Реакция 1,4-дикетонов с бис(триметилсидил)гипофосфитом в синтезе пятичленных гетероциклов с атомом фосфора тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

ТИХООКЕАНСКИЙ ИНСТИТУТ БИООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО ОТДЕЛЕНИЯ АН СССР

На правах рукописи

/Л ) ,

БИРЕКОВ Сергей В дао о бич / / / : / /

/•/./' "

I I/ ^

V

РЕШИЛ 1,4-ДЖБТОНОВ С БИС(ТРИМЕТИЛСШ1ИЛ)ГШЮ-ФОСФИТОМ В СИНТЕЗЕ ПЯТИЧЛЕНШХ ГЕТЕРОЦИКЛОВ С АТОМОМ ФОСФОРА

02.00.03 - Органическая химия

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата химических наук

ВЛАДИВОСТОК - 1991

Работа выполнена в Дальневосточном Государственном Университете

Научный руководитель: доктор химических наук -Высоцкий В.И.

Официальные оппоненты: доктор химических наук -

Шапкин Н.П.,

кандидат химических наук -Калинин В. И.

Ведущее предприятие: Иркутский институт органической

химии СО АН СССР

Завита состоится

•• ^ 1991 г. в

часов на заседании Специализированного Совета Д 003.99.01 по защите диссертация в Тихоокеанском институте биоргани-ческой химии ДВО АН СССР по адресу: 690022, Владивосток, проспект 100-летия Владивостока, 159, ТИБОХ.

.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДВО АН СССР (г. Владивосток, проспект 100-летия Владивостока, 159 ДВГИ).

Автореферат разослан " Сс^о^-^ 1991 г.

Учёный секретарь Специализированного Совета кандидат химических наук ~ >

старший научный сотрудник С/^&^^ДПрокопенко Г.И.)

- ^ ОЕШ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

: !

Актуальность темы. Последнее десятилетие отмечено возросшим интересом к 1ункиионалиэированным пятичленным гетероциклам с атомом фосфора - фосфоланам. Помимо существенной практической ценности данного типа соединений вызывают интерес исследования фундаментального свойства. Изучение реакционной способности, процессов псевдоврашзкия, конформационной стабильности, а также регио - и стереоселективности реакций образования фос-фоланов, вносит определённый вклад в теоретическую фосфорорга-ническуо химии и способствует разработке удобных методов синтеза ?ОС.

Представляется перспективным метод получения 2,3-дигидрок-сифосфоланов на основе 1,4-дикетонов. Использование данных субстратов является развитием обшей стратегии исследований в области синтеза фосфорсодержащих гетероциклов.

фундаментальная значимость химии фосфоланов, с хоропо известной их биологической, каталитической, ретардантной активностью делавт актуальным поиск новых методов синтеза гетероциклических систем данного типа.

Цельр работы явилось исследование реакции 1,4-дикетонов с бис(триметилсилил)гипофосфитом на примере алтфатических, арил-алифатических, семмциклических и циклических I,1^-дикeтoнoв^ изучение влияния ряда внутренних и внешних факторов на характер реакции; разработка препаративного способа получения 2,5-дигидрок-снфосфоланов о установлением стереохимических закономерностей их строения.

Научная новизна. Впервые проведено систематическое изучение реакции 1,4-дикетонов с бис(триметилсилил)гипофос$итом. Разработан удобный метод синтеза замещённых фосфоланов на основе 1,4--дикетонов. Найдены физико-химические закономерности и установлено простраственмое строение ряда полученных фосфоланов, Пока*» зана возможность синтеза других классов фосфорорганячвогах соединений. Исследовано влияние строения исходных ^-димтонов, соотношения рвагентоз, температуры, природы растворители яа характер процесса. Найдены условия реакции, обеспечивав«« бильнийвыход целевых продуктов. Рассмотрены отдельные стерео-

электронные аспекты реакции. Для Э,4-дикарбэтокси-2,5-гехсанди-она отмечено протекание термической электроциклическоь /Ъг+2л/ реакции о образованием циклобутеновои системы.

Практическое значение. Разработан удобный стереоселектив-

ный метод синтеза гидроксифосфоланов, являющихся представителями класса фосфауглеводов, о также вызывающих интерес как потенциальные физиологически активные вещества и катализаторы.

Синтезировано около 70 новых соединений. Выявленные закономерности могут лечь в основу развития целенаправленного синтеза замещённых фосфоланов, хон$ормационного анализа гетероциклов данного типа, представляющих несомненный практический интерес.

Публикации и апробации работ. Материалы диссертации докладывались на Всесоюзных молодёжных коллоквиумах по химии *0С ( Ленинград,1988, 1990 г.г.), на 1У Всесоюзной конференции "Карбонильные соединения в синтезе гетероциклов" ( Саратов, 1585 г.), на научных конференциях Дальневосточного госуниверситета (1587-1990 г.г.).

По результатам исследований опубликовано 6 научных работ .

Объём и структура работы. Диссертация изложена на146 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы, включающего 151 наименование ; содержит таблицы, 44 рисунка.

В первой главе (литературный обзор) рассмотрены методы синтеза фосфолановых систем, а также реакции бис(триметилсилил)ги-пофосфита с карбонильными соединениями. Во второй главе (обсуждение результатов) приведено обсуждение экспериментальных данных по реакции 1,4-дикетонов с бис(триметилсилил)гипофос$итом и синтезу замещённых фосфоланов. В третьей главе рассмотрены общие закономерности- реакции 1,4-дикетоно: с бис(триметилсилил)-гипофосфитом, приведена схема взаимодействия. В четвёртой главе предложении выявленные физико-химические закономерности ряда синтезированных фосфоланов. Пятая глава включает описание проведённых экспериментов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Проведённое ранее исследование реакции 1,4-дикетонов с фос-<5инами, обнаружило новое направление синтеза фосфолановых систем. Однако низкая стереоселективность процесса, жесткие условия синтеза и уз кии круг получаемых Функционализированных фос-(}оланов делают данный метод малоперспективным.

Тем не менее значительный синтетический потенциал 1,4-дике-тонов стимулировал поиск удобного цосфорорганического реагента. Таковым явился полный эфир фосфорноватисто». кислоты, высокореакционный нуклеофил - бис(триметилсилил)гипо1осфит.

Возможности использования субстратов различного строения, варьирования условий реакции, позволили помимо ?ос$оланов наити приемлемые параметры синтеза фосфиновых, 1,4-дифосфиновых кислот, Ь -кетофосфинатов, представляющих теоретический и прикладной интерес.

I. Реакции 2-4енацилциклопентанона с бис(триметилсилил)гипофосфитом

В ряду 1,4-дикетонов 2-фенацилциклопентанон I оказался удобным субстратом для исследования возможных направлении реакции о бис(триметилсилил)гипофосфитом 2. На примере дикетона £ нами синтезирована группа разнообразных 5ЮС, показано значительное влияние внешних условии на характер процесса и таким образом, определён синтетический диапозон данной реакции.

Реакцию дикетона I о гипофосфитом 2 мы проводили при температуре 5°С в абсолютном апротонном раотворителе (диокоан) в среде сухого аргона. После удалеиия диоксана из реакционной смеси была выделена кислота 3 - результат независимого присоединения двух молекул реагентв 2 к молекуле дикетона Под действием диазонетан'а соединение 3 превращается в полный метиловый эфир 1».

Изомерные Ь -кетофосфинаты 5 и б образуется по реакции дикетона £ и г'ипофосфита 2 в диоксане при 20°С. В ИК-спегграх эфи-ров 5, б наблюдаптся специфические прлосы поглощения карбонильных (1738 - 5, 1688 - б) и тримзтилсйлокси (1252, 848 - 5, 1255, 845 - б) групп.

• "»оЛс** |£

1 .

I

к^крД. ^

О ОСйз

АсО

Ё

н^орн 41 £

" И\ССГИ 7ах С

НО и^ои он

иной

3 5

^-'./'ГпТс^РЬ

ИРСС'Ш

•с I 6

Г 1 I

'О-иРССН^ С г Й/

НС нИлМ

- - ¿У

^^————I—' - РЬ

4

си

нйлчи О

Синтез при повышенной температуре (диоксан, Ю1°С) приводит к циклическим изомерам 7 а,б, 8 а,С (соотношение стереоизомер-ных форм "а" : "б" в обоих случаях 1:1). Соединения 7 а,б и 8 а,б' были также получены в результате термической гетероииклизации соответствующих субстратов 5, 6. Тем самым подтверждено положение фосфорных фрагментов в продуктах реакции. Характер и положение сигналов протонов в спектрах ПМР з^иров 7 а, 7 б и 8 а, 8 б отличаются незначительно. Однако характеристики гидрофос-форильных протонов стереоизомеров 7 о,б (7 в - 6.69 м.д., *3 -564.1 Гц; 7 б -V 6.83 м.д., 13^.51,2.7' 1ц) и 8 в,б (8 а -^ 6.60 и.д., 1ЗнР-56'».1 Ги; 8 б - \> 6.70 м.д., ^р^гл Гц) позволяет предположить различные конфигурации у хирального атома фосфора.

Подобные процессы следует рассматривать как реакции нуклео-фильного замещения у атома кремния Бм 2-5С .

Наибольшего выхода фосфолана 9 (около 17К) удалооь добиться, используя катализ основанием (тризтиламин, 89°С, I час).

Кипячение реакционной омеси в уксусной кислоте (П80С, 25 часов) способствует гетероциклизашш с образованием стереоизо-мерных фосфоленов 10 а,б. Наличие двойной связи у фенильного з'амвотителя в изомерах 10 а,б установлено по характеру сигнала вмняльного протона (дублет дублетов) в спектрах ПМР : 10 а

С.67 (3.7Н:,-2.5. З.)нр*44.0), 1С <3 ^ 6.76 м.д. (3^нн=3.0, 3,]Нр-'44.С Г и). Разница в химсдвигах метоксильных протонов (д&«0.27 м.д.). по-видимому, указывает на противоположные конфигурации у атома (¡ос^ора.

Р итоге взаимодействие дикетона I с реагентом 2 можно представить следующим образом. На первой стадии процесса, в условиях кинетического контроля происходит присоединение двух коле кул реагента 2 к молекуле дикетона (соединения 3, 4). Взаимодействие при 20°С протекает через стадию ретро-реакции Абрамова производных 1,4-ди<;осфиновых кислот до кетоэфиров (соединения 5, б). Дальнейшее повышение температуры проведения процесса (85-118°) направляет его в сторону термодинамически предпочтительных гетероциклических систем (7 - 8). Присутствие основания в данных условиях способствует синтезу фосфоланового продукта (({осфолан 9); кислотный катализ приводит к фосфоленам (изомеры 10 а,б).

2. С'осфоланы и производные 1,4-дифосфиновых кислот.

В разделе рассмотрены реакции 1.4-дикетонов с гипофосфи-том 2, приводящие к фосфоланам, производным.-! ,4-дифосфиновых кислот, а также смеси соединений данного типа. Стратегия исследования заключалась в выявлении особенностей строения дикето-нов, способствующих образованию как фосфоланов, так и производных 1.4-дифосфиновых кислот. При варьировании условий процесса мы пытались определить наиболее благоприятные факторы синтеза фосфоланов.

2,5-Гександион легко реагирует с гипофосфитом 2, образуя с высоким выходом смесь стереоизомерных эфиров 12 а-в (соотношение изомеров 4,5 : I : I). Выделенные в результате вакуумной перегонки соединения 12 а-в лабильны. В этаноле они деси-лилируггея до кислот 13 а,б, которые под действием диазомета-на переходят в метиловые эфиры 14 а-в (5:2:1):

Процесс образования фосфоланового цикла протекает стерео-селективно. В соединениях 12-14 значительно преобладают изомеры с транс-конфигурацией ОН групп (Е.-Н, £1Меэ), находяихся

у атомов и Cj (12 а, 13 а, ГЦ а).

11 12 a-fc is а,с wa t

U-SiHes

Арилалифатические 1,4-дикетоны 15-16 с гипофосфитом 2 образует дюе группы продуктов: фосфоланы (18, 22-23, 26 а,б) и производные 1,4-дифосфиновых кислот (19, 24-25) по схеме :

^ ^ с' р' 9

<■> ' нО ¿% , ОМ upon Г

!5 lí О ОН HtUH Он

18 ' 0 íKl

I

I

.В'

5 й° олоси5ш

^ й>ъ 22,25а,?

(15, 19, 20, 22, 24), РЬ (16, 18, 21, 23 а,б, 25, 26 а,б); К2-Н (15, 16), РЬ (17); В?«Н (20, 21), 51Ме3 (19)

Преимуцественное образование соединений вггорого типа характерно для дикетона 15 (диоксан, ?0°С; выход более При варьировании условий синтеза было показано, что значительный избыток реагента 2 (1:10) способствует образование исключительно кислоты 19. Повышение температуры проведения реакции (диоксан, Ю1°С), либо присутствие основание (диэтиламинотри-метилсилан) приводят к увеличению выхода $осфолана 22 с 12 до 27%. Несовпадение сигналов углеродных атомов фосфоланового цикла С*

Ь 34.10 (Здр-25,16) «С^ 37,70 (ЭСР-25,79), а также пары С2 Ь 74,60 (Зср-88,06) к С5\ 75,16 м.д. Оср-81.77 Ги)

в спектре пМР данного соединения указывают на транс-ориентации ОН групп.

Кислота 19 гидролизуется при кипячении во влажном ацетонит-риле до соединения 20, которое после обработки диазометаном переходило в стереоизомерные метиловые э^иры 2А а,б.

В итоге, замена алкильных групп (дикетон П) на арильные (дикетон 15) делает образование производных I .'(-дифосфинових кислот доминирующим процессом в реакции с гипофосфитом 2.

.Еикегон 16, содержащий во втором положении ^енильный заместитель, и реагент 2 образуют функционализированные фосфоланы (диоксан, 2С°С). После гидролиза реационнои смеси с количественным выходом получена стереоизомерно индивидуальная кислота 18. При обработке диазометаном она превращается в изомерные эфиры 23 а, б , различающиеся конфигурацией у атома фосфора. Минуя стадию гидролиза реакционной смеси, удалось синтезировать кремний-содержащие фосфоланы в виде парй стереоизомеров 26 а,б.

Реакция при соотношении реагентов дикетон 16 : гипофосфит 2 I : 15 приводит к дид,ос(]иновои кислоте 21. Действием диазомета-на её переводили в э^ир 25.

Методом ИК-спектроскопии установлен характер внутримолекулярном водородной связи (ВМВС) и ориентация Р»0 и ОН групп в стереоизсмерах по атому фосфора 26 а,б (раздел 4). В соединении 26 а транс-ориентация данных групп ; в соединении 26 б - ориентация групп - цис. Для изомера 26 а выполнен рентгеноструктур-ный анализ (РСА) (рис. I). В.результате решены следующие задачи:

1. Определено положение группы ОЬйМе^ .

2. Гидролитическая стабильность соединения объясняется стерычеоким экранированием группы 051Ме^ фенильными кольцами.

3. Установлено, что фосфолаи реализуется в конформации С-конверт с транс-конфигурацией ОН и ОЗШе^ групп.

4. Найдено, что протон На (метиленовая группа кольца) занимает'псевдоакваториальное, а протон Н^ (второй протон группы) поевдоаксиалъное положения.. Наблюдаемые двугранные углы Р-С^-С^-н® и Р-С5-С4-Нб соответственно близки к 180° и 90°. Таким образом, объяснимы аномальные значения КССВ ^Зрд протонов На (34,0 Гц).

и Р (0 Гц) в спектрах ПМР данного изомера.

С учётом изложенного корреляции спектров ПМР изоеера 26а и соединений 18, 23 а,б, 26 б, (КССВ 3Лнар; 18 - 28,23 с -- 35,0; 26 б - 36,5 Гц и Э'|нбр»Э Гц - 10, 23 а,б, 26 о) указывают на существование последних в конформации С-конверт.

Рис. I. Стереоизображение молекулы соединения 26 а

Контроль состава реакционных смесей дикетонов 15-16 с ги-пофосфитом 2 при варьировании условий синтеза осуществлялся с помощью БсКХ.

Дальнейшее увеличение числа фенильных заместителей в молекуле 1,4-дикетона делают его инертным по отношение к гипо?ос-фиту 2. Так попытки ввести в реакцию 1,2,3,4-тетра$енил-1,4--бутандион 17 успеха не имели.

Нами были осуществлены некоторые превращения синтезированных производных 1,4-.дифосфиновых кислот 20, 24. При повышенной температуре в среде основания (диэтиламин, пиридин, метилат натрия) соединения 20, 24 склонны образовывать полные соли (27, 28, 29). Продолжительное кипячение растворов субстратов 20 и 24 в уксусной кислоте приводит к их монодесилилированию и последующей гетероциклизации. В итоге был выделен фосфори-лированныа тетрпгидрофуран 30.

ОН

Он

2?-:') о

Ри ь

У* 0*РЮОД2 Я

-к. п Л-1

30

Л :1Ь2лН, ГЧ , СН30^а/МеОН; В : I. АсОНД , 2. СН^М? ЯХ»Н (23), СН3 (24); ' N а (29)

Удобными субстратами в синтезе разнообразных функционали-зироЕанных фосфоланов (35-41)оказались семициклииеск;ш 1,4-ди-кетоны 31, 32 :

2] ,32 ки0 ОН

О^рсг

10 0 ОСНд ^°ГОСН5ОН

м а з7-4О

^«РК (31, 37 а,б, 38), т.Ви (32, 39 а,б, 40); В?-Н (35, 38, 40),51Ме3 (36, 37 а,б, 39 а,б)

Дикетон 31 в реакции с гипофосфитом 2 (диоксан, 20°С) даёт аддукт двух молекул реагента по обеим карбонильным группам ди-кетона. В результате была получена кислота 33 и её полный метиловый зфир 34. Проведение процесса в диоксане при ЮГ^С поз-золило синтезировать исклвчи",с?льно соединения фосфоланового типа 37 а,б, 30. Существенное различие в химсдеигвх метоксильных

протонов (до »0.82 м.д.) предполагает стереоизомерию по атому фосфора в соединениях 37 а,б.

§осфолан 36 и его десилилированный аналог - соединение 35 были получены по реакции дикетона 32 и реагента 2. При метилировании диазомеганом индивидуальная кислота 36 превращается в стереоизомерные э^иры 39 а,б и фосфслан 40. Последний получен встречным синтезом при метанолизе изомера 39 а. Обработка реакционной смеси дикетона 32 и гипофосфита 2 в отсутствии протонных растворителей позволяет выделить бис(триметилсилокси)-фосфолан 41.

Методом ИК-спектрос копии определена транс-конфигурация ОН и Р«0 групп в изомерах 37 а и 39 а и цис-конфигурация данных групп в изомерах 37 б и 39 б. Значения КССВ !)рц протонов На (37 а - 28,0, 37 б - ЗО.О, 36 - 27,0» 39 а - 28,Э, 39 б - 32,0, 41 - 28,0 Гц) и Нб (37 а.б, 36, 39 а,б - 0 Гц и 41 - 1.5 Гц) в спектрах ПМР данных соединений указывают на существование фос-фоланов в конформации С-конверт с транс-ориентацией 011 групп (Я" Н, 5сМез). На основании величин КССВ Зрс в спектрах пМР

С фосфоланов 35-40 выявлено транс-сочленение циклов (раздел 4). Пространственное строение полученных фосфоланов можно представить на примере изомеров 37 а,б и 39 а,б:

Таким образом наличие циклогексанонового фрагмента в моле-хуле 1,4-дикетона способствует образование фосфолановых систем в реакции с гипофосфитом 2. Введение второго циклического фрагмента в молекулу исходного субстрата направляет процесс по пути образования производных 1,4-дифосфиновых кислот.

Симметричные дикетоны 42, 43 в реакции с гипофосфитом 2 даст кислоты М, 45. Эфиры 46, 47 получены после обработки со-

единении 45 дивзометаном. Схему превращений можно представить следусцим образом;

Попытки направить процесс по иному пути при варьировании условий синтеза оказались безуспешными.

3. $ос$оланы и производные фосфиновых кислот

В рассмотрены реакции 1,4-дикетонов с гипофосфитом 2, приводящие к продуктам двух типов: досфоланам и производным фос-финових кислот. Вначале описаны реакции, в которых образуются исключительно соединения второго типа. Тем самым отмечены структурные особенности 1,4-дикетонов, приводящие к данному типу продуктов. Дальнейшая цель исследования включает в себя отыскание благоприятных условий гетероииклизации с образованием фосфолановых систем. Основываясь на данных раздела 2, выработать общую стратегию синтеза фосфоланов с указанием как благоприятных так и нежелательных факторов донного процесса.

Дикетоны 40, 49 реагируют с гипофосфитом 2 в направлении фосфиновых кислот 50, 51, 55 по схеме:

О

0

Г

IIО (43, 45, 47), П=1 (42. 44, 46)

50 5 ) 0

5.5 5

(48, 52 а, 6, 50); pJ-CH-, (49, 51, 53) R>H (49,51, 53)

После обработки реакционных смесей протонными растворителями были получены фосфорилированные тетрагидро1[ураиы 50, 51, Положение фосфорных фрагментов в данных кислотах установлено после метилирования каждой диазометаном. Синтезированные эфи-ры 52-53 реализуются в виде -кетофосфинатов. В ИК-спектрах присутствуют специфические полосы поглощения карбонильной группы: 52 а - 1734, 52 6 - 1725, 53 - 1728 см~*. Выделенный в незначительных количествах эфир 54 лабилен и в растворе серного эфира легко превращается в кислоту 50.

Исключение стадии гидролиза из реакции дикетона Чд и реагента 2 приводит к кремнийсодержащей кислоте 55, метиловые эфиры которой (56 а,б) существуют в виде Ь -кетофосф.инатов. В ИК-спектрах последних наблюдаются характерные полосы поглощения оксогруппы : 56 а - 1738, 56 б - 1728 см~*. Наличие кольчато-цепных аддуктов очевидно, объясняется различным типом внутримолекулярных взаимодействий, стабилизирующих каждую из форм:

ОН -OCrts

11 55 52 а,Ь" 53 sea?

t¿R4-ÍCH24RJtt.flCH3 SíMe3

Дикетон 56 реагирует с гипофосфитом 2 карбонильной группой циыопентаионового радикала по схеме:

52 0 Ó 5f»a5

. ^ Г ^Г ~

«а

НЛСС'РИ 04 с В

Специфические полосы поглощения карбонильной группы наблюдается в ИК-спектрах кислоты 58 (1700 см~^) и её стереоизомер-ных о^иров 59 а (1706 см"1) и 59 б (1708 см-1). Соединения 58, 59 а,б неустойчивы, и в присутствии влаги воздуха образуют равновесную смесь продуктов 60-62. Равновесие подвижно: в растворе преобладает окоафосзоринен 62, а в кристаллической фазе основным является соединение 61, После обработки смеси соединений 60-62 диазометаном о неболыаим ьыходом (около 17?) удаётся выделить эфир 63, В растворе (серный эфир, метанол, этанол) он переходит в исходную смесь аддуктов 60-62.

Наличие объёмистой трет, бутильной группы, очевидно, затрудняет взаимные переходы стереоизомеров по атому фосфора 59 а =^£9 б и позволяет выделить их в индивидуальном состоянии.

Лабильность соединений 58-59 а,б , §3, а также синтезированного ранее эфира 56, объясняется термодинамической предпочтительностью продуктов гидролиза, образующихся по схеме:

он о

Н£0РН НОРН

Ма ' о 59а т о н* "0Н „

^со'И ОН со;р"_0 —о

ио>° м .т —0 но . .

60 £1 V

Таким образом, 1,4-дикетоны, содержащие иишюпентаноновыи фрагмент (I, 43, 52, 53, 57) лекго оОразуст производные цосфино-вых, 1,4-дифосфиновых кислот. Использование данных субстратов в синтезе фосфоланов представляется нецелесообразный.

Реакция дикетона 64 с гипофосфитом 2 приводит к ^ -кетофосфи-нату 65 и фосфоланам 66 , 67:

№'г—3

о

• ИРОСНз

РИ

61 1

РЬ

А он ПС Л СИ

О о ее«,

66 и

Увеличение времени реакции (диоксан, Ю1°С, 2,5 часа) способствует значительному возрастание выхода фосфолана 66 ( с 6,92 до 27,0*).

При нагревании в диоксане эфир 65 циклизуется в силоксифоофо-лан 66; метаиолиз последнего приводит к соединение 67 :

РИ РЬ

о С1Н3 0

_ ££ С7

Таким образом, ^-катофосфин^ы (3, 4, 65) способны при нагревании замыкать'соответственно тетрагидрофурановый (5-6) и фос-фолановый циклы (66).

Методом ЙК-опектроокопии установлена транс-ориентация ОН и Р«0 групп в соединении 66 (раздел 4). Величины КССВ •'Зрн протонов Ца (66 - 35,0, 67 - 33,0 Гц) и Нб (66, 67 - 0 Гц) в спектрах ПНР соединений 66, 67 указывают на реализаций данных фосфоланов в информации С-хоньерт.

Дике тон 68 образует серив продуктов £2-25 » реакции о гипофоо-

фитом 2 (диоксан, 20°С) :

__^.Ph _r Ra Ph^_

W HPOH СИ

Г 0 «f® ö 71a,5

^ g2 t>n i

2>Л^см ^НГЛ- Phí^n«

C K«, HPKH5 W

75 a.;" С Tbàô 74 ao ¿ 72

R1« п-СН30-СбН4 (68, 69, 73 a,б, 75 a,б, ?Г) Ph (70, 74 а,б). R2-H (69, 73 а,б), Ph (70, 74 а,б), R =Н (70, 74 а,б), Pli (69, 73 а,б), IT-n-CHj-CgH^ (70, 74 а,б), Р|] (69, 73 а,б)

Изменений условий синтеза (диокоан, IOI°C, I час) стимулирует образование исключительно гетероциклических систем 72, 75 а, б . % -Кетофосфинаты 73 а, б, 74 ^.б при нагревании прев-раоаются в циклические оистемы 72, 75 а,б по схеме:

pS-j ■ Ph,_r

Ph-bcrt O^CiWCC^-n _^ J<CbHvCCto-n

^ НРССйз CH

С 2535 ¿

Ph^__¡ж. ~

И -РОИ HC CH

с ССЙ5

rus o roas

Специфика процесса гетероциклизацин ^ -кетофосфинатов 73 а,б и 74 а,б, а такта 3, 4, 65, по-видимому, обьяняется сте-рическикм и электронными факторами карбонильного фрагмента.

Кипячение продукта реакции дикетона 68 н реагента 2 в у&» суской кислоте способствует образование стереоизомерных фосфо-ленов 76 а,б. Процесс протекает по схеме:

РЬ.__^ _

с ссн5 76 а о

Ощутимое различие в химсдвигах метоксильных протонов (Дй-0,50 м.д.) в спектрах ПМР соединений 76 а,б позволяет предположить противоположные конфигурации у атома фосфора.

Реакция гипофосфита 2 и дикетона 77 , имеющего сложноэ^ир-ные заместители, приводит к фосфорилированным тетрагидрофура-нам 78 а,б (диоксан, 20°С):

оо^

77

К ___-й С.

+

„'л № 'А О,

НРЮНз С ССНз ' см СИ

о 7?а,5 иоовь 73йЕ §0

Наибольшего выхода соединений Ш а,б (60£) удалось достигнуть при варьировании условий реакции (диоксан, Ю1°С, I час). Найдены оптимальные параметры синтеза стереоизомерных фосфолв-нов 79 а,б (диоксан, Ю1°С, 2,5 часа). По данным РСА изомера 79а определены конфигурации пяти асиметрических центров (Рис, 2).

Рю. 2ф Стереоизображение молекулы соединения 79 а

Молекула фосфолана 79 а находится в информации твист (софа) с транс-ориентацией ОН групп. Нулевые величины КССВ ^Зрц метиновых протонов в спектре ПМР изомера 79 б позволяют предположить существование фосфолана в конф,ормации С-конверт. Данная конформаиия, очевидно, присуща стереоизомерам 78 а,б (КССВ

О Гц):

сак

7%

Я

СООС2Н5

Неожиданным было выделение в данной реакции циклобутена 80 (диоксан, 101 °С, 2,5 часа; выход 15*). Его образование следует рассматривать как результат термической конротаторной электроциклической реакции / 2г> 2х/ :

р о

Г~Ж

>' " I

1

1Ь0

о о (МгЗДРИг ^МОЬИг^

и

см он 80

р.

Й10

К ,__

1

в 1 Й И'

' Вероятно , процесс протекает по пути "А". Образование циклобутена 80 в реакции дикетона 76 о различными силилирувщимн агентами (Ме^Ю!, зафикс'ироваино не было (путь "Б"),

Методом ИК-спектроохопии определена ц«с-крифигурап*я гидроксиль-ннх групп в соединении ¿0.

К

4. Некоторые физико-химические закономерности в ряду синтезированных фосфоланов

Поскольку синтез фосфоланов является основным направлением исследования в данной работе, мы сочли целесообразным отметить закономерности строения и свойств полученных фосфоланов.

Особого внимания заслуживают спектральные особенности:

I. Используя метод разбавления на основе ИК-спектрос копии (СС1^, диапозон концентраций /с/ - 5,0*10"3 - 9,3*10"' моль/л) установлен характер ВМВС в силокси-фосфоланах.

В соединениях 26 а, 37 а, 39 а, 66 (изомеры типа "А") реализуется ВМВС между ОН и СН^О—Р группами.(транс-ориентация ОН и Р=0 групп). В соединениях 26 б, 376, 39б (изомеры типа "I") осуществляется ВМВС между Р*0 и ОН группами (цис-ориентаиия данных групп; табл. I).

Таблица I

Полосы поглощения ОН группы в ИК-спектрвх силоксифосфоланов

, * соед. ! ПйДбйа | 26а 37а 39а 66 266 376 1 396 |

>)0Н (ом"1) 3578 3580 3588 3584 3450 3456 1 3455 |

2. Фосфоланы, имеющие аномально высокие значения КССВ ^Зрц протона На (в пределах 27,0 - 36,5 Гц) и малые для протона Н° (О - 1,5 Гц), реализуются в конформации С-конверт о транс-ориентацией ОН групп (Я - Н. Мез). тз

3. Повеличинам КССВ З3|с в опектрах ЯМР "С бициклических фосфоланов рас читаны значения двугранных углов Р-Сб-С1-С2 (Лр и р_об-с («¿2), (табл. 2). В итоге определено транс-сочленение циклов.. Рвочбти выполнены на оонове модельных фрагментов -Р(0Ме)2 и -|Ме2: О О

Таблица 2

Величины двугранных углов^! и,/2 рядафосфоланов

---г- !фрагмент| | I 1 ! 0«Р(0Ме)2 ! 0-РМе 2 \

•V соед. | ' ( ^ | ¿1 | !

\ 37а 130,8 147,1 118,1 138,9 \

! 36 141,5 140,0 132,8 136,5 \

| 37а 121,0 140,1 106,7 131,0 !

! 376 134,9 134,6 124,1 124,4 |

! 38 137,9 140,8 134,2 131,9 !

¡' 39а 144,9 139,5 137,0 130,7 |

! 396 144,9 136,1 137,0 125,4 !

—

4. Из таблицы 3 следует, что замена гидроксильных групп в молекулах соединений ¿8, 35, 38 на триметилсилокои группу приводит к сдвигу в слабое поле сигнала ¿-углеродного атома в опвю-трах йМР 1зС.

5. В ряду стереоизомэрных фссфоланов 23 а,б, 26 а,б, 37 а,б, 39 а,б, отличавшихся конфигурацией у атома фбсфора, отмечено анизотропное влияние фосфорильной группы .

По данным спектров ПМР (табл. 4) при переходе от изомеров с псевдоэкваториальной ориентацией Р-0 группы к изомерам с псевдоаксиальным расположением данной группы, наблюдается смещение в слабое поле сигналов псевдоэкваториального На и метоксильных протонов. Для сигналов псевдоаксиального протона Н характерен сдвиг в сильное поле.

Обратная ситуация отмечена для сигналов метоксильных протонов изомера 37 а,б. Вероятно в данном олучае, опрвделявлим является анизотропное влияние фенильного кольиа.

6. Изомеры типа "А" в сравнении с изомерами типа "Б" имеет:

- большие значения

- более зысокие точки плавлеиия

- лучвув растворимость в органических растворителях.

Выявленные закономерности могут быть использованы в информационном анализе фюсфоланов.

Таблица 3

Некоторые данные спектров ЯМР ряда фосфоланов

ГУ

го

Таблица 4

Некоторые данные спектров ПМР стереоизомерных фосфоланов

г- ■ -\ Тип 1 I соединения

| протона | 1 ^ т.д. | 23а 236 26а 266 37а 376 39а 396

| На ! Нб 1 ОСН^ 2,45 3,17 3,13 2,48 3,03 3,18 2,41 3,10 3,14 2,53 3,05 3,23 1,70 2,33 3,82 1,72 2,30 3,00 1,39 1,98 3,81 1,76 1.Р7 3,84

!-!-:

! 1» ооед. *

{ } 1§ 1ёя 22 36 37а 22е5 22 39а 396

С-0Н(м.д.)7б,б1 74,45 73,45 80,72 78,77 75,19 74,04 74,30 80,60 80.72

Лд,, Гц)" 89,26 81,14 81,77 90,57 79,53 79,69 79,53 78,0 75,48 79,88

¡$С-0$гМез 74,87 81,62 82,15 72,32 76,32 76,44 76,41 72,05 76,90 76,97 : .00

(\1ГС) 92,46 96,23 106,?3 64,9 105,77 87,72 108,28 102,0 100,64 103,17

5, Общая схема взаимодействия Сио(триметилсилил)гипофоо-фита о 1,4-дикетонами.

На основании экспериментальных данных реакции 0ио('1'риме-тилсилил)гипофосфи'та с 1,4-дикетонани мы предлагаем следующее схему взаимодействия:

ОН то (HOSiMe

ОТ

ЧРОН OR

О ®

I

ОТ

НРОН

О ш

HlO

Т КРОН 5 i J.

й HPOSJVfa

ОТ м i1,«

Й

J

'чс I

но

О OU

от

0-P(0lh И й

II «н, sine»

На первой, отадии реакции образуется интермедиат I, отабили-звция которого может осуществляться как за очёт миграция протона к атому юголорода (II), так и трикэтнлоидлльноп группы (III)

в зависимости от температурного режима процесса. Если вторая молекула реагента 2 не взаимодействует с карбонильное группой и не происходит внутримолекулярном реакции {например, при наличии в молекуле 1,4-дикетона циклопентанонового, либо трет, бутильного радикала) то удаётся выделить соединение типа 1У.

В условиях значительного избытка реагента 2, пониженной температуры (5 - 20°С) для симметричных арилалифатических ди-кетонов и ^-дицикланонов характерно независимое реагирование карбонильных групп с образованием соединений типа У. Последние в кислой среде способны превращаться в фосфорилированные тет-рагидрофураны У1.

Другое направление реакции предполагает протекание внутримолекулярной циклизации аддуктов II, III до соединений типа УП. Данному процессу способствует повышенная температура (20 - Ю1°С) и наличие в молекуле 1,4-дикетона циклопентанонового фрагмента. Если дикетон содержит карбэтоксильные радикалы, то реакция идёт до дигидрофуранов ПИ.

Циклизации ннтермедиатэв II, III в фосфоланы IX благоприятствует наличие заместителя во втором положении дикетона, а такн же повышенная температура (89 - П8°С) и присутствие основания. Кипячение ъ уксусной кмолоте доводит реакцию до стадии образования фосфоленов типа X.

Таким образом, характер реакции 1,4-дикетонов с гипофосфи-том 2 определяется как структурой оубстрата, так и внешними факторами (соотновение реагентов, температура, природа растворителя) ,

ВЫВОДЫ:

1. Ьпериье проведено систематическое изучение реакции

1,4-дикетонов с бис(триметилсилил)гипофосфитом. Выявлено четыре основных направления реакции: образование замещённых фосфо-ланов, производных фосфиновых и I,4~дифосфиновых кислот, ^ -ке-тофосфинатов.

2. Разработан метод синтеза фосфоланов на основе 1,4-Дике-тонов. Показано, что гетероииклизации данного типа способствует: наличие заместителя во втором положение молекулы дикетона, основная среда и повыоенная температура,

3. Установлено, что образование 2,5-дигидроксифосфолановых систем протекает, как правило, стереоселективно и приводит к транс-расположению гидроксильных групп во втором и пятом положениях молекулы продукта реакции.

и. На основании данных ИК-спектрос копии, ЯМР ^С, РСА показано, что полученные фосфоланы существуют в основном в конформации С-конверт. Отмечена реализация отдельных фосфола-нов в конформации твист (софа).

5. Показано, что в реакции 1,4-дикетонов с бис(триметилси-лил)гипофосфитом образуются фосфорилнрованные тетрагидрофураны, способные существовать в ряде случаев в видГ о -кетофосфинатоз. Наличие циклопентанонового фрагмента в молекуле исходного 1,4--дикетона способствует синтезу гетероииклов с атомом кислорода.

6. Установлено, что производные 1,4-дифосфиновых кислот легко образуются на основе симметричных арилалифатических 1,4-дк-кетонов, / -дицикланонов и способны в условиях кислотного катализа, повышенной температуры превращаться в продукты монодефос-форилирования: замещённые фосфолены и производные тетрагндрофу-рана. п

7. Показано, что о -кетофосфинаты склонны замыкать тетра-гидрофурановый или фосфолвновый циклы. Направление циклизации определяется электронными и пространственными факторакя карбонильного фрагмента.

8. Установлено, что одним из направлений реакции 3,4-ликарб-этоксв-2,5-гехсаядиона с бис(тримвтялсилнл)гипофосфитом являет-

ся /23"+ 2ЭГ/ электроцихлическая реакция, приводящая к замещенному циклобутену.

Основное содержание диссертации изложено в работах:

1. Высоцкий В.И., Бирюков C.B., Леваньков C.B., При ход ысо К.В., Ростовская М.Ф., Скобун A.C. Фосфороргвнические гетероциклические системы на основе 1,4- и 1,5-дикетонов // В сб.: "Карбонильные соединения в синтезе гетероциклов" : Тез. докл. -Саратов : СГУ, I9S9. - Ч. I. - С. 58-60.

2. Высоцкий В.И., Бирюков C.B., Ростовская М,$., Васильев Б.К., Линдеман C.B., Стручков К.Т. Реакции арилалидатнческих 1,4-дикетонов о бис(триметилсилил)гипофосфитом // К. оба. хим.

- 1991. - Т. 61, - fc 2. - С. 391-396.

3. Высоцкий В.И., Бирюков C.B., Ростовская M.î. Реакции циклических I,4-дикетонов с бис(триметилсилил)гипофосфитом // Дальневооточ. гос. ун-т., Владивосток, 1991. - 10 с. Библиогр. : 5 назв. Деп.'в ВИНИТИ АН СССР 11.02.91 * 690-B9I.

4. Высоцкий В.И., Бирюков C.B., Ростовская М.§. Реакции оеиицикличвских 1,4-дикетонов с бис(триметилсилил)гипофосфитом // Дальиевосточ. гос. ун-т., Владивосток, 1991. - 16 с. : ил. -Библиогр.: 15 назв. Деп. в ВИНИТИ АН СССР II.02.91 k 69I-B9I.

5. Высоцкий В.И., Бирюков C.B., Ростовская М.$. Бис(триме-тилсилил)гипофосфит в реакции с пространственно затруднёнными

I,4-дикетонами II Дальиевосточ. гос. ун-т., Владивосток, 1991.

- 16 с. : ил. - Библиогр.: 9 назв. Деп. в ВИНИТИ АН СССР

II.02.91 №. 692-B9I

6. Высоцкий В.И., Бирюков C.B., Леванысов C.B., Ростовская М.$. Фосфороргаиические соединения на основе 1,4- и 1,5-дике-тонов и бис(триметилсилил)гипофосфита // В сб.: "Химия дикар-бонильных соедииениГ" ™ окл. - Рига : РТУ, 1991. - С. 8.

Соискатель

(Бирюков C.B.)