Реакции Даффа и Анри в условиях высоких давлений тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

'российская акадеййя наук

ордена трудового красного знамени институт оишшжой

химии нкэки н. д» зелинского

Па правчх рутопггсг

УДК 541,12.034.2 ; 542.053': 547»Ш,>;

СВДИШЕВ Игорь Павлович •

РЕАКЦИИ ДА.ФМ И МРИ В УСЛОКЙХ ШСОКИК ДАВЛЕНИЙ

( Специальность 02.00,03 - органическая хешя ) Автореферат

диссертации па соискание ученой отепопи кандидата химических наук

Москва 1992

Работа выполнена в Лаборатории химик высоких и сверхвысоких давлений ордена Трудового Красного Знамени Института органической хинин имени НЛ.Зелинскоро Российской академии наук.

Научные руководители : доктор химических наук, профессор Дулив Виктор Михайлович, кандидат химических наук, старший ' научный сотрудник Агафонов Николай Евгеньевич. 1 Официальные оппоненты : доктор химических наук, про-

фессор Краткий Михаил Михайлович , кандидат химических нар, от*н.о. Шведов Василий Иванович.

Ведущая организация - ордена Трудового Краоного Знамени Мошсовская сельскохозяйственная академия им. К.А.Тимарязава.

Защита состоится " . . . 1992 г.

в " {0 * часов на заседании специализированного совета • К 002.62.02 в Институте органической химии имени Н.Д. Зелино-Кего РАН ( П79ХЗ, Москва, Ленинский проспект, 47, ионферыщ-аад )»

С диссертацией монно ознакомиться в библиотеке ИСК РАН.

Автореферат разослав '"'Ж6" . '. .1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета К 002.62.02

дохтор хншчзских наук ' НЛ.Григорьева

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. РАБОТУ

Актуальность теш. Неосяабеватапее внимание исследователей в. нос ледаще десятилетия к проязводннм ^-феняпзгияамяиа ( амфетаминам,, 1-ар:: я-й-ают ой у танам я т.д. ) связано о иг широким спектра« действия на аервкув систевд. Одним из следствий подробного изучения соединений данного ряда является аирояоа применение ам~ фвгамдноз. Указадяне соединения вредсмшюяз среда отямуяягороз цздгральной нервной системы6 анорексигендах средств, препаратов экспериментальной фармакологии а биохимии для изучения асихячес" ках процессов.

Значимость^ -арллэтияаыяпов существенно смвдулироваяа развитие методов их синтеза. Наиболее известным и широко используемым способом получения етях соединений является последовательность

иреврацзаий ( схеш(1) ) :

х\гН -- АгСИО-— АгСН=С(К'9)я-- АгСНоСНда>)Р. (I)

I 2 * 3 ''

Какдая из приведенных стадий имеет самостоятельное значение ъ органическом сянгезе, поэтому ясен янтерес как к разработке оптимальных методов получения соединений, так я воз'яечеий» кок.'>; субстратов в эти реакция.

Ве2ь_22Й£Й1' Пеяью данного ьсспедо^айЕя явилось изучай» возмоеностя применения выоошгх давдекяй дли улучшения отдельных стадий синтеза амфетаминов я 1-ария-2-ашшобутанов. Такими ста-диямя бзля внбраяы два. этапа схема (I): I- формулирование арена ! реакция Дайфз ) и хонденсацкя ароматического альдегида с нл?~ роаянаногя ( реакция Анри ) - 2;

Научная.новизна работы. Впервые в реакцию Да§фа ( гексаыэ-тплентетрамин и трифторуксусная кислота ) введены галсидбанзолн в ус повоях високах давлений. Предложенная методика позволяет ту-дучать альдегида и/или К-(арилметил)трифторацетамида, в зависимости от природа арена. Предположены различные пути образования

отмеченных продуктов. Показано, что после фазового перехода кислоты реакция замедляется.

Дня фторбензола в реакции Даффа получен волнообразный инвариант зависимости относительной скорости образования соответствующих 1Г-{$торфешш№ига)трафторацетамидов и фторбензальдвгидов от глубины превращения фторбензола при изменении давления ( 20-1000 Ша ),температуры ( 76-130°) и других условий проведения опытов. Необычный характер этой зависимости, главным образом, определяется реакцией образования фторбензальдегидов.

Реакция Анри с ароматическими альдегидами и нитроалканамк впервые проведена в условиях высоких давлений .Целесообразность применения высокого давления в синтезе 1-арил-2-нитроалкенов-1 ограничена соединениями с донорными заместителями в ароматическом ядре.Дяя таких соединений характерно повышение выходов целевых продуктов и подавление побочных процессов .Фазовый переход уксусной кислоты под давлением не препятствует основной реакции.

Высказано предположение, что наблвдаемые различия для реакции Анри в условиях высокого и атмосферного давления связаны со сменой лимитирумцей стадии процесса.

Практическая ценность работы. Предложенные методы синтеза соединений в условиях еысоких давлений делают более доступными соответствующие альдегида и нитроалкены, что увеличивает возможности их использования в синтезе биологически активных аминов и в других синтозах.

$ света имеющихся данных относительно применения галоидзаме-щенных бензилашнов доступный метод синтеза Я~(арилметил)трифтор-ацвтамидоз позволяет надеяться на перспективы их дальнейшего использования.

Публикации .По материалам диссертации опубликовано 3 статьи.

Апробация работы. Часть результатов работы доложена на III Всесоюзном совещании по химии высоких давлений (Москва, 1990 г).

Структура и об»ем ляссептвтт. Диосеъття состоят яз впо-дздпй» кггзратурисгс сбъора, обсуздаизя рэзуяматов, эксперш'он-гапъног частя, выводов я огтясяа цадиротапясй язгерэтурн. гакт-?-з.ого 112 иаикзновамЁ. Работа кзяозоян па ¡^О -ограяздях медяко-гасгтого гек<м?ч; сеячггт 15 табзвд г 14 рясуюхх

3 I ( /"¡кгермуршй созо? ) коротко гатччзгкч осзоккы» к*— юда форшщроваяия ароматических соединений, кг особзндостя, гва-

апьдогпдов с кгтроашсаними ( реакция Анря )„

3 гкаве 2 пршедены результата работы и их сбсугденяе. Глава 3 { ошкршигальЕая часта ) содержит описание аппаратуры высокого давления, методккя синтеза п очистка исходных веществ ж нолучанинх соединений, и иденетфккацЕш.

IXс ООПОТМОЁ СОДНРЕЛЙЧЗ РАБОТ;!

Игажщ&Чьсзвеч у]рт*роаиод с ймса-^якзода»:.®! (а) а тржбт^у^--сусной наслоо'о пюоке\5 даиладте ( Р до 1000 ЫЯа 1 к ??га1эрэ-гурсх А'1 120° голучвш гаяоидб^азакклагадн (б)» Гда асйдацовэядог

тггрг.^о огавчеы с>разоз»агпте .*-( дое (д) ( схема(2) ), причем замзтноэ количество амидов д. о¿разуете:: г в о пропелод :тря от.-повтедьно ¡гашж ддодочг С 20 № ).

АгН + С6К12'Л'4 + СР3СООН —А1-СН0 + АтСН^НСОСгз (2) Э^ З/Н^О ¿х

Молификапияг метол»»!» пз^гса теелааст и гиссь трг^7орут:сусг(ого

£.иц'2.цргц!й гозис.х-.ла на т.;.чьчо рйжотс -р. строну

меямьноро проягнсдяогс (¿), нг с ззестз г< более члерт-пю

поздтвлоздбеипсдо грз 500 п 200'"',

На примере реакция с '{торбензолом показано, чтое наряду о оо-новннми, протекав-? побочный процессы. Среди послэдшг* основное

место пркнадлехи? аминометилировапиа. Так, методом хромато-иасс спектрометрия (Х!«С) определены а&знц :

Ю^Ш^г где 11я1Я.«:н2« сн3 . гагв,-«^, г^-с^ .

Бдз п,"с2н5, а2-к6и4сн2

а) Факторы, мгиящяе на реакцио ашлгалогвшгтов с уротропином

Выбор трзфторуксуспой кислоты (КУК) для реакции основывался на том, что эха кислота - достаточно сильная, хорошо растаоряот реагенты к не склонна к влбктрофяшгоцу замацешт аренд.

На осаовашв: предварит елышх опитоз показано, что иольиоо соотношение С6Н-£^^Ж^Нд:СРзСО0Н=.1:1:20 позволяет получать как достаточна а абсолютные (мольные) выхода, так к удовлетворит ельккз огс:о-сахелыше (с адгнзща об'еда) выходы. Вакианне к отаю<аи«йнам ан-ходам об'ясняетск- тем, что реакция при высоких давлениях лроводит-ся в реакторе ограниченного бб'ема.

Поскольку фазовые перегода соединений часто существенно сказц-' веются на результатах рзгащцЕ прЕ высоких давлениях, представлялось целесообразны;.! исследовать реакционную смесь (РС) с этих позиций. Полученные данкие праведевы на рис.1. Экспериментально при 90° фазовый переход ошх определен только для чистой' ТФУК. Неудача в определении фазового перехода для РС при-этой температура, может быть обусловлена как "скрадаванием", размыванием, точки фазовох'о перехода, достаточно интенсивно идущей реакцией ( выход толыл альдегидов - ЗШ! ), так и аозможнш частичным выпаденгеы растворителя:, которое трудно зафиксировать.

Из ряс.1 видна и разница в способах выведения система иа рабочий режим. Нагревание при 20 Ша, а затем подача давления обозначается (Т,Р) (пунктир ка рис.1) ; подача давления прг комнатной температуре, а затес нагрев обозначается (Р,Т) (пушемр с точка-иг на рлс.1). Так, в способе (Р,Т), напржэр, при 600 Ша, происходит переход системы кз гадкого состояния в закороченное с коло

Значения его. перахэдок

О-

тан X - яда рс

—-,-

500 _ _ 1000

'ÍIk.

Ргс.1 <5зэог.£п /»иаграчка -грифторуггуснс;: этологи 2 ос сздие.

3C0 ¡"На. Последующее поьшлуло татерачуры болео 70° вновь aiffic-дг? саетеед з сблася. .гадкого соотойпая, Однако, прп Р-ЮОО лпкгя (Р,Т) пересекает тольго одш> рсз- ns перой-д з ззыорс-

хекноз со с године, акоге^а a as и остается в нем» Лрз достгкздгз условий опыта способом (Т,Р) до 650 Ша птат 7Я° от 750 № при 90° сисгсдо находится пса врем: в жадкют «ии-вяняя.

С учетом отмеченных способов выведения системы на рабочие параметры проведено изучение влияния давления на реакции формширо-ванет фторбеязола ( ргс.Я ). Вря 75° по способу (Р,Т) ( криг-з;- ' ) вга.сд достигает максимума при 500~60П МПа, а щж ООО МП» и болза здьдяяда вообще ке обнаружена. У-тдаая фазовуз диаграмму ( рис.1), мохмо сделать вивод, что в области кристаллизации ТФЛС реакция протекает крайне медленно. Сравнивая кривые I г 2( 7б°,(Т,Р)), могло видеть, что до области кристаллизации выхода отличаются мало, однако после 600 Mía характерно различие между двумя способа-

Р, КПа

?кс.2 Эашошосгь выходов фторйензальдегздов от давления. ( V = I ч П I - Ф 76°, (Р,Т) ; 2- © 76°, (Т.Р) ;; 3- ф 90°, (Р,Т) ; 4 - О 20°, <Т,Р).

.......-7-

мк, Еркчж,' чем еще давление, тем больше разница Л связи с этим, было предположено, что реакция протекает,в основном,в момент кристаллизации. Подтверждением этого предположения явлтотся, например, ояняя яря 1000 МПа (Т,Р). Так, вывод системы на режим давал альдегидов(116), дальнейшая реакция в точение 10 май. давала суммарный выход 10$, а эща 50 мин. - 12$ альдегидов. Но и увеличение времени реакции до 3 часов дало лишь I&% lió, цричем, и побочные процессы протекали в незначительной степени.

При 90° ( кривые 3 и 4 рис.2 ) такте наблюдается максимум выходов» смещенный в область более высоких давлений по сравнению с аналогичными зависимостями при 76°, но в отличие от них кривые при 90° одинаковы по -своему характеру. Более того, если учесть» что при доведении давления и температуры до требуемых значений в условиях (P„í) выходы альдегидов близки 0%, а для (Т,Р) составляют 8 + 12? при 800 + 1000 Ша, то введение соотзетстдул/рсх поправок ■приведет к тому, что кривив 3 п " практически соепед/т.

На основе представленного анализа для препаративного синтеза было выбрано давление 500 Ша, что гаралтирОЕало протеказжэ реак-тдпи в аидкой фазе при температурах ваше 50°.

То® фааг, что за вреш парг*®ла давления в условиях (Т,Р) получалась замета? ( ери 30® ) ¡ш rszq основная доля продукта ( зри 76° )„ поддал аосладоважь j¡>*eK*sm s динамическом ( циклической ) во даишшв pesms.. Один ¡цекя такого режима после выхода на задан-■ J лум с-етсоратуру представлял ; азд? si .давления .до необходимого зна-'■mrzя я выдеркка при ней т тшетв I мин»., эагак сброс давления до 20 Ша и выдержка I ¡лин. Дадныз.да раггдчаьк резимов ириведвг-яы з табл.1.

Примечательно, что дйе&мическаЬ резаш давал равные выхода за значительно более короткое время, Яо если учесть оп. 8-10 табл.1, то видно, что не во всех случаях динамический режим обладает преимуществами. Лишь в случае попеременного плавления - кристаллиза-¡ции РС отмечалось возрастание выходов. Так, в оп.Ю выход оствзал-

Тайшзда I.-

Образование продуктов в реакционной смеси в разлсчных условиях

•й 1 Р, Ша 'режим) ! ^ \+с\ Остаток ! Выход ! Выход оп.! ! '(/¡^ !ф1орбензола¡альдегидов(ш.клов,

! I ? ! % I • % ! х*

I, 20*1000(1 цикл) 2 мин 90 ,_х 12 -

2. -"-(5 циклов) 12 мин 90 : 52 24 '4-

3. -"-(7 циклов) Х5 мин 90 38 32 4

4. -"-(10 циклов) 30 мен 90 10 44 12

5. 500 (Р,Т) 8 ч 90 8 44 14

6. 600 (Р.Т) 8 ч 90 8 46 6

7. 600 (РД) I ч 90 52 30 2

8. 20+1000(10 циклов) 30 млн 76 54 28 2

9. 20+600( 10 циклов) . 20 мин 76 84 12 0

10. £00+1000(10 циклов) 20 шв 76 70 10 0 .

XI. 1000 (Т,Р) 10 кшн 76 76 10 0

12. 600 (Т,Р) . I ч 76 ' - 16 -

13 . 500 (Р.Т) 4,4 76 — 28

х ~ значение на определялось.

ся неизмбшшы после фазового перехода ( сравни с on.II ). Но и изменение давления в области жидкой фазы система ( оп.9 ) пало стирался от процесса о постоянны;.; давлением ( ок.12 ), Причал, суммарный выход оп.9 ж 10 был ише, чем в оп.8, где проводилось аерд-одаческоз плавление - кристаллизация смеси. 1'аким образом, хотя после фазового перехода'наблюдается существенное замедленно основных л побочных реакций, момент фазового перехода сопровождается ускорением процессу превращения.

Полученные в работе результаты приводят к выводу, что реакция Даффа протекает но нескольким направлениям и имеет импульсный характер. Температура и давление, ускоряя процесс, уменьшают время осуществления импульса, то есть предельное количество того или иного продукта образуется за меньший период. Из-за недостаточного

чиола дааюх для. количественного сравнения но вромопи в одинаковых условиях, выбрана обобщенная координата реакции - глубина прв-прадешм фторбйгзола, что позволяет сравнивать результаты в различных условиях. На рао.З отложены вшсода альдггвдов(Пб) ,У, против количества прореагировавшего фторбензола(Па) В число данных включены опыты в самых различных условиях : Р=20-М00 Ша, Т= 76-130°, с данаыгасскшй по Р роаашм, в замороженном растворе, кроме опытов при 20 Ша л 130°, где преимущественно образовывались амиды 11д. Методом сплайн-аппроксзмациа (СА) через экспериментальные точки проведена кривая I и одновременно нолучадцаяся зависимость. ее производной 2„ Метод СА позволяет получить на основе экспериызнтальшк данных плавную кривую с мяшшальяой суммой квадратов отклонений точек от кривой и непрерывной производной. В на» аса случае производная 2 обозначав? проценкый выход альдегидов ( ледая ось IV на рас.З ) на один процент прореагировавшего фтор— бопзила 1' дабой точке глубшш его превращения, ¡1. Крявыо I 2 2 ( ряс.З ) гпторпроткруются просто. 3 интервале до 405Й глубины ар«-врзцаняя На процвео арохеаае? в аанразлеяш образования аяьдегг--до-!». Затем, до г.чубшш превращения относительная скорость образована альдегидов (У/) разке издает, а посла 80% вновь возрастает примерно до начальной ттчят. Тягам образок, хга всей пу-п: вреЕр'ЧС5шк фторбоязола рвевдш фзртотровааая двьудн "отаэаот", то есть пмеот 2 икцульса.

Большей, устойчивостью обладаат соотеетствукгхая зависяиоста сугг-мврвого ешкда ельдегадов и гаыдог, I ( рас,-! >,' тосхолког удо-глзтаоряют практически все лпмтн. Срязствзя зависимость выходов ' грзваа I рао.З н4), тою вздеть, что основу последней завя-.симостз составляет "альдегидная* кештонен-га л затаоамоста сшссрон-т. Это позволяет предположить, что аьлдц образуются по той ке термодинамической ветвз, что л апьдегяды. Еолаа универсальный характер последней зависимости связан и с там, что с векоторыкя

4,0

0,5-

40

20

0

о

О

о эеспв-рпн'енталь-шо значе-ган

20

Ч__У

-у СО

X*

100

?ео.З Зависимость выхода фторбензальдегидовч I - правая аоы )-н относительной староста их образования ( 2 - лйвая- ось )от глубины превращения фторбовзола.

№.0

/ '2

О - вкспе--рпиенталь-Шб значащи

0,5

100

Рйс.4 Зависшие® суммарного выхода ( I » правая ось ) и относи--толъеой скорости 'образования фторбензаяьдеигдов и Л-(фторфонйЛ-иотпл)трифторацетамидов ( 2 - левая ось ) от глубшш превращения: фторбензола.

-ll-

оубстраташс реакция в изученных условиях дает только соответству-вдиа амиды (а) ( см. табл.3 ).

Следовательно, реакцию ДафЬа можно рассматривать как лекуи химическую волну ( устойчивый солитон ) относительной скорости с бракования продуктов по глубине превращения фторбеязола.

В табл.2 приведены данные по региоседективности реакций с участием фторбвнзола. Орчяняяа? рвгиосеогсятпвкост« реакций ¿bjaouspo~

Таблица 2.

Региоселектшзность реакций формулирования в амвдометилиро-вания фторбензола при 500 МПа

й t¿,°! растворитель ! реагент ! соотношение!соотношение

оп. ! ! ! »альдегидов.%?амидов, % ■

! ! ! ! Зн»зо- '.¿-изо44~я?с- ! ü-цзо-

! ! ____!__!мер____»мер !г.;етз »мер

1. 90 С?оС.00!1 WtJ* 01,С 8,5 57,S 32, -1

J чу 1 /.»

2. IÍJÜ CP3C00tí+(ÜF3C0}o0 - - 94,7 Ss3

3. roo CfaC00H (C^CCKügCf^ - - 01,6 ¿8, i

янпт а ак-гдом визирования, мог» >1реднолояать как исзпвжятоз образование «эдов ( то реакции амигаровс!ЛЯНх. фрагментов уротропина о Фторбензолом ), так и через о бди о с альдегида-п жггермсди-атн (■ бензиламипы ) „ Основанием для первого предположения служит разница в регр.осолектйЕйосш двух реакций, для второго - образование амздов а реакции КУл и ее ангидрида с региоселектпвностыо характерной форматирований. Бэроятно, оба направления вносят свой вклад в процесс ашщомвтилировагоот л етзучектат усор^тг, Для дагаловдбензо.кто отмечена раззкчяря реакционная способкость в рассматриваемой реакции. Коли 1.3~тгихлорбензол давая етгадотд я титане« производное при 140°, то его 1.4-ззомер вплоть до 180° не вступал в реакцию. Лишь использование смеси ТФУК и ее ангидрида позволило при 200° вводить л реакцию амздометшшроваши более инертные полиг алойдбензола.

б) Природа гало шатена и возможности рзякгши о уротсо-

гогном

Полученные данныо послужили основой для препаративного получения альдегздов (б) и Jf-замещенных трифторацетамидов (д) с зсоррек-ткровкой температурного режима для отдельных ареков.'В табл.3 приведены выходы выделенных продуктов с различными

галоздаренами, которые дают возможность судить о влиянии заместителей в ароматическом ядра на реакционную способность соединений. Метод .1( табл.3 ) предполагает реакцию в ТФУК, а 2 - з смеси ТФУК и ее ангидрида. Шифры аренов даются по табл.3.

Среди галоадбензолов по реакционной способности выделяется На. Можно предположить, что это связано с одинаковыми 2р орбиталягаг атомов Си?, которые способствуют наиболее эффективному сопряжению электронной системы галогена с ядром арена. Следствием этого является относительная активация На, то есть повышение электронной плотности в ароматическом ядре, по сравнении с други-■ми галоидаренаш, и, следовательно,'облегчение электрофильной атаки соединения.

При переходе к другим галовдарснаи сопряжение становится менее эффективным, что, очевидно, н приводит к повышению доли продуктов амвдометилирозания. Следует отметить, что при использовании метода 2 можно и для фторбензола получить только амиды Пд,

Если судить по Уа, для которого получен изомерно частый 5-хлор-1-нафтаяьдегид, в случае других галсидзвмещенных нафталинов следует ожадать аналогичного результата.

Существенное значение для реакции имеет характер ориентацшг замескиелай. Так, для брэнтолуолоп при согласованной ориентации заместителей ( 1Ха ) происходит пр&слуцаствекко образование альдегидов, а при несогласованной ( Sa ) - только ямвдев.

Б то же вреггя, IIa с согласованной ориентацией галогенов такте дает ляль три иаомернкх аьмда, хотя в молекуле и присутствует фтор, который облегчает элоктрофильную атаку. В связи с этим,

Таблипа 3

Выхода продуктов взаимодействия арилгалогенидоз с уротропином к трифторуксусной кислотой ( 500 МПа, 9ч).

й ! Арен( шифр ) ¡Метод ! °!0ст. а1!Выход 6, % !Выход a, %

Т, РО-МНа) О О i SO 30 56(2 330!,i.)

2 100 -3 0 45(2 изом.)

2. CIC6H5(IIIa) I 120 - 31(2 изом.) 25(2 изом.)

3. ВгС6Н5(1Уа) I 120 18 24(2 изом.) 28(2 изом.)

4. I-CI нафгашш(Уа)4 I SO 22 63(1 изем.) 0

5. З-Вг толуол (На) I 120 - 48(2 азом.) г

/■J vj s 4-Вг тэлуол(Ха) T 120 48 0 39(2 изом.)

I -Ег PCgIÎ д ( XI а.) T 140 - n таг -530М.1)

¡j ^ ï. "î-o'I^C^Hj ( У1а) J : ¡o - 0 35(2 изом.)

S. r.4-W4(XIIa) t 140 ~ '1 32(1 nseî.O

10, Т.4-С12С6:14(ЛПЯ) 2 200 - 33(1 Ух2ГГЛ.\

П. Т,4-ВГ£С6НдГЯГА.) 2 ZQ0 - Q 58(1 >исм.)

12. Ffi0sH(X.IIIa) 200 - 0 2К

I - остаток по Г2Х ; 2 - не вцд&таяся, т.к. не превышал ШЛ> ; 3 -

не .■•ир-маш-гр. ; 4 - зг, 15 чяоп при двукратном разбавления ТФУК.

аа^гс^З'.'Пйо, что яппцч о нооогтассзаш.-й »¿кедтолмо^ галочке* дают лишь амиды д, причем последние дли 1,4-д1Еслор(У1Па), 1,4-дкбримзамещешшхЧУПа) и папта}тсрбопзола(Х11Та) получпны лишь ~>

\TliIIO б^лес :-;hC-:-:Ci?. ( йо'ь-д £. V

lahrij.; v6рйзс;.;, "есст-г Г";;с"_дйслзо.т_' ь р°-

ак'_,л'> 0 yx^ï^o^.ï-: т:.:-:].'лОру/.с;,'Он;Ч »¡юло?'^ v. виоокл:-:

•давлений оказалась успешной, ^ тс:.: чнгл<з и Д-'Н гтолигчлоипбо«г>о/':-. причем во многих случаях смось изомеров удавалось разделить кристаллизацией или хроматографяровалием.

2. Реакция Акри дам ароматических альдегидов в условиях зчсс.та давлений

Коыденсацкя ароматических, альдегидов с питроалканачн ( реакция

Анри ) в уксусной кислото ( схема(З) ) предложена в свое время

для пара-замещвнных бензальдегидов, однако, далеко не все альде-АсОН, АсО)Шл

АгСНО + СН3СН^.'02 ■■„■■■ ■ ■■:- .-■ 4= АГСН=С(А'02)СН3 ~ (СНзСрж^Оз) (АгСН=|(К02)С2Н5) (3)

гида гладко реагируют в этих условиях. Так, для 3,4- метилеадиок-сибенз альдегида реакция с 1-ыитропропаном протекала крайне мадлак-во, так что пришлось искать другой путь синтеза соответствущэго амина ( не совпал акций со схемой(1) ), Поэтому представлялось целесообразным изучить возможность применения высокого давления к упомянутой реакции, а в случае успеха распространить метод на другие альдегиды.

а) Конденсация 3.4-металекциоксибензальдвгцда с 1-нит-ропропаном в условиях высоких давлений

Реакция 3,4-метилендиоксибензальдегида(Х1Уб) с 1-нитропропаном (г!) изучена в широком интервале давлений при 20° и 50° ( рис.5). Медленная при комнатной температуре ( для получения заметного вы' хода продукта приходилось вести реакции трое суток )■ реакция существенно ускорялась при 50°. Области фазового перехода уксусной кислоты ( вертикальные линии на рис.5 ) совпадали с заменам повышением выхода 1-(3,4~метилевдиоксифенил)-2-1Штробутена-1(Х1Уг). Далее с ростом давления выход почти не менялся ( при 20° ) или проходил через максимум и несколько снизился ( при 50° ). Как показывает кривая 3 ( рис.5 ), выход нитроалкена Х1Уг и не могет зачетно повышаться после 1200 ЫПа, так как альдегид уке прореагировал более чем на 95$. Из зависимостей 2'и 3 видно, что при 50° увеличение давления до 1200 МПа весьма существенно интенсифицирует весь процесс в целом и образование нитроалкена в частности, как до фазового перехода, так и поело его осуществления.

Подтверждением последнего служат опыты, проведенные при 50° в

rlÜO

. В\«од нягроаст&ка Л.У;:, % С Конверсия альдогвда

/

/

/tíi

¡■ест. /

___

б

d з

L60

©

о

о

О V

о

icio

Т5С0

t, ¿lid

5 Згвйокта«ь йыода I~(3: I(IIijj): oí- дашЕйша. I - '2072 ч, ввришш.п&я лзнял I - зткэто-ЕГ9 '5?50йсгт,-. пзрсг.зда. яра 209 г, 2 - 60°. 1,5 ч, ввр-^азгаышк лгжгя 2' - значение фазового перехода щда 50?' £ 3 — расход альдегида ХЗГб при 50° за 1,5 чя

уславши (Р,Т) и (Т,Р) - в обоих случаях выхода нитроалкева бйлз одинаковы, Таким образом, в отличие от реакции Даффа, реакция Ан~ ри по крайней мере не замедляется при перехода системы из щ-" кой в твердую фазу.

Сравнивая полученные данные с опытами при атмосферном давлении, вновь можно видеть существенное ускорение процесса с робтои давления. Причем, имеющаяся разница не может быть компенсирована существенным возрастанием времени реакции,, поскольку за 2 часа при атмосферном давлении получено 2С% Х1Уг { остаток альдегида 50$ ), а за 7 в тех же условиях 25% ХХУг ( остаток альдегида 20£ ).

. Дт реакций существует не только оптимальная область давлений, , где образование китроаякена протекает достаточно быстро, а побочные реакции мннамальш, по и онт:с,ильная область температур. Так, повышение температуры до 100° при 1000 Ша снижает выход ИУг более. чем-в два раза по сравнению с опытом при 50°.

В найденных оптимальных условиях ( 50°, 1000 Ша ) ацетат аммония бил заменен эквиаюлярным количеством основных агентов. Дшзь ' для первичных алифатических акипов получены близкие результаты, а для изо- бутилашна ' даже более высокие выходы. Отмеченный факт косвенно свидетельствует о том, что каталка алифатическими ашшши аналогичен катализу ацетатом аммония. Вторич1ше и третичные аянк практически не активны в изученной реакции.

Найдено, что выход резко снижается при повышении кислотности Среды ( уже при переходе к муравьиной кислоте) .

Е результате исследования реакции образования ХПг' предложена методика синтеза нитроалкенов в условиях высоких давлений.

• ■ б) Стевнктатгьноз исследование кондечоагшт агоЕтатггчэо-

ктгк альдегидов с ниттюэлканзми при атмосферном и высоком давлениях

Данные для альдегидов с различными заместителями в ароматическом ядро и гетероароматичеекзх альдегидов приведены в табл.4. В

нояоннах 5 п ? вршзеденн тэиходн нитроалхвпов при атмосферном давлении ( 2 ч, кипячение^ ), а в 6 а 8 ири высоком давлении ( 3 ч, 50°, 100!} Ш& ). В скобках приведен остаток аяьдагвда. Прз атмосферном давлении.выходы, как. правило, были вше дан альдегидов с сильными ахцеиторячм1 замеа^атедяма в ядре ( ХХ-Шб^ОСПб ) и существенно снижались в случае альдегидов с донорныки группами ( я ХУТг» >. прячем, »акая геиданшш dusa более трапеза дгл нктробутсаов (г), Для продлокгашой методики при 1000 Ша наблюдалась обратная зависимость. Шпфры альдегидов даны по табл.4. '

Лце более наглядно различие мазду группами альдегвдов проявляется пря сравнили: разности - д мезду величала® в кодов пра высоком и обычном давлении ( реакция о участием датрозтана и ацетата аммония )} которые приведены в колонке 4 табл.4. Оказалось, чм> здачсиая А дотяочпо строго коррелируя? о электрекпккз сзокссвыни зглостятвзей ..

'aj>u4?cpno рьепод^очла галок^иониальдегидов. 3 тс вра«я таг. аез гьлевдбензальд^гзды { iii64, I7d4c 3jxl76 ) расположены плог>-1ГоЗ грудной, для которой обо методики почти равнозначны, фтор ( г Ild'l ) проявляет зачитано донерпые свойства» что к огроделязт положение 1164. , .

Н* ?."зяез зохаеятельяо я рр.ешмгояепие метэксибензальдогидов. В кзрачискере ( ХТХб ) полокят&'п.пыд мозомер'ШЙ осЗДахт мстоксл» грушш позволяет занять место среди альдегидов с вырзлоктэ.к до-поржет свойствами заместителей. В орто-полоаении ( XXII6 ) ужо еявдгааетегг сраскягнй отрвц&толизй тзсйтггпзхгцЗ о^ект. .Лц» отрк-хтатояьний меэомг'рач.й яф$ея* характеризуем котскси-груяпу в пета— голоаеаии ( ХХУб ), что приближает альдегид к грузго с акцигеорнн-мп заместителями.

Наиболее вероятной причиной различий процессов при атмосферном н высоком давлениях пра сохранении общего механизма ыоает бить смена лимитиругсцей стадии. Обычно, реакции пряхгасивается такая

Таблида 4 '

Выходы 1-арил-2-нитроалкенов-1 в реакции Анри

шифр ! Аг ! ката-i А I ниtooэтан î 1-НЯЖр01 гоопан

АгСНО! .!лиза~! ; 1тор Î ! U,i ! IUUÜ'! Ша1 МПа! ОД Ч . МНаЗ LÖUU Ша

X Î 2 : ] з и ! 5 ! 6 ! 7_.Г,

Uô 4-(C3î3)2irC6H4 Iх* +52 26{30)x78(6) 12(46) 54(22)

2й 22(42) 80(12) 8(56) .42(52)

Шб 4T(G^5)2JfC6H4 I +50 30(26) 60(4) 16(56) 48(24)

г 30(36) 74(10) 10(70) -36(56)

1164 4^С6Н4 i +28 50(16) 78(4) „ххзс _

2 44(14) 74(12) -

1Ш6 3,4,5-(СН30)3С6Н2 I - 24(50) 56<1&)

ХУШб 4-СНд O-1-нафтид I _ 26(48) 46*42)

16. С6Н5 • I +20 56(16)'76(0) -

2 58(22) 52(0)

Щб 4-СН30С6Н4 . . I +16 52(22) 68(0) 34(50) 58(1г)

2 50(34) 80(0) 32(58) 68(10)

ш 3,4-(Ш30)2С6ИЗ Í +16 44(20) 60(0) 30(52) 60(10)

2 44(26) 58(0) 40(54) 64(16)

Шб 3,4-цвттаендаокси- I - 32(46) 60(18)

фенкл 2 - 34(52) 74(20)

Шб 2,5-(СН30)2-4-СН3С6Н2 I +16 62(14) 78(0) 48(20) 74(8)

2 62(12) 82(0) 40(34) 62(22)

Ш1б 2-СНЗОС6Н4 I +8 54(2) 62(2) 38(16) 42(2)

2 58(8) 62(4) 42(26) 52(12)

ШИб 2-фурЕЛ I +4 58(0) 62(0) 50(0 ) 48(0)

2 56(0) 70(0) 48(0) 78(0)

III64 4-С1С6Н4 . I +2 62(10) 64(6) -

2 64(12) 60(16)

XXIY6 I +2 56(14) 58(10) -

2 62(6) 62(20) - -

Продолханно таблшш 4

у:Г/6 •3—СН^ 0 Нд I 0 76(12) 76(6) - -

2 76(28) 76(18) - -

1/64 4-Е1-СеН4 I -4 58(10) 54(2) 42(30) 24(й)

2 58(32) 64(4) 46(20) 68(6)

О О I -в 6ь(0) 48(:-Ю) - -

ХШ16 3-°ЛН4 I -14 62(0) 48(0) 44(26) 38(10)

2 66(0) 26(44) 52(20) 44(36)

ХХУШб 4~02}?С6Н4 I -26 58(0) 32(18) 44(20) 16(42)

2 60(4) 38(22) 60(18) 56(12)

ХХ1Х6 3-ПНрИДИЛ> I -38 44(4) 6(26) - -

2 50(6) 12(34) - -

7 0 0 0 0

Й 0 0 0 . _ 0

- ОТ Х>вя1и1г0ппнг оме сеи. ь двух с впитой у XX ~ аде—

•¿агг емижач, 2 -- ксон5утагаг«!Я ; ххл - ре&хтия н* проводяяаст. , тхг.г ~ согслси'й^ .'л-эсей, слсдч амсоног.,

последовательное-'*; стадий ( схека(4) ) :

12 3 ~ 4

При птмосфорнсгл давлаша: люиткр>иц5<ш сгадешп могут быть тгродес-сы присоединения. а под давлением элиминирования. В первом случае это одна из стадий образования 2 , либо образование 3. Ыаиболыпе-

} 'Г1 ул ^„т тголЛттг-т-ро"РО ТТООТТвССЯ МОЖНО бЧЯО ОЖ^Дв.*1^ ДЛЯ

:^!двда.адвРпдо» { ПНб п ХХХб ), однако за его не иаб^дпе-'сл. 1?«?«с т н »«кототялс лругях реякцкяг, гто противоречие метгет буть об'ясменс. такао смреой л^хтирущей стадии при переходе к субстра-о ярко, з;гразэнны?.га акцепторная!- ( доноркыми ) свойства»® заме-озяжелай- ( пли свойствами- гетероароматичзского ядра ).

При высоком давлении одной из таких стадий могсет- быть злекзоги-

рование воды из ампноспирта и образованно 2, либо образование 4 из 3. Теоретические прёдставленияо влиянии высокого, давления на химические реакции не противоречат высказанному предположению. Элиминирование без учета сольватационных эффектов замедляется с ростом давления, поскольку сопряжепо с растяжением связей и увеличением об'ема переходного комплекса по сравнению с исходными реагентами.

Возвращаясь к данным табл.4, следует подчеркнуть специфичность катализа изо-бутиламином. Часто синхронное действие с ацетатом аммония в условиях высоких давлений сопровождалось и значительным рас согласовали ем. Еыходы были как ниже ( ХУг, ХХУПв ),' так и выше ( ХХШг, Х1Хв и г, 1Ув и г ). В последнач случае выход под давлением существенно превысил выход при атмосферном давлении. , Это, вероятно, может означать, что путем удачного подбора первичного амина можно существенно увеличить выходы и для альдегидов с акцепторный! заместителями. Однако цринцпп такого подбора пока недостаточно ясен.

в1) Побочные продукты реакции Анги

Анализ продуктов проводился методом хромато-масс спектрометрии.

В ходе реакции при атмосферном давлении происходило ацшшроЕа-ше изо-бутиламина. Возможно, поэтому увеличение времени реакции до 7 часов мало меняло выход штроалкена Х1Уг ( ацклированио выводит амин из участия в основной реакции ). Однако, попытка препаративного улучшения методики путемдакратного введения изо-бутиламина также не привела к увеличению выхода продукта.

При высоком давлении получалось минимальное количество амида.

Как и можно было ожидать, во всех реакциях при атмосферном давлении отмечено образование соответствующих нитрилов.

В ряде случаев £-из'омеры (ХХУПг.ХХЛПг) присутствовали в пе-рекристаллизовакных образцах, наряду с основной Е-формой.Это вы-

звало ргзкч£ую тэчк.у плавления и дополнп-гольнне сигналя в 1ШР спектрггх.

Сред-: глбспго: продуктов для реакции Лнри впервые обнарулопч катода АгОО^НЛг ( гд«, &=СН3(2), С^С^) ), яденткфащрозышые по .••теяул.'грйон;' ко¿5' в характеру фрагментами. Иг сбргзсв'^'.ие н.-зпря-иуы '1л>ч.!»?го о; харз-л^ера ваавсдягелой ( ..'зтероарилатического ядра ) 3 попользованного КАТЯЛИЗЯДЧТПЯ тя рпятпггпт -гттг дп-гггз":.

Для альдегидов с донорными заместителями образования соответ-сзвушях КОТ0Н02 !№• отмечено. Вводепиз акцепторных заместителей псззоляло идентифицировать указанные продукты в реакционных смесят. Яоняяенио электронной плотное гл за карбонильном атоме углерода увеличивало юс выход, так» для 4-пирцдилальдегида ( ХХХб )

„ ¡'¿¡Ог,

^¡•си^ОлХ^'^ч}'- -------лга(он)--=С1рг-------^

■ 11^1)

Конкуренция процоссоз станет заметной тогда бензилышй катион

ми акцепторными заместителями и гетероароматических соединений, особенно для ХХХб.

Пропсе V уччес^з точного сорд^ло!^ у-,

П ( СГ-, 1} ), -од.-- 22^с-гр/1Ши грудао ирсдста-

зп-м срв?П1Г»о о птеро-груптоЗ ^регонирочак'э, яряпздязео к обра-гоагнае сзоггохсглуздсгс харбока-гаояа. 3 го *е зр&»я, образ)эш.нй-ся ткрогшн' с акцепторными заместителям в ядре может в какой-то степени участвовать в нуклеофильном замещении, давая плтроспирт.

Однако, за недостатком данных, нельзя исключить возможности иного пути образования кетона ( в том числе и через нитрозмпн ).

Использование в качестве катализатора изо-бутиламина на приводило к образованию кетонов.

При высоких давлениях все обсуждавшисся побочные процессы в значительной степени подавлялись. Исключение составил ХХХб, который и в этих условиях давал только "побочные" продукты, правде всего кетоны. Таким образом, при высоком давлении получаются реакционные смеси, содержащие, в основном, нитроалкен, что, облегчает его выделение. .

Выводы

1. Изучено влияние давления (Р) и температуры (Т) на взаимодействие фторбекзола (ФБ) с гексаметилентеграшном с участием трифтор-уксусной кислоты (ТФУК) ( реакция Даффа ). Показано, что до фазового перехода ТФУК увеличение давления ускоряет, а после фазового перехода замедляет процесс. В момент фазового перехода ТФУК наблюдается импульсное ускорение реакции, а многократное воспроизведение этого перехода в динамическом ( циклическом ) режиме позволяет получать существенные выхода за непродолжительное время.

2. Обнаружено, что относительная скорость образования 2~ и 4-фтор-бензальдегидов и М~(2~ и 4~фгорфешш}етил)трлфторацэтамядов из ФБ в реакции Даффа волнообразно зависит'от глубины превращения ФБ. Зависимость сохраняется прг изменении Р от 20 до 1000 Ша и Т от 76 до 130°, включая опыты с динамическим по Р режимом и в замороженном растворе.'

3. Установлено, что высокое давление ( 500 Ша ) при температурах 90-140° в реакции Даффа позволяет получать галоидбенззльдегиды и/или Я-(арилкотил)трифторацвтамэды из галоидбензолов ; состав продуктов определяется 'природой арена,

4. Предложен метод ачидомогилирования полигалоидбензолов при 200е и 500 МПа гексаметслентетрамином в среде и с участием "¿УК и ее

ангадрада» что обеспечивает достаточную устойчивость реакционной смеси s удовлетворительные выходы дая сравнительно инертных субстратов ,

5. Найдено, что высокое давление благоприятствует получении 1-арил-2~нитроалкеноз-1 з реакции Анри для соединений с допоряымя занес---титеяямя в ароматическом ядре. Напротив, для соединений с акцеп— • то^гггкя заместэтзлгет прсц~?с прк атмосферном деглетег более фективен. Отмеченные различая об'яснены сменой лимитирующей стадии реакции.

6. Впорвке установлено образование арил(гетерил)алкзлкетонов в реакции Анри при атмосферном давлении; выход кетона зависит от характера замещения ароматического ядра С природы гетероарома-тичесного ядра ).Предложен возмоешй путь образования кетонове

7< Показано, что использование в реакции Анрч при высоком давлении в качестве катализатора алифатических аминов вместо ацетата аммо» ки; монет привести как к уволичмкю выхода целевого продукта, ?ак и к его умоньиению, причем эти эффекты не обнаруживают связи с характером замещения в ароматическом ядре.

Список работ опубликованных по тоне диссертации :

1. Агафонов Н.Е., Седшев И.П., Дулин В.М. Синтез 1—(5,4-мэтяен-даохсифенкл)-2-нитробутеиа-Т// Изб. АН СССР. Сор. хим. ISS9. ß 9.

0.2153.

2. Агафонов Н.Е., Седишев И.П., Дулин В.М. Конденсация Анри при высоких давлениях. Сообщение I // Изв. АН СССР. Сер. хим. IS90.

S 4. С0 829 - 332.

3. Агафонов Н.Е., С едки ев й.П,, Луднн А.3„, Кутин_ А.А., Стаклпа Г.А., Дулкн B.W. Конденсация Анри при высоких давлениях. Сообщение 2 // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1991. 3 2. С. 426 - 433.

4. Агафонов Н.Е., Седишев И.П., Дудин A.B., Кутин A.A., Сталина_ Г.А. Конденсация Анри при высоких давлениях // Тезисы докладов

Ш Всесоюзного совещания по химии высоких давлений. M. 1990.