Регио- и стереохимические особенности взаимодействия замещенных метилциклопропанов с дихлоркетеном тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

РГ8 ОД

3 / НОЯ 1333

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. В. ЛОМОНОСОВА

ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Нл прешах рукописи

. ЛУЦОВСШ Борис Александрович

РЕГИО- И СТЕРЕОХИЫИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМЭДЕЛСТВИЯ ЗАМЕЩЕННЫХ НЕТЯ/КЩИКЛОПРОПАНОВ С гиХЛОРКЕТЕНОМ

(02.00.03 - органтееская химия)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Носкг-а - 1903

Работа выполнена на кафедре органической химии Химического факультета "Московского государственного университета им. М. Е Ломоносова

Научные руководители: академик РАН, доктор химических наук И. П. Белецкая

кандидат химических наук 'А А. Донская

Официальные оппоненты; доктор химических наук, 4 ведущий научный сотрудник

А. А. аормановский

кандидат химических наук, старший научный сотрудник А. А. Бобылева

Ведущая организация:

Институт органической химии РАН им. Н.Д. Зелинского

Защита состоится " 1 " цгкаХр* 1993 г. в •/часов на васедании специализированного Ученого Совета Д 053.05.46 по химическим наукам при Московском государственном университете им. М. В. Ломоносова по адресу: 119899, ГСП, ЬЬсква, В-234, Ленинские Горы, МГУ, Химический факультет, аудитория зЗ'Т

С диссертадией можно ознакомиться в библиотеке Химического факультета МГУ.

Автореферат разослан "АЗ," 1993 г.

Ученый секретарь специализированного Ученого Совета

/

шщидат химических наук

Магдесиева

СКГДЯ ХАРШТРИС1.ЧКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Уникальные синтетические возможности трэх-углородного цикла находят в настоящее вреда пироков применение в вннтеве и стимулируют дальнейшие исследования оеойстз соединений этого класса В последние два десятилетия большое вникание уделяется превращениям производных матияэшдоишропана. Особое кэсто в химии мэтиленциклопропанов занимают реакции циклсприсоэдинения. Среди них больеэй интерес представляют реакции С2+ЗЗцинхсприсоеди-кеиия, идущие с сохранением малого цикла и приводящие и высокона-яряленным спираяовым структурам, которые имеют больше синтетические возможности.

Однако, гак правило, взаимодействие мэтиленциклопропанов с елефипами протекает з здздоас условиях черзо бирэдикалъвый или цзиттер-ионный интермедиа? и нередко сопровождается перегруппировками.

Описано лишь несколько призеров таких реакций, которые прото-каюг с сохранением трехчленного цикла. Наиболее реакционноспособ-дои в реакциях С2+23циклоприссединзяая к кетлленщгчяопропаиам является кэгенн, в '¡асткости, дяхлоркеч-ек, присоединение которого происходит в- особенно мягких условиях н приводит к получению соо-диненил ряда дихлорспироС 2.3] гэксанона. Последние могу? бьяь важными предшественниками многих труднодоступных соединений , в том числе обладаниях биологической активностью.

Цель работы. Целью настоящей работы является изучение возможности синтеза широкого круга дихлорспироС 2.33 гексанонов вааимэ-дэйствизм дихлор-сетека с заверенными метиленциклопропанзми и выявление основных закономерностей этой реакции, позволяющих предсказывать структуру подучаекцх аддукгов.

Научная новизна и практическая цеьаость работа Впервые нз жкроком круге объектов показано, что С2+23ц1:клопр«ссединеккз ди-хлорхэтеяа и метилгкциклопропаьов является удобным препаративным штодом синтеза произЕодных дихлорспкроС 2.33 гексаьона. Установлено, что присоединение дихлоркзтена к ззтартт при двойной связи кетиленцжлопропанам происходит рзгноспецк{7.<шо о образованием 5,5-дчхлсрспиро[2. ЗЗгексан-4-оков. Взаимодействие. дюиоркэтвка с метиленциклопропанг-ии, содержании в цикле донорные (в том числе элекентоорганические) заместители, приводит толыю к 4,4-ди-

лорспироС2. ЗЗгексан-5-онам. Высокая реакционная способность мети-ленциклопропанов в реакции с дихлоркетеном позволяет получать ад-дукгы даже ив соединений, содержащих в молекуле сильные алектроко-акцэпторные заместители*. Выявленные регкохимические закономерности взаимодействия дихлорэтана и метиленц.1клопропанов свидетельствуют о сувэствовании в переходном состоянии реакции частичного разделе-' ния зарядов. Стереохимическкс? особенности этой реакции указывают на го, чтс структура дихлорспироС 2.3] гексанона определяется стери-ческими препятствиями, создаваемыми заместителями в переходном состоянии. Впервые показана возможность циклопропидметид-гомоал-лнльнс-й перегруппировки в дихлорспироС2.33гексаконах, катализируемой кислотами Льюиса и приводящей к соединениям ряда циклсбугенона.

Публикации и апробация работы. Пэ материалам диссертации опубликовано 6 статей. Результаты работы докладывались на Пятой Московской конференции по органической химии и технологии (!£зсква, 1939 г.) и на Ломоносовских чтениях (1Ьсква, ИГУ, Химический ф-т, 1093 г.).

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 100 страницах машинописного текста (вклщчая список литературы). Литературные данные, касаащися механизма реакций С2+23цик-лаприсоединеши и взаимодействия мэтилеициклопропанов с кетенами. рассматриваются параллельно с обсуждением собственных результатов автора. Работа состоит из ь^едения, обсуждения результатов, экспериментальной части и выводов, содержит 7 рисунков и И таблиц, список цитированной литература состоит из 150 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЁРШ1ИЕ РАБОТЫ

Быбор объектов исследования.

Для аддуктов, получаемых из метиленциклопропанов, замеирнных при двойной связи, возможна только региоизомерия, поэтому они яв-ляются-удобными моделями для изучения влияния электронных эффектов заместителей на направление присоединения.

В результате присоединения дихлоркетена к замещенным в цикле метиленциклопропанам принципиально возможно образование не только регио-,. но и стереоиаомеров.

Г>= ---о.о

с' -л м, Л Д се- А Л%

Изучение влияния заместителей с различит.® пространственными и электронными эффектами на направление реаюиш позволит получить представление не только о регио-, но и о стереохимических закономерностях присоединения к дихлоркетену.

15эгил*кциклопропанн (16-«) были получэгш по реакции Еиттига из. сос-тзэтствушусс кетоноа и трифэкилцикдопропилкдзнфосфэрана (П). .

¡>=РРЬ,

й'ССР.} ^

я1- Н, ГГ- цикло-С,Н^(1б), Н^ к"1- С4нг(1в), Г!'- Н, г2» п-СН^0-С6Н„ (1г), К*» цикло-С,^, И"» С(.НГ( 1д), СК^, С^Пе), Я4- Н1- С4Н5(1Л)

Соединения (1а,з,и) были синтезированы по сдедуюЕей схемг: В» ^кШВг

- 1} смж«,

Хи

Метиленциклолропаны (Г/а-д) получали по следующей схеме:

р1/ &иИ 'ЯМС. О Р-чУХ

уа| IV«-! »'»в«.|>. (¡?-б.)

Соединения (, (VII), (УШа-д) были синтезированы метал-

дарованием метилеицихлопропанов и после дутзг^ш рап.такекпем образующейся литиевой'соли соответствующим злектрофилом; • >■ ^

к/1 ,.вш._ к»-^ ^

Я-' Ь^Мт-Я Щ КЯЦ'М^)

3. вии X. ¿г ,

¿¡.к, _

2^ Присоединение дихлоркетена к метиленциклопропанам с заместителями при двойной связи*.

Выявление закономерностей [ 2+2] циклопрксоединения дихлоркетена к замещенном метиленциклопропанам логично было начать с изучения присоединения незамещенного метиленциклопропана к дихлоркете-ну. В результате реакции с выходом 492 была получена смесь регион-' воморов (1Ха) и (1X6) в соотношении 5:1, которью были выделены в ипдиьлдуа-ьном виде.

[>= + "хС-С-0-- ^ +

б У

5.1

Метиленциклопропаны (1а-¡к) вступали в реакцию с дихлоркете-ном региоспоцифично, образуя дихлоропироС2.3]гексаноны (Ха-ж).

сьц-о

Х^* = --

И4- Н, К*- с::8(1а, Ха), Н, К1- цикло-С3Н^( 16, Хб), я'- н,

С4Н,(1в. Хв), и'- Н, !Г» а-СН^О-С^Ну с 1Г. Хг), и'- цикло-С,^ И4- С,Н5.( 1д. Хд), Я'- СНЛ, ¡Г- 0^(10, Хэ), Н'- И1- С^Пж, X») Выходы аддуктов, однако, существенно изменялись в зависимост: от природы заместителей при двойной связи мэтиленциююпропана. Пр: замене донорных метнлького или циклопропильного заместителя на фэ ншюный наблюдалось уменьшение склонности к циклоприсоединению ка в ряду ыопоэамещоиных (I а-в), так и в ряду дизамещенных метилен циклопропанов (I д-*0 (см. табл.1). Интересно, что (феншшети леи)циклопропан (1в) оказался наименее реакционноспособным соеди пением во Есей изученной серии, и соответствующий аддукт был выде лен с е ыходом лиса 13Х. Введение донорной метоксигруппы в бензоль ное ¡сольдо существенно ускоряло реакцию. Реакция соединения (1г) дихлоркетеном заканчивалась уже через 5 ч., и выход аддукя (Хг) увеличивался в 5 раз по сравнения с незамещенным производи!; (Хв).

Ск.0

*Еее реакции проводились в стандартных условиях при кипячени в эфире в течете 10 ч.

- Б -

Таблица 1. Выходы 5. 5-дихлорспироС2.3]гексан-4-онов (X а-к).

Исходный мэтиленциклопропан Лддукт

N п/п 1 R 2 R N п/п Структура

I а Н Из X а ct£ нП7 63

I б Н ЦИКЛО-CjKj X б Л 4.5

I в Н Fh X в Jv 13 .

I г Н n-teOPh' X г ч n-HtOPh v • 63

I д цикло-С^ Н^ Ph х д 38

I 9 Мэ Ph X <? 37

I к Ph Fh X ж Ri 21

На основании данных спектроскопии ЯМ? "с образовавшимся ад-дуктам была приписана структура 5,5-дихлорспироГ2. ЗЗг<жсэн-4-онов (характеристический хим. сдвиг карбонильного этома углерода«?^ ~200 м. д.) и и-зсс-спектроз, где какСолеэ показательным Сале наличке пика иона щклопропилидешярбонила (m/z 68).

Известно, что,до сих пор все попытки провести ре-акция дихлор-¡еэтэиа с галогенкрованныни алкенами бь^та безуспешны, поскольку реакционная способность их двойной связи сильно понияэна. Однако в больпикстве случаев метиленциклоьрспаны боле9 реачциошюспособны, чем производные этилена. Ш предположили, что благодаря этому дих-лоркетен мотет реагировать с такими злектронодефщитными метидэн-циклоиропаками, как (броммгпшш) циклопропан (1з) и (хриштилси-лилметилен)циклопропан (1и).

Взаимодействие бромида (1а) с дихлоркетэком приводило к зддук~ ту (ХЕ) с выходом 37% й пересчете на вступивший в реакцию алкен, 20?» которого, была виделено из реакционной смеси без изменений.

(X С=С=0

1ъ

ЙГ И X!

"Поскольку информация, пол/чэннал из спектров"®?? &С, не по^сшла сделать однозначного отнесения аддукта (XI) к одному из двух возможных рзгиоигомеров 196.5 ¡.1. д.), для этой цели была использована реакция бромида (XI) с основными реагентами. Известно, что при взаимодействии циклобутанонов с гкдроксидом кадия четырехчленный цикл размыкается и образуются дихлорбутакоЕыэ кислоты Оказалось, что при обработке спироС2.3]гексанона (XI) раствором гидроксэда калия или 'метилатсм натрет с количественными выходами образуются 1-(2,2-дихлорзинял)циклопропанкарбоноБая кислота (XI 1а) или ее метиловый эфир (XI16). Такое поведение возможна только для аддукта со - структурой В-6ром-5,5-дихлорспироС2.31г.ек-сан-4-она. ■•

0X7

_^се

¿&Л..6

СЛ* у.О

й а - V7

' Я = Н (XI 1а), К = Ш (XI16)

Региохимпческие результаты присоединения дихлоркетена к замененным при двойкой саязь штиланциклопропанам (1а-з) хорошо объясняются в рамках общепринятых представлений о [2+2]циклоприсоеди-нэкик гетерокумуленов к олефинам. Направлений реакции зависит *01 того, какое из двух Еизмомных переходных состояний (А) и (Б) (см. рис. 1) лучше стабилизировано. При этом решающую роль играем способность заместителя к делокализацни частичного положительное заряда.

Рис. %

А

.к г

а-/!' сег^-усо

---

к

При присоединении дихлоркзтена к незамеченному метнлэнциклоп-ропану (Н'=К*=Н) более выгодно переходное состояние (А) с катконо-идным центром на атоме углерода С1, поэтому преимущественно образуется соответствующий ему региоизомер (1Ха). Образование аддукта (123) обусловлено способностью цикяопропачового кольца стабилизировать частичный положительный заряд и на оС-углеродном атоме.

Наличие при дзойной связи дздэ такой слабой доиорной группы, как метильный радикал,.настолько усиливает этот эффект, что реакция протекает только через переходное состояние (Б). Заместители в соединениях (1б-э), обладающие ярко вчраженннм +М-эффектом, также обеспечивают протекание реакции исключительно через переходное состояние (Б) с образованием 5,5-дихлорспиро[2.ЗЗгексан-4-оков (Кб-«, XI).

Единственным исключением во всей серии замещении« при двойной связи метиленциклопропанов язилссь кремнийорганпческое' производное (1и), которое реагирует • с дихлоркетеном с нарушением региоспеци-фичности с образованием скьси регкоиаомероз (КПа) и (XI16) в соотношении 1 : 2,5 и общим выходом 38£ .

^¿М* С^С-С-О ^ + ^

1и Ж 3 : * Ж*

Структура изомероЕ (XI 1а) и (XI16) бала установлена на основании мулътиплетности сигналов ядер углерода карбонильной и ди~" хлсрметильной групп з спектрах шкоре-эонаиса^С.

Привлечение излоиенных вьш 'механистических представлений для интерпретации результатов присоединения дихлоркатена к кремшйор-гзнкческому производному (Iи) (и'^Н, привело к опреде-

ленным трудностям, поскольку известно, что триметплсилидъный заместитель стабилизирует уЗгкатиснный центр, а наличие положительного заряда в с£положении невыгодно. С зтой точки зрения переходное состояние (А) (см. рис. 1) более стабилизировано, и преимущественно долкен образоваться изомер (ХПа). Однако если учесть взаимодействие мезду ПСМО иетека и 32Ю кетенофила, то региохимил реакции определяется связыванием между карбонильной группой кетена и атомом углерода кетенофила, который имеет больший коэффициент в-ВЗШ. Литературное аналогии указывает ка то, что с б&иъшпм ксэффи-

циентом в ЕЗМО соединения (1и) должен входить атом С1 и основным продуктом присоединения дихлоркетена должен быть аддукт (XI16), что и наблюдается в действительности.

Таким образом, этот гример демонстрирует некоторую ограниченность теоретического рассмотрения, не учитывающего граничных орби-талей реагентов.

Взаимодействие дихлоркзтена с метиленциклопропаками, замешанными г цикле. '

¡2-Циклопропилметкленциклопропан (1Уа) реагирует-с дихлорке-теном региоепецифично с образованием 4,4-дихлор-1-циклопро-пилспнроС2.3]гексан-5-она в виде смеси двух стереоизомеров (XI Па) и (XI116) в соотношении 9:1 соответственно и с общим выходом 41£'. Индивидуальный изомер (XI Па) удалось выделить колоночной хроматографией. с с^сс с \ и

г ¿>

н' : 1 "

IVо ХЦ1 й. Г

Отнесение этих соединений к (1й*,ЗКк)- и (13* ,5??* )- ряду1 соответственно было сделано с использованием ядерного зффэкта Оверхаузера (ЯЭО)*", наблюдаемым для протоков Ш1 и К2 *** изомера (XIПа). Таким образом, в результате реакции с еысокой стереосе-лективноетьш образуется ¡-йкее пространственно-затрудненный изомер (XI Па) с анти-расположением цишюпропанового кольца и атомов хлора, которому была приписана структура (1^,31?*)-4,4-дихлор-1-цик-лопропилспироС 2.3] гексан-5-она.

Для изучения влияния электроноакцепторного заместителя на реакционную способность штиленциклопропана было выбрано соединение (1Уе), содержащее в положении 2 метоксикарбонильную группу. Против ожидгний,.при присоединении дихлоркетена к производному (1Уе)

*3десь и далее в тексте и ка схемах приведены только одна из энантиомерных форм каждого из диастереомерных рацематов, что отражается звездочками при символах абсолютных конфигураций: (1йв, ЗКл)» (1К, 313+15,33) ; ( ¿3*. ЗИ*) •=( 15, ЗН+ИЗ, ЗБ).

*йАвтор выражает большею признательность д. х. к. Ю. К Гришину эа измерение спектров ЯМР и помощь в их'интерпретации.

***Здесь и далее для удобства протонам присвоены номера соответствующих' углеродных атомов.

I

уменьшения выхода, по сравнен™ с выходом, аддукта (I/O, не происходит. В данном случае влияние электроноакцепторной группы проявляется в нарушении региоспеиифи'шости реакции, и с выходом 48% образуется смесь 4,4-дихлор-1-метоксикарбонилспиро[2. ЗЗгексан-5-она и 5,5-дихлор-1-метоксикарбонилспиро[2. ЗЗгексан-4-она в соотношении 2:1. По аналогии с соединением (ХШа)-им были приписаны структуры (XlVa) и (XIV6) соответственно с акти-расположэнием заместителей.

о

. COjk СО.Не

, У* ■ Хра 2 1 У XJVr

Результаты, полученные в ряду мэтиленцикдопропаков (Ш), (IVa)., (IVe), хороао согласуются с электронными эффектами заместителей. Ка рисунке 2 изображены два возмоикых варианта (Л) и (Б) образования связей в переходком состоянии геакции: Рис. 2

/I Со. л ¿о;

А 5

R » Н, цккло-С.Нг, C00?.fe 1 ■ » j

Для R«H, образования 4,4-дихлорспироС2. ЗЗгексан-5-она .(IXä) соответствус-т переходкое состояние А , а его репганзомс-ру (1325) -переходное состояние Б; изомеры образуются в соотношении

5:1 соответственно. Донорньй гффэет циклопропилького оаязстителя (К^цик-ю-С^Нд) стабилизирует катионоидный центр на третичнем атоме углерода настолько, что протекание рэшеции становится возможным только через переходное состояние А. Это обеспечивает региоспеци-. фичноеть присоединения дихлоркетена к 2-цикл'опропилмэтилекщгкяап-ропану. • Акцепторный заместитель (R«C00!<fe), наоборот, дестабилизирует частичный положительный заряд третичного углеродного атома , и поэтому йклад переходного состояния А в региох:ве.ический регуль-тат решоцга уменьшается (соотношение региоиэомеров (XIVa)/(XIV6) 2:1).

Для иетшкнциклопропанов, содер.тащ1х в излом цикле две объем-

ные группы, присоединений к дихлоркетену протв!?адо- неоднозначно. Реакция 2,2-диыетилмэтилэнщклопропана (IYb) с дмхлоркетеном при-водилг^слолной смеси продуктов, из которой удалось выделить 1,1-диметин-4, ¿-дихлорспироС2.3] гексан-5-он (XV) лишь с выходом IOS.

IVe

XV/

Взаимодействие г-мэтил-г-циклопропитктиленциклоиропана (1Уг) с дихлоркетеном приводило к неидептифицируемой смеси продуктов, _ в которых по данным ШР^С отсутствовал дихлорциклобутаноновый фрагмент. Очевидно, что осложнения, возникающие при реакции углэЕада-родов (1Ув,г) с дихлоркетеном, имеют общую причину. Ее удалось выяснить при изучении взаимодействия с дихлоркетеном 2,2-дицишюпро-тшйтиленцикдопропана (IVд). Колоночной хроматографией на силика-геле кз реакционной смеси было выделено два продукта: хлорциклобу-тенон (XVI), представлящий собой смесь 1- и Е-изомеров в приблизительно равном соотношении (общий выход 30%), и дигидрофуран (XVIII), образующийся в незначительном количестве (3%).

С& о С£ о

"ЪлСгг.

и> Q

tr+

слхсосг

Н/г

I xj)c Y sg

Очевидно, что в результате присоединения дихлоркетека кТйти-лонциклопропану (П/д) первоначально возникает . аддукт нормального строения (XVII). Образование соединения (XVI) происходит, по-видимому, в результате последовательного раскрытия двух циклолропано-вьлс колец под действием хлористого цинка, образующегося в результате реакции, и обусловлено значительной напряженностью ди" хлорсиироС2. ЗЗгексанока (XVII), возникающей из-за наличия двух объемных заместителей в малом цикле.

- И -

Образование дигидрофурана (XVIII) происходит, вероятно, вследствие значительного увеличения яуклеофильности двойкой связи в олефине (I'/д) за счет влияния двух электронодоноркых циклопро-пильных групп. ЭлекгрЬфильная частица, возникающая при координации хлористого цинка с трихлорацетилхлоридом, присоединяете к терминальному атому углерода соединения (1Уд) с образованием карбокати-она (XIК). В результате аллильного раскрытия трэхуглеродного цикла последнего получается интермедиат (XX), -который внутримолекуляр.но превращается в соединение (XVIII).

Таким образом, реакция дихлоркетена с нетиленциклопропанами, содержании в трехуглеродком цикле два заместителя, имеет ограниченное применение для синтеза дихлорспироС Р.. 31 гексанонов.

С целью получения элементоорганических производных дк-~ ялорспироС2. ЗЗгексакона было изучено поведение в реакции с дк-~ хяоркетеном элемзнгзаме ценных метиленциклопропаков. Их химия оказалась практически не исследованной. В литературе имеются лишь единичные примеры использования злемэнтзамеценных мэтиленциклопропа-нов в органическом синтезе и, в частности, в реакциях циклслрисое-динения.

3 отлична от 2,2-диалкилзашщгнных мшиинцшшэпропаксвС iVb-д) 2,2-Сис(триметилсилил)метил0нцшоюпропан .(VII) гладко реагирует с дихлоркетенсм с образованием единственного изомера (XXI),

Cid

. Элементоорганическиэ производные метилэнциклопропана язллвтся удобными моделями для изучения стереохимлческих особенностей. С2+2]циклоприсо0динения, пос»аэльку подобие электронных свойств элементооргакических радикалов позволяет учитывать различие только их пространственных характеристик. Зто дает бозмо*.йссть систематического изучения влияния пространственных эффектов заместителей на протекание реакции.

Присоединение дихлоркетена к кремний-, германий- и оловосрга-ническиц" производным метиленцпклопропа.чос ('.'Ша-в) приводит' к образованию смеси геометрических изомеров 4,4-дихлорспироС 2. 33 ге1-сан-5-онов.

ö et

ЗМ*3' Нг' ' и5 Нь нг

а-е

анти-(ХХПа-0 син-(ХХП«-|)

Э - (VIПа,XXI 1а); Э - Бе (VII16,XXI16); Э - Бп (УШв.ХХПв)

Стереохимическое отнесение изомеров спироС 2.33 гексанонов (ХХПа-в) проводилось на основании экспериментов с использованием модифицированной двумерной методики НОЕЗУ*. Оказалось, что в случае силильного производного образуется преимущественно анти-изоыер (1ЭЗЗи-ХХПэ) (соотношение 2:1); в германийорганическом производном (XXI16) оба изомера, присутствует в приблизительно равных количества:!, а в олозооргакическом аддукге доминирует более пространственно-затрудненный син-иаомер (и/'.ЗЯ*5- ХХПв) (3:1).

Мы предположили, что при увеличении пространственных препятствий стереохимический контроль реакции будет более жестким. Эхо даст возможность более селективного синтеза злементзамецэнных дихлорспироС 2.33 гексанонов. Необходимый стерический аффект могут создавать две циклопропильныэ группы при двойной связи метнленцик- • допродана. Шличиэ таких заместителей должно приводить.и к изменению взаимного расположения карбонильной группы и .спирофрагмэнта .в образующихся адцуктах.

эн«з у ^ у «I

9-Sd ; Sn (v&r.xxtnp)

Действительно, присоединение дихлорквтена к алканам (УШг,д)

приводит к образованию 5,5-дихлорспироС2.ЗЗгексан-4-онов (XXI i Цз}; причем для кремнийорганнчеЪкпго производного (VI 1г) соотношение син- и антк-изомегов*й составило 10:1. Реакция, дихлоркетек! с соединением (VIПд) протекала менее селективно п ссотнош:.гкэ син- и

йАвтор выражает благодарность сотрудникам ГНКИХГЗОС е.и.с. А. В. Кисину и ы. и. с. А. В. Полонскому за регистрацию и помогу в интерпретации спектров Я11Р.

**Рассматривается взаимное расположение элементоорганкче^.кой и циклопропильных групп.

- 13 - • /

анти-изомеров оказалась 2:1. Такое отнесение в обоих случаях выло сделано с помощьи ЯЗО, который был наиболее информативным для ядра Н2' и протонов ближайшего к нему циклопропанового кольца.

Структура син-иэомера оловооргзническсго производного била абсолютно доказана данными рентгеноструктурного анализа3" (см. рис. 3).

Рио.З

■*Автор выраузет благодарность ст. н. с. ИСКХ РАН к. х. и. А. 3. Илюхину за проведение рентгеноструктурного анализа.

Региэ- и стере-охимические результаты присоединения дихлорке-тэна к соединениям (VIIIa-д) хорошо. согласуются с механизмом, обсуждаемым выше. Способность элементоорганического заместителя в моиозаме¡ценных мэтиленциклопропанах С V111а-в) стабилизировать, положительный заряд в р-пододанкп облегчает развитие катионоидного центра на атоме углерода С1 (см. рис. 4), что определяет образование 4,4-дихлорспиро[2.3]гексан-5-онов. Очевидно, что вторач триме-тилсилидьная группа в соединении (YII) усиливает этот эффект.

Поскольку в случае монозамзшрнного штиленциклопропана (Villa) триметилсклильная группа создает боль юте препятствия подходу дихлоркетена со стороны заместителя, образуется пре1шус$ст-еэнно анти-изомэр (IS*",3S -XXIa) (переходное состояние А). Еоль-^ шая длина связи С-Э в триметилгермилъном производном штиленциклопропана (VI ПО) приводит к уменьшений пространственных препятствий и увеличению количества сик-изошра. б смеси (переходное состояние Б). В случае триютилзт&ннилького производного (VII¡в) преимущественное образование более пространственно-затрудненного адн-изомера (1R ,3?f-XXIe) , вероятно, обусловлено дополнительной ¡юординацией атомов хлора и олова, которая ьозшжна только в перз-

Э - Si (А/Б » 2:1) Э - бе (А/Б - 1:1) Э - Sn (А/Б - 1:3)

Тенденция к ослаблений стеричэского контроля реакции с увеличением длины связи С-К отчетливо прослек-шаэтся и в ряду Н-цшсло-С,Н;, 51, 6о (для 4,4-дихлор-1-ци}глопропилспироСг.3]гексан-5-она (XIII) соотношение анти-/син- равно 9:1).

Наличие при двойной связи метиленциклопропанов (УШг.д) двух сильных донорных групп определяет развитие катионоидного центра на связанном с ними атоме углерода (см. рис.Б), и образуются кгтсло'Ш-

ходном состоянии Б. Рис. 4

- 15 -

тедъно 5,5-Д1гхлооопироС2.3]гекоан-4-оны (XXIПа,б).

Рис. 5

X-

cct^ ^

jf\ У 3 - Si (А/Б - 10:1) СО Э - Sn (Л/Б - 2:1)

Н

А Б

Стереохимическая картина присоединения дихдоркетена к алкенам (УШг.д)' принципиально сохраняется. Однако, как мы и предполагали, в более пространственно-затрудненном олефине (VIНг) стери-ческие препятствия подходу дихлоркетена , создаваемые объемным триметилсилильным заместителем в переходнем состоянии Б, сказываются значительно сильнее, чем в метиленциклопропане (Vila). Этим объясняется очень высокая стереоселективность реакции, в результате которой присоединение дихлоркетена происходит, главным образом, со стороны , противоположной триыетилсилильной группе (переходное состояние А). При этом образуется более пространственно-затрудненный син-изомер (lS*,3S*-XXIIIa).

Уменьшение пространственных препятствий подходу дихлоркетеча со сторона триметилстаннилыюго заместители, связанное с большей длиной связи C-Sn, приводит к существенному возрастанию дож ан-ти-изомера (1R ,3Se-XXIII6). Однако и в этом случае преобладает син-изомер (^.Зз'-ХХШб).

Таким образом, соотношение стереоизоморов в аддуктах дихлоркетена и элементзамещенных метиленцнкдопропаноп определяется пространственны;® препятствиям, создаваем?«« заместителями в переходном состоянии.

Некоторые примеры синтетического применения дихлорспиро-С 2.3] гексанонов.

Являясь высоконапрядакныш и достаточно лабильными структурами, дихлорспироС2.3] гексаноны могут широко использоваться з органическом синтезе для получения труднодоступных иными путями различных классов соединений . Так например известно, что в дихлор-цнклоОутаноках четырехуглеродный цикл размыкается под действием основных реагентов. При зтем, в зависимости от пространственных эффектов заместителей и природы основания образуются

либо различные производные дихлорбутановых кислот, либо гидрокси-лагстоны. Возможно такжэ образование продуртов замешэния обоих-атомов хлора нуклеофилом. Получение (2,2-дихлэрвинил)циклопропанкар-боновой кислоты или ее эфира при реакции аддукта (XI) с гидрокси-дом калил или метилатом натрия уда обсуждалось вьпие.

Кроме того, нами было обнаружено, что соединение (XI) при продолжительном стоянии (2 месяца при О® С) частично перегруппировывается в 2-(г-бромэтил)-4,4-дихлорцикдобут-2-енон (ХХ1Уа).

Очевидно, что это превращение происходит в условиях кислотного катализа. Поэтому было изучено поведение бромида (XI) в кислых средах. Однако ки в присутствии ионно-обменной смолы КУ-2 в мягких условиях, ни при обработке раствором концентрированной серкой кислоты в эфире при комнаткой температуре перегруппировки не наблюдалось. Оказалось, что в присутствии хлористого алюминия в четы-реххлористом углероде соединение (XI) перегруппировывается , и в течение 1 ч образуется смесь циклобутенонов (ХХ1Уа) к (ХХ1У6), которые были выделены колоночной хроматографией с выходами 50% и 317. соответственно.

а^Р

си

Вт

А1С13 ссе*

»к,

с,

и,

•ег __ *а

ШУа х XIV г

Изучая возможность селективного получения галогенциклобутено-ноь, мы обнаружили, что ,на направление перегруппировки и структуру продуктов реакции оказывает влияние природа как кислоты Льюиса, •так и растворителя. Оказалось, что в присутствии бромида цинка в четыреххлористом углероде аддукт (XI) был выделен из реакционной смеси без изменений. Бромистый алюминий вызывал. перегруппировку соединения (XI), причем структура продукта реакщш зависела от растворителя. При использовании бромида алюминия в сероуглерода перегруппировка шла селектийно и сопровождалась замещением атомов хлора бромом. Еыделэнное соединение представляло собой 2-((Е-брсмэ-тил) -4,4-ди0ромцикло0ут-2-енон (XXV).

пЬгЪ>

XXV

Вг

При замена сероуглерода на диэтиловый зфир перегруппировка протекала иначе, причем существенно медленнее, чем в предыдущем случае. Кроме того, полная конверсия исходного вещества наблюдалась лишь при использовании десятикратного избытка бромистого алюминия.

ГТ лебг.

г

XXV

£1

ОН

XXVI

В результате реакции с выходом 68Х был получен 4,4-дихлор-2-(2-этоксиэтил)бут-2-енон (XXVI), а трибромид (XXV) был выделен лишь в следовых количествах (7%).

Объяснить результаты этих перегруппировок можно в рамках представлений о тесных, и сольватно-разделенных ионных парах. Известно, что реакции алкилгалогенидов, катализируемые кислотами Льг-иса, протекают через ионные пары ). При координации

кислоты ЛЬшса с атомом брома аддукт (XI) в неполярных растворителях (четыреххлористый углерод, сероуглерод) образует, по всей вероятности, "тесную" ионную пару (XXVII). После размыкания трехуг-леродного цикла происходит преимущественный захват более подвижного атома 'брома . Тем не менее хлорид (XXI'/6) образуется в значительных количествах. Это может происходить как за счет большего количества атомов хлора в противоионе интермедиата (XXVIII), так п

с ЬМ

а^уО

ШИ

_сг®дгвт

XXVI«

+

г

се

ХШа

А

XXV/ 0Е1

\ /а

/ \ сг_сг

о

- 18 - •

благодаря возможности протекания реакции через 6-' звенное пе- . реходное состояние (XXIX). Однако фага преобладания бромида (ХХ1Уа) свидетельствует о том, что более вероятным является мея-ыолекулярный механизм этой перегруппировки.

В более полярном диэтилоьом эфире . образуется, по-видимому, сольватирозанная ионная пара (XXX), в которой после перегруппировки спироциклопропанового фрагмента реакция завершается атакой молекулы растворителя. Тот факт, что в этих условиях не происходит замены атомов хлора в оСгпологкении к карбонильной группе на бром,' можно объяснить слиянием активности бромистого алюминия из-за сольватации молекулами зфира.

Еыхе мы уме обсуждали образование структуры циклобутенока в результате перегруппировки промежуточно образующегося высоконапря-иенного дихлорспироС 2.3] гекс&кона (XVII). Мы полагаем, что размыкание трехугле родного цикла в дихлорспироС 2.33 гексаконах под действием кислот Льюиса является общим свойством зтой напряженной системы и происходит при возникновении злектроннодефицитного центра в соседнем со спироциклопропановым фрагментом положении молекулы.

Циклопропилметил-гомоадлильиая перегруппировка е ряду дихлорспироС 2.33 гексанонов обнаружена впервые. Найденное превращение к'оют служить хороом препарзтивным методом получения циклобутено-ков с функциональными заместителями в боковой цепи.

ЕЫЮДЫ

1. Взаимодействие метиленцгсскопропансв с дихлоркатеиом является удобным препаративным методом синтеза труднодоступных иными путями дихлорспироС 2.33 гексаноков,

2. Реакция дихлоркетена с незамещенным »гетиленциклопропаном приводит к образовании емеск 4,4-дихлорспироС 2. ЗЗгексан-5-она л 5, Б-дихлорспкроС 2. ЗЗгексан-4-оиа в соотноси нии 5:1.

3. Присоединение дихлоркетена к замещенным при двойной связи мэтиленциклопропанам происходит регкоспецифично с образованием 5, Е-дихлорспироС 2.33 гекеан-4-онов; исключение составляет (триме-тилсилилметилен) циклопропан, образующей смесь региоизомерос в соотношении 1:2,5.

- 19 - I

4. Fe акция дихлоркетена с 2-циклопропидмэтиленциклопропаном протекает региоспецифично с образованием 4,4-дихлор-1-цкклопро-пилспироС2.31гексан-6-она, причем с высокой стереоселективностъю образуется наименее пространственно-затрудненный анти-изомер.

5. На примере 2-метоксикарбонилметилэнциклопропана показано, что наличие в грехуглеродном цикле сильной электроноакцепторной группы не сказывается на реакционной способности двойной связи, но нарушает региоспецифичность реакции с дихлоркет&ном, приводя к образовании смеси соответствующих дихлорспироС2. ЗЗгексан-5- и -4-онов в соотношении 2:1.

6. Присоединение дихлоркетена к элементоорганическим производным метиленциклопропанз идет региоспецифично с образованием 4,4-дихлорспироС2.3] гексан-5-онов. Стереохимия присоединения зависит от природы эленентоорганического заместителя, причем соотношение син- и' енти-изомеров меняется при переходе oi Si к й и Sn (1:2, 1:1, 3:1 соответственно).

7. Бзяшадействио дихлоркктепа с кремгай- и оловоорганически-ми производными (дицкслопрошшятилен) циклопропана приводит к образованию исключительно 5,5-дихлорстгроС2. ЗЗгексан-4-опов, причем з случае тримотилсилильного заместителя стерооселективность очень высока.(соотношение син- и анти-аддуктоа 10:1).

8. Впервые показана еозмояность цинлопропилметил-гомоаллиль-кой перегруппировки в дихлорспироС2.3)гексановах в присутствии кислот Льюиса; в результате образуются функциональные производные галогенцкклобутеконов.

9. Региохимические особенности присоединения дихлоркетена к метиленциклопропанам позволяют сделать вывод о существовании в переходном состоянии частичного разделения зарядов.

■ 10. Стереохимические закономерности реакции дихлоркетена с метиленциклопропанами указывают на то, что структура дихлорспироС 2. 3]гексанона определяется стерическими препятствиями, создаваемыми заместителями в переходном состоянии.

Основные полодания работы изложены в следующих публикациях:

1. Н. к. Донская, _ А. Г. Бессмертных, М. ¡0. Кисина, Б. А. Луковский, ¡0. С. Шзбаров. Присоединение дихлоркетена к замещенным метиленциклопропанам. // Тезисы докладов на V Московской конференции по органической химии и технологии. Москва. 1S89. С, 15

- го -

2. А. Г. Бессмертных, С. В. Волкович, Е А. Донская, it ¡0. Кисина, Б. Л. Досовский. О присоединении дихлоркет,рна к метиленциклопропа-ну.// ЮрХ, 1991, Т. 27, N 6, С. 1206-1209

à. H L Донская, А, Г. Бессмертных, Ю. Кисина, Б. А. ЛукоЕский, М. А. Рябова. Пространственно-экранированные галогакоцикдобутанОны. VOL Присоединение дихлоркетена к еамещеннш при двойной свпги мо-тиленциклопропанам.// ШрХ, 1991, Т. 27, M 12, С. 2528-2533

4. N. A. Donskaya, В. A. Lukovskli. Synthesis, structure and facile rearrangement of a (broirorrethylene)cyolopropane-dichloroke-tene adduct.// fândeleev Commun. 1891, N 4, P. 127- 128

Б. А. Г. Бессмертных, Ю. К. Гришин, .Н. А. Донская, R Е. Карпов, М. Ю. Кисина., 3. А. Луковский, А. В. Полонский. Пространственно-экранированные галогенциклобутаноны. 1X1' 2-Замещенные кэтиленциклопропаны в реакции с дихлоркетеном. // ЯОрХ, 1993, т. 29, К 1, С.112-119.

6. А. Г. Бессмертных, Н. А. Донская, Л.ЕКисин, НЮ. Кисина, Б. А. Луковский, А. В. ПЬлонский, IL IL Белецкая. Пространственно-экранированные галогенциклобутаноиы. X. Синтез элэментзамзщенных спи-PQf 2.31 гексаноков. // КОрХ, 18S3. т. 29, N:l, 0.120-126.

7. К. А. Донская, Б.А. Досовский. Пространстванно-экранированныз галогенциклобутаноны, XI. С 2т2] Цишюприсоодикекие дихлоркетена к ( бромметилон) циклопропану и некоторые превращения аддукта. // ЮрХ, 1052, г. 23, N 11, С. 2239-2243.

с