Реакции присоединения вторичных фосфинов и их халькогенопроизводных к виниловым эфирам тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах оукописи

КОЛЫВАНОВ Никита Александрович

РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ВТОРИЧНЫХ ФОСФИНОВ И ИХ ХАЛЬКОГЕНОПРОИЗВОДНЫХ К ВИНИЛОВЫМ ЭФИРАМ

Специальность 02.00.03 - органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

14 НОЯ

Иркутск - 2013

005538073

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Иркутском институте химии им. А.Е. Фаворского Сибирского отделения РАН

Научный руководитель кандидат химических наук,

старший научный сотрудник Опарина Людмила Андреевна

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Левковская Галина Григорьевна ФГБУН Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН, ведущий научный сотрудник лаборатории химии серы

доктор химических наук

Васильцов Александр Михайлович

ОАО Иркутский научно-исследовательский

институт благородных и редких металлов и

алмазов,

ведущий научный сотрудник лаборатории гидрометаллургии

Ведущая организация ФГБОУ ВПО Иркутский государственный

университет

Защита состоится 3 декабря 2013 года в 9 часов на заседании диссертационного совета Д 003.052.01 на базе Иркутского института химии им. А.Е. Фаворского СО РАН по адресу: 664033, Иркутск, ул. Фаворского, 1.

С диссе ртацяеП можно ознакомиться в научной библиотеке Иркутского института химии А.Е. Фаворского СО РАН (ИрИХ СО РАН).

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах с подписью составителя, заверенные печатью организации, просим направлять на имя учёного секретаря диссертационного совета по адресу: 664033, Иркутск, ул. Фаворского, 1, ИрИХ СО РАН.

Автореферат разослан 1 ноября 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета д.х.н. /Ж)Ъ Тимохина Людмила Владимировна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Простые виниловые эфиры относятся к наиболее значимым классам органических соединений. Одна из причин устойчивого интереса к химии виниловых эфиров состоит в высокой реакционной способности двойной связи, активированной сопряженным атомом кислорода. Селективные реакции виниловых эфиров, в том числе и функциональных, обеспечивают простые и удобные выходы на новые семейства соединений с различным набором функциональных групп. На основе виниловых эфиров созданы синтетические волокна и пластмассы, лаки, клеи, флотореагенты и экстрагенты, препараты для медицины и сельского хозяйства и т.д.

Разработанные в Иркутском институте химии им. А.Е. Фаворского СО РАН на основе ацетилена новые общие подходы к синтезу простых виниловых эфиров в суперосновных средах, состоящих из сильного основания и полярного негидроксильного комплексо образующего растворителя, создали реальные возможности для направленного изучения этих высокореакционноспособных строительных блоков в органическом синтезе.

Кроме того, в ИрИХ СО РАН в последние десятилетия открыта и активно развивается оригинальная методология образования связи Р-С на основе новых прямых реакций элементного фосфора с электрофилами в сверхосновных системах. В результате стали доступными первичные, вторичные и третичные фосфины и фосфинхалькогениды, которые сейчас активно изучаются в реакциях присоединения к кратным связям. Одно из перспективных направлений в данной области - это исследование малоизученных реакций радикального и электрофилыюго присоединения вторичных фосфинов и их халькогенопроизводных к винилоксигруппе.

Работа является логическим продолжением оригинальных и систематических исследований по химии непредельных гетероатомных соединений на основе ацетилена и элементного фосфора, проводимых под руководством академика Б.А. Трофимова. Она выполнялась в соответствии с планом НИР ИрИХ СО РАН по теме: "Разработка новых атом-экономных реакций ацетилена, его замещенных и производных, фундаментальных гетероциклов, элементного фосфора, фосфорорганических и фосфорхалькогеноорганических соединений, в том числе с участием активированных анионов, цвиттер-ионов, карбенов и радикалов с целью получения физиологически активных веществ и инновационных материалов для передовых технопо! ий" (№ государственной регистрации 01.2012.81991). Основные разделы исследования проводились при государственной поддержке ведущих научных школ (НШ-3230.2010.3 и НШ-1550.2012.3), а также были поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований (гранты № 11-03-00286, 11-03-00334 и 12-03-31631).

Цель работы: изучение атом-экономных реакций радикального и электрофилыюго присоединения вторичных фосфинов, фосфинхалькогенидов, халькогенофосфиновых кислот и их амидов к алкил-, арил-, ди- и тривиниловым эфирам.

В рамках этой цели решались следующие задачи:

• Исследование оригинальных реакций радикального присоединения вторичных фосфинов и фосфинхалькогенидов к ди- и тривиниловым эфирам.

• Разработка новых трехкомпонентных реакций электрофильного присоединения к винилоксигруппе халькогенофосфиновых кислот,

генерируемых in situ из вторичных фосфинов или вторичны фосфинсульфидов и элементного селена.

• Изучение реакции внутримолекулярного электрофильног гидроаминирования на примере амидов ¿У-[2-(винилокси)этил]диорганил халькогенофосфиновых кислот.

• Разработка удобных методов синтеза исходных арилвиниловых эфиров тривиниловых эфиров триолов винилированием фенолов трис(гидроксиметил)алканов ацетиленом в системе КОН/ДМСО. Научная новизна и практическая значимость работы. В результат

проведенных исследований получена новая фундаментальная информация реакциях радикального и электрофильного присоединения вторичных фосфинов их халькогенопроизводных к вшшлоксшруппе, и на основе этих реакци разработаны простые и эффективные атом-экономные методы синтеза новы представителей функционализированных третичных фосфино

фосфинхалькогенидов, а также амидов и эфиров халькогенофосфиновых кисло широко востребованных соединений многоцелевого назначения.

Впервые реализованы реакции радикального присоединения вторичны фосфинов и фосфинхалькогенидов к дивиниловым эфирам диолов и тривиниловы эфирам триолов и триэтаноламина. В результате найдены условия направленног эффективного синтеза новых диподальных и тридентатных фосфинов фосфинхалькогенидов с дополнительными донорными центрами (О, N) перспективных лигандов для конструирования металлокомнлексных катализаторо нового поколения.

Открыты и разработаны трехкомпонентные реакции между виниловым эфирами, вторичными фосфинами или вторичными фосфинсульфидами элементным селеном, протекающие по схеме электрофильного присоединен халькогенофосфиновых кислот к винилоксигруппе и приводящие с высоки выходом к ранее неизвестным эфирам халькогенофосфиновых кислот потенциальным прекурсорам для дизайна новых лекарственных средств, а так~ RAFT-агентам контролируемой радикальной полимеризации.

На примере амидов Аг-[2-(винилокси)этил]диорганилхалькогенофосфиновы кислот (синтезированных из 2-винилоксиэтиламина и вторичны фосфинхалькогенидов) впервые осуществлена и изучена реакц внутримолекулярного электрофильного гидроаминирования винилоксигрупп приводящая к функциональным 1,3-оксазолидинам с фосфорорганическнм заместителями у атома азота - перспективным полупродуктам для синтеза новы биологически активных субстанций.

Впервые изучены реакции винилирования фенолов трис(гидроксиметил)алканов в сверхосновной системе КОН/ДМСО, на осно которых разработаны удобные технологичные методы синтеза соответствующи арилвиниловых и тривиниловых эфиров.

Личный вклад автора. Экспериментальные исследования по разработ методов синтеза и идентификации новых соединений, по подготовке образцов д физико-химических исследований выполнены лично соискателем. Автор приним непосредствешше участие в разработке планов исследований, обсуждени результатов, формулировке выводов и подготовке публикаций по те диссертационной работы.

Апробация работы и публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 7 статей в ведущих отечественных и зарубежных журналах, входящих в список ВАК. Основные результаты работы представлялись на Всероссийской молодежной конференции "Актуальные проблемы органической химии" (Новосибирск, 2012), на V Молодежной конференции ИОХ РАН (Москва, 2012), на Всероссийской научной молодежной школе-конференции «Химия под знаком Сигма - исследования, инновации, технологии» (Омск, 2012), на XXVII Международной научно-технической конференции "Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии. Реактив-2013" (Иркутск, 2013).

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 165 страницах машинописного текста. В первой главе дан краткий обзор литературных данных о реакциях виниловых эфиров с фосфорсодержащими соединениями; во второй главе изложены и обсуждены результаты собственных исследований; необходимые экспериментальные подробности приведены в третьей главе. Завершается рукопись выводами и списком цитируемой литературы (185 источников).

1. Свободно-радикальные реакции вторичных фосфинов и

фосфинхалькогенидов с виниловыми эфирами

С целью расширения препаративных возможностей реакции присоединения фосфорцентрированных радикалов к электрононасыщенным двойным связям, а также для получения новых представителей полифосфинов и полифосфинхалькогенидов, мы впервые изучили реакции ди- и тривиниловых эфиров с вторичными фосфинами и фосфинхалькогенидами.

1.1. Реакции с дивиниловыми эфирами диолов

Известно, что радикальное присоединение диалкилфосфитов к дивиниловым эфирам диолов (ДАК, 67-70°С) приводит к образованию циклических моноаддуктов (выход ~ 50%), макроциклических и линейных фосфорсодержащих теломеров [Трофимов Б.А. и др. ЖОХ, 1968, 38, 2364], поэтому результат гидрофосфшшрования дивиниловых эфиров вторичными фосфинами не был очевиден.

Мы нашли, что вторичные фосфины 1 селективно реагируют с дивиниловыми эфирами этилен- 2а и диэтиленгликоля 3 в мягких условиях (УФ облучение или 2 масс% ДАК, 65°С, мольное соотношение реагентов 2:1) в органических растворителях (ацетонитрил, 1,4-диоксан) или без растворителя с образованием соответствующих анти-марковниковских диаддуктов 4а-в, 5а-в с выходом 65-85%. Время реакции 10-12 ч при УФ облучении и 20-50 ч в присутствии ДАК.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

теломеры

2а

R4 2 масс% ДАК, 65°С

2 Р—H ^

или УФ

R = Ph (4а, 5а), Ph(CH2)2 (46,56); 4-С1СбН4(СН2)2 (5в); 2-Furyl(CH2)2 (4в)

R-

R-

R" R.

4а-п

67-78%

5а-в 65-85%

Вторичные фосфинсульфиды 6 и -селениды 7 реагируют с дивиниловыми эфирами 1,2-диолов 2а,б в условиях радикального инициирования (УФ, 1.5-2 ч или 2 масс% ДАК, 65°С, 3 ч) в органических растворителях (1,4-диоксан, бензол или ацетонитрил), образуя диаддукты анотм-марковниковского типа 8а-в, 9 с выходом 92-96%.

R

Y

R^ H 6,7

О^^- 2 масс% ДАК, 65°С

R

2а,б

или УФ

R - Pb, R - H, X - S (8а); R1 = Ph(CH2)2, R2 = H, X = S (86); R1 - Ph(CI I2)2, R2 = Me, X = S (Se); R1 = Ph(CH2)2, R2 = H, X = Se (9)

B, 9

96%

В аналогичных условиях вторичные фосфинхалькогениды 6, 7 таюке легко присоединяются к дивиниловым эфирам диэтилен- 3 и триэтиленгликолей 10 с образованием соответствующих ациклических краун-эфиров 11а,б и 12а,б с терминальными фосфинхалькогенидными функциями с близким к количественному выходом (90-98%).

R X

X

R/XH

6,7

R=Ph,X = S,n = l(lla); R = Ph(CH2)2, X = S, n = 1 (116); R = Ph(CH2)2, X = S, n = 2 (12a); R = Ph(CH2)2, X = Se, n = 2 (126)

o,

3,10

(-/ 2 масс% ДАК, 65°C или УФ

V

R R

V

о

о.

lia,б, 12а,б

90-98%

Общность предложенного подхода подтверждают реакции вторичных фосфинхалькогенидов 6, 7 с дившшловыми эфирами а.со-алкиленгликолей 13 (УФ, 2 ч, 1,4-диоксан), приводящие к диадцуктам 14а-е с выходом 90-98%.

Вторичные фосфиноксиды в аналогичных условиях не вступают в реакцию с дившшловыми эфирами, однако соответствующие дифосфиноксиды могут быть получены окислением дифосфинов 4,5 на воздухе в течении нескольких часов или перикисыо водорода в водно-органической среде.

Таким образом, на основе исчерпывающего региоселективного свободно-радикального присоединения вторичных фосфинов и фосфинхалькогенидов к дивиниловым эфирам а,ш-диолов разработан атом-экономный метод синтеза а,ш-дифосфинов и фосфинхалькогенидов, разделенных оксиалкиленовыми спейсерами - перспективных подальных лигавдов для дизайна металлокомплексных катализаторов, специальных растворителей и строительных блоков для органического синтеза.

1.2. Реакции с тривиниловыми эфирами триодов

Реакция бис(арилалкил)фосфинов 1 с тривиниловыми эфирами триолов 15 (мольное соотношение 3:1) протекает в мягких условиях (2 масс% ДАК, 75°С, 72 ч, бензол) и приводит к селективному образованию соответствующих трисаддуктов 16а-е с выходом 88-94%.

r' = Ph(CH2b, R2 = Me (16a), R1 = РЬ(СН2)ь R = Et (166); 88"94'»

R1 = Ph(CH2b R2 -NH2 (16b); R1 - 4-/-BuOC6Hj(CH2)2, R = Me (16r),

R1 = 4-1-ВиОСдаСЩг. R2 = Et (16д); Rj = 4-/-BuOC(K,(CH2)2, R = NH2 (líe)

В условиях радикального инициирования (2 масс% ДАК, 65°С или УФ облучение) тривиниловый эфир глицерина 17 присоединяет три молекулы вторичных фосфинов 1 в органическом растворителе (1,4-диоксан) или без растворителя с получением соответствующих ан/тш-марковниковских аддуктов 18а-г с выходом 75-90%. Время реакции составляет 9 ч в случае УФ облучения и 24-53 ч при химическом инициировании (ДАК).

R = Н. X = S, п = I (14а); R = Me, X - S. n = 1 (146); R = Н, X = S, п - 2 (14а), R - Н, X = S, п = 4 (14г); R = H,X-Se, п = 2 (14д); R = H,X-Se, п = 4 (14е)

90-98%

3 NP—Н +

3

я

к-

чр—н +

КгР 18а-г

75-90%

17

а = РЬ(18а);РЬ(СН2)2(18б); 4-С1СбН4(СН2)2 (18в); 2-Ршу1(СН2)2 (18г)

Общность и эффективность разработанного метода была дополнительно продемонстрирована синтезом лиганда ИРз-типа из Лг,МЛ'-трис[2-(винилокси)этил] амина 19. Реакция тривинилового эфира 19 с тремя эквивалентами вторичного фосфина протекает в аналогичных условиях (2 масс /о ДАК, 65°С, 60 ч, 1,4-диоксан) с образованием фосфинов 20а,б с высоким

а = РН(СН2)2Р0а). 97%, ^г-ВиСбНЛСЩз (206). 94%

Синтезированные трифосфины 16, 18, 20 оказались на удивление более устойчивы к окислению воздухом по сравнению с дифосфинами 4, 5, что значительно облегчает их обработку и применение, в частности, в качестве лигандов. Между тем, фосфин 18а мягко окисляется 33%-ной водной Н202 (20-25°С, 3 ч, ацетон) с количественным образованием соответствующего трифосфиноксида 21.

Таким образом, представленные примеры демонстрируют общность и широкие возможности предложенной методологии атом-экономного синтеза полидентатных фосфинов и фосфинхалькогенидов с дополнительными хемилабильными центрами.

2. Реакции электрофильного присоединения халькогенофосфиновых кислот и их амидов к виниловым эфирам

Высокая активность двойной связи, активированной сопряженным атомом кислорода, в реакциях электрофильного присоединения протогенных реагентов является основным и наиболее типичным химическим свойством виниловых эфиров, обеспечивающим им широкое применение в органическом синтезе и в практике. Вовлечение в такие реакции халькогенофосфиновых кислот открывает возможности получения редких халькогенофосфинатов с а-алкоксиэтиленовыми

функциями, однако до наших работ исследования в этом направлении ограничивались реакциями отдельных представителей арилвиниловых эфиров с дифенилдитиофосфиновой кислотой.

2.1. Синтез тиоселенофосфинатов

2.1.1. Электрофильное присоединение тиоселенофосфиновых кислот к

виниловым эфирам

Впервые осуществлена реакция виниловых эфиров с тиоселенофосфиновыми кислотами. Последние получены с выходом до 90% из вторичных фосфинсульфидов б и элементного селена (мольное соотношение 1:1, 100°С, -40 мин, 1,4-диоксан). Синтезированные 5Я-кислоты 22 устойчивы в растворе, при удалении растворителя превращаются в

бис(диорганотиофосфинил)селениды.

^^ „ Ю0°С, 30-40 мин

Р + Бе ———:-»■ Р^

к/ \н 1,4-диоксан

6 22а-д

Я = Су (22а); РЬ(СН2)2(22б); >90% (ЯМР 31Р)

4-МеОС6Н4(СН2)2 (22в); 4-С1СбИ,(СН2)2(22г); 2-Ршу1(СН2)2 (22д)

Структура синтезироваш!ых кислот R2P(Se)SH 22а-д однозначно доказана данными ЯМР 31Р и 77Se спектроскопии. Так, в спектрах ЯМР 31Р присутствует только синглет в области 37.51-49.82 м.д. с одной парой сателлитов (!JPSe = 740 Гц). Константа 'jpSe попадает в диапазон значений для двойных P=Se связей и ясно указывает на отсутствие одинарной P-Se связи. Соответственно, в спектре ЯМР 77Se соединений 22а-д присутствует слабопольный дублет в области 180 м.д. с константой 'jPSe = 740 Гц. Присутствие в реакционных смесях изомерных SeH-кислот не было зафиксировано ни в одном случае.

Показано, что тиоселенофосфиновые 5Я-кислоты 22 легко в исключительно мягких условиях (20-25°С, 1,4-диоксан, 10 мин) присоединяются в а-положение випилоксигруппы с образованием S- и 5е-[1-(органилокси)этил1-тиоселенофосфинатов 24а-в (с преобладанием 5-эфиров) с выходом 79-84%.

R2 R2

R\ . Se 2 Se (/ S О

+ ■^cr 20-25°C. 10 мин t I! T + pi

ъУ 4SH 1,4-диоксан R'/f^s^Me R'-^Se Me

22а-в 23 RS-24a-B Se-24а-в

R' = Cy, R =Ph(24a),

R'-PKCHitR =№(246),

R1 = 4-MeOC6H4(CH2)2, R2 = n-C7H,j (24b)

79-84%

2.1.2. Трёхкомпонентная реакция мевду вторичными фосфинсульфндами, элементным селеном и виниловыми эфирами

С целью разработки атом-экономного, эффективного и одностадийного синтеза эфиров тиоселенофосфиновых кислот впервые была проведена и систематически изучена трёхкомпонентная реакция между вторичными фосфинсульфндами, элементным селеном и виниловыми эфирами.

Установлено, что вторичные фосфинсульфиды 6 легко реагируют с эквимольными количествами элементного селена и виниловых эфиров (1,4-диоксан, 100°С) с образованием изомерной смеси тиоселенофосфиновых 5- и эфиров 24а-о с выходом 73-95%. Соотношение изомеров зависит от природы заместителей в виниловых эфирах и фосфинсульфидах, но, как правило, 5-эфир является основным.

Я2 я2

в " 2 Бе 0/ Б О

X" + ^(Г + Зе 100°С'14 ► II Т + £ I

д 1,4-диоксан к'/^е'Ме

Я Я

,У-24а-о Яе-24а-о

23

В реакцию успешно вступают как алкилвиниловые, так и арилвиниловые эфиры, а также фосфинсульфиды с различными заместителями, что подтверждает

ее универсальный характер (табл.).

Предполагаемый механизм образования тиоселенофосфинатов 24а-о в данной трёхкомпонентной реакции включает в себя окисление соответствующей трехвалентной таутомерной формы А вторичного фосфинсульфида 6 элементным селеном. Образующаяся в результате кислота Б присоединяется к электроно-насыщенной двойной связи винилового эфира. Этот тип присоединения является электрофильным и протекает региоселективно в соответствии с правилом Марковникова с образованием 5-и 5е- тиоселенофосфинатов 24 с ХСН(ОИ )Ме (X = Б, Эе) структурными фрагментами.

т*У ЧН

Р—эн -

,1/

К

Я1/ БН

Бе

V-

К1/ ЧБ

мУ^СГ

у

Бе О'

Л Л

5-24а-о

Э О

^ Л

ЧУ Ме

Я1

Л>-24а-о

Таблица. Трёхкомпонентная реакция между вторичными фосфинсульфидами, элементным селеном и виниловыми эфирами*

Я1

V//

п

я2

_ Соотношение Выход

Продукт- 5./5е.24б 24(0/о)

Л

Л-С7Н15

Ме Ме

Р РР Р г

Ме И

р РР Р

24а

246

24в

24г

24д

24е

24ж

24з

24и

24к

24л 24м 24 н 24о

58:42

70:30

72:28

50:50

63:37

75:25

62:38

61:39

53:47

69:31

80:20 73:27 64:36 69:31

93 90

90 93

95 73

93

91 80

81 82

93 90

83

"Эксперименты проведены в атмосфере аргона в 1,4-диоксане при 100°С, 1 ч. "Определено по спектрам ЯМР 'Н и МР. 'Препаративный выход.

Структура синтезированных соединений однозначно доказана комплексом физико-химических методов. В спектрах ЯМР 31Р эфиров S-24 присутствует синглет (5р 52.68-85.93 м.д.) с одной парой сателлитов ('jSep = 756-789 Гц), а в спектрах ЯМР 77Se - дублет в сильном поле (-367Н-196) м.д. с КССВ ipse, величина которой численно равна КССВ сателлитных сигналов в спектрах ЯМР^Р ('i/pse = 756-789 Гц), что указывает на присутствие связи P=Se. В спектре ЯМР Р эфиров Ле-24 присутствует острый синглет в области 50.89-85.90 м.д. с одной парой сателлитных сигналов ('JPSa = 347-362 Гц), в спектре ЯМР 77Se наблюдается дублет в области 230-397 м.д. с характерной для одинарной P-Se связи константой 347-362 Гц.

Кроме того, молекулярная структура S- и &-эфиров 24г, образующих сокристаллы (1:1), была установлена методом PC А.

Таким образом, новая реакция между вторичными фосфинсульфидами, элементным селеном и виниловыми эфирами открывает удобный подход к синтезу ранее неизвестных S- и Se-эфиров тиоселенофосфиновых кислот 24, представляющих несомненный теоретический и практический интерес.

2.2. Трёхкомпонентная реакция между вторичными фосфинами,

элементным селеном и виниловыми эфирами: синтез диселенофосфинов

Ранее [Artem'ev A.V., Gusarova N.K., Malysheva S.F., Ushakov I.A., Trofimov B.A. Tetrahedron Lett. 2010. 51, 2141] было показано, что взаимодействие вторичных фосфинов с элементным селеном протекает хемоселективно и приводит не к диселенофосфиновым кислотам R2P(Se)SeH, а к бис(диорганоселенофосфинил)селенидам. На основании предложенной схемы этой реакции можно было ожидать, что первоначально образующиеся из вторичных фосфинов и элементного селена диселенофосфиновые кислоты будут взаимодействовать с нуклеофильной двойной связью виниловых эфиров.

Действительно, трёхкомпонентная реакция между вторичными фосфинами 1, элементным селеном и виниловыми эфирами 23 протекает в мягких условиях (90°С, 1,4-диоксан, 1-1.5 ч) при мольном соотношении исходных реагентов 1:2:1.1 и приводит к образованию нового ряда функциональных эфиров диселенофосфиновых кислот 25 с выходом 90-96%.

Se С

II

RV R2 90°С, 1-1.5 ч

P—H + -i^xr + 2 Se ——---р „

и 1,4-диоксан R1^ (~~Se Me

AV Tjl

1

23 R 25a-o

R1 = Ph, Ph(CH-.)2, R2 =n-Bu, n-Am, Et2CHCH2,

MuiyltCH^ * CH2(CF2)2H,CH2(CF2)4H,

4-MeOC6H4(CH2)2 2-FmylCH,, Ph, 3-Tol,

3,6-Me2C6H3

15 соединений 90-96%

Дивиниловый эфир гидрохинона 26 легко реагирует в таких же условиях с бис(2-ф«шлэтил)фосфином и элементным селеном в стехиометрическом мольном соотношении с образованием соответствующего диэфира 27 (выход 96%).

г1

26

+ 2 112РН

а = рь(сн2)2

45е 90°С-'-54 , 1,4-диоксан

Я

Бе

Ме

Ме

27

96%

На примере винилового эфира диацетон-О-глюкозы продемонстрирована возможность использования данного метода для получения оптически активных функциональных эфиров диселенофосфиновых кислот.

Я2РН + 2 ве 1

Я=РЬ(СН2)2

28 Ме

ее ~ 33%

Возможный механизм трёхкомпонентной реакции включает в себя окисление вторичного фосфина 1 элементным селеном с образованием вторичного фосфинселенида А на первой стадии, который затем реагирует со вторым эквивалентом селена, образуя диселенофосфиновую кислоту Б. Последующее электрофилыюе присоединение кислоты к электрононасыщенной двойной связи винилового эфира 23 приводит к образованию марковниковских аддуктов, т.е. эфиров диселенофосфиновых кислот 25.

Я

К

\ 1/"

Р-Н

Бе

Я

,1/

н

я

\ 1/*

Р—БеН

Бе

Я

.8е

X

А

д2

К'

5е ОТ

я1

Ме

25

Образование диселенофосфиновой кислоты Б подтверждено результатами реакции бис(2-фенилэтил)фосфина, селена и 2-(винилокси)этиламина 29, которая протекает хемоселективно с образованием аммониевой соли 30 (выход 94%).

ЧР-И + 2 Бе

К = РН(СН2)2

90°С, 1ч > Кчр/е

1,4-диоксан „/ Ч_ К Ье

30

94%

Таким образом, впервые проведена мультикомпонентная реакция между виниловыми эфирами, вторичным фосфином и элементным селеном, открывающая общий простой и атом-экономный путь к синтезу новых а-алкоксютиловых эфиров диселенофосфиновых кислот.

2.3. Внутримолекулярная циклизация амидов ^-[2-(винилокси)этил]-диорганилхалькогенофосфиновых кислот

Амиды М-[2-(винилокси)этил]-диоргаиилхалькогенофосфиновых кислот 31,

совмещающие в одной молекуле два различных по характеру реакционных центра, были синтезированы нами по реакции окислительного кросс-сочетания вторичных фосфинхалькогенидов 6, 7 с 2-винилоксиэтиламином 29.

к/ + ^^СГ^ 20-22° С

6,7 29

К =Р11, X = Б (31а), Я = РЬ(СНг)2, X = в (316); Я =РЬ, X = Бе (31в); Я -РЬ(СН2)2, X = Бе (31г); Я =РЬСН(Ме)СН2, X = Бе (31д)

н 31а-д

Установлено, что 2-(винилокси)этиламиды 31а-д при нагревании (75-100°С, 3 5-15 ч, толуол, инертная атмосфера) превращаются в 3-

(диорганилхалькогенофосфорил)-2-метил-1,3-оксазолидины 32а-д, препаративный

выход которых 80-90%. Реакция протекает как внутримолекулярное некаталитическое региоселективное гидроаминирование винилоксигруппы.

толуол

Я =РЬ, X = Б (32а); Я = РЬ(СН2)2, X = Б (326); Я =РЬ, X = Бе (32в); Я »РЬССЩь X = Бе (32г); Я =РЬСН(Ме)СН2, X = Бе (32д)

Я X 75-100°С, 3.5-15 ч

-—___. -»■ я № N

П

Ме 32а-д

80-90%

Таким образом, внутримолекулярная циклизация амидов N-[2-(винилокси)этил]диорганилхалькогенофосфиновых кислот открывает путь к новому классу функциональных 1,3-оксазолидинов с фосфороргшшческими заместителями у атома азота.

3. Усовершенствованные методы синтеза виниловых эфиров

Необходимые для выполнения настоящего исследования арилвшшловые эфиры и тривиниловые эфиры триолов были получены по усовершенствованным

методикам прямого винилирования фенолов и трис(гидроксиметил)алканов в сверхосновных каталитических системах.

3.1. Синтез арилвиииловых эфиров

Нами разработан новый удобный технологичный вариант синтеза арилвиниловых эфиров из ацетилена и фенолов в системе КОН/ДМСО, широко и успешно используемой для стимулирования анионных превращений ацетилена.

Установлено, что фенолы с электронодонорными и акцепторными заместителями и нафтолы успешно присоединяются к ацетилену в системе КОН/ДМСО при 120-130°С (50 мол% КОН, 3 ч, рабочее давление 15-16 атм), образуя арилвиниловые эфиры 23 с препаративным выходом до 80%.

АЮН

НС=СН

КОН/ДМСО

Аг

■ о

80%

120-130 С, 3 ч давление 15-16 атм

¿э- «чу? ^

74% 65% 41%

ОАг 23а-е

47%

62%

Снижение температуры реакции более чем на 50°С и рабочего давления ацетилена (за счет хорошей растворимости его в ДМСО) до 15-16 атм делают процесс технологичным и выгодно отличают его от известных методов прямого винилирования фенолов.

В аналогичных условиях (КОН/ДМСО, 100 мол% КОН, 130°С, 1.5 ч) гидрохинон взаимодействует с ацетиленом, образуя дивиниловый эфир 26 с выходом 70%.

/-уОН + НСЕСН к°11/дмсо .

120-130°С, 3 ч давление 15-16 атм

3.2. Синтез тривиниловых эфиров триолов

Винилирование триолов ацетиленом в классических условиях реакции Фаворского-Шостаковского (150-160°С, диоксан, повышенное давление ацетилена) сопровождается побочными процессами ацетализации неполных виниловых эфиров.

В ходе изучения реакций триолов с ацетиленом мы нашли условия, позволяющие повысить селективность образования тривиниловых эфиров 15 и подавить конкурирующий процесс внутримолекулярной циклоацетализации.

Установлено, что трис(гидроксиметил)алканы ЗЗа-в селективно реагируют с ацетиленом при повышенном давлении в системе КОН/ДМСО (начальное давление

26

70%

ацетилена 10-12 атм, 85-95°С, 2 ч), образуя соответствующие тривиниловые эфиры 15а-в с выходом 76-86%.

НС>_Ч нс^сп кон/дмсо

НО——он

НО—' 4—ОН 85-90 С, 4 ч

ЗЗа-в 15а-в

76-86%

и - ме (15»), ее (156). мн2 (15»)

В менее основной системе КОН/ТГФ (130-145°С, 5-6 ч) селективность винилирования трис(гидроксиметил)алканов нарушается и, наряду с виниловыми эфирами, образуются небольшие количества 5-алкил-2-метил-5-винилоксиметил-1,3-диоксанов.

д

11а-ук + НС£СН , ♦ 0°

НО-/ 4—ОН 130-145°С, 5-6 ч о_/\_</ --Оч_

ЗЗа-в 15а"в 35

Я = Ме(15а),Е1(15б),ЫН2(15в) 64% 5%

Найдены условия (КОН/ДМСО, 115°С, 3 ч) эффективного и селективного винилирования трис(гидроксиметил)аминометана ЗЗв ацетиленом при атмосферном давлении (выход тривинилового эфира 80%). Селективность образования трис(винилоксиметил)алканов 15а,б в этих условиях нарушается за счет внутримолекулярной ацетализации неполных виниловых эфиров с образованием 2-метил-1,3-диоксанов 35.

Таким образом, использование суперосновной системы КОН/ДМСО в реакции винилирования триолов позволяет легко и в более мягких условиях получать с хорошим препаративным выходом тривиниловые эфиры 15 -перспективные тридентатные мономеры, сшивающие агенты.

Выводы

1. Впервые систематически исследованы реакции радикального и электрофилыюго присоединения вторичных фосфинов, фосфинхалькогенидов, халькогенофосфиновых кислот и их амидов к алкил-, арил-, ди- и тривиниловым эфирам. В результате разработаны удобные атом-экономные методы синтеза ди- и трифосфииов, -фосфинхалькогенидов, амидов и эфиров халькогенофосфиновых кислот - перспективных лигандов для дизайна новых металлокомплексных катализаторов, прекурсоров и стабилизирующих растворителей в синтезе многофункциональных наноматериалов специального назначения, исходных соединений для получения биологически активных препаратов.

2. Предложена и подтверждена экспериментально методология селективного исчерпывающего присоединения вторичных фосфинов и фосфинхалькогенидов к ди- и тривиниловым эфирам в условиях радикального инициирования.

1й

• В условиях радикального инициирования две молекулы вторичных фосфинов или фосфинхалькогенидов исчерпывающе присоединяются к дивиниловым эфирам диолов, образуя селективно и с высоким выходом а,со-дифосфины и а,со-дифосфинхалькогениды, разделенные оксиалкиленовыми спенсерами.

• Разработаны условия исчерпывающего радикального присоединения вторичных фосфинов к тривиниловым эфирам триолов и триэтаноламина; в результате синтезированы функциональные трифосфины с дополнительными координирующими центрами (О, N).

3. Детально изучены атом-экономные реакции электрофильного присоединения к виниловым эфирам тиоселенофосфиновых, диселенофосфиновых кислот и амидов халькогенофосфиновых кислот, протекающие в некаталитических условиях при комнатной температуре или нагревании и приводящие к ранее неизвестным производным халькогенофосфиновых кислот.

• Реакцией тиоселенофосфиновых кислот с алкил- и арилвиниловыми эфирами впервые синтезированы S- и 5е-[1-(органилокси)этил]тиоселенофосфинаты с преобладанием 5-эфиров.

• Разработан вариант прямого однореакторного синтеза эфиров тиоселенофосфиновых кислот через трёхкомпонентную реакцию между виниловыми эфирами, вторичными фосфинсульфидами и элементным селеном.

• Открыта новая трёхкомпонентная реакция между виниловыми эфирами, вторичными фосфинами и элементным селеном, селективно и количественно приводящая к ранее неизвестным эфирам диселенофосфиновых кислот.

• Обнаружено, что Лг-2-(винилокси)этиламиды, полученные из 2-винилоксиэтиламина и вторичных фосфинхалькогенидов, циклизуются внутримолекулярно с количественным образованием 3-(диорганилхалькогенофосфорил)-2-метил-1,3-оксазолидинов.

4. В результате изучения реакции винилироваиия фенолов и триолов ацетиленом в сверхосновной системе КОН/ДМСО разработан технологичный метод синтеза арилвиниловых эфиров и тривиниловых эфиров триолов - исходных объектов для изучения радикальных и электрофильных реакций присоединения фосфинов и их халькогенопроизводных.

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Gusarova N.K., Artem'ev A.V., Oparina L.A., Kolyvanov N.A., Malysheva S.F., Vysotskaya O.V., Trofimov B.A. Three-Component Reaction between Vinyl Ethers, Secondary Phosphanes and Elemental Selenium: One-Pot Synthesis of l-(Alkoxy)-and l-(Aroxy)- Ethyl Diselenophosphinates // Synthesis. 2012. Vol. 3. P. 431-438.

2. Gusarova N.K., Volkov P.A., Ivanova N.I., Oparina L.A., Kolyvanov N.A., Vysotskaya O.V., Larina L.I., Trofimov B.A. Chemoselective Reaction of Secondary Phosphine Chalcogenides with Vinyloxyalkylamines: a Facile Synthesis

of a Novel Family of Functional Phosphinochalcogenoic Amides // Synthesis. 2012. Vol. 44. P. 2786-2792.

3. Oparina L.A., Gusarova N.K., Vysotskaya O.V., Kolyvanov N.A., Artem'ev A.A., Trofimov В .A. Atom-Economic, Metal- and Halogen-Free Synthesis of Podands: a.ffl-Diphosphines and Their Chalcogenides Separated by Alkane Diol Spacers // Synthesis. 2012. Vol. 44. P. 2938-2946.

4. Гусарова H.K., Малышева С.Ф., Куимов B.A., Опарина Л.А., Высоцкая О.В., Колыванов Н.А., Якимова Г.А., Трофимов Б.А. Атом-экономный синтез разветвлённых функционализированных да-, три-, и тетрафосфинов // Известия УНЦ РАН. 2012. № 4. Р. 22-28.

5. Artem'ev A.V., Oparina L.A., Gusarova N.K., Kolyvanov N.A., Vysotskaya O.V., Bagryanskaya I.Y., Trofimov B.A. Chemoselective synthesis of first representatives of bis(diorganothiophosphinyl)selenides, (R2P=S)2Se, from secondary phosphine sulfides and elemental selenium // Inorganic Chemistry Communications. 2013. Vol. 30. P. 124-127.

6. Oparina L.A., Artem'ev A.V., Vysotskaya O.V., Kolyvanov N.A., Bagryanskaya I.Y., Doronina E.P, Gusarova N.K. Three-component reaction between secondary phosphine sulfides, elemental selenium and vinyl ethers: the first examples of Markovnikov addition of thioselenophosphinic acids to double bond // Tetrahedron. 2013. Vol.69. P. 6185-6195.

7. Волков П.А., Иванова Н.И., Гусарова H.K., Опарина Л.А., Ларина Л.И., Высоцкая О.В., Колыванов Н.А., Багрянская И.Ю., Трофимов Б.А. От виниловых эфиров аминоспиртов к фосфинхалькогенидам с оксазолидиновыми циклами в две стадии // Известия АН. Серия химическая. 2013. № 1.С. 107-111.

8. Артемьев А.В., Опарина Л.А., Чернышева Н.А., Колыванов Н.А., Высоцкая О.В., Гусарова Н.К., Трофимов Б.А. Трехкомпонентный синтез эфиров диселенофосфиновых кислот из вторичных фосфинов, алкенов и элементного селена // Тезисы докладов Всероссийской молодежной научной конференции «Актуальные проблемы органической химии». Москва. 2012. С. 47.

9. Колыванов Н.А., Высоцкая О.В., Артемьев А.В. Однореакторный атом-экономный синтез (1-органилоксиэтил)диселенофосфинатов из виниловых эфиров, вторичных фосфинов и элементного селена // Тезисы докладов III Всероссийской молодежной школы-конференции «Химия под знаком Сигма: исследования, инновации, технологии». Омск. 2012. С. 399-400.

10. Волков П.А., Колыванов Н.А., Высоцкая О.В., Иванова Н.И., Опарина Л.А. Окислительное кросс-сочетание вторичных фосфинхалькогенидов с винилоксиалкиламидами // Тезисы докладов V Молодежной конференции. ИОХ РАН. Москва. 2012. С. 82.

11. Опарина Л.А., Колыванов Н.А., Высоцкая О.В., Гусарова Н.К., Трофимов Б.А. Синтез арилвиниловых эфиров винилированием фенолов ацетиленом в системе КОН/ДМСО // Тезисы докладов XXVII Международной научно-технической конференции "Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии". Иркутск. 2013. С. 42.

Подписано в печать 28.10.2013 г. Формат 60x90 1/16. Бумага офсетная Печать трафаретная. Усл. печ.л. 1,05 Тираж 100 экз. Заказ №25

Отпечатано: ИП Овсянников «Академкопия» Юридический адрес: 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128 ИНН 3812011756

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

НАУКИ

ИРКУТСКИЙ ИНСТИТУТ ХИМИИ ИМ. А. Е. ФАВОРСКОГО СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РАН

РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ВТОРИЧНЫХ ФОСФИНОВ И ИХ ХАЛЬКОГЕНОПРОИЗВОДНЫХ К ВИНИЛОВЫМ ЭФИРАМ

Специальность 02.00.03 - органическая химия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научный руководитель:

кандидат химических наук, старший научный сотрудник

Опарина Людмила Андреевна Иркутск - 2013

04201451 859

На правах рукописи

Никита Александрович

КОЛЫВАНОВ

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1. РЕАКЦИИ ВИНИЛОВЫХ ЭФИРОВ С

ФОСФОРСОДЕРЖАЩИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ (Литературный обзор)

1.1. Реакции виниловых эфиров с РН3 и органическими ^ фосфинами

1Л. 1. Присоединение РН3 к виниловым эфирам 10

1Л .2. Присоединение первичных и вторичных фосфинов к ^ ^ виниловым эфирам

1Л.2.1. Электрофильное присоединение 13

1Л.2.2. Радикальное присоединение 14

1.1.2.3. Присоединение в присутствии металлокомплексных ^ ^ катализаторов

1.1.2.4. Нуклеофильное присоединение 20

1.2. Присоединение фосфинхалькогенидов к виниловым ^ эфирам

1.2.1. Присоединение вторичных фосфинсульфидов и ^ фосфинселенидов

1.2.2. Присоединение вторичных фосфиноксидов 24

1.3. Реакции виниловых эфиров с фосфорсодержащими ^ кислотами и их производными

1.3.1. Реакции с фосфорноватистой, фосфонистыми и ^ фосфористой кислотами

1.3.1.1. Реакции с фосфорноватистой кислотой 26

1.3.1.2. Реакции с фосфонистыми кислотами 28

1.3.1.3. Реакции с фосфористой кислотой 29

1.3.2. Реакции виниловых эфиров с //-фосфонатами 30

1.3.2.1. Присоединение //-фосфонатов к алкилвиниловым ^ эфирам

1.3.2.1.1. Радикальное присоединение 30

1.3.2.1.2. Электрофильное присоединение 35

1.3.2.2. Реакции виниловых эфиров карбоновых кислот с Н- ^ фосфонатами

1.3.2.2.1. Гомолитические реакции 38

1.3.2.2.2. Анионные реакции 39

1.3.2.3. Реакции дивиниловых эфиров диолов с Н-фосфонатами

1.3.3. Электрофильное присоединение дитиофосфиновых и

дитиофосфорных кислот 1.4. Реакции виниловых эфиров с галогенидами фосфора 43

40 42

43 45

1.4.1. Реакции виниловых эфиров с тригалогенидами фосфора

1.4.2. Реакции виниловых эфиров с пятихлористым фосфором

ГЛАВА 2. РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ВТОРИЧНЫХ

ФОСФИНОВ И ИХ ХАЛЬКОГЕНОПРОИЗВОДНЫХ К ВИНИЛОВЫМ ЭФИРАМ

(Обсуждение результатов) 50

51

2.1. Свободно-радикальное присоединение вторичных фосфинов и фосфинхалькогенидов к виниловым эфирам

2.1.1. Реакции вторичных фосфинов с дивиниловыми ^ эфирами диолов

2.1.2. Реакции вторичных фосфинсульфидов и ^ фосфинселенидов с дивиниловыми эфирами диолов

2.1.3. Реакции вторичных фосфинов с тривиниловыми ^ эфирами триолов

2.2. Реакции электрофильного присоединения халькогенофосфиновых кислот и их амидов к виниловым эфирам

2.2.1. Синтез тиоселенофосфинатов 64

63

2.2.1.1. Электрофильное присоединение тиоселенофосфино- ^ вых кислот к виниловым эфирам

2.2.1.2. Трёхкомпонентная реакция между виниловыми эфирами, вторичными фосфинсульфидами и ^ элементным селеном

2.2.2. Трёхкомпонентная реакция между виниловыми эфирами, вторичными фосфинами и элементным селеном: синтез диселенофосфинов

2.2.3. Внутримолекулярная циклизация амидов N-[2-(винилокси)алкил]диорганилхалькогенофосфиновых кислот

2.3. Усовершенствованные методы синтеза виниловых

эфиров

2.3.1. Синтез арилвиниловых эфиров 82

2.3.2. Синтез тривиниловых эфиров триолов 86

73

79 82

ГЛАВА 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДРОБНОСТИ 90

(Экспериментальная часть)

3.1. Радикальные реакции виниловых эфиров с ^ вторичными фосфинами и фосфинхалькогенидами

3.1.1. Синтез а,со-дифосфинов, ди(фосфинсульфидов) и ^ ди(фосфинселенидов)

3.1.2. Синтез а,оо-ди(фосфиноксидов) 100

3.1.3. Синтез трифосфинов 100

3.1.4. Синтез три(фосфиноксидов) 105

3.1.5. Алкилирование третичных трифосфинов 106

3.2. Реакции электрофильного присоединения халькогенофосфиновых кислот и их амидов к ^ ^ виниловым эфирам

3.2.1. Синтез Ж-тиоселенофосфиновых кислот 106

3.2.2. Синтез тиоселенофосфинатов 107

3.2.2.1. Электрофильное присоединение тиоселенофосфино- ^^ вых кислот к виниловым эфирам

3.2.2.2. Трёхкомпонентная реакция между виниловыми эфирами, вторичными фосфинсульфидами и ^^ элементным селеном

3.2.3. Гидролиз [1-(2-этилбутокси)этил]-бис(4- ^ метоксифенэтил)тиоселенофосфината (36д)

3.2.4. Синтез диселенофосфинатов 122

3.2.5. Синтез бис(2-фенэтил)диселенофосфината [(2- ^ (винилокси)этил)] аммония (43)

3.3. Синтез ТУ-[2-(винилокси)этил]амидов халькогенофосфиновых кислот

3.4. Синтез 3-(диорганилхалькогенофосфорил)-2-метил-1,3-оксазолидинов

3.5. Синтез арилвиниловых эфиров 138

3.6. Синтез тривиниловых эфиров триолов 140 ВЫВОДЫ 143 ЛИТЕРАТУРА 145

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ГМФТА - гексаметилфосфортриамид

ДАК - динитрил азобисизомасляной кислоты

ДБП - ди(трет-бутил)пероксид

ДМСО - диметилсульфоксид

ТГФ - тетрагидрофуран

Bz202 - перекись бензоила

Су - циклогексил

DIP AMP - l,2-bis[(aryl)(phenyl)phosphino]ethane, 1,2-бис(арилфенилфосфино)этан, хелатирующий дифосфиновый лиганд DPPE - l,2-Bis(diphenylphosphino)ethane, 1,2-дифенилфосфиноэтан,

дифосфиновый лиганд Naphth - нафтил

рКа - отрицательный десятичный логарифм константы диссоциации кислоты POP - дифосфиновые пинцетные лиганды на основе алифатических или ароматических эфиров

PROPHOS - l,2-Bis(diphenylphosphino)propane, 1,2-дифенилфосфинопропан,

дифосфиновый лиганд TRIPHOS - фосфорорганические тридентатные лиганды, например, 1,1,1-

трис(дифенилфосфинометил)этан RAFT-реагенты - Reversible Addition-Fragmentation chain Transfer, активные

добавки, способные к обратимому взаимодействию с ведущими цепь макрорадикалами XANTPHOS - фосфорорганические бидентатные лиганды на основе ксантена HSQC - Heteronuclear Single Quantum Correlation HMBC - Heteronuclear Multiple Bond Correlation

ВВЕДЕНИЕ

Простые виниловые эфиры относятся к наиболее значимым классам органических соединений [1]. Одна из причин устойчивого интереса к химии виниловых эфиров состоит в высокой реакционной способности двойной связи, активированной сопряженным атомом кислорода. Функциональные виниловые эфиры являются стартовыми соединениями для тонкого органического синтеза, нетрадиционных продуктов и прогрессивных материалов для новых технологий. Селективные реакции виниловых эфиров обеспечивают простые и удобные выходы на новые семейства соединений с различным набором функциональных групп. На основе виниловых эфиров созданы синтетические волокна и пластмассы [2-4], лаки, клеи [5, 6], флотореагенты и экстрагенты [7], препараты для медицины и сельского хозяйства [8-11] и т.д.

Разработанные в Иркутском институте химии им. А.Е. Фаворского СО РАН на основе ацетилена новые общие подходы к синтезу простых виниловых эфиров в суперосновных средах, состоящих из сильного основания и полярного негидроксильного комплексообразующего растворителя [12-15], создали реальные возможности для направленного изучения этих высокореакционноспособных строительных блоков в органическом синтезе.

Кроме того, в ИрИХ СО РАН в последние десятилетия открыта и активно развивается оригинальная методология образования связи Р-С на основе новых прямых реакций элементного фосфора с электрофилами в сверхосновных системах (реакция Трофимова-Гусаровой) [16-20]. В результате стали доступными первичные, вторичные и третичные фосфины и фосфинхалькогениды, которые сейчас активно изучаются в реакциях присоединения к кратным связям. Одно из перспективных направлений в данной области - это разработка малоизученных реакций радикального и

электрофильного присоединения вторичных фосфинов и их халькогенопроизводных к винилоксигруппе.

Работа является логическим продолжением оригинальных и систематических исследований по химии непредельных гетероатомных соединений на основе ацетилена и элементного фосфора, проводимых под руководством академика Б.А. Трофимова. Она выполнялась в соответствии с планом НИР ИрИХ СО РАН по теме: "Разработка новых атом-экономных реакций ацетилена, его замещенных и производных, фундаментальных гетероциклов, элементного фосфора, фосфорорганических и фосфорхалькогеноорганических соединений, в том числе с участием активированных анионов, цвиттер-ионов, карбенов и радикалов с целью получения физиологически активных веществ и инновационных материалов для передовых технологий" (№ государственной регистрации 01.2012.81991). Основные разделы исследования проводились при государственной поддержке ведущих научных школ (НШ-3230.2010.3 и НШ-1550.2012.3), а также были поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований (гранты № 11-03-00286, 11-03-00334 и 12-03-31631).

Цель работы заключалась в изучении атом-экономных реакций радикального и электрофильного присоединения вторичных фосфинов, фосфинхалькогенидов, халькогенофосфиновых кислот и их амидов к алкил-, арил-, ди- и тривиниловым эфирам.

В рамках этой цели решались следующие задачи:

• Исследование оригинальных реакций радикального присоединения вторичных фосфинов и фосфинхалькогенидов к ди- и тривиниловым эфирам.

• Разработка новых трехкомпонентных реакций электрофильного присоединения к винилоксигруппе халькогенофосфиновых кислот, генерируемых in situ из вторичных фосфинов или вторичных фосфинсульфидов и элементного селена.

• Изучение реакции внутримолекулярного электрофильного гидроаминирования на примере амидов 7У-[2-(винилокси)этил]-диорганилхалькогенофосфиновых кислот.

• Разработка удобных методов синтеза исходных арилвиниловых эфиров и тривиниловых эфиров триолов винилированием фенолов и трис(гидроксиметил)алканов ацетиленом в системе КОН/ДМСО.

В результате проведенных исследований получена новая фундаментальная информация о реакциях радикального и электрофильного присоединения вторичных фосфинов и их халькогенопроизводных к винилоксигруппе, и на основе этих реакций разработаны простые и эффективные атом-экономные методы синтеза новых представителей функционализированных третичных фосфинов, фосфинхалькогенидов, а также амидов и эфиров халькогенофосфиновых кислот, широко востребованных соединений многоцелевого назначения.

Впервые реализованы реакции радикального присоединения вторичных фосфинов и фосфинхалькогенидов к дивиниловым эфирам диолов и тривиниловым эфирам триолов и триэтаноламина. В результате найдены условия направленного эффективного синтеза новых ди- и тридентатных фосфинов и фосфинхалькогенидов с дополнительными донорными центрами (О, 14) - перспективных лигандов для конструирования металлокомплексных катализаторов нового поколения.

Открыты и разработаны трехкомпонентные реакции между виниловыми эфирами, вторичными фосфинами или вторичными фосфинсульфидами и элементным селеном, протекающие по схеме электрофильного присоединения халькогенофосфиновых кислот к винилоксигруппе и приводящие с высоким выходом к ранее неизвестным халькогенофосфинатам - потенциальным прекурсорам для дизайна новых лекарственных средств, а также ЯАРТ-агентам псевдоживой радикальной полимеризации.

На примере амидов 7У-[2-(винилокси)этил]диорганилхалькогено-фосфиновых кислот (синтезированных из 2-винилоксиэтиламина и вторичных фосфинхалькогенидов) впервые осуществлена и изучена реакция внутримолекулярного электрофильного гидроаминирования

винилоксигруппы, приводящая к функциональным 1,3-оксазолидинам с фосфорорганическими заместителями у атома азота - перспективным полупродуктам для синтеза новых биологически активных субстанций.

Впервые изучены реакции винилирования фенолов и трис(гидроксиметил)алканов в сверхосновной системе КОН/ДМСО, на основе которых разработаны удобные технологичные методы синтеза соответствующих арилвиниловых и тривиниловых эфиров.

По теме диссертационной работы опубликовано 7 статей в ведущих отечественных и зарубежных журналах, входящих в список ВАК. Основные результаты работы представлялись на Всероссийской молодежной конференции "Актуальные проблемы органической химии" (Новосибирск, 2012), на Всероссийской научной молодежной школе-конференции «Химия под знаком Сигма - исследования, инновации, технологии» (Омск, 2012) и на XXVII Международной научно-технической конференции "Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии. Реактив-2013" (Иркутск, 2013).

Диссертация изложена на ??? страницах машинописного текста. Первая глава (обзор литературы) посвящена анализу реакций виниловых эфиров с фосфорсодержащими соединениями; во второй главе изложены и обсуждены результаты собственных исследований; необходимые экспериментальные подробности приведены в третьей главе. Завершается рукопись выводами и списком цитируемой литературы (185 источников).

ГЛАВА 1. РЕАКЦИИ ВИНИЛОВЫХ ЭФИРОВ С

ФОСФОРСОДЕРЖАЩИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ (Литературный обзор)

К настоящему времени опубликовано значительное число обзоров и монографий [16-29], в той или иной степени освещающих синтез фосфорорганических соединений. В обзорах последних 10-15 лет систематизированы литературные данные по реакциям фосфина [16, 17, 19], образованию С-Р связи посредством нуклеофильного [16-18, 20, 24] и радикального присоединения фосфинов и фосфинхалькогенидов к алкенам и алкинам [20-26], реакциям кросс-сочетания [27].

Цель настоящего литературного обзора - систематизация и анализ имеющихся в литературе данных о реакциях соединений фосфора с алкил- и арилвиниловыми эфирами, а также виниловыми эфирами карбоновых кислот, протекающих с участием винилоксигруппы и приводящих к фосфорорганическим соединениям.

1Л. Реакции виниловых эфиров с РН3 и органическими фосфинами

Долгое время изучение реакций присоединения фосфинов к виниловым эфирам носило случайный характер. И лишь благодаря разработке препаративных методов синтеза ключевых фосфорорганических соединений - органических фосфинов - из элементного фосфора и электрофилов (органилгалогенидов, ацетиленов, арил- и гетарилалкенов) в присутствии сверхсильных оснований типа гидроксид щелочного металла - полярный негидроксильный растворитель (ДМСО, ГМФТА) или в условиях межфазного катализа (реакция Трофимова-Гусаровой) [16-20] эти исследования приобрели систематический характер.

1ЛЛ. Присоединение РН3 к виниловым эфирам

Фосфин как простейшее соединение фосфора является удобным исходным соединением для образования связи С-Р. Обладая разносторонней реакционной способностью, фосфин реагирует с различными классами

органических соединений. Так, присоединение фосфина к непредельным соединениям является одним из наиболее удобных методов синтеза фосфинов с функциональными группами в органическом радикале [19, 28, 29]. Как правило, из-за высокой энергии диссоциации связи фосфор-водород (Е 11 ккал/моль [30]) присоединение РН3 к виниловым эфирам осуществляется только в присутствии радикальных инициаторов.

Фосфин взаимодействует с винилметиловым эфиром (мольное соотношение 1:3) при УФ-облучении (20°С, 2.5 ч) с образованием смеси первичного 1а, вторичного 2а и третичного За фосфинов [31, 32]. Соотношение продуктов, а также их выход в патентах [31, 32] не приведены.

Я = Ме (а), 1а,б 2а,б За,б

и-Ви (б)

Более детально реакция присоединения РН3 к винилоксигруппе была изучена ЯаиЬи! с соавторами [33] на примере бутилвинилового эфира. При избытке фосфина и особенно при проведении реакции под давлением преимущественно образуются первичные и вторичные фосфины. Так, при использовании двукратного мольного избытка фосфина по отношению к виниловому эфиру в присутствии динитрила азобисизомасляной кислоты (ДАК) (автоклав, 80°С, 4 ч, гептан) получена смесь первичного 16, вторичного 26 и третичного 36 фосфинов с выходом 45, 30 и 10%, соответственно.

Аналогично в условиях радикального инициирования (ДАК, диоксан, 78-80°С) протекает гидрофосфинирование алкил- и арилвиниловых эфиров фосфином, генерируемым вместе с водородом из красного фосфора в системе КОН/толуол/НгО [34]. Показано, что реакцию можно направить на селективное образование третичных фосфинов Зв-д. Последние легко

окисляются (без выделения и очистки) кислородом воздуха, элементными серой или селеном до соответствующих фосфинхалькогенидов (препаративный выход до 73%).

Я

Рп

К0Н/Н20 1 толуол

РН3/Н2

еж

ДАК, диоксан 78-80°С

Я = И-С7Н15 (Зв, 36%), РЬ (Зг, 73%), 1-№рЬШ (Зд, 36%) X = О, Б, 8е

(Ж

Р хп

^(Ж 3 в-д

ЯС>

X

еж

Селективно с образованием третичного фосфина 4 протекает радикальное присоединение РН3 (ДАК, 80-85°С) к винилацетату при барботрировании первого через нагретый раствор винилового эфира в бензоле [35, 36].

О

х

МеГ^ОГ

О

РН3 + _ У ДАК, бензол

Ме

сАо

Ме 80-85°С, 4-8 ч

Ч)

СК Ме 4

Радикальное присоединение фосфина к винилоксиэтену (эквимольное соотношение, 10 атм, ДАК, 78-80°С, 12 ч) приводит к образованию циклического 4-оксафосфоринана (5) и 2,2 -дифосфинодиэтилового эфира (6) (выход 7% и 10%, соответственно) [37, 38].

т>и ДАК, пентан / \ .О. ^^

РН3 + О -г-НР О +

78-80°С, 12 ч \_/

5 6

1.1.2. Присоединение первичных и вторичных фосфинов к виниловым эфирам

1.1.2.1. Электрофильное присоединение

Сведения об электрофильном присоединении органических фосфинов к виниловым эфирам ограничиваются двумя публикациями. Вероятно, это объясняется относительно высок�