Реакции в трехкомпонентной системе орто-хинон - монозамещенный ацетилен - тригалогенид фосфора тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.08 ВАК РФ

На правах рукописи

Богданов Андрей Владимирович

' РЕАКЦИИ В ТРЕХКОМПОНЕНТНОЙ СИСТЕМЕ ОРТО-ХЖЮП - ТРИГАЛОГЕНИД ФОСФОРА -МОНОЗАМЕЩЕННЫЙ АЦЕТИЛЕН

02.00.08 - химия элементоорганических соединений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Казань-2005

Работа выполнена в лаборатории фосфорсодержащих аналогов природных соединений Института органической и физической химии им. А.Е.Арбузова Казанского научного центра Российской Академии наук.

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор Миронов Владимир Фёдорович

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Левин Яков Абрамович

доктор химических наук Бухаров Сергей Владимирович

Ведущая организация

Московский педагогический государственный университет

Защита состоится 26 октября 2005 г. в 14 часов на заседании Диссертационного совета К 022.005.01 в Институте органической и физической химии им. А.Е Арбузова Казанского научного центра Российской Академии наук по адресу: 420088, г. Казань, ул. Арбузова, 8, зал заседаний Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института органической и физической химии им. А.Е.Арбузова Казанского научного центра Российской Академии наук.

Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 420088, г. Казань, ул. Арбузова, 8, ИОФХ КазНЦ РАН.

Автореферат разослан 26 сентября 2005 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета кандидат химических наук

\ъъчо 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одними из актуальных проблем современного органического синтеза являются разработка регио- и стереоселективных методов фос-форилирования функционально замещенных органических соединений сложной структуры с целью придания тех или иных практически важных качеств, а также разработка методов синтеза фосфорсодержащих аналогов природных соединений, которые в ряде случаев проявляют необычные виды биоактивности. К числу высоко реакционноспособных органических соединений, которым в последнее время посвящено много работ, относятся орто-хиноны, многие из которых обнаружены в природе и обладают лекарственным (антивирусным, антимикробным, противоопухолевым) действием, а также проявляют способность связывать ионы различных металлов. На основе орто-хинонов разработано множество эффективных методов синтеза гетероциклических соединений разнообразной природы. В фосфороргани-ческом синтезе орто-хиноны использовались в основном для получения производных пентакоординированного атома фосфора. Другим направлением их синтетического использования являются реакции с непредельными органическими соединениями и протонодонорами, промотируемые трифенилфосфином, разрабатываемые в зарубежных статьях в последние пять лет. В литературе весьма редки примеры использования орто-хинонов в синтезе Р-гетероциклов со связью фосфор-углерод, разработке методов получения которых уделено серьезное внимание в трудах последних конференций (Цинциннати, Сендай, Бирмингем).

Целью работы является разработка метода синтеза шестичленных гетероцик-лов - бензо[е]-1,2-оксафосфорининов, в которых Р-гетероцикл аннелирован со сложными ареновыми фрагментами, на основе новой реакции в трехкомпонентной системе орто-хинон - монозамещенный ацетилен - тригалогенид фосфора, а также расширение реакции 2,2,2-тригалогенбензоИ-1,3,2-диоксафосфолов с монозаме-щенными арилацетиленами на фосфорилированные производные природных кате-холов, таких как протокатеховая кислота и 2,3-дигидроксинафталин.

Научная новизна работы. В работе впервые проведено систематическое исследование реакций в трехкомпонентной системе орто-хинон - тригалогенид фосфора - монозамещенный ацетилен как основы нового метода синтеза производных 1,2-оксафосфорининов - Р-аналогов кумарина, аннелированных с ареновыми системами, и как основы метода синтеза функционализированных винилфосфоновых кислот. Выявлены необычные особенности процессов, реализующихся в этой системе - ыисо-замещение кислорода, иисо-замещение /ирет-бутильной группы, гало-генирование аренового фрагмента и дезоксигенирование орто-хинона. Показано, что региохимия ыисо-замещения кислорода и гапогенирования фениленового фрагмента определяется не только природой и положением заместителя в исходном ор-то-хиноне и ацетилене, но и условиями реакций (температура). Склонность к образованию бензо[е]-1,2-оксафосфорининовых гетероциклов настолько высока, что даже присутствие в орто-положениях к карбонильным группам хинона объемных трега-бутильных групп не препятствует этому процессу. При использовании 3,5-бис(трет-бутил)-1,2-бензохинона обнаружен необычный процесс иисо-замещения етре/я-бутильной группы, расположенной в пара-положении к эндоциклическому атому кислорода, на атом хлора. В этих же реакциях была обнаружена и необычная миграция атома хлора в орто-положение к атол

нинового гете-

{АХ (

БИБЛИОТЕКА ' С. Петер 09 Щ1

■отека i

роцикла. Впервые на примере реакций с 3,6-бис(/ярет-бутил)-4-хлор-1,2-бензохи-ноном показано, что возможно и мясо-замещение mpem-бутильной группы, расположенной в о/дао-положении к атому кислорода фосфорининового гетероцикла

Впервые показано, что в реакцию с арилацетиленами в присутствии трихлори-да фосфора способны вступать фенантренхинон и хризенхинон. При этом были обнаружены новые направления взаимодействия, такие как образование спирановых структур и нарушение ароматичности хризенового фрагмента.

Образование бензо[е]-1,2-оксафосфорининовых гетероциклов происходит при использовании сложных фосфорилированных производных полифенолов, таких как фосфорилированные протокатеховая кислота и 2,3-дигидроксинафталин. На примере реакции 2,2,2-трихлор-5-хлоркарбонилбензоМ-1,3,2-диоксафосфола с фе-нилацетиленом была обнаружена сильная зависимость синтетического результата от температуры (образование либо продукта присоединения фосфорана по кратной связи фенилацетилена, либо образование производных бензо[е]-1,2-оксафосфори-нина).

В реакциях 2,2,2-трибромнафто[2,3-*/]-1,3,2-диоксафосфола с фенилацетиле-ном, а также в трехкомпонентных системах 3,6-бис(трет-бутил)-4-хлор-1,2-бен-зохинон, 3,6-бис(тярет-бутил)-1,2-бензохинон - арилацетилен - трихлорид фосфора было впервые обнаружено еще одно необычное направление - образование производных бензофурана.

Практическая значимость работы. В работе предложен и реализован новый оригинальный подход к синтезу замещенных производных бензо[е]-1,2-окса-фосфорининов - фосфорсодержащих аналогов природного гетероцикла кумарина, заключающийся в использовании реакции орто-хинонов с монозамещенными ацетиленами в присутствии тригалогенида фосфора. Этот подход распространен на сложные природные хиноны и фосфорилированные производные протокатеховой кислоты и 2,3-дигидроксинафталина. Предложены методы получения необычных аренофурановых гетероциклов, а также функционально замещенных винилфосфо-новых кислот.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на XVII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Казань, 2003), VI и VII молодежных научных школах-конференциях по органической химии (Новосибирск, 2003 и Екатеринбург, 2004), VI научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов научно-образовательного центра Казанского государственного университета «Материалы и технологии XXI века» (Казань, 2005), 16 Международной конференции по химии фосфора - ICPC 2004 (Бирмингем, Великобритания), Всероссийской конференции "Карбонильные соединения в синтезе гетероциклов" (Саратов, 2004). По материалам работы опубликовано 9 работ.

Работа выполнена в соответствии с научным направлением Института по г/б теме "Разработка новых методов синтеза фосфорсодержащих гетероциклов, изучение их пространственного строения и реакционной способности с целью модификации практически важных соединений и создания новых материалов" (№ гос. per. 01.20.0005790). Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 03-03-32542) и программы поддержки ведущих научных школ РФ (грант № НШ-123.2003.01,2003-2004 гг).

1 > ( <i'« I

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 174 стр., содержит 88 таблиц, 29 рисунков и состоит из введения, 4 глав, выводов и списка литературы Первая глава представляет собой литературный обзор на тему '(Реакции в трехкомпонентных системах - производное трехвалентного фосфора - непредельное соединение - органический субстрат», в котором на примере хинонов, дикар-бонильных соединений, ацетиленов, алленов, протонодоноров и фосфинов со связями Р-С показано разнообразие процессов, протекающих в этих системах и их использование в органическом синтезе. Вторая и третья главы посвящены обсуждению полученных данных, четвертая глава включает описание экспериментов

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

<

Взаимодействие орто-хинонов с производными трехвалентного фосфора -один из важнейших методов синтеза соединений пентакоординированного атома фосфора Вовлечение арилацетиленов в качестве третьего компонента в реакцию орто-хтижов с тригалогенидами фосфора неожиданно приводит к образованию оксафосфорининов, в которых гетероциклический фрагмент аннелирован с различными ареновыми системами. При этом наблюдается целая последовательность необычных превращений, включающих легкое образование связи Р-С и фосфориль-ной группы, не известное ранее очень легкое ыисо-замещение кислорода на углерод, а также региоселективное хлорирование аренового фрагмента. В ходе этих реакций могут также реализовываться процессы дезоксигенирования хинона, образования хиноидных и спироциклических структур. Нами предпринято исследование влияния природы заместителей в исходных соединениях (орто-шноне и ацетилене) и условий проведения эксперимента (температура и концентрация реагентов) на результат реакции.

1. Реакции 3,6-бис(/я/>ет-бутил)-1,2-бензохинона и его производных с монозамещенными алкил- и арилацетиленами

Нами впервые показано, что взаимодействие 3,6-бис(трет-бутил)-1,2-бензо-хинона 1 с арилацетиленами протекает с высокой степенью региоселективности, приводя к образованию единственных соединений фосфонатной природ» - 5,8-бис(т/>е/я-бутил)-4-арил-2,6-дихлорбензо[е]-1,2-оксафосфорининов 2-6 (8Р 17-18 м.д., %сн 26-27 Гц; 5„э 6.30-6.38 м.д.).

РС1з

ХС6Н4С5СН С1

1 2-6 Аг = РЬ (2), 4-В|С6НЦ (3), 4-ОСбН, (4), 4-М еС6Н4 (5), 2-С1С6Н« (6)

Несмотря на присутствие в молекуле хинона стерически объемных трет-бутильных групп, процесс осуществляется в мягких условиях и происходит введение атома хлора в 6 положение бензофосфоринина.

В отличие от фенил- и 4-бромфенилацетиленов 4-хлорфенилацетилен реагирует с хиноном 1 в присутствии трихлорида фосфора по двум направлениям. При эюм в качестве основного продукта реакции получен бензофосфоринин 4. Кроме

этого выделены и идентифицированы РОС13 и органическое соединение, не содержащее фосфора, - 4,7-бис(тре/я-бутил)-3-(4-хлорфенил)бензо[</)фуран 7 Дезокси-генирование орто-хинона РСЬ и реакция промежуточного карбена с арилацетиле-ном - новое направление взаимодействия в трехкомпонентной системе орто-хинон - РСЬ - арилацетилен.

4-ск€Н4С=СН, рс»з ||

[-на,,-рос,з о , сбн4а^

1 4 7

Строение выделенного кристаллического бензофурана 7 было также подтверждено методом РСА (рис. 1).

сбицсм

Рис. 1. Геометрия молекулы 7 в кристалле.

Исследование взаимодействия 4-метилфенилацетилена с хиноном 1 и РС13 методом динамического ЯМР 31Р показало, что первоначально образуется соединение хиноидного типа 8 (5р 30.4 м.д„ 2Jpch 31.3 Гц), строение которого было установлено методом ЯМР 13С (С8", 8с 185.84, м, 4Jpcccc 1-5, 3Jhccc 9.6, 4Jhcccc 1.0; С , 6с 51.92 м.д., д. д, 'Jhc 152.2, V 2.8 Гц). При нагревании реакционной массы до 80°С соединение 8 переходит в гетероцикл 5.

раз

о 4-сн3с6н4с^сн

СвН4Ме-4

1 8

Гидролиз бензофосфорининов 2, 4-6, проведенный в мягких условиях (эфир или диоксан, 20°С), приводит к образованию гидроксифосфорининов 9-12, в которых гетероциклический фрагмент не затрагивается (8Р 16-18 м.д., 21РСн 25-27 Гц). Аминолиз хлорфосфорининов 2-4, 6 дает соответствующие циклические амиды 1316 (5р 11-12 м.д., 21РСн 20-22 Гц).

Гидроксифосфоринины 9, 10, 12 при нагревании или длительном выдерживании во влажном ДМСО претерпевают дальнейший гидролиз с разрывом гетероциклической связи Р-О и переходят в ациклические 2-[3,6-бис(/яре/я-бутил)-2-гидрок-си-5-хлорфенил]-2-арилэтенилфосфоновые кислоты 17-19 соответственно (6Р 12-15 м.д., Ърсн 12-15 Гц).

СГ

' "¡4' '-

Аг 13-16

К1-Я1К21ЧН2С1

.о ,о к н2о 1

^ а диоксан у [-НС1) а

Аг

"Т" Аг 9-12

"ОН

Аг = РЬ (9), 4-С1С6Н4 (10), 4-МеСба, (11), 2-С1С6Н4 (12); Ц2, Аг = Н, Г-Ви, 4-ВгС6Н4 (13), Н, 1-Рг, РЬ (14), Н, /-Рг, 4-С1С6Н4 (15), Н, /-Ви, 2-С1С6Н4 (16)

сг ^ ^Г а I Г"^ ОН

Аг I Аг

9,10,12 17-19

Аг- РЬ (17), 4^ЖбЩ (18), 2-ООН« (19)

Строение соединений 18 и 19 (сольваты с двумя молекулами ДМСО) подтверждено методом РСА (рис. 2, 3).

С1"

Рис. 2. Геометрия молекулы 18 в кристалле (сольват с ДМСО).

Рис. 3. Геометрия молекулы 19 в кристалле (ДМСО не показаны)

Циклические амиды 13-16 при длительном выдерживании во влажном ДМСО медленно гидролизуются с разрывом связи Р-Ы и первоначальным образованием циклических фосфорининов 20-22 (5Р 2 + -2 м.д., ^рсн 19-20 Гц). При более сильном нагревании в ДМСО возможен дальнейший гидролиз с образованием ациклических солей винилфосфоновых кислот 23-25:

13-16

н2о

ДМСО С1

рТ° Н2Р>

° Н2%1 ДМСО а

он о

он

0~Н21Ч:

Аг 20-22 "Т" Аг 23-25

И1, 112, Аг = Н, / Ви, 4-ВгС6Н4 (20), Н, /-Рг, РЬ (21), Н, /-Рг, 4-С1СвН4 (22)

Пропаргилхлорид также способен вступать в реакцию со стерически загруженным хиноном 1 в присутствии РС13. Процесс является достаточно медленным и приводит с почти количественным выходом к 5,8-бис(трет-бутил)-4-хлорметил-2,6-дихлорбензо[е]-1,2-оксафосфоринину 26, гидролизом которого получена циклическая фосфоновая кислота 27 (СОС13, 5Р 9.0 м.д., 21РСН 19.6 Гц). Обработка соединения 26 трет-бутиламином дает 4-хлорметиленопроизводное 28 (СИСЬ, 5Р 23.5 м.д., 1рснА 14.0 и ДрснХ 24.9 Гц). Обработка хлорфосфоринина 26 изопропила-мином также приводит к образованию соответствующего амида, который гидроли-зуется в процессе выделения, давая циклическую аммонийную соль 29 (ДМС0-06, 5Р -1.0 м.д., д, 2Дрсн 19.4 Гц). Строение соединений 27-29 подтверждено методами ЯМР Н, 31Р, 13С и масс-спектрометрией высокого разрешения (для соединений 2628).

асн2с=сн "О РС1з,[-НСЦ сг

27 ' 29

Продолжая работу по исследованию реакций хинонов с арилацетиленами в присутствии трихлорида фосфора, мы попытались выяснить влияние заместителей в исходном бензохиноне на синтетический результат. С этой целью были исследованы реакции 4-хлор- и 4,5-дихлорзамещенных 3,6-бис(трет-бутил)-1,2-бензохи-нонов 30,31 с арилацетиленами в присутствии РС13.

Оказалось, что взаимодействие 4-хлор- 1,2-бензохинона 30 с фенил- и 4-хлор-фенилацетиленом в присутствии РС13 протекает медленнее и по нескольким направлениям. Так, при длительном выдерживании смеси хинона 30 с фенилацетиле-ном и РС13 преимущественно образуется хиноидный вйнилфосфонат 32, содержащий атом хлора рядом с трет-бутильной группой, строение которого было установлено методом ЯМР 13С-{'Н}. Так, в области 5с 71.27 м.д. присутствует синглет, соответствующий атому С8, связанному с трет-бутильным заместителем и атомом хлора. При записи спектра ЯМР |3С этот сигнал превращается в мультиплет благодаря спин-спиновой связи с протонами трет-бутильной группы (^нссс 4.2 Гц) Кроме этого происходит образование еще двух хиноидных соединений 33 и 34. В соединении 33 резонанс углерода С6 (СС12) проявляется в области 5С 81.13 м.д.; вид этого сигнала не изменяется при записи спектра ЯМР |3С. Хиноидный винипфос-фонат 34 содержит фрагмент СНС1, проявляющийся в характерной области 5С 59.50 м.д. (V 156.5 Гц).

При нагревании происходит элиминирование трет-бутильной группы, находящейся в орто-положении к атому кислорода и образование дихлорбензофосфо-ринина 35. Гидролизом с последующей дробной кристаллизацией была получена

ациклическая винилфосфоновая кислота 36, строение которой было доказано методом РСА для сольвата с двумя молекулами ДМСО (рис. 4).

+ СК О _|_0 н С1 о

Х,о РС13 н^Со н^То ^а уа

зо

32 + 33 + 34

33

34

_ .Р(ОН)2

Н С^Х10 о» г/ Р""Чс"

Рис. 4. Геометрия молекулы 36 в кристалле (сольват с ДМСО).

Рис. 5. Геометрия молекулы 37 в кристалле.

Методом дробной кристаллизации из ДМСО с последующей кристаллизацией из метанола было выделено не содержащее фосфор соединение - 5-хлорбензо[«/]фуран 37 - продукт реакции промежуточного карбена с фенилацетиленом. Строение этого соединения доказано также методом РСА (рис. 5). Аналогичный характер носит взаимодействие 4-хлорфенилацетилена с хиноном 30. Гидролизом реакционной массы с последующей дробной кристаллизацией промежуточный бензо-фосфоринин 38 был превращен в ациклическую винилфосфоновую кислоту 39.

Взаимодействие 3,6-бис (трет-бутил)-4,5-дихлор-1,2-бензохинона 31 с фенилацетиленом в присутствии С1 С1'" " " РС13 приводит к практически коли-

с6н4с1-4 чественному образованию устойчи-39 вой хиноидной структуры 40, строе-

ние которой было установлено методом ЯМР 13С.

Ранее в нашей лаборатории было показано, что 4,6-бис(треот-бутил)-2,2,2-трихлорбензо[</]-1,3,2-диоксафосфол способен реагировать с фенилацетиленом с

ОН о Р(ОН)2

Os

cr

PC13 PW=CH

31

t«

преимущественным образованием 8-жрет-бутил-2-оксо-4-фснил-2,6-ди-хлорбензо[е]-1,2-оксафосфор инина. Было целесообразно выяснить, будет ли иметь какие-либо особенности реакция несимметричного 3,5-бис-

(трет-бутил)-1,2-бензохинона 41 с арилацетиленами в присутствии РСЦ. Оказалось, что в данном случае осуществляется два направления взаимодействия - образование продуктов клсо-замещения трет-бутильной группы 42-44, а также бензо-фосфорининов 45-47, содержащих хлор в положении 5.

Cl

Аг 42-44

CI Аг 45-47

Аг = 4-С1С6Н4 (42,45), РЬ (43,46), 2-С1С<Н4 (44,47)

Соединения 42, 43 были выделены и переведены в более устойчивые кислоты 48, 49. Второй изомер (соединение 45) удалось перевести в более устойчивый амид 50, строение которого доказано методами ЯМР 'Н, ,3С и 3|Р.

ОН

cr ^ ^г ci'

Аг 48,49

Аг = Ph (48), 4-С1С6Н4 (49)

В результате реакции хинона 41 с РСЬ в присутствии 2-хлорфенилацетилена с последующей обработкой реакционной массы mpem-бутиламином удалось выделить устойчивый амид 51, который образовался в виде двух диастереомеров в соотношении 2:1.

Cl

38

2. Реакции фенантренхинона и хризенхинона с монозамещенными арилацетиленами

Реакция фенантренхинона 52 с арилацетиленами в присутствии РС13 протекает по двум направлениям. Первое включает образование новой гетероциклической системы - 4-арил-2-оксо-2,7-дихлор-1-окса-2-фосфатрифенилена 53-57. Второе направление приводит к неожиданному образованию диастереомерных 9,10-дигидро-фенантрен-9-он-[10-спиро-5']-4'-арил-2'-оксо-2'-хлор-1,2-оксафосфол-3-енов 58-62

и 9,10-дигидро-10,10-дихлорфенантрен-9-она 63. Реализация того или иного направления реакции зависит от температуры. Нагревание до 50-60°С, увеличивая скорость процесса, приводит к уменьшению содержания оксафосфатрифениленов 53-56 в реакционной смеси до 20-30 %, в то время как выход спирооксафосфоленов увеличивается. При использовании 2-хлорфенилацетилена спиран 62 образуется в следовых количествах независимо от условий проведения реакции.

Строение соединений 53-62 было установлено на основании данных масс-спектрометрии электронного удара и ЯМР 'Н, 13С, 31Р. Оксафосфатрифенилены 5357 кристаллизуются из реакционных масс и были выделены. Аминолизом и гидролизом некоторых из этих соединений были получены амиды 64-67 и циклические гидроксипроизводные 68, 69. Последние оказались неустойчивыми и далее медленно гидролизовались до ациклических фосфоновых кислот 70, 71. Обработкой этих кислот аминами или длительным гидролизом амидов 64, 65 были получены соли 72, 73. Строение соли 73 (сольват с диоксаном и водой) доказано методом РСА (рис. 6).

л' рс13,хс6н405сн 'о [-нсц, [-росы

с

.о

53-57 Х 58-62 х 2 63

X = Н (53,58), 4-Вг (54,59), 4-Ме (55,60), 4-С1 (56,61), 2-С1 (57,62)

а

53,56,57 68,69

72,73

X = Н (53, 68, 70), 2-С1 (57,69,71), 4-С1 (56). X, И', И" = Н,Е1,Е1 (64,72); Н, И'+Н" = ^СН2СН2)20 (65,73); 4-С1, Ви, Н (66); 2-С1,/-Рг, ¡-Рг (67).

В результате гидролиза спиранов 58-61 были получены с выходом 43-47 % хорошо кристаллизующиеся в виде сольватов с диоксаном 9,10-дигидрофенантрен-9-он-[ 10-спиро-5']-4'-арил-2'-гидрокси-2'-оксо-1,2-оксафосфол-З-ены 74-77.

-он

SH4X 74.77

X = Н (74), 4-Вг (75), 4-Ме (76), 4-CI (77)

Строение этих соединений было доказано методами 1D (!Н, 13С, 13С-{'Н}, 31Р, 31Р-{'Н}) и 2D ЯМР (HH-COSY, НС-Рис. 6. Геометрия соли 73 в кристалле. COSY), ИКС, а также данными РСА. На

рис. 7-10 приведены геометрии этих молекул, некоторые из которых образуют сольваты с диоксаном.

.С1»

Рс^

Рис. 7. Геометрия молекулы 74 в кристалле.

Рис. 8. Геометрия молекулы 75 в кристалле.

Рис. 9. Геометрия молекулы 76 (сольват с диоксаном) в кристалле.

Рис. 10. Геометрия молекулы 77 (сольват с диоксаном) в кристалле.

Несимметричный хризенхинон 78 способен реагировать по нескольким направлениям. Оказалось, что выдерживание хинона 78 в смеси арилацетилен - РС13 в СН2С12 приводит к преимущественному образованию кристаллических бензо[о]-1,2-оксафосфатрифениленов 79 (8Р 16.4 м.д., д, 21РСН 28.0 Гц) и 80.

ОН

СбЩХ 85,86

X = Н (79,83,85), 4-С1 (80,84,86); Я', И" = Н, I-Рг (81), /-Рг, /-Рг (82).

Региохимия реакции и положение атома хлора были установлены методом РСА на примере сольвата молекулы 79 с СОСЬ (рис. 11). Аминолиз хлорида 79 приводит к устойчивым амидам 81, 82. Гидролиз хлоридов 79, 80 в мягких условиях приводит к образованию циклических производных 83, 84, строение которых доказано методом ЯМР 'Н, 3|Р. При дальнейшем выдерживании во влажном ДМСО постепенно происходит раскрытие гетероцикла и образование замещенных винил-фосфоновых кислот 85, 86.

При этом величина константы 21рсн уменьшается от 21.3 до 15.7 Гц. Строение соединения 85 было доказано также методами Ш и 20 ЯМР 'Н, ,3С-{'Н} с использованием методик СОБУ, ЫОЕЭУ

тосзу, нмвс, шс^с.

Необычный результат был получен при более длительном выдерживании кислоты 85 в ДМСО, играющем в данном случае роль окислителя, приводя к образованию хризенофурана 87, в котором фурановый фрагмент аннелирован с хри-зеновой системой по связи С1'-С12.

С15 с"1

Рнс. 11. Геометрия молекулы 79 в кристалле (сольват с СОС13).

Структура полученного соединения была доказана методами ЯМР 'Н, 13С, 31Р, а также данными РСА (рис. 12).

Рис. 12. Геометрия молекулы 87 в кристалле.

При дальнейшем выдерживании реакционной массы хризенхинона с фенилацетиленом и РС13 после отделения кристаллов бензотрифенилена 79 из нее выпадает мелкокристаллический осадок соединения 88 (5Р 20.0 м.д., д, 21РСн 26.5 Гц), в спектре ЯМР 'Н которого кроме сигнала щютона Н3 (8 6.62 м.д., д, 21Рсн 26.8 Гц) присутствуют два дублета (6 5.38 и 6.03 м.д., 1цссн 2.5 Гц), относящиеся к протонам при двух 5р3-атомах С7 и С8. В спектре ЯМР 13С-{'Н} им соответствуют синглеты в области 8С 54.29 и 58.39 м.д. Принимая во внимание полученные данные, мы приписали соединению 88 структуру 7,8-дигидро-7,8-дихлорбензо[#]-1,2-оксафосфатрифенилена - продукта мисс-замещения атома О5 хризенхинона. Таким образом, здесь реализуется иная регио-химия иисо-замещения кислорода и происходит хлорирование одного из бензольных колец с нарушением ароматичности тетраценового фрагмента:

О Н2°, йГо'^а -НС1 ¿>12 '

н ана

сг

"о'

89

чон

Соединение 88 легко гидролизуется в мягких условиях с образованием циклической фосфоновой кислоты 89. О сохранении гетероцикла говорит величина константы Ьрсн в спектре ЯМР 'Н (8Н 6.50 м.д., 2-1РСн 20.9 Гц).

3. Реакция арилацетиленов с 2Д,2-трихлор-5-хлоркарбоннлбензо{<?]-1,3,2-

дноксафосфолом

Наряду с исследованием реакции в трехкомпонентной системе орто-хинон -

арилацетилен - РС13 нами предпринята попытка распространить реакцию арилаце-

тиленов с Р,Р,Р-трихлорбензофосфолами на более сложные производные Р(У), по-

лученные на основе природных полифенольных соединений, таких как протокате-

ховая кислота и 2,3-дигидроксинафтапин. С целью получения исходного производ-

ного Р(У) - 2,2,2-трихлор-5-хлоркарбонилбензоМ-1,3,2-диоксафосфола 90 было

опробовано два подхода - фосфорилирование протокатеховой кислоты трихлори-

дом фосфора с последующим хлорированием и фосфорилирование протокатеховой

кислоты непосредственно пентахлоридом фосфора. Оба подхода оказались резуль-тагивными и привели к образованию целевого соединения 90 со средними выходами. Взаимодействие бензофосфола 90 с фенилацетиленом легко осуществляется при 20°С в СН2С12, приводя к образованию трех соединений - бензофосфола 91 (5Р -14.7 м.д., д, 21рсн 37.5 Гц) (направление 1) и бензофосфорининов 92 (5Р 16.1 м.д., д, 21РСц 25.0 Гц), 93 (5Р 16.0 м.д., д, 21рсн 24.0 Гц) (направление 2) в соотношении 1 ■ 5 Эти соединения идентифицированы методом ЯМР 13С-{'Н} и 13С в реакционной массе, выдержанной в вакууме 0.05 мм рт. ст. для удаления легколетучих примесей при температуре не выше 20°С.

Положения хлоркарбонильного заместителя и атома хлора в соединениях 92 и 93 удалось установить с помощью данных спектров ЯМР 13С. Присутствие в сильных полях только одного дублета дублетов с 8с 118.75 м.д. указывает на то, что в преимущественном изомере (соединение 92) в орто-положении к атому О1 находится углерод С8, связанный с протоном, а в другом (соединение 93) - углерод С8, связанный с хлором. Мультиплетность сигнала С8 (дублет дублетов) говорит о том, что в 6 положении находится заместитель (т.е. отсутствует константа 3.1нс<>сс8) Более низкопольные значения химических сдвигов ядра С8" в обоих соединениях 92, 93 указывают на присутствие в /юра-положении к атому Си хлоркарбонильного заместителя Весьма информативна различная мультиплетность низкопольных сигналов углерода С(0)С1 изомеров 92, 93. В изомере 93 это дублет дублетов, свидетельствующий о том, что атомы углерода С5 и С7 связаны с водородом, а в изомере 92 -дублет, указывающий на то, что при атоме С5 или С7 находится атом хлора. Учитывая приведенные данные, можно заключить, что атом хлора в преимущественном изомере 92 связан с атомом С5.

Итак, хлоркарбонилзамещенный фосфол 90, в отличие от незамещенного фосфола, реагирует с фенилацетиленом сложнее - по двум направлениям. Первое направление схоже с взаимодействием пентахлорида фосфора с фенилацетиленом и включает реакцию электрофильного присоединения по кратной связи ацетилена с сохранением координации атома фосфора. Второе направление заключается в образовании гетероциклической системы бензо[е]-1,2-оксафосфоринина. При этом происходит региоселективное иясо-замещение атома кислорода исходного фосфола, находящегося в л<еота-положении к хлоркарбонильной группе, на атом углерода; процесс сопровождается хлорированием фениленового заместителя в орто- и .мета-положения к этой группе.

II Я Т -1 И Т

о С1 РЬ О и,

92

93

Обработкой трет-бутиламином соединение 92 было переведено в гидролитически более устойчивый амид 94, строение которого было доказано методом РСА (рис. 13).

4- ГШ

" Т5 а рь

94

Фильтрат после отделения основного количества бензофосфоринина 92 тщательно высушивали в вакууме 0.05 мм рт. ст. (150°С) и обрабатывали изопропиламином. При этом амид 95 оказался более нерастворимым и был выделен; однако в процессе кристаллизации из ДМСО он легко переходил в соль 96, строение которой было установлено методом РСА (рис. 14). Обработка фильтрата водой в эфире приводит к отделению циклической кислоты 97, длительный гидролиз которой в ДМСО дает фосфоновую кислоту 98.

. ЬС СР V сю

С121

Рис. 13. Геометрия молекулы 94 в кристалле (сольват с ацетоном).

>-N11.

РС" , H2N-< 1ЧН—^

н2о

"•а —

/н2о

Рис. 14. Геометрия молекулы 96 в кристалле (сольват с ацетоном).

'онГон

Результат взаимодействия бензо-фосфола 90 с фенилацетиленом может быть изменен при проведении реакции в кипящем бензоле. При этом образуется исключительно продукт классического электрофильного присоединения по кратной связи ацетилена - дихлорфосфоран 91, содержание которого в реакционной массе достигает свыше 95 %. На рис. 15 приведен его спектр ЯМР ,3С-{'Н}. Осторожным гидролизом фосфорана в диэти-ловом эфире была получена смесь

фосфоновых кислот 99, 100 в соотношении 5:1. Попытки разделения кислот дробной кристаллизацией не привели к полному отделению этих соединений (в некоторых фракциях соотношение составляло 8:1). Строение фосфоновых кислот 99,100 было установлено на основании метода ЯМР 'Н, "С.

160 150 140 130 120 5Г м.д.

Рис. 15. Спектр ЯМР ,3С-{'Н} (100.6 МГц, СОС13) фосфорана 91.

Таким образом, в результате проведенной работы было показано, что такие сложные фосфорилированные производные как 2,2,2-трихлор-5-хлоркарбонил-бензо[</]-1,3,2-диоксафосфол 90 способны достаточно легко реагировать с арипаце-тиленами, приводя к образованию гетероциклической системы бензо[е]-1,2-окса-фосфоринина. Необычной особенностью реакции является введение атома хлора в орто-положение относительно либо атома кислорода, либо атома углерода аннели-рованного фосфорининового гетероцикла.

Ранее в нашей лаборатории было показано, что фосфорилированное производное 2,3-дигидроксинафталина - 2,2,2-трихлорнафто[2,3-</]-1,3,2-диоксафосфол -реагирует с фенилацетиленом, приводя к образованию 2-оксо-2,7-дихлор-4-фенил-1,2-оксафосфаантрацена. Нами установлено, что впервые полученный 2,2,2-три-бромнафто[2,3-</]-1,3,2-диоксафосфол 101 также способен взаимодействовать с фенилацетиленом по трем направлениям. Одно из них включает диспропорциониро-вание трибромфосфола в присутствии фенилацетилена до спирофосфорана 102 (5Р

-27.8 м.д.) и неустойчивого РВг5 (5р - 103.8 м.д.), который находится в равновесии с трибромидом фосфора (5Р 227.0 м.д.) и бромом. Выделяющийся бром частично бромирует спирофосфоран 102 с образованием, после гидролиза промежуточного фосфорана 103, бромнафтилфосфорной кислоты 104 (6р -1.2 м.д.), которая была выделена с небольшой примесью продукта гидролиза исходного фосфорана 102 -соединения 105. Строение соединений 104, 105 было установлено методом ЯМР 13С. Лишь в небольшой степени (< 23 %) происходило образование продуктов взаимодействия фосфола 101 с фенилацеггиленом (соединения 106,107 в соотношении 1:10 после гидролиза). Оба они были идентифицированы спектральными методами. Необычное соединение 107 было выделено кристаллизацией (11 %) и его строение установлено методами ЯМР 'Н, ,3С, а также РСА (рис. 16).

ОН 4>н

РВг

107 Ph

Рис. 16. Геометрия молекулы 107 в кристалле.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Впервые показано, что реакции в трехкомпонентной системе о-хинон - трихло-рид фосфора - монозамещенный ацетилен являются удобным одностадийным методом синтеза новых фосфорсодержащих гетероциклов, в которых 1,2-оксафос-форининовый фрагмент аннелирован с ареновой системой. Региохимия ипсо-заме-

щения кислорода и галогенирования аренового фрагмента определяется природой и положением заместителя как в исходном орто-хиноне, так и в ацетилене. 2 Впервые показано, что реакция 3,6-бис(/л/>гт-бутил)-1,2-бензохинона с алкил- и арилацетиленами в присутствии трихлорида фосфора приводит в мягких условиях к образованию продуктов бензофосфорининовой природы с практически количественными выходами, несмотря на наличие объемных трею-бутильных групп. При этом наблюдается региоселективное хлорирование бензо-фрагмента в пара-положение к эндоциклическому атому кислорода. Найдено, что трет -бутил амид, полученный из 5,8-бис(/я/)е/и-бутил)-2-оксо-4-хлорметил-2,6-дихлорбензо[е]-1,2-окса-фосфоринина, существует в таутомерной форме с фрагментом Р-СН2. В случае реакции в трехкомпонентной системе 3,б-бис(/яре/и-бутил)-1,2-бензохинон - л-хлор-фенилацетилен - трихлорид фосфора в качестве побочного реализуется процесс де-зоксигенирования хинона. Установлено, что использование иара-метилзамещен-ного ацетилена приводит к образованию относительно устойчивого хиноидного винилфосфоната, который при нагревании переходит в бензофосфоринин.

3. Впервые установлено, что взаимодействие 3,5-бис(/ирет-бутил)-1,2-бензохинона с арилацетиленами протекает по двум направлениям и приводит к преимущественному образованию (70-80 %) 8-(/иреж-бутил)-2-оксо-4-фенил-2,6-дихлорбензо[е]-1,2-оксафосфоринина - продукта илсо-замещения mpem-бутильной группы в пара-положении к кислороду фосфорининового гетероцикла. Другое направление приводит к образованию 6,8-бис(трет-бутил)-2-оксо-4-фенил-2,5-дихлорбешо[е]-1,2-оксафосфоринина, в котором атом хлора находится в ор/яо-положении к эндоциклическому атому углерода фосфорининового гетероцикла. Использование в этих реакциях орто-хлорфенилацетилена приводит к возникновению явления диастере-омерии фосфорининов, обусловленного присутствием хирального фосфора и атро-поизомерией относительно связи С4-арил.

4. Впервые установлено, что 3,6-бис(/яре/и-бутил)-4-хлор-1,2-бензохинон реагирует с арилацетиленами по двум направлениям. Первое включает дезоксигенирование хинона и образование бензофурановой системы. Второе направление приводит к образованию хиноидных винилфосфонатов, в которых атом хлора вводится к углероду хиноидного фрагмента, связанному с треш-бутильной группой, находящейся в а-положении к карбонильной группе. При нагревании происходит элиминирование mpem-бутильного заместителя и образование 6,8-дихлорзамещенного фосфо-ринина. Показано, что при гидролизе происходит раскрытие цикла и образование 2-(6-трет-бутил-2-гидрокси-3,5-дихлорфенил)-2-фенилэтенилфосфоновой кислоты, строение которой установлено методом РСА.

5 Впервые методом ЯМР 13С показано, что взаимодействие 3,6-бис(трет-бутил)-4,5-дихлор-1,2-бензохинона с фенилацетиленом осуществляется исключительно по пути образования хиноидного винилфосфоната, в котором атом хлора наход!ггся в у-положении относительно карбонильной группы.

6. Результат реакции фенантренхинона с арилацетиленами зависит от температуры. В мягких условиях с выходами 30-40 % образуются производные нового фосфорного гетероцикла - 1,2-оксафосфатрифенилены. При этом также осуществляется региоселективное хлорирование оксафосфатрифениленовой системы в 7 положение. Гидролиз оксафосфатрифениленов протекает с раскрытием гетероцикла и образованием 2-фенантренил-2-арилзамещенных винилфосфонатов. При повышенных температурах происходит образование спирановых структур, в которых атом угле-

рода С10 фенантренового фрагмента входит в 1,2-оксафосфоленовый цикл Введение в реакции с фенантренхиноном и РС13 оргяо-хлорфенилацетилена приводит к увеличению выхода оксафосфатрифениленового производного.

7. Впервые показано, что несимметричный хризенхинон также способен вступать в реакцию с РС)3 в присутствии арилацетиленов по двум направлениям с преимущественным образованием нового фосфорного гетероцикла - бензо[о]-1,2-оксафосфа-трифенилена - продукта ыясо-замещения кислорода в б положении. Минорное направление включает нарушение ароматичности тетраценового фрагмента и образование производного 7,8-дигидро-7,8-дихлорбензо[#]-1,2-оксафосфатрифенилена -продукта мисо-замещения кислорода в 5 положении. Гидролизом и окислением в диметилсульфоксиде 2-оксо-4-фенил-2,7-дихлорбензо[о]-1,2-оксафосфатрифениле-на получен новый гетероцикл, в котором хризеновая система аннелирована с фура-новым фрагментом по связи С"-€12.

8. Впервые показано, что такие сложные фосфорилированные производные как 2,2,2-трихлор-5-хлоркарбонилбензоИ-1,3,2-диоксафосфол способны в мягких условиях реагировать с арилацетиленами, приводя к образованию гетероциклической системы бензо[е]-1,2-оксафосфоринина Необычной особенностью реакции является введение атома хлора в орото-положение относительно либо атома кислорода, либо атома углерода аннелированного фосфорининового гетероцикла. В более жестких условиях 2,2,2-трихлор-5-хлоркарбонилбензо[</)-1,3,2-диоксафосфол реагирует с фенилацетиленом только по одному направлению с образованием продукта присоединения фосфорана по кратной связи фенилацетилена - 2-(2-хлор-2-фенил-винил)-2,2-дихлор-5-хлоркарбонилбензо[*/]-1,3,2-диоксафосфола, гидролиз которого протекает с преимущественным раскрытием связи О-Р, находящейся в пара-положении к хлоркарбонильному заместителю.

9. Впервые показано, что 2,2,2-трибромнафто[2,3-Л]-1,3,2-диоксафосфол реагирует с фенилацетиленом по нескольким направлениям: по пути образования спироцик-лических структур и бромирования 2,3-диоксинафталинового фрагмента в 4 положение, по пути образования незамещенного нафто[е]-1,2-оксафосфоринина и по пути образования продукта реакции фосфола с двумя молекулами фенилацетилена - 9-(2-дигидроксифосфорил-1 -фенилэтен-1 -ил)нафто[ 1,2-</]фурана.

Основное содержание работы изложено в следующих работах:

1. В.Ф.Миронов, Т.А.Баронова, А.В.Богданов, Н.М.Азанчеев, Ш.К.Латыпов. Реакция в трехкомпонентной системе 3,6-дибромфенантренхинон - аршацетилен -трихлорид фосфора. II Тезисы докладов XVII Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. Казань, 2003. Т. 2. С. 74.

2. В.Ф.Миронов, А.А.Штырлина, А.Т.Губайдуллин, А.В.Богданов, И.А.Литвинов, Н.М.Азанчеев, Ш.КЛатыпов, Р.З.Мусин, Ю.Я.Ефремов. V. Региохимия реакции 2.2,2-трихлор-5-хлоркарбонилбензо[<1]-1,3,2-диоксафосфола с фенилацетиленом Получение и пространственное строение производных 2-оксо-б-алкиламтокарбо-нил-4-фенилбензо[е]-1,2-оксафосфоринина. Н Изв. АН. Сер. хим. 2004. № 1. С. 186202.

3. А.В.Богданов, В.Ф.Миронов, В.К.Черкасов, Н.М.Азанчеев, Р.З.Мусин, А.И.Коновалов. Реакция 4,7-ди(трет-бутил)-2,2,2-трихлорбензо[с1]-1,3,2-диоксафосфола с пропаргилхлоридом. // ЖОХ. 2004. Т. 74. Вып. 8. С. 1392-1393.

4. А.В Богданов, В.Ф Миронов, Р.З.Мусин, В К Черкасов, А.И.Коновалов. Реакция 3.6-бис(трет-бутил)-1,2-бензохинона с 3-хлорпропином в присутствии трихлорида фосфора. II Карбонильные соединения в синтезе гетероциклов. Сб. научн. трудов под ред А П.Кривенько. Научная книга, 2004. С. 45-48.

5. V.F Mironov, A.V.Bogdanov, V.K.Cherkasov, R.Z.Musin, A.I.Konovalov. The reaction of 3,6-bis(tert-butyl)-l,2-benzoquinone with phosphorus trichloride in presence of monosubstituted acetylene. Ipso substitution of tertiary butyl group. 11 Programm and abstracts of 16th International conference on phosphorus chemistry. ICPC 2004. 4-9 July, Birmingham, UK. OP-098. P. 67.

6 A.V.Bogdanov, V.F.Mironov, D.B.Krivolapov, I.A.Litvinov, S.K.Latypov, A.I.Konovalov Synthesis and crystal structure of 2,7-dichloro-2-oxobenzo[o]-1,2-oxaphosphatri-phenylene - the new phosphorus heterocycle. II Programm and abstracts of 16th International conference on phosphorus chemistry. ICPC 2004. 4-9 July, Birmingham, UK. PS1-

006.

7. А.В.Богданов, В.Ф.Миронов, В.К.Черкасов, Ш.КЛатыпов, А.Б.Добрынин, Д Б. Криволапое, И.А.Литвинов, А.И.Коновалов. Взаимодействие в трехкомпонентной системе о-хинон - производное P(III) - монозамещенный ацетилен. Н Тезисы докладов VII молодежной научной школы-конференции по органической химии. Екатеринбург. 2004. С. 23.

8. A.V.Bogdanov, V.F.Mironov, D.B.Krivolapov, I.A.Litvinov, R.Z.Musin, Sh.K.Laty-pov, A.I.Konovalov. Reactions in the chrysenequinone-phenylacetylene-phosphorus trichloride system ■formation and crystal structure of 2,7-dichloro-2-oxo-4-phenylbenzofoJ-1,2-oxaphosphatriphenylene. // Mendeleev Comm. 2005. P. 101-103.

9 A.V.Bogdanov, V.F.Mironov, V.K.Cherkasov, A.I.Konovalov. Reaction of sterically hindered 3,5- and 3,6-bis(tert-butyl)-l,2-benzoquinones with arylacetylenes in the presence of phosphorus trichloride. II Book of abstracts of 4lh International youth conference on organic chemistry "Modern trends in organic synthesis and problems of chemical education". 27-30 June, 2005, St. Petersburg, Russia. P. 112.

Издательство «Экоцентр» Лицензия Минпечати РТ № 0307 от 8.06.2000

_Без объявл. - 2005_

Отпечатано с готового оригинал-макета. Печать RISO. Бумага офсет 1. Формат 60*84 1/16.

_Объем 1,5 п.л. Тираж 100 экз. Заказ 29. _

Отпечатано на полиграфическом участке издательства «Экоцентр» г. Казань, ул. Четаева, 18.

I

ч,

г »

i I

Н7 458

1 *

РНБ Русский фонд

2006-4 1

13570

Оглавление Введение

Глава 1. Реакции в трехкомпонентных системах с участием производного трехвалентного фосфора, ацетилена и органического субстрата (литературный обзор)

1.1. Реакции в трехкомпонентной системе производное Р(Ш) - ацети-ленмоно- или -дикарбоновый эфир - органический субстрат, содержащий подвижный протон

1.2. Реакции ацетиленов с соединениями, содержащими C-N-кратные связи, в присутствии протонодоноров

1.3. Реакции в трехкомпонентной системе производное Р(Ш) - ацети-лендикарбоновый эфир - соединение с кратными связями

1.4. Реакции в трехкомпонентной системе изонитрил (диазосоединение) - ацетилендикарбоновый эфир - карбонильное соединение

1.5. Реакции производных ацетиленов с карбонильными соединениями и спиртами в присутствии металлсодержащего катализатора

1.6. Различные необычные варианты реакций ацетиленов с производными трехвалентного фосфора

1.7. Реакции орто-ттноъ с илидами фосфора

Глава 2. Реакция в трехкомпонентной системе орто-шноп - трихлорид фосфора - монозамещенный ацетилен. Получение и структура 1,2-оксафосфорининов, аннелированных с ареновым фрагментом

2.1. Реакции замещенных трет-бутил-1,2-бензохинонов с монозаме-щенными алкил- и арилацетиленами

2.2. Реакции фенантренхинона с монозамещенными арилацетиленами

2.3. Реакции хризенхинона с монозамещенными арилацетиленами

Глава 3. Реакции 2,2,2-трихлор-5-хлоркарбонилбензо[<яг1- и 2,2,2-три-бромнафто[2,3-£/]-1,3,2-диоксафосфолов с арилацетиленами

3.1. Получение и пространственное строение производных 2-оксо-6хл оркарбонил-4-фенилбензо[е]-1,2-оксафосфоринина

3.2. Реакция 2,2,2-трибромнафто[2,3-</]-1,3,2-диоксафосфола с фенил-ацетиленом 103 Экспериментальная часть 106 Выводы 163 Список литературы

Актуальность работы. Одними из актуальных проблем современного органического синтеза являются разработка регио- и стереоселективных методов фосфорилирования функционально замещенных органических соединений сложной структуры с целью придания тех или иных практически важных качеств, а также разработка методов синтеза фосфорсодержащих аналогов природных соединений, которые в ряде случаев проявляют необычные виды биоактивности. К числу высокореакционноспособных органических соединений, которым в последнее время посвящено много работ, относятся орто-хтюны, многие из которых обнаружены в природе и обладают лекарственным (антивирусным, антимикробным, противоопухолевым) действием, а также проявляют способность связывать ионы различных металлов. На основе орто-хинонов разработано множество эффективных методов синтеза гетероциклических соединений разнообразной природы. В фосфорорганическом синтезе орто-хиноны использовались в основном для получения производных пентакоординированного атома фосфора. Другим направлением их синтетического использования являются реакции с непредельными органическими соединениями и протонодонорами, промотируемые трифенилфосфином, разрабатываемые в зарубежных статьях в последние пять лет. В литературе весьма редки примеры использования орто-хинонов в синтезе Р-гетероциклов со связью фосфор-углерод, разработке методов получения которых уделено серьезное внимание в трудах последних конференций (Цинциннати, Сендай, Бирмингем).

Целью диссертационной работы является разработка метода синтеза шестичленных гетероциклов бензо[е]-1,2-оксафосфорининов, в которых Р-гетероцикл аннелирован со сложными ареновыми фрагментами, на основе новой реакции в трехкомпонентной системе орто-хинон - монозамещенный ацетилен - тригалогенид фосфора, а также расширение реакции 2,2,2-тригалогенбензо[с/]-1,3,2-диоксафосфолов с монозамещенными арилацетиленами на фосфорилированные производные природных катехолов, таких как протокатеховая кислота и 2,3-дигидроксинафталин.

Научная новизна работы. В работе впервые проведено систематическое исследование реакций в трехкомпонентной системе орто-хинон - тригалогенид фосфора - монозамещенный ацетилен как основы нового метода синтеза производных 1,2-оксафосфорининов - Р-аналогов кумарина, аннелированных с арено-выми системами, и как основы метода синтеза функционализированных винил-фосфоновых кислот. Выявлены необычные особенности процессов, реализующихся в этой системе - иясо-замещение кислорода, шсо-замещение трет-бутильной группы, галогенирование аренового фрагмента и дезоксигенирование о/?то-хинона. Показано, что региохимия гшсо-замещения кислорода и галогени-рования фениленового фрагмента определяется не только природой и положением заместителя в исходном орто-хиноне и ацетилене, но и условиями реакций (температура). Склонность к образованию бензо[е]-1,2-оксафосфорининовых ге-тероциклов настолько высока, что даже присутствие в о/?то-положениях к карбонильным группам хинона объемных /wpem-бутильных групп не препятствует этому процессу. При использовании 3,5-бис(трет-бутил)-1,2-бензохинона обнаружен необычный процесс шсо-замещения трет-бутильной группы, расположенной в пара-положении к эндоциклическому атому кислорода, на атом хлора. В этих же реакциях была обнаружена и необычная миграция атома хлора в ор-то-положение к атому углерода фосфорининового гетероцикла. Впервые на примере реакций с 3,6-бис(т/?ет-бутил)-4-хлор-1,2-бензохиноном показано, что возможно и кясо-замещение трет-бутильной группы, расположенной в орто-положении к атому кислорода фосфорининового гетероцикла.

Впервые показано, что в реакцию с арилацетиленами в присутствии три-хлорида фосфора способны вступать фенантренхинон и хризенхинон. При этом были обнаружены новые направления взаимодействия, такие как образование спирановых структур и нарушение ароматичности хризенового фрагмента.

Образования бензо[е]-1,2-оксафосфорининовых гетероциклов удалось добиться и на примере сложных фосфорилированных производных полифенолов, таких как фосфорилированные протокатеховая кислота и 2,3-дигидроксинафта-лин. При использовании 2,2,2-трихлор-5-хлоркарбонилбензо[//]-1,3,2-диоксафос-фола была обнаружена сильная зависимость синтетического результата реакции от температуры (образование либо продукта присоединения фосфорана по кратной связи фенилацетилена, либо образование производных бензо[е]-1,2-оксафос-форинина).

В реакциях 2,2,2-трибромнафто[2,3-</]-1,3,2-диоксафосфола с фенилацети-леном, а также в трехкомпонентных системах 3,6-бис(трет-бутил)-4-хлор-1,2-бензохинон, 3,6-бис(т/?ет-бутил)-1,2-бензохинон - арилацетилен - трихлорид фосфора было впервые обнаружено еще одно необычное направление - образование производных фурана.

Практическая значимость работы. В работе предложен и реализован новый оригинальный подход к синтезу замещенных производных бензо[е]-1,2-оксафосфорининов - фосфорсодержащих аналогов природного гетероцикла кумарина, заключающийся в использовании реакции с/?то-хинонов с монозаме-щенными ацетиленами в присутствии тригалогенида фосфора. Этот подход распространен на сложные природные хиноны и фосфорилированные производные протокатеховой кислоты и 2,3-дигидроксинафталина. Предложены методы получения необычных аренофурановых гетероциклов, а также функционально замещенных винилфосфоновых кислот.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на XVII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Казань, 2003 г.), VI и VII молодежной научной школе-конференции по органической химии (Новосибирск, 2003 и Екатеринбург, 2004), VI научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов научно-образовательного центра Казанского государственного университета «Материалы и технологии XXI века» (Казань, 2005), 16 Международной конференции по химии фосфора -ICPC 2004 (Бирмингем, Великобритания), Всероссийской конференции "Карбонильные соединения в синтезе гетероциклов" (Саратов, 2004). По материалам работы опубликовано и находится в печати 9 работ.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 174 стр., содержит 88 таблиц, 29 рисунков и состоит из введения, 4 глав и выводов. Список цитируемой литературы состоит из 74 наименований. Первая глава представляет собой литературный обзор на тему «Реакции в трехкомпонентных системах с участием производного трехвалентного фосфора, ацетилена и органического субстрата», в котором на примере хинонов, дикарбонильных соединений, ацетиленов, алленов, протонодоноров и фосфинов со связями Р-С показано разнообразие процессов, протекающих в этих системах и их использование в органическом синтезе. Вторая и третья главы посвящены обсуждению полученных данных, четвертая глава включает описание экспериментов.

Выводы

1. Впервые показано, что реакции в трехкомпонентной системе о-хшон -трихлорид фосфора - монозамещенный ацетилен являются удобным одностадийным методом синтеза новых фосфорсодержащих гетероциклов, в которых 1,2-окса-фосфорининовый фрагмент аннелирован с ареновой системой. Региохимия ипсо-замещения кислорода и галогенирования аренового фрагмента определяется природой и положением заместителя как в исходном орто-хиноне, так и в ацетилене.

2. Впервые показано, что реакция 3,6-бис(т/?ет-бутил)-1,2-бензохинона с алкил- и арилацетиленами в присутствии трихлорида фосфора приводит в мягких условиях к образованию продуктов бензофосфорининовой природы с практически количественными выходами несмотря на наличие объемных wpew-бутильных групп. При этом наблюдается региоселективное хлорирование бензо-фрагмента в ш/?я-положение к эндоциклическому атому кислорода. Найдено, что трет-бутил-амид, полученный из 5,8-бис(т/>ет-бутил)-2-оксо-4-хлорметил-2,6-дихлорбензо[е]-1,2-оксафосфоринина, существует в таутомерной форме с фрагментом Р-СН2. В случае реакции в трехкомпонентной системе 3,6-бис(трет-бутил)-1,2-бензохинон - я-хлорфенилацетилен - трихлорид фосфора в качестве побочного реализуется процесс дезоксигенирования хинона. Установлено, что использование пара-мъч\\п-замещенного ацетилена приводит к образованию относительно устойчивого хино-идного винилфосфоната, который при нагревании переходит в бензофосфоринин.

3. Впервые установлено, что взаимодействие 3,5-бис(трет-бутил)-1,2-бензо-хинона с арилацетиленами протекает по двум направлениям и приводит к преимущественному образованию (70-80 %) 8-(трет-бутил)-2-оксо-4-фенил-2,6-дихлор-бензо[е]-1,2-оксафосфоринина - продукта unco-замещения трет-бугильной группы в лярд-положении к кислороду фосфорининового гетероцикла. Другое направление приводит к образованию 6,8-бис(т/?ет-бутил)-2-оксо-4-фенил-2,5-дихлор-бензо[е]-1,2-оксафосфоринина, в котором атом хлора находится в орто-положении к эндоциклическому атому углерода фосфорининового гетероцикла. Использование в этих реакциях о/?то-хлорфенилацетилена приводит к возникновению явления диастереомерии фосфорининов, обусловленного присутствием хирального фосфора и атропоизомерией относительно связи С4-арил.

4. Впервые установлено, что 3,6-бис(трет-бутил)-4-хлор-1,2-бензохинон реагирует с арилацетиленами по двум направлениям. Первое включает дезоксиге-нирование хинона и образование бензофурановой системы. Второе направление приводит к образованию хиноидных винилфосфонатов, в которых атом хлора вводится к углероду хиноидного фрагмента, связанному с трет-бутильной группой, находящейся в а-положении к карбонильной группе. При нагревании происходит элиминирование трет-Ъутшъното заместителя и образование 6,8-дихлорзамещен-ного фосфоринина. Показано, что при гидролизе происходит раскрытие цикла и образование 2-(6-т/?т-бутил-2-гидрокси-3,5-дихлорфенил)-2-фенилэтенилфосфо-новой кислоты, строение которой установлено методом РСА.

5. Впервые методом ЯМР 13С показано, что взаимодействие 3,6-бис[mpem-бутил)-4,5-дихлор-1,2-бензохинона с фенилацетиленом осуществляется исключительно по пути образования хиноидного винилфосфоната, в котором атом хлора находится в у-положении относительно карбонильной группы.

6. Результат реакции фенантренхинона с арилацетиленами зависит от температуры. В мягких условиях с выходами 30-40 % образуются производные нового фосфорного гетероцикла - 1,2-оксафосфатрифенилены. При этом также осуществляется региоселективное хлорирование оксафосфатрифениленовой системы в 7 положение. Гидролиз оксафосфатрифениленов протекает с раскрытием гетероцикла и образованием 2-фенантренил-2-арилзамещенных винилфосфонатов. При повышенных температурах происходит образование спирановых структур, в которых атом углерода С10 фенантренового фрагмента входит в 1,2-оксафосфоленовый цикл. Введение в реакции с фенантренхиноном и РС13 орто-хлорфенилацетилена приводит к увеличению содержания оксафосфатрифениленового производного.

7. Впервые показано, что несимметричный хризенхинон также способен вступать в реакцию с РС13 в присутствии арилацетиленов по двум направлениям с преимущественным образованием нового фосфорного гетероцикла - бензо[о]-1,2-оксафосфатрифенилена - продукта иясо-замещения кислорода в 12 положении.

Минорное направление включает нарушение ароматичности тетраценового фрагмента и образование производного 7,8-дигидро-7,8-дихлорбензо[^]-1,2-оксафосфа-трифенилена - продукта илсо-замещения кислорода в 11 положении. Гидролизом и окислением в диметилсульфоксиде 2-оксо-4-фенил-2,7-дихлорбензо[о]-1,2-оксафосфатрифенилена получен новый гетероцикл, в котором хризеновая система ан

11 1") нелирована с фурановым фрагментом по связи С -С .

8. Впервые показано, что такие сложные фосфорилированные производные как 2,2,2-трихлор-5-хлоркарбонилбензо[</]-1,3,2-диоксафосфол способны в мягких условиях реагировать с арилацетиленами, приводя к образованию гетероциклической системы бензо[е]-1,2-оксафосфоринина. Необычной особенностью реакции является введение атома хлора в о/шш-положение относительно либо атома кислорода, либо атома углерода аннелированного фосфорининового гетероцикла. В более жестких условиях 2,2,2-трихлор-5-хлоркарбонилбензо[</|-1,3,2-диоксафосфол реагирует с фенилацетиленом только по одному направлению с образованием продукта присоединения фосфорана по кратной связи фенилацетилена - 2-(2-хлор-2-фенилвинил)-2,2-дихлор-5-хлоркарбонилбензо[я(]-1,3,2-диоксафосфола, гидролиз которого протекает с преимущественным раскрытием связи О-Р, находящейся в ляра-положении к хлоркарбонильному заместителю.

9. Впервые показано, что 2,2,2-трибромнафто[2,3-</]-1,3,2-диоксафосфол реагирует с фенилацетиленом по нескольким направлениям: по пути образования спи-роциклических структур и бромирования 2,3-диоксинафталинового фрагмента в 4 положение, по пути образования незамещенного нафто[е]-1,2-оксафосфоринина и по пути образования продукта реакции фосфола с двумя молекулами фенилацетилена - 9-(2-дигидроксифосфорил-1 -фенилэтен-1 -ил)нафто[ 1,2-й^фурана.

1. Mander, L.N. Oxidative degradation of benzene rings / L.N. Mander, C.M. Williams // Tetrahedron. 2003. - Vol. 59. - P. 1105-1136.

2. Oh, M. Supramolecular Metal-Organometallic Coordination Networks Based on Quinonoid л-Complexes / M. Oh, G.B. Carpenter, D.A. Sweigart // Acc. Chem. Res. -2004. Vol. 37. - № l.-P. 1-11.

3. Amouri, H. Taming Reactive Phenol Tautomers and o-Quinine Methides with Transition Metals: A Structure-Reactivity Relationship / H. Amouri, J. Le Bras // Acc. Chem. Res. 2002. - Vol. 35. - № 7. - P. 501-510.

4. Van De Water, R.W. o-Quinone methides: intermediates underdeveloped and underutilized in organic synthesis / R.W. Van De Water, T.R.R. Pettus // Tetrahedron. 2002. -Vol. 58. - P. 5367-5405.

5. Liao, C.-C. Masked o-Benzoquinones in Organic Synthesis / C.-C. Liao, R.K. Peddinti //Acc. Chem. Res. 2002. - Vol. 35. - № 10. - P. 856-866.

6. Recent advances in the synthesis of quinonoid compounds. In "Chemistry of Quinonoid Compounds". Vol. 2. Part 1. Ed. By S. Patai, Z. Rappoport. J.Wiley & Sons. Intersci. Publ. Chichester N.-Y. - Toronto - Singapore. 1988. 878 p.

7. Sartori, M.F. Heterocyclic Quinones From 2,3-Dichloro-l,4-naphthoquinone // Chem. Rev. 1963. - Vol. 63. - P. 279-296.

8. Osman, F.II. Reactions of a-Diketones and o-Quinones with Phosphorus Compounds / F.H. Osman, F.A. El-Samahy // Chem. Rev. 2002. - Vol. 102. - № 3. - P. 629-677.

9. Кутырев, A.A. Фосфорорганические соединения в реакциях с хинонами / А.А. Кутырев, В.В. Москва//Усп. Хим. 1987.-Т. 56.-Вып. 11.-С. 1798-1831.

10. Миронов, В.Ф. Р-функционализированные фосфораны в реакциях присоединения / В.Ф. Миронов, Р.А. Черкасов, И.В. Коновалова // Журн. Общ. Хим. 1996. -Т. 66. - Вып. 3. - С. 422-452.

11. Ramazani, A. Tributylphosphine catalyzed O-vinylation of 2-hydroxy-3-methyl-2-cyclopenten-l-one / A. Ramazani, B. Mohammadi, N. Noshiranzadeh // Phosphorus. Sulfur and Silicon and Relat. Elem. 2003. - Vol. 178. - № 3. - P. 545-548.

12. Ramazani, A. Triphenylphosphine catalyzed O-vinylation of 3-hydroxy-2-methyl-4#-pyran-4-one / A. Ramazani, B. Mohammadi, N. Noshiranzadeh // Phosphorus. Sulfur and Silicon and Relat. Elem. 2003. - Vol. 178. - № 8. - P. 1717-1719.

13. Asghari, S. An efficient one-pot synthesis and temperature dependence of NMR spectra of nitrogen-containing phosphorus ylides / S. Asghari, M. Zaty // Phosphorus. Sulfur and Silicon and Relat. Elem. 2003. - Vol. 178. -№ 10. - P. 2183-2187.

14. Hekmatshoar, R. Facile and one-pot synthesis of 2#-chromene derivatives mediated by vinyl triphenylphosphonium salt / R. Hekmatshoar, S. Souri, F. Faridbod // Phosphorus. Sulfur and Silicon and Relat. Elem. 2003. - Vol. 178. - № 7. - P. 1457-1461.

15. Yavari, I. Triphenylphosphine catalyzed nucleophilic a-addition to alkylpropiolates synthesis of a-substituted alkylacrylates /1. Yavari, H. Norouzi-Arasi // Phosphorus. Sulfur and Silicon and Relat. Elem. 2002. - Vol. 177. - № 1. - P. 87-92.

16. Yavari, I. A simple synthesis of stable heterocyclic phosphorus ylides derived from Nil-acids /1. Yavari, M. Adib, F. Jahani-Mogaddam, M.H. Sayahi // Phosphorus. Sulfur and Silicon and Relat. Elem. 2002. - Vol. 177. - № 3. - P. 545-553.

17. Ramazani, A. Tributylphosphine catalyzed stereoselective N-vinylation of phthalim-ide and succinimide / A. Ramazani, N. Noshiranzadeh, B. Mohammadi // Phosphorus. Sulfur and Silicon and Relat. Elem. 2003. - Vol. 178. - № 3. - P. 539-543.

18. Islami, M.R. A facile one-pot synthesis of highly functionalized stable heterocyclic phosphorus ylides in aqueous media / M.R. Islami, Z. Hassani, H. Sheibani // Phosphorus. Sulfur and Silicon and Relat. Elem. 2002. - Vol. 177. - № 11. - P. 2547-2554.

19. Yavari, I. Stable 1,6-diionic phosphorus betaines derived from electron-deficient ace-tylenic compounds /1. Yavari, A. Alizadeh, M. Anary-Abbasinejad // Phosphorus. Sulfur and Silicon and Relat. Elem. 2002. - Vol. 177. - № 10. - P. 2379-2383.

20. Yavari, I. Triphenylphosphine-catalyzed simple synthesis of vinyl-substituted saccharins /1. Yavari, M. Bayat // Phosphorus. Sulfur and Silicon and Relat. Elem. 2002. -Vol. 177. - № 11. - P. 2537-2545.

21. Yavari, I. A simple synthesis of stable phosphoranes derived from imides or acetani-lide derivatives / I. Yavari, M. Bayat, M.T. Maghsoodlou, N. Ilazeri // Phosphorus. Sulfur and Silicon and Relat. Elem. 2002. - Vol. 177. - № 11. - P. 2599-2610.

22. Yavari, I. Synthesis of sulfur-containing aryliminophosphoranes /1. Yavari, N. Zabarjad-Shiraz, H.R. Bijanzadeh // Phosphorus. Sulfur and Silicon and Relat. Elem. 2004. -Vol. 179.-№7.-P. 1381-1386.

23. Yavari, I. Triphenylphosphine mediated efficient synthesis of functionalized 2-oxo2H-chromenes /1. Yavari, R. Amiri, M. Haghdadi I I Phosphorus. Sulfur and Silicon and Relat. Elem. 2004. - Vol. 179.-№ 11. - P. 2163-2168.

24. Yavari, I. Vinyltriphenylphosphoium salt mediated synthesis of functionalized cou-marins /1. Yavari, M. Adib, L. Hojabri // Tetrahedron. 2001. - Vol. 57. - P. 7537-7540.

25. Yavari, I. Efficient synthesis of 5,6,7-trisubstituted 111-pyrrolizines / I. Yavari, M. Adib // Tetrahedron. 2001. - Vol. 57. - P. 5873-5878.

26. Yavari, I. Reaction between naphthols and dimethyl acetylenedicarboxylate in them

27. H. Djahaniani, F. Nasiri // Tetrahedron. 2003. - Vol. 59. - P. 9409-9412.

28. Yavari, I. Stable 1,3-diionic organophosphorus compounds derived from ethynyl phenyl ketone / I. Yavari, A. Alizadeh, M. Anary-Abbasinejad // Phosphorus. Sulfur and Silicon and Relat. Elem. 2002. - Vol. 177. - № 1. - P. 81-86.

29. Yavari, I. Synthesis and dynamic NMR study of atropisomerism in stable 1,4-diionic compounds / I. Yavari, M. Anary-Abbasinejad, A. Alizadeh // Phosphorus. Sulfur and Silicon and Relat. Elem. 2002. - Vol. 177. - № 1. - P. 93-103.

30. Yavari, I. Stereoselective synthesis of 1,5-diionic organophosphorus compounds / I. Yavari, M. Anary-Abbasinejad, A. Alizadenh, A. Habibi // Phosphorus. Sulfur and Silicon and Relat. Elem. 2002. - Vol. 177. - № 11. - P. 2523-2527.

31. Du, Y. Highly regioselective construction of spirocycles via phosphine catalyzed 3+2.-cycloaddition / Y. Du, X. Lu, Y. Yu // J. Org. Chem. 2002, - Vol. 67. - № 25. - P. 8901-8905.

32. Nozaki, K. Synthesis of highly functionalized y-butyrolactones from activated car-bonyl compounds and dimethyl acetylenedicarboxylates / K. Nozaki, N. Sato, K. Ikeda, H. Takaya //J. Org. Chem. 1996. - Vol. 61. - № 14. - P. 4516-4519.

33. Yavari, I. Triphenylphosphine catalyzed reaction between 1,3-dicarbonyl compoundsand acetylenic esters /1. Yavari, F. Nasiri, H. Djahaniani // Phosphorus. Sulfur and Silicon and Relat. Elem. 2003. - Vol. 178. - № 12. - P. 2627-2638.

34. Yavari, I. Synthesis of diastereomeric ethyl l-benzoyI-6-(bromomethyl)-2,2,2,4-tetraphenyl-3,7-dioxa-2X5-phosphabicyclo-3.2.0.hept-4-ene-6-carboxylate /1. Yavari, A.

35. Alizadch // Phosphorus. Sulfur and Silicon and Relat. Elem. 2004. - Vol. 179. - № 6. -P. 1003-1008.

36. Ismaeli, A.A. Reaction between alkyl isocyanides and dialkyl acetylenedicarboxy-lates in the presence of N-alkylisatins: convenient synthesis of y-spiro-iminolactones / A.A. Ismaeli, M. Darbanian // Tetrahedron. 2003. - Vol. 59. - P. 5545-5548.

37. Nair, V. A facile three-component reaction of dicarbomethoxycarbene, aldehydes and o-quinones: synthesis of novel spiro-dioxolanes / V.Nair, S.Mathai, S.M.Nair, N.P.Rath // Tetrahedron Letters. 2003. - Vol. 44. - P. 8407-8409.

38. Nair, V. SnCU-Catalyzed reaction of benzoquinones and arylacetylenes an unprecedented one-pot synthesis of tropone derivatives / V. Nair, D. Sethumadhavan, S.M. Nair, N.P. Rath, G.K. Eigendorf// J. Org. Chem. 2002. - Vol. 67. - P. 7533-7536.

39. Shimada, T. Palladium-catalyzed intermolecular hydroamination of alkynes: a dramatic rate-enhancement effect of o-aminophenol / T. Shimada, Y. Yamamoto // J. Amer. Chem. Soc. 2002. - Vol. 124. - № 43. - P. 12670-12671.

40. Allen, A. Unprecedented Insertion of Alkynes into a Palladium-Phosphine Bond. A Facile Route to Palladium-Bound Alkenyl Phosphorus Ylides / A. Allen, W. Lin // Or-ganometallics. 1999. - Vol. 18. - № 15. - P. 2922-2925.

41. Боровинский, К. Фотохимическое хлорфосфинирование фенилацетилена / К. Боровинский, М. Кривчун, Б. Ионин // Журн. Общ. Хим. 2001. - Т. 71. - Вып. 5. -С. 866.

42. Миронов, В.Ф. Взаимодействие фенилендиоксатригалогенфосфоранов с арилацетиленами. III. Особенности реакции 2,2,2-трихлор-5,6-дигалогенбензос/.-1,3,2-диоксафосфола с арилацетиленами / В.Ф. Миронов, P.P. Петров, А.А. Штырлина,

43. A.Т. Губайдуллин, И.А. Литвинов, Р.З. Мусин, А.И. Коновалов // Журн. Общ. Хим. 2001. - Т. 71. - Вып. 1. - С. 74-82.

44. Миронов, В.Ф. Получение и некоторые свойства 2-фенилэтен-1-ил-2,2-дихлор-5,6-бензо-1,3,2-диоксафосфолана / В.Ф. Миронов, P.P. Петров, Л.М. Бурнаева, И.В. Коновалова//Журн. Общ. Хим. 1997. - Т. 67. - Вып. 8. - С. 1400-1401.

45. Миронов, В.Ф. Получение и пространственная структура диметиламмониевой соли 2-гидрокси-2-оксо-4-фенил-7-хлор-1,2-дигидро-1 -окса-2-фосфаантрацена /

46. B.Ф. Миронов, А.Т. Губайдуллин, А.А. Штырлина, И.А. Литвинов, P.P. Петров, А.И. Коновалов //Журн. Общ. Хим. 1998. - Т. 68. - Вып. 3. - С. 410-413.