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

На правах рукописи

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 технологическ! университете растительных полимеров

Научный руководитель:

кандидат химических на; доцент Тришин Юрий Георгиевич

Официальные оппоненты: доктор химических наук,

профессор Ионин Борис Иосифович

доктор химических на] доцент Ефремов Дмитрий Алексеевич

Ведущая организация : Российский

Государственный педагогический университ им. А.И.Герцена (Сан1 Петербург)

Защита состоится "¿Л" ЛШЛк.. 1997 года в !.$... часов на заседай Диссертационного Совета Д 063.25.04 в Санкт-Петербургск< государственном технологическом институте (техническом университете) адресу: 198013, Санкт-Петербург, Московский пр., д. 26. СПбГТИ. Учен! Совет.

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

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

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

Автореферат разослан Ученый секретарь

Диссертационного Совета Д 063.25.04 кандидат химических наук

"Л5" оиц'лаялш

года

Соколова Н.Б.

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 >ажных биологически активных соединений, например, таких пестицидов, как лорофос, дихлофос, бутонат и др.

а,р-Непредельные ГФС, содержащие таутомерную Р(Ш) Р(1\/)

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 юакции 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 «дружестве с химиками Казанского государственного университета. В юзультате исследования реакций а,р-непредельных ГФС с такими арбонильными соединениями, как производные кетокарбоновых кислот, был 1айден новый способ получения пятичленных фосфорсодержащих етероциклических соединений — Д3-1,2-оксафосфоленов, представляющих штерес как потенциальные физиологически активные соединения широкого :пектра действия. Возможность образования гетероциклов при (заимодействии а,р-непредельных ГФС с альдегидами и кетонами ¡бусловлена возникновением в ходе реакций промежуточных соединений, юдержащих в положениях 1,5 относительно друг друга электроф ильный (Р-тлеродный атом кратной связи) и нуклеофильный (атом кислорода ОН-руппы или анионный атом углерода) центры.

Представлялось целесообразным расширить круг исследованных в )еакциях с а,р-непредельными ГФС карбонильных соединений за счет шиболее простых и доступных альдегидов и кетонов, а-галогенкарбонильных ¡оединений и сс,р-непредельных кетонов.

Работа выполнялась в соответствии с программой гранта № 94-0318465 Российского фонда фундаментальных исследований "Реакции а,р-1епредельных гидрофосфорильных соединений с бифункциональными ¡еагентами в качестве нового подхода к синтезу фосфорсодержащих

гетероциклов".

Целью настоящей работы являлось изучение реакци моноалкиловых эфиров а,р-ацетиленовых- и этиленовых фосфонисты 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 реагенто и условий проведения реакций (в первую очередь типа катализа); выявлени факторов, определяющих получение в этих реакция фосфорсодержащи 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 этиленовых ГФС с ароматическими альдегидами, а в остальных случая подвергаются следующим превращениям:

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

— изомеризуются в фосфонаты открытоцепного строения с Р—О—С группировкой (реакции моноалкиловых эфиров а,р-ацетиленовь 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 <

фбонильными соединениями независимо от их строения с образованием эоизводных Д4-1,3-оксафосфолена. Последние возникают в результате лклизации образующихся в ходе реакции дифункциональных (сс-|дроксиалкил- и р-кетоалкилсодержащих) фосфинатов.

Установлено, что циклические фосфорсодержащие соединения — бензоил-Д2-фосфолены — являются конечными продуктами при (аимодействии моноалкиловых эфиров алкинилфосфонистых кислот с 1Лконом в присутствии алкоголятов натрия.

Практическая значимость работы состоит в разработке >епаративных методов получения нескольких типов ранее неизвестных осфорорганических соединений открытоцепного и циклического строения, в 1стности, а,р-непредельных а-гидроксиалкилфосфинатов, 2,5-1замещенных Д4-1,3-оксафосфоленов и 4-бензоилзамещенных -фосфоленов. От ряда учреждений, занимающихся поиском новых ¡карственных препаратов и химических средств защиты растений, получены »едложения на испытания синтезированных соединений.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы жладывались и обсуждались на Международной конференции молодых еных "Органический синтез: история развития и современные тенденции" .-Петербург, 1994 г.), Симпозиуме по органической химии (С-Петербург, 195 г.), XIII Международной конференции по химии фосфора (Иерусалим, фаиль, 1995 г.), XI Международной конференции по органическому синтезу мстердам, Нидерланды, 1996 г.), XI Международной конференции по химии единений фосфора (Казань, 1996 г.), VI Всероссийской конференции арбонильные соединения в синтезе гетероциклов" (Саратов, 1996 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 2 статьи в /риале 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. |бота 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 :перимента.

- 4 -

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В работе изучено взаимодействие моноалкиловых эфир алкинилфосфонистых (I-VI) и алкенилфосфонистых (VII-IX) кисл с ароматическими (Х-ХИ), а-галогензамещеными альдегидами (Х> жирноароматическими (XIII), циклоалифатическими (XIV), гапогензамещеными (XVI-XX) и а,р-непредельными кетонами (XXI).

Rio C=CR2 R1O CH=CR2r3

N t \ ✓

P P

^ \ 's

OH OH

l-VI VII-IX

R'=Me, Et; R2=Me, f-Bu, Ph; R1=Me, Et; R2=H, Cl; R3=H, Ph

О о О

R1—C-R2 R1—C-CHxHab-x PhCH=CHCPh

X-XIV XV-XX XXI

R1=H, Me; R2=Ph, n-FC6H4-, n-BrC6H4-; R1+ R2= -(CH2)5- (X-XIV); X=0; R1=H,Ph; Hlg=CI, F ; X=2;R1=Ph, /7-N02C6H4-;Hal=F, Cl, Br (XV-XX)

Данный подбор а,р-непредельных ГФС позволял выяснить влиян! природы кратной связи, а также характера заместителей у sp- и sp гибридизованного атома углерода фосфорорганического соединения н 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 реакционнс 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 продукте 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 a,ß непредельных ГФС с карбонильными соединениями изучено взаимодействи альдегидов и кетонов (Х-ХХ) с a.ß-непредельными ГФС, возникающими in siti из полных зфиров алкинил- и алкенилфосфонистых (XXII-XXVIII), а такж( алкинилфосфинистых кислот (XXIX-XXX) в результате их гидролиза

- 5 -

фисутствующей в реакционной среде водой.

RlO ЕЮ PhN

>-C=CR2 >-СН=СН2 nP-C=cri

Rio' ЕЮ' Ets'

XXII-XXVII XXVIII XXIX-XXX

R1=Me, Et; R2=Me, f-Bu, Ph; R1=Me, Ph

2.1. Взаимодействие неполных эфиров a.ß-непредельных фосфонистых кислот с ароматическими альдегидами, ацетофеноном и

циклогексаноном

Карбонильные соединения, не содержащие в а-положении к :арбонильному атому углерода электроноакцепторных группировок, как 1звестно, характеризуются низкой реакционной способностью при ¡заимодействии с ГФС.

Однако нами найдено, что взаимодействие а,р-непредельных ГФС с акими 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 ггиленовых фосфонистых кислот и изученные ранее ГФС типа |иалкилфосфитов реагируют с бензальдегидом, указывает на более высокую юакционную способность а,р-непредельных производных кислот фосфора. Это связано, вероятно, с известным электроноакцепторным влиянием щетиленовой и этиленовой группировок на атом фосфора и согласуется с 1еханизмом а- гидроксиалкилирования, включающим образование общего юна (R10)(R2CsC)P—О в системе равновесия двухтаутомерных форм ГФС.

Во всех изученных реакциях неактивированных карбонильных оединений с а,р-непредельными ГФС независимо от природы кратной связи i строения заместителей у sp- и 5р2-гибридизованного атома углерода с пыходом от 71 до 83% получены а-гидроксиалкилфосфинаты (1-12), |редставляющие собой белые кристаллические вещества, растворимые в >ензоле, хлороформе, ацетоне, тетрагидрофуране и спиртах.

RlO C=CR2 £ R1Ox C=CR2 >' + R3—C-R* -»• P

v V

о н О сгон

R3' R4

i1=Me, Et; R2=Me, i-Bu, Ph; R3=H, Me; R4=Ph, n-FC6H4-, 1-9

'-BrC6H4-; R3+R4=-(CH2)5-

о

1*10 СН=СЯ2рЗ II

ЧР' + Аг—С—Н

* ч О Н

Я1о СН=СК2{гЗ

X

о сн-он

Аг'

Р?1=Ме, Е1; Я2=РЬ, К3=Н, С1; Аг=л-РС6Н4-, л-ВгС6Н4- 10-12

а-Гидроксиапкилфосфинаты типа (1-9) получены такх взаимодействием полных эфиров а,р-апкинилфосфонистых кислот ароматическими альдегидами в присутствии воды. В предварительнь опытах было установлено, что в отсутствие протонодоноров полные эфир а,р-ацетиленовых фосфонистых кислот не реагируют с ароматические 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 стелены хемоселективности и приводят к образованию практически исключительн алкокси(апкинил)(арилгидроксиметил)фосфинатов (2, 5, 13, 14), которы получены с выходами от 52 до 83%.

и1оч

Р—Се=СК2 +

О _ II я3—с—н

нго; [н*] - я1он

1*10 С^СЯ2

X

о с-он ИЗ' чн

Р?1=Ме, Е1; Я2=Ме, <-Ви, РИ; 2, 5,13,14

К3=РЬ, п-ВгС6Н4-, л-ГС6Н4-

Аналогично взаимодействие такого а,р-непредельного производноп Р(Ш), как 3-этил(фенил)(1-фенилэтинил)фосфинит, с пара

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

РИ

\

- ЕК5Н

НгОЦВР,]

РИ С=СРЬ

х

о* чс-он

П-РСеН/ ЧН

вв

/

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 6р 34-40 м.д. В спектрах 1МР соединений (1-5, 13, 14), полученных из ароматических альдегидов, 1ублет метинового протона находится в области 5 4.81-5.11 м.д. (2ирн 8.5-11.0 'ц). Для аналогичных а,р-этиленовых соединений (10-12) характерен дублет |ублетов метинового протона (5 4.96-5.19 м.д., ^рн 5.8-12.0 Гц), а также дультиплет олефиновых протонов (5 5.72-7.00 м.д.) В ПМР спектрах »единений (6-7), синтезированных с использованием ацетофенона в :ачестве исходного карбонильного соединения, дублет метильной группы Р3 1аходится в области 1.85 и 1.95 м.д. (^Рн 18.9 и 15.9 Гц). Спектры ПМР «единений (8, 9) содержат мультипет в области 1.70 и 1.80 м.д., >твечающий 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) габлюдается полоса поглощения связи С^С (2160-2290 см"1), а для ггиленовых соединений (10-12) — связи С=С (1590-1610 см'1).

Спектр ЯМР 31Р соединения (15) содержит характерный сигнал в власти 5р 14 м.д. В спектре ПМР присутствует дублет дублетов метинового ¡ротона (5 5.32 м.д., ^рн 6.5 и 8.3 Гц), и синглет гидроксильного протона (5 ¡.69 м.д.), сигналы протонов арильных групп представлены мультиплетом (б .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-идроксиалкилфосфинатов однозначно подтверждена рентгеноструктурным ¡нализом. При этом установлено наличие межмолекулярной водородной вязи между атомом водорода гидроксильной группы и фосфорильным ¡томом кислорода, благодаря чему молекулы фосфинатов объединены в имеры. Показано, что для гидроксильной группы а-гидроксифосфината еализуются два положения в пространстве, в одном из которых ОН группа 1аксимально приближена к связи СеС.

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

альдегидами и циклогексаноном характеризуется высокими скоростями, сопровождается экзотермическим эффектом и завершается в течение ЗС минут. При этом в реакциях с участием а,р-ацетиленовых ГФС в качестве конечных продуктов образуются гетероциклические соединения, содержащие в своем составе Д4-1,3-оксафосфоленовый цикл (16-22) . Реакция, вероятно протекает по схеме, включающей первоначальное образование а-гидроксиалкилфосфинатов. Затем в результате внутримолекулярной нукпеофильной атаки атома кислорода ионизованной формы фосфонгидринг на электрофильный р-углеродный атом связи С=С происходит замыкание оксафосфоленового цикла. Последующее протонирование циклическогс карбаниона приводит к замещенным 3-алкокси-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 цикпогексанона).

и10 С=СР2 ,|

V + Я'—С— О^Н

R10Na

Я10 С=С1%2

V о* чс-он яз' V

3,5,8,9

К1С№а

и1о СЕзсяг

V о* ^с-о^ 1*3'

+ N8

С=СИ2

Л I

О с-о 1*3' V

+ N8

и1он

-^СМа

Я10 СН=СЯ2

X I

о с—о 1*3' V

СН=СИ2

X I

о х—о

Я1=Ме, Е\\ I-Ви, РИ; РЛ=Н;

Э2_

16-20

21, 22

ЯЧ=РЬ, п-РСеНд-, п-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 катализаторе 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 гиленовых 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 пьдегидами в условиях реакции Кучерова. Так, реакция моноэтилового фира 3,3-диметил-1-бутинилфосфонистой кислоты с пара-»торбензальдегидом в растворе 96 % -ной серной кислоты в присутствии эталитических количеств оксида ртути (II) при 20°С завершается уже через 5 инут образованием а-гидроксифосфината (5), который затем постепенно (в эчение 100 часов) превращается в Л4-1,3-оксафосфолен (18). Реакция ротекает, вероятно, через промежуточное образование кетофосфината (18а) циклического полуацеталя (186).

ЕЮ C=C-Bu-f °

V + п-ГСеН4-С-Н

О* VH

во СнС-Bu-f

Ч *

Л

о сн-он

n-FCsH,'

/

н2о, H2SQ4 Hgo

ВО CH2-C-Bu-i

о сн-он Л-FCJH/

18а

он

I

BO СН»—C-Bu-i

X I

о сн—о

n-FCeK,

/

-н2о

ВО CH=C-Bu-f

X I

О сн-о

n-FCiKi

/

186 18

Фосфорсодержащие гетероциклические соединения (16-22), олученные с выходами 47-75%, представляют собой устойчивые на воздухе елые кристаллические вещества или бесцветные высококипящие жидкости, астворимые в бензоле и полярных органических растворителях. В спектрах IMP 31Р Д4-1,3-оксафосфолены (16-20) и 1-окса-4-фосфоспиро[4.5]дека-2-ны (21,22) представлены сигналом с химическим сдвигом &Р 58-62 м.д.,

характерным для пятичленных фосфорсодержащих гетероциклов группировкой С-Р(0)-С в цикле. В спектрах ПМР соединений (16-21 дублет олефинового протона находится в области б 4.82-5.76 м.д. (2J( 12.0-15.0 Гц ), кроме того в ПМР спектрах соединений (16-18) в области 5.08-5.44 м.д. присутствует дублет метинового протона (2Jph 6.4-8.0 Гц). В V спектрах соединений (16-20) отсутствуют полосы поглощения связей ОН CsC, имеются полосы поглощения связей С=С (1580-1610 см"1), Р=0 (1221 1240 см"1) и Р—О—Alk (1010- 1030 см"1). Атомы С2, С4, С5 гетероцикг фосфолена (18) в спектре ЯМР 13С представлены дублетными сигналами области 5с 77.86, 83.70 и 186.36 м.д. с КССВ 1JPC 96.88, 1JPC 133.45 и 2Ji 15.89 Гц соответственно. На примере 5-трет-бутил-3-этокси-2-лар. фторфенил-3-оксо-Л4-1,3)Локсафосфолена (18) строение Д4-1,; оксафосфоленов однозначно подтверждено данными рентгеноструктурно! анализа. Показано, что гетероцикл имеет практически плоское строенi (рис.1.). Установлено, что соединение (18) существует в виде двух изомеро отличающихся расположением экзоциклических заместителей относителы плоскости фосфоленового кольца.

В присутствии гидроксида натрия 2-арил-А4-1,3-оксафосфолены (2 22) гидролизуются с размыканием цикла и образованием натриевых солей арилгидроксиметил(2-оксоалкил)фосфиновых кислот (23, 24), которые nj обработке соляной кислотой превращаются в соответствующие фосфиновь кислоты (25, 26).

О о

RIO CH=CR2 №0 cHj— CR2 НО CH2-CR2

V | NaOH; Н2Р HCl

О* ]0—О -R1oH * о* NC-OH О* "с-он

R3 Н R3' >Н 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, Ъ полученные с выходами 50-68%, представляют собой белые кристаллическ! вещества, растворимые в ДМФА и ДМСО, слабо растворимые в пиридине, спектрах ЯМР 31Р соединений (23-26) присутствует сигнал с химичесм сдвигом бр 31-38 м.д. В спектрах ПМР имеется дублет метиленовых протон« (6 3.20-3.30, 2JPH 15.4 Гц.) и дублет метинового протона ( 8 4.80-4.88, 2JPH 8 Гц), для соединений (25, 26) характерен синглет кислотного протона области 8 11.5 м.д.. В ИК спектрах соединений (23-26) имеются полос поглощения групп ОН ( 3310 см"1),

С=0 (1710 см"1) и Р=0 (1200-1215 см"1). В спектре ЯМР 13С соединения (25) присутствует характерный дублет метиленового углерода (5с 36.26 м.д., ^рс 77.3 Гц.), дублет метанового углерода (6с 71.06 м.д., Ърс 115.5 Гц) и синглет карбонильного углерода (8с 209.05 м.д.).

Таким образом, в реакциях а,р-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-гапогенкарбонильными 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.

ЯЮ С=С1?2 Я С=СЯ2

V + К3-С-СНХН1дз-Х -► А

о н О сгон

снхндз-х

Х=0, Н1д=Р, С1; Я3=Н, РЬ; R1=Me, Е^ Н2=Ме, РИ; 27-39 Х=2, Н1д=Р, С1, Вг; Р3=РЬ, л-МОгСеН«; Р1=Ме, Е^ В2=Ме, ^Ви, РЬ

1*10 сн=СНК2 ° сн=СНЯ2

>' + ВЗ-С-СНхШдз-Х -Рч

о* н О с-он

I*3' СНхШдз.х

Х=2, Н1д=Вг, И3=РЬ, п-Ы02С6Н4; Р1=Ме, Е1; Р2=Н, РИ 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 апкинилфосфонистых кислот с а-галогенацетофенонами в присутствии воды и каталитических количеств серной кислоты. Выход эфиров алкинил(1-гидрокси-1-фенил-2-галогенэтил)фосфиновых кислот (30, 34, 37, 45, 49) (7295%) при этом даже несколько выше, чем при получении указанных соединений путем взаимодействия а,р-ацетиленовых ГФС с

- 13-

оответствующими а-гапогенкетонами.

Р—С=СР?2 + Я'—С—СНхН1дЗ-Х -;-

Р10' - «1ОН о С-ОН

'сНХН1д3.Х

С=0, Н1д=Р, Р*3=РИ, Я1=Е1, Р2=(-Ви; 30, 34, 37, 43, 44

С=2. Н1д=С1, Вг; Я3=РЬ, л-Ы02С6Н4; Я1=Ме, Е*; Я2=Ме, /-Ви

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

ею ? Н20;[Н+] аох сн=сн2

Р-СН=СН2 + РЬ-С-СН2Вг -Р

но' - НОН о* "С-ОН

РИ' ЧСН2Вг

40

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

Р(Ч И Н20; [ВЯз] р\ С=СМе Р—С=СМе + РЬ-С-СР, -—1!—0—*. р^

вэ' -ЕКН о* %с-он

РИ' "с^

45

Фосфонгидрины (27-45), полученные с выходом 65-92%, федставляют собой кристаллические вещества белого или желтого цвета, )астворимые в бензоле, хлороформе и спиртах. В спектре ЯМР 31Р гарактеризуются сигналами в области 5р 9-20 м.д (ацетиленовые фоизводные 27-39, 43, 44) и 5р 36-39 м.д (этиленовые производные 40-42). 3 спектрах ПМР соединений (27, 28, 32-42, 43, 44) имеется сигнал летиленовых протонов галогенметильной группы (8 3.73-4.59 м.д.) в ^которых случаях удается наблюдать неэквивалентность этих протонов и эасщепление их сигналов в дублеты с КССВ ^рн 5.0-7.0 Гц. ИК спектры :оединений (27-44) характеризуются наличием полос поглощения в области }150-3270 см-1 (ОН), 1180-1245 см-1 (Р=0) и 1015-1035 см-1 (Р-0-А1к). В ИК :пектрах соединений (27-39, 43, 44) имеются также полосы поглощения

С=С связи (2160-2220 см"1), а соединений (40-42) — С=С связи (1600-169! см"1).

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

В спектре ЯМР 31Р соединение (45) представлено сигналом в облает! 8р 12 м.д., характерным для третичных ацетиленовых окисей фосфинов. В И! спектре имеются полосы поглощения в области 3165 см"1 (ОН), 2190 см" (С-С) и 1250 см"1 (Р=0). По данным спектра П1М

соединение (45) существует, вероятно, в виде двух стереоизомеров, так ка содержит два дублета метильных протонов (5 1.98 и 2.19 м.д., ^рн 3.8 Гц).

По данным рентгенострукгурного анализа в молекуле этиловогс эфира 3,3-диметил-1-бутинил(1-гидрокси-1-фенил-2-бромэтил)фосфиново1 кислоты (35) гидроксильная группа значительно удалена от связи С=С, чт( вероятно, и исключает возможность внутримолекулярной циклизацж соединений типа (27-45).

Обработка ацетиленовых а-галогенметильных а

гидроксиапкилфосфинатов (29, 31-33, 35, 36) каталитическими количествам! апкоголятов натрия выявила существенные различия в поведении эти: соединений по сравнению с несодержащими галогенов а,р-ацетиленовым1 фосфонгидринами (3, 5, 8, 9).

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

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

ВО с=ср1 ВО С=СЯ1

V ВОИа V

о* *с-он о* чо-сн—СР»

Р1\' ЧСРа РЬ'

Я1=Ме, Г-Ви 46-47

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

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

а- гидроксиалкилфосфинаты (32, 33, 35, 36), полученные на основе а-хпор-и бромкарбонильных соединений, при обработке алкоголятами натрия образуют сложную смесь продуктов. ЯМР 31Р спектры реакционных смесей содержат 5-7 сигналов в области 5 -11-И-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, 33, 44), полученных при взаимодействии а-галогенкарбонильных соединений с а,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).

НО С=С-Ви-Г О Н2304 НО СЕ=С-Ви-(

р' + II -р

» ^ R3-C-R4 НдО s

ОН а О С—ОН

R3' sr4

30, 38, 44

ВО CH=C-Bu-f

-- X I

о с—о

R3' VR4

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

5-/77рет-Бутил-3-этокси-2-арил-2-галогенметил-3-оксо-Д4-1,ЗХ5-жсафосфолены (48-50) получены с выходом от 30 до 80%. Значения гимических сдвигов атомов фосфора в спектрах ЯМР 31Р этих соединений >асположены в области 5р 54-59 м.д., характерной для пятичленных [зосфорсодержащих гетероциклов с группировкой С—Р(О)—С. В спектрах IMP присутствует дублет олефинового протона (5 5.09-5.17 м.д., 2JPH 16.16.3 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 .5-5.0 Гц.^нн 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"1(Р=0 и 1020-1030 см"1 (Р-0-А1к).

2.3. Взаимодействие монометилового эфира 2-фенилэтинилфосфонистой кислоты с халконом

В отличие от нефункционализированных и а-галогенсодержащи: карбонильных соединений а-еноны, как известно, присоединяют ГФС Н( только по карбонильной группе, но и по связи С=С. При использовании I качестве ГФС а,р-непредельных производных реализация как первого, так I второго направления могла сопровождаться внутримолекулярно! 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 связ! С=С. Реакция, однако, не останавливается на стадии образования у кетофосфината (51), возникновение которого зафиксировано методом ЯМ* 31Р спектроскопии (6р 22 м.д.). При нагревании реакционной смеси при 80°С I течение 6 часов происходит замыкание фосфоленового цикла в результат! внутримолекулярной нуклеофильной атаки карбаниона на р-атом тройно1 связи фосфината.

МеО С=СРЬ „ МеО С==СРИ

> / О * х

.К \\ МеО N8 р;

О* ЧН РИСН=СНСР»1 -О' СН-СН2СРЬ

РИ' »

51

МеО N8 - МеОН

МеО С=СРИ

\ / Д

Л *

О СН—СН-СРЬ

РЬ' - и

МеО С=СРЬ

х I

О СН—СН-СРИ

РИ'

О

МеО СН=СРИ МеОН ^ V |

- МеО№ О* СН—СН-СР11

РИ' А

52

|эен

выходом 39%, представляет собой белое кристаллическое вещество,

4-Бензоил-1-метокси-1-оксо-3,5-дифенил-Д2-фосфолен (52) получен

растворимое в метаноле и хлороформе. В ПК 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 (СОС13), 5, м.д.: 3.05 д д (СН РЬД^н 15.0 Гц, 2*)Нн 13.4 Гц ), 3.47 д д [СНС(О), Ърн 11.0 Гц.^нн 18.4 Гц ], 3.87 д (СНэО, \1РН 11.0 Гц ), 4.61 д (СН=, ^РН 18.2 Гц ), 7.1-7.6 м (С6Н5). В спектре ЯМР ,3С присутствуют сигналы метановых (С4 — 5С 51.7 м.д., 23РС 86.2 Гц, С5 — 5С 34.8 м.д., 1иРС 89.9 Гц), олефиновых (С2 — 5С 130.0 м.д., ^рс 120.0 Гц, С3 — 5С 141.2 м.д., ^рс 13.7 Гц) и карбонильного (5с 195.2 м.д., ^рс 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-гапогенкарбонильным соединениям с образованием непредельных а-гидроксиапкилфосфинатов.

3. Непредельные а-гидроксиапкилфосфинаты с высоким выходом юлучены также в реакциях полных эфиров а,р-непредельных фосфонистых и {юсфинистых кислот с неактивированными и а-галогенкарбонильными ¡оединениями в присутствии протонодоноров (вода и каталитические :оличества серной кислоты).

4. Найдено, что при взаимодействии неполных эфиров а,р-|цетиленовых 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 апкоголятов натрия в реакциях моноалкиловых эфиров а,р-ацетиленовых фосфонистых кислот с а,а,сс-трифторацетофеноном вызывает фосфинат-фосфонатную перегруппировку первоначально образующихся ацетиленовых а-гидроксиалкилфосфинатов и 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 апкинилфосфонистых 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 апкоголятов 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 ¡оединениями // 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-1токси-2-л-фторфенил-5-трет-бутил-Д4-1,3-оксафосфолена //Журнал общей :имии. - 1995. -Т.65, вып. 1. -С.164.

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

4. Reactions of a,ß-unsaturated hydrophosphoryl compounds with ¡arbonil compounds and azomethynes as new approuch to the synthesis of >hosphorus heterocycles / Yu.G.Trischin, I.V.Konovalova, B.F.Mingazova, /.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-1етил(2-фенилэтинил)фосфонита с бензилиденацетофеноном // Журнал >бщей ХИМИИ.-1996.-Т.66, вып. 6,- С. 1049-1050.

6. New method of synthesis of heterocycles by reactions a,ß -acetylenic lerivatives of trivalent phosphorus with carbonyl compounds and azomethynes in >resence 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). -Amsterdam, 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.KBelsky // X 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.Докунаева, Б.Ф.Мингазова, М.В.ВоробьеЕ В.И.Наместников, В.К.Бельский // Тез. докл. VI Всероссийской конференци "Карбонильные соединения в синтезе гетероциклов. - Саратов. - 17-1 сентября, 1996. - С.24.