С-фосфорилированные пирролиноны и пиридазоны. Синтез, структура и квантово-химические расчеты тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Р Г Б Ом

2 7 ОКТ №« На правах рукописи

ПРОСВИРКМН АЛЕКСАНДР ВЕНИАМИНОВИЧ

С-ФОСФОРИЛИРОВАННЫЕ ПИРРОЛИНОНЫ И ПИРИДАЗОНЫ. СИНТЕЗ, СТРУКТУРА И КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ.

02.00.03-органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Казань-1998

Работа выполнена в научно-исследовательском химическом институте им. А.М. Бутлерова при Казанском государственном университете.

Научные руководители: зав. лаб. ЭОС, д.х.н. Полежаева H.A.

д.х.н., профессор Чмутова Г.А.

Официальные оппоненты: д.х.н., профессор Ишмаева Э.А.

д.х.н., профессор Красильникова Е.А.

Ведущая организация: институт органической и физической

химии им. Арбузова А.Е. КНЦ РАН

Защита состоится « f/. » 1998 г. в /9 ч. на засе-

дании диссертационного совета К 053.29.02 по химическим наукам Казанского государственного университета по адресу: ул. Кремлевская 18, КГУ, Бутлеровская аудитория.

С диссертацией можно ознакомится в научной библиотеке

КГУ.

Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 420008 г. Казань, ул. Кремлевская 18, КГУ, научная часть.

Автореферат разослан « » ОГ^хЗ^лЛ 1998 г.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета, • - ,

K.X.H. ^ I'^fleCj Н.Р. Федотова

d

Общая характеристика работы

Актуальность. Химия полифункционально-замещенных ге-тероцик-лических соединений относится к интенсивноразвиваю-щейся области органической и элементоорганической химии. Эти соединения являются благоприятными объектами для решения таких фундаментальных теоретических проблем, как электронные взаимодействия с участием гетероатомов и функциональных групп, стереохимия, участие в реакциях различных реакционных центров, и демонстрируя тем самым огромные синтетические возможности.

К таким полифункциональным гетероциклам относятся 3,4-дихлорпирролиноны, 4,5-дихлорпиридазонь1 и их производные. Входящие в их состав еноновые фрагменты с атомами галоида у двойной связи, представляют собой перспективные синтоны для получения полифункциональных фосфорорганических соединений. Однако, до наших исследований в литературе не было изучено взаимодействие упомянутых азотсодержащих соединений с фосфорорганическими соединениями и не было никаких данных о С-фосфорилированных производных этих гетероциклов.

В связи с вышесказанным изучение реакционной способности 3,4-дихлорпирролинонов и 4,5-дихлорпиридазонов по отношению к Р-нуклеофилам представляет интерес для решения практических и экспериментально-теоретических проблем органической и элементоорганической химии, т.к. связано с вопросами реакционной способности полифункциональных соединений и в перспективе позволит целенаправленно подходить к синтезу желаемых соединений.

Цель работы:

1. Изучение реакционной способности 3,4-дихлорпирролинона и 4,5-дихлорпиридазона в реакциях с производными фосфора;

2. Применение квантово-химических расчетов для определения активных центров в названных гетероциклических соединениях по отношению к Р-нуклеофилам, установление наиболее вероятных путей реагирования и строения образующихся продуктов;

3. Разработка новых эффективных методов синтеза полифункциональных С-фосфорилированных гетероциклов.

Научная новизна и практическая значимость:

Впервые проведено систематическое изучение реакций 3,4-дихлорпирролин-2-онов с Р-нуклеофилами.

Экспериментально показано и с помощью квантово-химических расчетов объяснено различие в реакционной способности названных Ы-содержащих гетероциклов и их О-содержащих аналогов по отношению к Р-нуклеофилам.

Разработаны методы синтеза первых представителей С-фосфорилированных пиридазин-3-онов: дифосфинов, илидов,

moho- и дифосфониевых солей. Предложен новый подход к синтезу первого С-фосфорилированного пирролин-2-она.

Направление реакций, вероятность образования тех или иных продуктов рассмотрены с позиций квантовой химии.

Практическая значимость работы заключается в разработке методов синтеза первых С-фосфорилированных N-гетероциклов, которые могут быть интересными синтонами в синтезе новых органических и фосфорорганических соединений. Есть основания полагать, что фосфорилированные гетероциклические соединения будут сочетать в себе полезные качества (различные виды биологической активности, свойства комплек-сообразователей, антиоксидантов и др.) обоих классов соединений.

Апробация работы: Основные результаты работы обсуждались и докладывались на XI Международной конференции по химии фосфорных соединений (г. Казань 1996 г.), на итоговой конференции КГУ (1998 г.) и на Российской конференции в Санкт-Петербурге (1998 г.).

Публикации. По материалам работы опубликованы 3 статьи и тезисы 3 докладов, одна статья находится в печати.

Структура работы. Диссертация изложена на_страницах,

содержит_таблиц и библиографию, включающую_ссылок.

Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Первая глава посвящена химии пирролинонов и пири-дазонов. Во второй главе представлены результаты собственных исследований и их обсуждение. Экспериментальная часть представлена в третьей главе.

Работа входит в планы НИР НИХИ им. А.М.Бутлерова per. N 01960006868.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Ранее в нашей лаборатории были разработаны методы синтеза фосфорилированных функционально-замещенных фу-ранонов I.

О

II

О

Последние легко фосфорилируются триалкилфосфитами, солями дитиофосфорных кислот, трифенилфофином, причем фосфорный заместитель вступает в ß-положение к карбонильной группе. Для получения С-фосфорилированных пирролинонов и пиридазонов мы изучили аналогичные реакции гетероциклических соединений II и III с рядом фосфорилирующих агентов, но все наши попытки окончились неудачей:

О

сц^-А

1 NH

irXHR'

NPh

P(OR)3 PPh3

R=Me, Et, i-Pr R-Me, Et, i-Pr

NaSP(OR)2

С

Для объяснения существенных различий в химическом поведении кислород- и азотсодержащих гетероциклов (фуранонов, с одной стороны, и пиридазинонов и пирролинонов, с другой) по отношению к Р-нуклеофилам мы провели квантово-химические расчеты структуры этих соединений полуэмпирическими методами ММБО и РМЗ с полной оптимизацией геометрии.

Было выявлено, что для гетероциклов 1-Ш фрагмент имеет достаточно постоянную геометрию:

о

II

с&

С1"

'сьV

Анализ электронной структуры изучаемых гетероциклов позволил выявить, что эффективные заряды на обоих атомах углерода этиленового фрагмента во всех соединениях пренебрежимо малы, так что они не могут быть активными электрофильными центрами в реакциях с зарядовым контролем реакционной способности. Достаточно хорошо выраженный и примерно одинаковый положительный заряд несет во всех случаях атом углерода карбонильной группы.

Все используемые нами Р-нуклеофилы являются мягкими, поэтому следовало ожидать орбитального контроля реакционной способности во всех исследованных случаях с О- и Г>!-гетероциклами. Тогда причины отличий в реакционной способности исследуемых О-и 1\Г- гетероциклов следовало искать в различиях энергии низшей свободной молекулярной орбитали (НСМО) и вкладах в нее от раз-

личных атомов гетероцикла. Как и следовало ожидать, Г<Т- содержащие гетероциклы (пирролиноны и пиридазоны) обладают заметно более высоко расположенной и, следовательно, менее восприимчивой к нуклеофильной атаке НСМО, чем О- содержащий гетероцикл (фу-ранон).

Таблица 1

Энтальпии образования (ДН{°), энергии нижних свободных молекулярных орбиталей (Енсм0) и вклады в них от р2-атомных орбиталей кольцевых атомов углерода, эффективные заряды на атомах

рассчитанные методом ]УШРО для соединений.

Соед. № АН,0, ккал моль ^НСМО эв АО-р7 ввдад в НСМО qj на атомах

С1 са Ср С1 са С,

о к ° С1 н' ОН 116.6 -1.32 -0.26 -0.59 +0.67 +0.376 -0.06 -0.02 +0.311

N \;н -74.3 -1.02 -0.27 -0.55 +0.67 +0.387 -0.04 -0.02 +0.31!

о а ^.^с, |] 'мн п н^-оси. -69.0 -1.00 -0.28 -0.59 +0.65 +0.371 -0.04 -0.02 +0.32:

о С1 н'С~ОСрЬ О -76.8 -1.11 -0.26 -0.59 +0.65 +0.387 -0.04 -0.01 +0.35:

Зб" -27.8 -1.34 -0.14 +0.58 +0.60 +0.375 -0.06 +0.06

Вклады в НСМО от атомов углерода этиленового фрагмента весьма существенны и у Ср-несколько больше, чем у Са-атомов. Поэтому преимущественное р-фосфорилирование в случае фуранонов вполне объяснимо.

1. Синтез первого С-сЬосфорилированного пирролинона

Так как прямое фосфорилирование пирролинонов не удалось, для получения желаемых продуктов С-фосфорилирования нами был использован новый синтетический подход. Он состоял в использовании в качестве исходных реагентов фосфорилированных фуранонов и аминов, т.е. первоначальном введении Р-содержащих заместителей в фураноновый цикл с последующим превращением последнего в пирролиноновый. Мы варьировали заместители в 5-положении р-фосфоршгарованного фуранона, использованные амины, количественные соотношения реагентов и условия реакции (растворители, температуру и т.д.) В результате проведенных исследований нами были подобраны реагенты и условия проведения опыта, в результате которого был синтезирован первый

С-фосфорилированный пирролин-2-он (IV). Он получен взаимодействием 3,5-дихлор-4-диметоксифосфорил-2(5Н)фуранона с бензи-ламином в соотношении 1:5. Реакция легко протекает в мягких условиях в растворе ацетонитрила:

О

Х^гнп

+ 5

NtljCHjPh -

(С11зО)2Р- ~СНС1 О

PhCH2NH .Nnc„2ph

phchjnh

(CHjO)2P СН=0 О

(CHjO)2P

к IV

Полученный Ы-бензил-3-бензиламино-4-диметоксифосфорил-5-гидрокси-пирролин-2-он (IV) представляет собой кристаллы с Тпл = 137-140 °С, 8р31 15.5 м.д. В ИК-спектре присутствуют полосы поглощения пирролинонового цикла - 1700, 1640 см-1 (С=0, С=С), гидроксильной и аминогруппы 3260-3320 см"1 (NH, ОН). Строение пирролин-2-она IV подтверждено данными ЯМР ^-спектра в DMSO и CDClg.

Процесс, по-видимому, протекает через раскрытие лактонного цикла с последующей рециклизацией интермедиата в пирролин-2-оновый цикл. Одновременно происходит замещение атома хлора в а-положении к карбонильной группе. Бензиламин расходуется также на связывание выделяющегося HCl.

Таким образом, нами найден новый перспективный подход к синтезу полифункциональных фосфорилированных пирролин-2-онов. Последние могут представлять интерес в связи с их возможной биологической активностью.

2. Фосфорнлирование 21У-Фещ1л-4.5-дихлопгшидазщ1-3-она тг>и-

бутилфосфгшом

Как упоминалось выше, прямое фосфорнлирование пирида-зинона III с помощью триалкилфосфитов, трифенилфосфина и солей дитиофосфорной кислоты не увенчалось успехом. Однако, более низко расположенная НСМО пиридазинонв в сравнении с пир-ролинонами позволяла надеяться на получение продуктов фосфо-рилирования в условиях орбитального контроля реакционной способности при использовании более активных Р-нуклеофилов, чем упомянутые выше. Таким активным фосфорилирующим агентом для 2-М-фенил-4,5-дихлор-пиридазин-3-она оказался трибутил-фосфин. При кипячении реакционной смеси III с Ви3Р в растворе бензола реакция не проходит. Однако реакция протекает при на-

гревании эквимолыгой смеси III и Ви3Р в растворе бензола в запаянной ампуле при t=140°C в течение 7 часов. После частичной отгонки растворителя при стоянии выпадает белый осадок, который после перекристаллизации имеет ТПЛ=118-120°С, 831р +31 м.д. Необычным оказался ИК-спектр полученного соединения, в котором кроме полос, характеризующих пиридазоновую структуру: 1740 см"1 (л/С=0), 1640, 1607, 1594 см"1 (\'С=С, VC=N), обращает на себя внимание довольно широкая интенсивная полоса в области 20002100 см"1 и очень широкая, размытая слабая полоса в области ЗЮО-ЗбООсм"1. Проведение качественной реакции с помощью раствора нитрата серебра свидетельствовало о присутствии иона хлора. Все эти данные склоняли нас к выводу о возможном образовании фосфониевой соли V или илидов (VI или VII):

счАхи, С1ТЛм* clYJVhB-™ irnPV"

III ci V VI vn

(CH)2

CH3 Схема 1

Однако результаты элементного анализа и данные спектроскопии ЯМР и 13С не позволили приписать выделенному продукту ни одну из структур (V)-(VII). Точная информация была получена методом рентгеноструктурного анализа.

Рентгеноструктурный анализ показал, что продуктом реакции является трибутил(2-К-фенил-5-гидрокси-пиридазин-3-он)-4-фосфоний хлорид VIII (рис. 1).

О

(СВД

Рис. 1. Геометрия молекулы VIII.

Скорее всего реакция III с ВизР начинается с нуклеофилышй атаки одного, как это предусматривает схема 1, или обоих атомов углерода (С4 и С5) пиридазиноновой структуры с образованием дифосфониевой соли IX; последующее расщепление Р-С связи в р-положении по отношению к карбонилбной группе приводит к образованию монофосфониевой соли VIII, в соответствии со схемой 2:

Схема 2.

Таким образом, реакцией 2Ы-фенил-4,5-дихлорпиридазин-3-она с Ви3Р был получен первый С-фосфорилированный пиридазон трибутил(21^-фенил-5-гидрокси-3-оксопиридазинил-4)фосфоний хлорид, строение которого доказано методами рентгеноструктур-ного анализа, ЯМР 31Р, 1Н, 13С и ИК-спектроскопии. Вероятность такого пути реакции согласуется с результатами квантово-химических расчетов.

3. К вопросу об особенностях дегидрогалогенирования фосфоние-вых солей пол действием BuLi

В целях характеристики химических свойств полученной фосфониевой соли VIII мы изучили ее взаимодействие с бутилли-тием. Реакции фосфониевых солей с подобными основаниями изучены мало и протекают неоднозначно, так что заранее предсказать природу и строение продукта (продуктов) реакции было невозможно. Из общих соображений и немногочисленных данных наиболее вероятными казались два пути: нуклеофильное замещение у атома фосфора с образованием фосфорана X (путь А) или дегид-рогалогенирование с образованием фосфабетаинов Х1а, Х1в или фосфониевого илида XI6 (путь Б):

Путь А

в 0

сР

NPh

нсА>

+ BuLi -

О

^SAn!

NPh

НО'

lj i

дН^ = -71.67 ¿Hf = 11.73 дН, = -37.87

AüHf =-14.17ккал/моль

н LiCI дН? = -47.97

Путь Б

® ? ® ? ° ~ &

aHJ = -71.67 Л ' Х,а XI б XI Б ¿Hf = -11 73

aaHj =-51.70 ккал/моль

Нами при взаимодействии трибутил[2Ы-фенил-5-гидрокси-3-оксопиридазинил-4]фосфоний хлорида YIII с BuLi были выделены кристаллы с Тпл=108-109 °С. ЯМР 31Р-спектр продукта имел один сигнал -28 м.д. Такое значение 8р31 исключало структуру X.

О большей термодинамической выгодности протекания реакции по пути Б в сравнении с путем А свидетельствуют и полуэмпирические квантово-химические расчеты тепловых эффектов обеих реакций (-ААН°{), выполненные в рамках РМЗ метода. Как можно видеть из приведенных на схеме энтальпий образования продуктов и реагентов, тепловой эффект реакции Б, приводящий к фосфониевому илиду XI6 или фосфабетаину Х1а, составляет 51,70 ккал/моль, тогда как для реакции А (образование фосфорана X) он составляет лишь 14,17 ккал/моль. Энтропийные эффекты для пути Б также более благоприятны.

Предпочтительность пути Б получила полное подтверждение, когда рентгеноструктурным анализом было показано, что продуктом реакции является 4-трибутилфосфоранилиден-2Ы-фенилпиридазин-3,5-дион XI6 (рис. 2).

СГ^1 ДН°. = -47.97

Рис. 2 Геометрия молекулы Х1б. В данной реакции имеет место дегидрогалогенирование фос-фониевой соли; образующийся фосфабетаин Х1а стабилизируется

за счет делокализации электронной плотности ff

(граничные структурыХ1а-Х1в). Существенную де- /р=с;с~ локализацию электронной плотности во фрагменте Ö

выявленную квантово-химическими расчетами, подтвердили и данные РСтА (значения длин связей, валентных углов и т.д.)

4. Эффективный способ получения бисфосфорилированного пи-ридазона с помощью PhgPLi В развитие исследований по фосфорилированию 4,5-д11хлорпиридазона нам представлялось целесообразным изучить взаимодействие 2-М-фенил-4,5-дихлорпиридазин-3-она III с дифе-нилфосфидом литием и дифенилфосфином.

Дифенилфосфид лития оказался удобным реагентом для фосфорилирования пиридазинона III. Реакция легко протекает при постепенном добавлении свежеприготовленного раствора Ph2PLi в

О О

III XII

растворе ТГФ при -78 °C к раствору пиридазинона III. Из реакционной смеси после отделения LiCl были выделены кристаллы 2-N-фенил-4,5-бис(дифенилфосфино)-пиридазин-3-она XII с Тпл=160 °С (перекр. из спирта), 5р31-13,2 м.д. (AB - квартет) 3Jpp - 162 Hz. В ИК-спектре полоса поглощения vc=0 группы проявляется в области 1665 см-1, в масс-спектре присутствует пик иона с массой m/z 541.

Реакция пиридазинона III с дифенилфосфином проводилась при нагревании в запаянной ампуле (t=140 °С) в течение 7 суток. Из реакционной смеси было выделено белое кристаллическое вещество с Тпл=196 °С и 5р31+31 м.д., которое оказалось дифенил-фосфоновой кислотой Ph2P(0)0H. Других Р-содержащих продуктов обнаружено не было, т.е. дифенилфосфин оказался неактивным в качестве фосфорилирующего реагента.

Различия в реакционной способности Ph2PLi и Ph2PH в реакции с пиридазиноном III логично объясняются результатами расчета электронной структуры реагентов в рамках полуэмпирического квантово-химического метода расчета РМЗ с полной оптимизацией геометрии. Анализ расчетных данных в соответствии с химическим опытом свидетельствует о том, что дифенилфосфид лития является значительно более сильным нуклеофилом, чем дифенилфосфин. Заметный отрицательный заряд на атоме фосфора и одновременно определящий вклад р2-атомной орбитали фосфора в высоко расположенную ВЗМО дифениллитийфосфина позволяет этому атому быть активным нуклеофильным центром и в реакции с зарядовым, и в реакции с орбитальным контролем реакционной

способности. В дифенилфосфине атом фосфора несет эффективный положительный заряд, ВЗМО этого соединения лежит заметно глубже и вклад в нее от атома фосфора заметно меньше, чем в случае с РЬ2РЫ. Нуклеофильная активность дифенилфосфина лития в силу этого существенно понижена.

Таким образом, при изучении взаимодействия РЬ2РЬ1 с 2-1\Г-фенил-4,5-дихлорпиридазин-3-оном получен дифосфорилированный пиридазинон: 2-Ы-фенил-4,5-бис(дифенилфосфино)пиридазин-3-он.

5. ФоссЬониевые соли на основе 4,5-бнс(дифенилфосфино)

пиридазона

Первая фосфониевая соль пиридазона XIII была получена нами взаимодействием Ви3Р с 4,5-дихлорпиридазоном III. Естественно было ожидать, что новые фосфониевые соли пиридазин-3-она могут быть получены и другим путем - взаимодействием 4,5-бис(дифенилфосфино)пиридазин-3-она XII с галоидными алкила-ми. Мы исследовали взаимодействие дифосфинпиридазинона XII с этилиодидом, о-дибромбензолом и дихлорэтаном.

Взаимодействие 4,5-бис(дифенилфосфино)пиридазона XII с Е£1 проводилось путем нагревания бисфосфина XII с избытком Е1;1 (в растворе С2Н51) при ^бО °С в течение 10 часов. После удаления избытка ЕИ в вакууме выпал розовый осадок, Тпл=200 °С. Продукт плохо растворим в нейтральных растворителях. Попытка перекристаллизовать его из смеси гексан-СН3ОН привела к тому, что после нагревания выпадал черный осадок, который не удалось идентифицировать.

ЯМР- спектры продукта с Тпл=200 °С регистрировались в растворе СБ3СШ, для получения раствора смесь немного нагревалась, поэтому не исключено, что при этом имело место частичное разложение. В спектре ЯМР Р31 продукта, полученного взаимодействием дифосфина XII с Е11, наблюдалось 3 вида сигналов: два дублета равной интенсивности с 8=34.3 м.д. и 32.8 м.д. с равной константой спин-спинового взаимодействия ^рр=9.5 Иг и синглеты с 5=+30.4 м.д. и -11 м.д. На основании этих данных мы предполагаем следующую схему взаимодействия:

■Уг-«* — Ч*^—

XII ¿Г XIII

XIV XV

Образующаяся вначале дифосфониевая соль XIII, которой соответствуют два дуплета с 5=34.3 м.д. и 32.8 м.д., •Мрр=9.5 Нг, частично разлагается (возможно при нагревании и воздействии влаги и кислорода воздуха) с образованием РЬ2РЕ1 (6р31=-11 м.д.) или РЬ2Р(0)Е1; и монофосфониевой соли XIV. Химические сдвиги соли XIV и РЬ2Р(0)Е1; находятся в одной области (5р31=+30.4 м.д.) Фос-фониевая соль XIV легко отщепляет Н1 и образует фосфабетаин XV. Окись дифенилэтилфосфина может образоваться и при разложении фосфабетаина XV. Аналогичное разложение фосфабетаи-на, полученного на основе трифенил(3-хлор-5-гидрокси-2(5Н)фуранонил)-4-фосфоний хлорида, с образованием РЬ3Р=0 наблюдалось ранее.

Превращения, наблюдаемые нами при взаимодействии бис-фосфина XII с Е11 аналогичны тем, которые имеют место при взаимодействии 4,5-дихлорпиридазона с Ви3Р. В обоих случаях первоначально имеет место образование 4,5-дифосфониевых солей XIII и IX, хотя соли получаются разными методами:

IX VIII

(2)

XII

104 -Ph2PEt ш.

XIII XIV

Ввиду того, что реакции (1 и 2) получения фосфониевых солей пи-ридазона проводились при различных условиях (реакция Ви3Р с 4,5-дихлорпиридазоном в более мягких условиях не идет), 4,5-бис-фосфониевую соль XIII оказалось возможным зафиксировать ЯМР 31Р- спектроскопией, а 4,5-бисфосфониевая соль IX в условиях реакции уже подверглась расщеплению по Р-С связи, находящейся в Р-положении к С=0 группе. Был выделен только один продукт -монофосфониевая соль VIII (строение доказано рентгено-структурным анализом).

Взаимодействие дифосфина XII с EtI проводилось в более мягких условиях, и нам удалось зафиксировать и 4,5-бис-фосфониевую соль пиридазона XIII, и продукты ее дальнейшего превращения.

Эти опыты свидетельствуют о том, что образование и дальнейшие превращения 4,5-дифосфониевой соли пиридазона носят общий характер независимо от условий получения (метод (1) и (2)), заместителей у атома фосфора и природы аниона (С1" и I").

Наибольший интерес представляло изучение взаимодействия дифосфина XII с а,ю-дигалоидоалканами с целью получения гетероциклических бис-фосфониевых солей. Гетероциклы с двумя фосфониевыми атомами в цикле получаются реакцией фосфинов с дигалогенидами. Большинство систем, полученных этим методом, представляет собой 1,4-дифосфонийциклогексаны.

Взаимодействие дифосфина XII с о-дибромбензолом проводилось в растворе ТГФ нагреванием при 40 °С в течение двух часов. При охлаждении выпал осадок желтого цвета, в ЯМР Р31-спектре которого имеются два дублета равной интенсивности 5=32.1 м.д. и 31 м.д., 3Jpp=2 Hz. В ИК-спектре имеются сигналы vc=o 1650 см-1, vP=o 1180 см-1 и vQh 3400 см-1.

На основании этих данных и выявленных нами свойств 4,5-дифосфониевых солей пиридазона мы предлагаем следующую схему реакции:

Вг

+

Br Ph2

и

И4^

NPh N

XII

Ph@?hfio

NPh

Y*®!

Y NPh

kj

Ph2P НО

Ph Ph XVI

O

xvn

Образующаяся вначале циклическая бис-фосфониевая соль XVI разлагается по той же схеме, что и выше описанные 4,5-дифосфониевые соли, с расщеплением Р-С связи, находящейся в Р-положении к С=0 группе пиридазонового цикла. Была выделена монофосфониевая соль XVII. ЯМР (31Р и 1Н) и ИК-спектры соответствуют предложенной структуре.

Элементный анализ оказался мало информативным: сильно занижено % содержание углерода («5%). Вероятно это связано с присутствием в одной молекуле 5 фенильных групп. К сожалению, молекулярный пик соединения XVI не был получен при регистрации масс-спектра этого соединения. Аналогичная картина (отсутствие молекулярного пика) отмечалась ранее в литературе авторами, которые регистрировали масс-спектры циклических ди- и тетра-

фосфониевых солей и полученных на их основе фосфинов. В масс-спектре фосфониевой соли XVII присутствуют пики фрагментации, которые соответствуют преложенной структуре XVII.

Аналогичная картина масс-спектра наблюдалась нами для продукта реакции 4,5-дифосфинопиридазона с Et! Молекулярные пики продуктов XIII, XIV или XV отсутствовали. Имелись только пики фрагментации, в частности, m/z 540 (XII), 214 (Ph2PEt), 185 (Ph2P) и др. Это видимо связано с тем, что высокоплавкие соли при плавлении разлагаются. Разложение фосфониевых солей может происходить также под действием влаги и кислорода.

Далее мы изучили взаимодействие 2]М-фенил-4,5-бис-(дифенилфосфино)пиридазона XII с 1,2-дихлорэтаном. Здесь также следовало ожидать образования дифосфониевой соли XVIII и последующих ее превращений:

РЬ2Р мрь 50 "С СН2 С1СН2СН2С1-I

XII Р1'2 С? XVIII

Реакция проводилась нагреванием дифосфинпиридазона XII в избытке дихлорэтана при 40 °С в течение 5 часов. После удаления избытка дихлорэтана осталось масло, из которого получены кристаллы с Тпл=165-170 °С. В ЯМР-спектре 31Р этого продукта имеются два дублета с 8=+31.3 м.д. и +29 м.д. с 31рр=9.5 Нг. В ИК-спектре присутствует полоса ус=о 1670 см"1, что соответствует структуре дифосфониевой соли XVIII, которая в данных условиях не разлагается и не претерпевает никаких изменений.

Расчеты энтальпий образования ДН{ реагентов и продуктов (они приведены под соответствующими формулами в ккал/моль) позволили нам оценить тепловые эффекты реакций (1)-(3) (-ДДН^).

(1)

О

^V^NPh

рь ро + 2с2н51 '

XII f Et XIII

AHf= 197.75 AH°f=203.73

AAHi=2 ккал/моль

o p4©Fhe о

"-NPh f^VDr ^Y^'NANPH + чЛ-вг 4J\®bp!1^N

XII AH°£ =39.49

"" x\

ДН°г= 197.75 AH°f=212.8

phxv>

(3)

NPh .N

AAHf=-24.4 ккал/моль

©

O ® C1 o

cSsA

JO — сЦХ^'

.... AHf =23.31 рьГ ©

XII f ™2ci XVIII

AH°f= 197.75 Alíf =161.24

AAHf=-59.8 ккал/моль Наиболее выгодной с энергетической точки зрения является реакция (3) (АДН{=-59.8 ккал/моль), затем следует реакция (2) (ДДН{=-24.4 ккал/моль); реакция (1) имеет ЛАН{=2 ккал/моль, что позволяет предполагать равновесный характер реакции с EtI.

Экспериментальные данные хорошо согласуются с этими расчетами. Мы регистрировали масс-спектры продуктов всех трех реакций, но только в случае реакции XII+Etl в масс спектре фиксировался интенсивный пик исходного дифосфинапиридазона XII, что также свидетельствует в пользу равновесного характера реакции (1).

Наибольшая выгодность с энергетической точки зрения реакции XII с дихлорэтаном (реакция 3) согласуется с тем, что в изученных нами случаях была выделена только циклическая дифос-фониевая соль XVIII (без продуктов ее разложения или перегруппировки).

При попытке выделения и очистки первичных продуктов XIII и XVI из реакционных смесей они претерпевали разложение или перегруппировки.

Таким образом, приведенные исследования взаимодействия 4,5-бис(дифосфино)пиридазона XII с моно- и дигалоидалкилами показали, что независимо от природы галоидных алкилов первоначально происходит образование дифосфониевой соли, которая частично уже в ходе реакции или при разработке претерпевает превращения с разрывом одной Р-С связи (вероятно, находящейся в (3- положении к С=0 группе).

Основные результаты и выводы

1) Впервые систематически исследованы реакции 3,4-дихлорпирролин-2-онов и 4,5-дихлорпиридазин-З-онов с Р-нуклеофилами и получены первые С-фосфорилированные пир-ролиноны и пиридазоны.

2) Экспериментально показано и с помощью квантово-химических расчетов объяснено различие в реакционной способности пирро-линонов и их кислородных аналогов фуранонов по отношению к Р-нуклеофилам. Меньшая активность азотсодержащих гетеро-циклов по сравнению с кислородсодержащими связана с повышением энергии низшей свободной молекулярной орбитали в ряДУ фураноны<пиридазоны<пирролиноны.

3) Разработан новый подход к синтезу первого С-фосфорилированного пирролин-2-она на основе фосфорилиро-ванного фуранона действием на него бензиламина.

4) Выявлена неактивность 4,5-дихлорпиридазин-З-она по отношению к триалкилфосфитам, трифенилфосфину и Na-coлям ди-тиофосфорных кислот. Первый С-фосфорилированный пирида-зин-3-он получен с помощью Ви3Р как фосфорилирующего реагента, строение которого доказано методами рентгено-структурного анализа, ЯМР-, ИК- и масс-спектрами. Направление реакций, возможность образования промежуточных продуктов рассмотрены с позиций квантовой химии.

5) На основе реакции 4,5-дихлорпиридазин-З-она с РЬ2Р1Л предложен эффективный способ получения 4,5-дифосфорили-рованных пиридазинонов.

6) Взаимодействие 21^-фенил-4,5-бис(дифеш1лфосфино)пирида-зин-3-она с галоидными алкилами приводит к образованию бис-фосфониевых солей, которые претерпевают дальнейшие превращения в зависимости от природы галоидного алкила.

7) При взаимодействии трибутил[2К[-фенил-5-гидрокси-3-оксопири-дазинил-4]фосфоний хлорида с Ви1л имеет место дегидрогалогени-рование фосфониевой соли, образующийся фосфабетаин стабилизируется за счет делокализации электронной плотности.

8) В результате проведенной синтетической работы и квантово-химических расчетов показана возможность использования 3,4-дихлорпирролин-2-онов (квантовая химия для пиррлинонов в явном виде ничего не дала) и 4,5-дихлорпиридазин-З-онов для синтеза полифункциональных С-фосфорилированных гетероциклических соединений. Разработаны методы синтеза первых представителей этого труднодоступного класса соединений.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Полежаева Н.А., Сахибуллина В.Г., Костюнина Т.Г., Просвиркин

A.В., Тырышкин Н.И., Чмутова Г.А. Синтез первого С-фосфорилированного пирролинона. Квантово-химические расчеты структуры пирролинонов.// ЖОХ.-19 96.-Т. 9 6.-N7.-C.ll 341136.

2. Полежаева Н.А., Просвиркин А.В., Тырышкин Н.И., Сахибуллина

B.Г., Литвинов И.А., Губайдуллин А.Т., Наумов В.А., Чмутова Г.А. Фосфорилирование 21М-фенил-4,5-дихлорпиридазона трибутил-фосфином. Рентгеноструктурное, спектроскопическое и квантово-химическое исследование.// ЖОХ.-1997.-Т.67.-Ж.-С.938-943.

3. Тырышкин Н.И., Полежаева Н.А., Просвиркин А.В., Сахибуллина В.Г., Чмутова Г.А. Эффективный способ получения С-фосфорилированного пиридазинона с помощью Ph2PLi. Синтез и квантово-химические расчеты.// ЖОХ.-1997.-Т.67.-ШО.-С.1651-1653.

4. Н.А.Полежаева, А.В.Просвиркин, В.Г.Сахибуллина, И.А.Литвинов,

A.Т.Губайдуллин, В.А.Наумов, Г.А.Чмутова. К вопросу об особенностях дегидрогалогенирования фосфониевых солей под действием BuLi. Синтез, рентгеноструктурное и квантово-химическое исследование нового устойчивого илида.// ЖОХ.- в печати.

5. Prosvirkin А.V., Tyryshkin N.A., Sakhibullina V.G., Polezhaeva N.A. Novel synthetic aspects in phosphorilation of functionale substituted heterocyclis.// Abs. of XI International Conference on Chemistry of Phosphorus Compounds (ICCPC-XI), Kazan.-1996.-P.127.

6. Просвиркин A.B., Полежаева H.A., Чмутова Г.А., Сахибуллина

B.Г. Синтез первых С-фосфорилированных пирролинонов и пи-ридазонов. Квантово-химическая интерпретация реакций.// Тез. док. по химии и применению фосфор-, сера- и кремнийорганиче-ских соединений.- «Петербурские встречи».-! 998.-С.276.