-3-оксо-Д4-1,ЗХ5-оксафосфолена (18) строение Д4-1,3 оксафосфоленов однозначно подтверждено данными рентгеноструктурноп анализа. Показано, что гетероцикл имеет практически плоское строени< (рис.1.). Установлено, что соединение (18) существует в виде двух изомеров отличающихся расположением экзоциклических заместителей относительнс плоскости фосфоленового кольца.

В присутствии гидроксида натрия 2-арил-Д4-1,3-оксафосфолены (21 22) гидролизуются с размыканием цикла и образованием натриевых солей 1 арилгидроксиметил(2-оксоалкил)фосфиновых кислот (23, 24), которые npi обработке соляной кислотой превращаются в соответствующие фосфиновьн кислоты (25, 26).

о о

Rio CH=CR2 Na0 CHj—CR2 HO CH2-CR2

V | NaOH; H20 4 HCl

)c—° -RlOH * o" %C-OH o* nC-OH

R3 H r3' nH R3' Н

21,22 23,24 25,26

R1=Me, Et; R2=f-Bu, Ph; R3=n-FC6H4-, n-BrC6H4-Фосфиновые кислоты (25, 26) и их натриевые соли (23, 24] полученные с выходами 50-68%, представляют собой белые кристаллически! вещества, растворимые в ДМФА и ДМСО, слабо растворимые в пиридине. Е спектрах ЯМР 31Р соединений (23-26) присутствует сигнал с химически? сдвигом 6р 31-38 м.д. В спектрах ПМР имеется дублет метиленовых протоно! (б 3.20-3.30, 2JpH 15.4 Гц.) и дублет метинового протона ( б 4.80-4.88, 2JPH 8.I Гц), для соединений (25, 26) характерен синглет кислотного протона i области 5 11.5 м.д.. В ИК спектрах соединений (23-26) имеются полоа поглощения групп ОН ( 3310 см'1),

D=0 (1710 см'1) и Р=0 (1200-1215 см"1). В спектре ЯМР 13С соединения (25) присутствует характерный дублет метиленового углерода (6с 36.26 м.д., 1Jpc 77.3 Гц.), дублет метинового углерода (8с 71.06 м.д., 1JpC 115.5 Гц) и синглет карбонильного углерода (8с 209.05 м.д.).

Таким образом, в реакциях a.ß-непредельных ГФС с незамещенными альдегидами и кетонами в отсутствие катализаторов образуются а-гидроксифосфонаты. Последние при наличии у атома фосфора ацетиленовой группировки в условиях основного или кислотного катализа циклизуются в производные Д4-1,3-оксафосфолена.

Рис. 1.

2.2. Взаимодействие а,р-непредельных ГФС с а-галогенкарбонильными соединениями

Известно, что а-галогенкарбонильные соединения по сравнению с нефункционализированными карбонильными соединениями значительно активнее присоединяются к ГФС. При этом в случае а-хлор- и бромкарбонильных соединений, благодаря подвижности атомов галогенов, конечными продуктами являются не только а-гидроксиалкилпроизводные кислот четырехкоординированного фосфора, но и продукты

последующих превращений, в частности дегидрогалогенирования.

Нами установлено, что а-фтор-, хлор- и бромкарбонильные соединения в отсутствие катализатора взаимодействуют с а,р-непредельными ГФС с образованием а-гидроксиалкилпроизводных непредельных фосфиновых кислот независимо от природы и числа атомов галогена при а-углеродном атоме исходного карбонильного соединения. Реакция легко протекает при 20°С, причем активность карбонильных соединений резко падает в ряду: хлораль ) трифторацетофенон, бромацетофенон, хлорацетофенон > фторацетофенон.

V + йЗ—С—СНхШдз.Х -►

о н О сгон

КЗ снхндз-х

Х=0, Н1д=Р, С1; И3=Н, РИ; Р1=Ме, Я2=Ме, Г-Ви, РЬ; 27-39 Х=2, Н1д=Р, С1, Вг; Р3=РЬ, л-Ы02СбН4; Р1=Ме, Е1; Я2=Ме, *-Ви, РЬ

0 сн=СНЯ2 ° 1*10 сн=сн1#

>' + яз-с-снхшдз-х -Р

о* н О с-он

к» СНХН1дз-Х

Х=2, Н1д=Вг, Р3=РИ, л-М02СбН4; Р1=Ме, Е1; Р2=Н, РЬ 40-42

а,р-Ацетиленовые фосфонгидрины (30, 34, 37, 43, 44), содержащие в р-положении к атому фосфора галогенметильные группировки получены не только из а,р-ацетиленовых ГФС, но и взаимодействием полных эфиров алкинилфосфонистых кислот с а-гапогенацетофенонами в присутствии воды и каталитических количеств серной кислоты. Выход эфиров апкинил(1-гидрокси-1-фенил-2-гапогенэтил)фосфиновых кислот (30, 34, 37, 45, 49) (7295%) при этом даже несколько выше, чем при получении указанны» соединений путем взаимодействия а,р-ацетиленовых ГФС с

- 13-

;оответствующими а-галогенкетонами.

ЮО, Я НгО-,1Н*]

Р-С=С(?2 + РЗ-С-СНхН1д3-Х -» ,Д

К1о' -тон о с-он

я3' ЧСНХН1дз-Х

Х=0, Н1д=Р, Р3=РИ, Р1=Е1, Р2=Г-Ви; 30, 34, 37, 43, 44

Х=2, Н1д=С1, Вг; Р3=РЬ, л-Ы02СбН4; Р?1=Ме, Е1; Р2=Ме, <-Ви

В аналогичных условиях взаимодействием диэтилового эфира винилфосфонистой кислоты с а-бромацетофеноном синтезирован этокси(этенил)(2-бром-2-фенил-1-гидроксиэтил)]фосфинат (40).

ВО% Н20;[Н+] во% СН=СН2

Р-СН=СН2 + РИ-С-СН2Вг -Р

во' - НОН о* —ОН

РИ' ЧСН2Вг

40

Использование 8-этил(фенил)(1-пропинил)фосфинита в качестве «,Р-непредельного производного Р(Ш) в реакции с а,а,а-трифторацетофеноном в присутствии воды и эфирата трехфтористого бора позволило получить окись непредельного третичного фосфина (45), содержащую в р-положении к атому фосфора трифторметильную группировку.

° Н20;|ВР,] Р\ С=СМе

Р—С=СМе + РЬ-С-СР, -——р'

Вв' " Е1ЭН о* 'с-ОН

РН'

45

Фосфонгидрины (27-45), полученные с выходом 65-92%, представляют собой кристаллические вещества белого или желтого цвета, растворимые в бензоле, хлороформе и спиртах. В спектре ЯМР 31Р характеризуются сигналами в области 6р 9-20 м.д (ацетиленовые производные 27-39, 43, 44) и 5р 36-39 м.д (этиленовые производные 40-42). В спектрах ПМР соединений (27, 28, 32-42, 43, 44) имеется сигнал метиленовых протонов галогенметильной группы (б 3.73-4.59 м.д.) в некоторых случаях удается наблюдать неэквивалентность этих протонов и расщепление их сигналов в дублеты с КССВ Ърн 5.0-7.0 Гц. ИК спектры соединений (27-44) характеризуются наличием полос поглощения в области 3150-3270 см"1 (ОН), 1180-1245 см"1 (Р=0) и 1015-1035 см-1 (Р-0-А1к). В ИК спектрах соединений (27-39, 43, 44) имеются также полосы поглощения

С=С связи (2160-2220 см"1), а соединений (40-42) — С=С связи (1600-1695 см"1).

Следует отметить, что а-гидроксиалкилфосфинаты (27, 28, 32, 34-43] образуются (по данным ЯМР 1Н и 31Р спектроскопии) в виде двух стереоизомеров примерно в равных количествах.

В спектре ЯМР 31Р соединение (45) представлено сигналом в области бр 12 м.д., характерным для третичных ацетиленовых окисей фосфинов. В ИК спектре имеются полосы поглощения в области 3165 см'1 (ОН), 2190 см"1 (С=С) и 1250 см"1 (Р=0). По данным спектра ПМР

соединение (45) существует, вероятно, в виде двух стереоизомеров, так как содержит два дублета метильных протонов (8 1.98 и 2.19 м.д., ^рн 3.8 Гц).

По данным рентгеноструктурного анализа в молекуле этилового эфира 3,3-диметил-1-бутинил(1-гидрокси-1-фенил-2-бромэтил)фосфиновой кислоты (35) гидроксильная группа значительно удалена от связи С=С, что вероятно, и исключает возможность внутримолекулярной циклизации соединений типа (27-45).

Обработка ацетиленовых а-галогенметильных а-

гидроксиалкилфосфинатов (29, 31-33, 35, 36) каталитическими количествами алкоголятов натрия выявила существенные различия в поведении этих соединений по сравнению с несодержащими галогенов ос,[}-ацетиленовыми фосфонгидринами (3, 5, 8, 9).

Так, а,р-ацетиленовые 1-гидрокси-1-фенил-2,2,2-

трифторэтилфосфинаты (29, 30) при нагревании с этилатом натрия претерпевают фосфинат-фосфонатную перегруппировку с образованием смешанных эфиров алкинилфосфоновых кислот (46-47).

ВО с=ср1 ВО С=С1*1

V ВО№ V

О* %с-он о* чо-сн-ср9

РИ' ЧСР3 РЬ'

Я1=Ме, Г-Ви 46-47

В спектрах ЯМР 31Р соединения (46, 47) представлены сигналом в области 8р — 8 -е- — 9 м.д. В спектрах ПМР имеется характерный дублет квартетов протона 2,2,2-трифтор-1-фенилэтильной группы (5 5.01-5.61 м.д., ^рн 17.3 Гц, ^н 6.1 Гц). Данные ИК спектроскопии также подтверждают предложенную структуру.

В отличие от фосфонгидринов (29, 30), содержащих трифторметильную группировку у а-углеродного атома, а,р-непредельные

а- гидроксиалкилфосфинаты (32, 33, 35, 36), полученные на основе а-хлор-и бромкарбонильных соединений, при обработке алкоголятами натрия образуют сложную смесь продуктов. ЯМР 31Р спектры реакционных смесей содержат 5-7 сигналов в области 5 -11^+52 м.д., характерной для фосфорильных соединений циклического, фосфонатного и фосфинатного строения. Попытки выделить индивидуальные соединения традиционными способами не увенчались успехом.

В противоположность основному катализу циклизацию а-гидроксиалкилсодержащих ацетиленовых фосфинатов (30, 38, 44), полученных при взаимодействии а-галогенкарбонильных соединений с (х.р-ацетиленовыми ГФС, удалось осуществить в условиях реакции Кучерова. Как трифтор-, так и монобром-, монохлорпроизводные (30, 38, 44) при добавлении к ним 96%-ной серной кислоты и каталитических количеств оксида ртути (II) и выдерживании при 20°С в течение 0.5-24 часов циклизуются в замещенные Д4-1,3-оксафосфолены (48-50). К аналогичному результату приводит также взаимодействие моноэтилового эфира 3,3-диметил-1-бутинилфосфонистой кислоты с а-хлорацетофеноном в среде серной кислоты в присутствии оксида ртути (II) без выделения промежуточно возникающего ацетиленового фосфината (44).

ао с=с-Би-< о н2зо4 во СЕ=С-Ви-Г

р' + п -р'

0AH R3-c-R4 НдО

R3' nr4 30, 38, 44 ВО СН=С- Bu-í

-- ЧР" I

* V I

О С—о R3' 4R4

R3=Ph, n-N02C6H4; R4=CF3, CH2CI, CH2Br 48-50

5-/прет-Бутил-3-этокси-2-арил-2-галогенметил-3-оксо-Д4-1,ЗА.5-оксафосфолены (48-50) получены с выходом от 30 до 80%. Значения химических сдвигов атомов фосфора в спектрах ЯМР 31Р этих соединений оасположены в области 5р 54-59 м.д., характерной для пятичленных фосфорсодержащих гетероциклов с группировкой С—Р(О)—С. В спектрах IMP присутствует дублет олефинового протона (5 5.09-5.17 м.д., 2Jph 16.1-I6.3 Гц). В ПМР спектрах фосфоленов (49-50), имеющих у С2-атома алогенметильную группировку, в области 3.96-4.30 м.д. присутствуют :игналы неэквивалентных метиленовых протонов со значениями КССВ 3JPh 1.5-5.0 Гц,2Jhh 12.6-12.9 Гц. В ИК спектрах соединений (48-50) имеются

полосы поглощения в области 1590-1610 см"1(С=С), 1190-1240 см'^Р^Ю и 1020-1030 см"1 (Р-0-А1к).

2.3. Взаимодействие монометилового эфира 2-фенилэтинилфосфонистой кислоты с хал коном

В отличие от нефункционализированных и а-галогенсодержащи: карбонильных соединений а-еноны, как известно, присоединяют ГФС ж только по карбонильной группе, но и по связи С=С. При использовании е качестве ГФС а,р-непредельных производных реализация как первого, так I второго направления могла сопровождаться внутримолекулярное циклизацией с образованием соответственно 1,3-оксафосфоленов ИЛ1 фосфоленов без атома кислорода в цикле.

Найдено, что метиловый эфир 2-фенилэтинилфосфонистой кислоть присоединяется к халкону при 20°С в присутствии метилата натрия по связу С=С. Реакция, однако, не останавливается на стадии образования у-кетофосфината (51), возникновение которого зафиксировано методом ЯМР 31Р спектроскопии (5р 22 м.д.). При нагревании реакционной смеси при 80°С е течение 6 часов происходит замыкание фосфоленового цикла в результате внутримолекулярной нуклеофильной атаки карбаниона на р-атом тройной связи фосфината.

МеО С^СРИ МеО% С=СРИ

Р^ + п МеО Ма Р.

О" "Н Р(1СН=СНСРИ -б~ ^СН-СНгСРИ

51

ри- »

МеО N3 - МеОН

МеО С=СР11

ч / а

Л *

О СН—СН-СРЬ

РЬ' " £

МеО С=СРИ

х I

О СН—СН-СРЬ

II

о

РЬ'

МеО СН=СРИ МеОН ^ >' |

- МеО№ О* ^Н—СН-СРЬ

РН' &

52

4-Бензоил-1-метокси-1-оксо-3,5-дифенил-Д2-фосфолен (52) получен с выходом 39%, представляет собой белое кристаллическое вещество,

растворимое в метаноле и хлороформе. В ИК спектре этого соединения отсутствует полоса поглощения С^С связи, имеются полосы поглощения в области 1625 см"1 (С=0), 1235 см"1 (Р=0) и 1030 см"1 (Р-0-А1к). Спектр ПМР (СОСЬ), б, м.д.: 3.05 д д (СН РИД^н 15.0 Гц, 18.4 Гц ), 3.47 д д [СНС(О), 11.0 Гц^нн 18.4 Гц ], 3.87 д (СН30, 11.0 Гц ), 4.61 д (СН=, 2Jpн 18.2 Гц ), 7.1-7.6 м (СбНб). В спектре ЯМР 13С присутствуют сигналы метиновых (С4 — 5С 51.7 м.д., 86.2 Гц, С5 — 5С 34.8 м.д., ^рс 89.9 Гц), олефиновых (С2 — 5С 130.0 м.д., 2иРС 120.0 Гц, С3 — 5С 141.2 м.д., 2ЛРС 13.7 Гц) и карбонильного (5С 195.2 м.д., 3^с 8.5 Гц) углеродных атомов.

ВЫВОДЫ

1. Впервые изучены реакции неполных эфиров а,р-ацетиленовых и этиленовых фосфонистых кислот с рядом простейших и а-галогенсодержащих карбонильных соединений, а также а-енонов. Установлены важнейшие факторы, определяющие направление взаимодействия и структуру конечных продуктов.

2. В отсутствие катализатора кислые а,р-ацетиленовые и этиленовые фосфониты независимо от природы кратной связи присоединяются к ароматическим альдегидам, жирноароматическим и циклоапифатическим кетонам, а также а-галогенкарбонильным соединениям с образованием непредельных а-гидроксиалкилфосфинатов.

3. Непредельные сх-гидроксиалкилфосфинаты с высоким выходом юлучены также в реакциях полных эфиров а,р-непредельных фосфонистых и {эосфинистых кислот с неактивированными и а-гапогенкарбонильными ¡оединениями в присутствии протонодоноров (вода и каталитические юличества серной кислоты).

4. Найдено, что при взаимодействии неполных эфиров а,р-щетиленовых фосфонистых кислот с ароматическими альдегидами и (иклогексаноном в присутствии алкоголятов натрия конечными продуктами ¡вляются производные Д4-1,3-оксафосфолена. Образование Д4-1,3-|Ксафосфоленов происходит в результате нуклеофильной нутримолекулярной циклизации промежуточно возникающих ацетиленовых

-гидроксиалкилфосфинатов. Этиленовые а-гидроксиалкилфосфинаты в нелогичных условиях циклизации не подвергаются.

5. Присутствие алкоголятов натрия в реакциях моноалкиловьп эфиров а,р-ацетиленовых фосфонистых кислот с а,а,а трифторацетофеноном вызывает фосфинат-фосфонатную перегруппировку первоначально образующихся ацетиленовых а-гидроксиалкилфосфинатов ^ приводит к продуктам открытоцепного строения с Р—О—С группировкой — а,р-непредельным фосфонатам, а в реакциях с хлорапем, монохлор- и монобромацетофенонами — способствует образованию сложной смеси продуктов открытоцепного и циклического строения.

6. Впервые показано, что в условиях реакции Кучерова взаимодействие а,р-ацетиленовых ГФС как с неактивированными, так и с а-галогенкарбонильными соединениями приводит к образованию замещенных Д4-1,3-оксафосфоленов. При этом возникновению гетероциклов предшествуют, очевидно, последовательные стадии присоединения ГФС к группе С=0 карбонильного соединения, гидратации ацетиленового фрагмента молекулы, внутримолекулярной циклизации и дегидратации циклического полуацеталя. Эта реакция является принципиально новым подходом к синтезу Д4-1,3-оксафосфоленов на основе а,р-непредельных ГФС.

7. Установлено, что при взаимодействии моноалкиловых эфиров алкинилфосфонистых кислот с халконом в условиях основного катализа образуются циклические фосфорсодержащие соединения — 4-бензоил-Д2-фосфолены. Промежуточными соединениями при этом являются у-кетофосфинаты, которые в присутствии алкоголятов натрия вступают во внутримолекулярную реакцию Михаэля.

8. В результате выполненной работы получены данные о возможности использования а,р-непредельных ГФС в качестве синтонов для синтеза полифункциональных фосфорсодержащих соединений открытоцепного и гетероциклического строения. Разработаны новые препаративные методы синтеза различных типов фосфорорганических соединений, в том числе непредельных а-гидроксиалкилфосфинатов и фосфиноксидов, Д4-1,3-оксафосфоленов, Д2-фосфоленов и 4-фосфоспиро[4.5]дека-2-енов.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Воробьев М.В., Наместников В.И., Тришин Ю.Г. Реакции неполных фиров алкинилфосфонистых кислот с а-галогенкарбонильными юединениями // Тез. докл. Международной конференции лолодых ученых "Органический синтез: история развития и современные ■енденции". - С.-Петербург. - 6-7 сентября, 1994. - С.42-43.

2. Тришин Ю.Г., Воробьев М.В., Наместников В.И. Синтез З-оксо-З-)Токси-2-п-фторфенил-5-трвт-бутил-Д4-1,3-оксафосфолена //Журнал общей (имии. - 1995. - Т.65, вып. 1. - С.164.

3. Реакции a.ß-непредельных гидрофосфорильных соединений с (арбонильными соединениями и азометинами в качестве нового подхода к :интезу фосфорсодержащих гетероциклов / Ю.Г.Тришин, И.В.Коновалова, Б.Ф.Мингазова, В.И.Маслов, М.В.Воробьев // Тез. докл. Симпозиума по органической химии "Петербургские встречи-95". - Санкт-Петербург. - 21-24 иая, 1995. - С. 166-167.

4. Reactions of a,ß-unsaturated hydrophosphoryl compounds with ;arbonil compounds and azomethynes as new approuch to the synthesis of Dhosphorus heterocycles / Yu.G.Trischin, I.V.Konovalova, B.F.Mingazova, i/.I.Maslov, M.V.Vorobiov // XIII th International conference on phosphorus :hemistry - ICPC. - Jerusalem, Israel. - july 16-21, 1995. - Abstracts. - P.194.

5. Тришин Ю.Г., Воробьев M.B., Наместников В.И. Получение 4-5ензоил-1-метокси-1-оксо-3,5-дифенил-Д2-фосфолена взаимодействием О-иетил(2-фенилэтинил)фосфонита с бензилиденацетофеноном // Журнал збщей химии.-1996.- Т.66, вып. 6,- С. 1049-1050.

6. New method of synthesis of heterocycles by reactions a,ß -acetylenic ierivatives of trivalent phosphorus with carbonyl compounds and azomethynes in jresence of proton donors / Yu.G.Trischin, I.V.Konovalova, LABurnaeva, .S.Dokuchaeva, B.Ph.Mingazova, M.V.Vorobiov, V.I.Maslov, V.I.Namestnikov, /.KBelsky // 11th International conference on organic synthesis ( ICOS-11). -\msterdam, Netherlands. - june 30 - july 4, 1996. - Abstracts. - P.467.

7. Reactions of a,p-unsaturated hydrophosphoryl compounds wit bifunctional reagents / Yu.G.Trischin, I.V.Konovalova, B.F.Mingazovs M.V.Vorobiov, V.I.Maslov, L.A.Burnaeva, V.I.Namestnikov, V.K.Belsky II > International conference on chemistry of phosphorus compound (ICCPC-XI). - Kazan, Russia. - September 8-13, 1996. - Abstracts. - P.65.

8. Новые методы синтеза оксафосфоленов взаимодействие! диалкиловых эфиров алкинилфосфонистых кислот с карбонильным соединениями в присутствии протонодоноров / Ю.Г.Тришин, И.В.Коновалова Л.А.Бурнаева, И.С.Докучаева, Б.Ф.Мингазова, М.В.ВоробьеЕ В.И.Наместников, В.К.Бельский И Тез. докл. VI Всероссийской конференци "Карбонильные соединения в синтезе гетероциклов. - Саратов. - 17-1 сентября, 1996. - С.24.