Синтез 6-метилсульфонилзамещенных производных бицикло[3.1.1]гептана и их превращения в условиях реакции Рамберга-Беклунда тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

т—оз-

? 4 НОЯ г;7

На правах рукописи РОМАНОВА Элла Викторовна

СИНТЕЗ 6-МЕТИЛСУЛЬФОНИЛЗАМЕЩЕННЫХ ПРОИЗВОДНЫХ БИЦИКЛО[3.1.1]ГЕПТАНА И ИХ ПРЕВРАЩЕНИЯ В УСЛОВИЯХ РЕАКЦИИ РАМБЕРГА - БЕКЛУНДА

02,00.03 - органическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена на кафедре органической химии Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева

Научные руководители:

доктор химических наук, профессор Танасейчук Б.С. кандидат химических наук, доцент Васин В.А.

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Берестовицкая В.М. кандидат химических наук, доцент Кузнецова Л.М.

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный

технологический институт (Технический университет)

Защита диссертации состоится " декабря 1997 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 063.57.03 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора химических наук в Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 199004, Санкт-Петербург, Средний пр., д. 41/43.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке имени А.М. Горького Санкт-Петербургского государственного университета.

Автореферат разослан ноября 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ю.П. Арцыбашева

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Среди функциональных производных углеводородов сульфоны занимают важное место в качестве веществ, обладающих высокой реакционной способностью. Алифатические сульфоны широко используются в органическом синтезе. Одним из примеров такого применения является реакция Рамберга - Беклунда, представляющая удобный метод получения алкенов в трехстадийном процессе: 1) а-галогенирование сульфона; 2) 1,3-дегидрогалогенирование а-га-логенсульфоиа с образованием эписульфона; 3) десулъфонирование эписульфона. Синтетическую значимость, представляют также и некоторые другие реакции с участием карбанионов, стабилизированных сульфо-группой.

Сульфонильные производные циклобутанового ряда относятся к малодоступным и малоизученным соединениям. Разработка методов синтеза таких сульфонов является актуальной задачей в свете получения веществ, позволяющих осуществлять многочисленные и разнообразные превращешм, ведущие к созданию других соединений, содержащих напряженный циклобутановьш фрагмент.

Целью работы являлись разработка методов синтеза своеобразных производных циклобутилсульфона - 6-метилсульфо1шлбшдакло[3.1Л]-гептанов - на основе реакций радикального присоединения к соединениям трищжло[4.1.0.02'7]гептанового ряда и исследование превраще-шш этих соединений в присутствии оснований и нуклеофилов, в том числе и в условиях реакции Рамберга - Беклунда.

Научная новизна. Впервые осуществлено прямое сульфонирование соединений трицикло[4.1.0.02>7]гептанового ряда в гемолитических реакциях с производными метансульфокислоты. Показана возможность функционализации бицикло[3.1.1]гептанов с использованием в качестве синтонов б-метилсульфошгазамещенных бицикло[3.1.1]-гептанов. Систематически изучены стереохимические и препаративные аспекты реакции Рамберга - Беклунда в ряду 6-галоген-мешлсульфо1шлзамещенных бицикло[3.1.1]гептанов, ведущей к получению 6-метиленбицикло[3.1.1]гептанов, а также модифицированный вариант этой реакции. Обнаружена необычная гетероциклизация ад-дуктов 1-фешштрищ1кло[4.1.0.02'7]гептана с бромангидридами гало-генметансульфокислот в присутствии гидроксида натрия, приводящая к ранее неизвестной системе 3-окса-5-тиатршцш1о[4.4.0.02 7]декан-8,8-даоксида.

Практическая цешюсть. Разработаны методы синтеза неизвестных ранее 1-галогенметил- и 1-метилсульфо1щлтр1ЩШШо[4.1.0.02-7]гепта-нов, а также 6-метилсульфошга-, б-галогенмепшсульфоннл-, 6-мети-лен- и 6-дихлорметилензамещснных производных бицикло[3.1.^гептана. Получено и описано около 60 новых соединений; результат!,г их структурных исследований, проведенных с применением методов ЯМР

!Н и 13С спектроскопии и РСА могут быть полезны при идентификации родственных структур.

Положения, выносимые на защиту:

1. Регио- и стереохимия гемолитического сульфонирования и тиили-рования 1-монозамещенных трицикло[4.1.0.02-7]гептанов с участием производных метансульфокислоты и метантиола.

2. Стереохимический контроль реакций 1,3-дегидрогалогсниропания 7-галоген-6-метилсульфонилбицикло[ЗЛ.1]гептанов при получении 1 -метилсульфонилтрицшсло[4.1.0.02'7]гептанов.

3. Синтетические возможности использования метил-, галогенметил-сульфонилзамещенных бицикло[3.1.1]- и трицикло[4.1.0.02-7]гептанов при получении соединений с остовом бицикло[3.1.1]гепгана.

4. Результаты и механизм гетероциклизации аддуктов 1-фенилтрицик-ло[4.1.0.02Т]гептана с бромангидридами галогенметансульфокислот в присутствии гидроксида натрия.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на международных симпозиумах "Напряженные циклы: синтез и свойства" (г. С.-Петербург, 1996 г) и "Межфазный катализ: механизм и применение в органическом синтезе" (г. С.-Петербург, 1997 г), на внутривузовских научных конференциях "XXIV Огаревские чтения" (г. Саранск, 1995 г) и "II Конференция молодых ученых" (г. Саранск, 1997 г). По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ в виде статьи и тезисов докладов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, посвященного анализу данных по методам получения и свойствам бицикло[3.1.1]гептанов, изложения собственных исследований, экспериментальной части, выводов и списка цитируемой литературы из 121 наименования. Работа изложена на 146 страницах, включающих 32 таблицы и 14 рисунков.

П. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

1. Направление и объекты исследования

Для синтеза 6-метилсульфонилзамещенных бицикло[3.1.1]гептанов были использованы два метода: прямое сульфонирование производных трицикло[4.1.0.02'7]гептана, а также тиилирование таких производных метантиолом с последующим окислением образующихся сульфидов до соответствующих сульфонов. В качестве субстратов выбраны трициклогептаны (1-5), различающиеся по характеру заместителя в положе-R нии 1. Эти соединения были синтезированы по литературным методикам. R=H(l),Me(2),Br(3) Для 6-метилсульфонилбицикло[3.1.1]гептанов Ph(4),CChMe (5) изучено поведение в присутствии оснований и нук-леофилов, в том числе: реакции 1,2- и 1,3-дегид-

рогалогенирования, реакции дёсульфонирования, гетероциклизации и нуклеофильного замеще1шя, галофильные реакции с участием карба-нионов, стабилизированных сульфо-группой.

2. Сульфонирование трицикло{4.1.0.02Л1гептановых соединений в реакциях с производными метансульфокислоты

В качестве сульфонирующих реагентов нами был использован широкий набор производных метансульфокислоты. Практически для всех них было изучено взаимодействие с родоначальником ряда - незамещенным трициклогептаном (1), см. табл. 1. Реакции проводили в СНгСЬ при эквимольном соотношении реактантов. Во всех случаях наблюдалось раскрытие исключительно центральной бициклобутано-вой связи С - С7 субстратов, приводящее к образованию смеси син-(6а-13а) и анти-аддуктов (66-136) бицикло[3.1.1]гептановой структуры, и в двух случаях - соединения (14) в качестве примеси:

з

ХСН2502У

хн2со2;

СШ1-

6а-13а

анти-66-136

Таблица 1 Условия получения, выход и состав продуктов реакций

ХСШБОгУ №Про-дукта- Время реакции, ч 1 реакции, °С Выход, % Содержание в смеси, % (по данным ГЖХ)

ян/ли-аддукт енн-аддукт 14

СНзБОга 6 12 (УФ) 20 74 65 27 8

СНзЗОгВг 7 24 -5 90 72 28 -

СНзБСЫ 8 20 -5 90 64 36 -

СНзЗОгЭСНз 9 12 (УФ) 20 70 75 19 6

СН^О^РЬ 10 12 (УФ) 20 75 65 35 -

CHзS02SCN 11 20 -5 88 63 37 -

СЮНгйОга 12 9 (УФ) 20 81 64 36 -

ВгСНЙОзВг 13 14 -5 92 59 41 -

Все продукты реакций выделены в индивидуальном виде колоночной хроматографией на АЬОз и охарактеризованы константами и данными элементного анализа.

При доказательстве структуры аддуктов использовали спектральные данные. Так бицикло[3.1.1]гептановая структура соединений однозначно вытекает из спектров ЯМР 13С и определяется наличием пяти сильнопольных сигналов остова молекул ожидаемой интенсивности и положения (табл. 2).

Отнесение конфигурации стереоизомеров проводили с учетом известных спектрально-структурных корреляций в ряду 6,7-замещенных бицикло[3.1.1]гептанов: эн^о-расположение групп в соединениях свя-

зывали с наличием в спектрах ЯМР 'Н триплетного сигнала экзо-Нб Ш7) атома, находящегося в геминальном положении к заместителю (1~6 Гц) (табл. 3). При обратном расположении заместителей сигнал геминального протона проявляется в виде синглета.

Таблица2

Спектры ЯМР "С (5, м.д.) сульфоншиамещенных бицикло[3.1.1]гентанов (6-14)

№ Продукта С« С24 С* С7 С6 СН2Х SCHj, iSCeH,l

6а 44.7 19.9 12.6 56.4 55.4 42.1 -

66 48.3 24.7 13.8 60.8 58.2 42.3 -

7а 44.8 21.3 12.3 57.1 48.5 42.0 -

75 47.9 24.3 13.0 57.9 50.9 41.6 -

8а 44.6 23.6 11.8 27.9 57.0 41.5 -

86 48.9 24.3 12.9 24.9 58.7 41.8 -

9а 42.5 20.0 13.2 47.7 58.8 41.8 15.1

96 43.3 24.0 13.7 47.7 59.2 41.6 14.7

10а 41.2 22.4 12.8 47.1 60.7 41.7 [124.9,126.6, 128.7,135.6]

106 42.0 23.2 12.9 47.5 57.1 41.8 [124.3,126.4, 128.7, 135.5]

11а 41.7 19.8 12.4 47.5 57.1 41.9 -

116 44.1 23.8 13.2 47.8 57.5 43.1 -

12а 45.5 20.1 12.6 55.5 53.6 57.3 -

126 49.0 24.7 13.4 61.1 55.7 57.4 -

13а 45.8 21.5 12.3 48.5 54.3 42.8 -

136 49.5 25.0 13.3 51.6 56.4 43.0 -

14 41.3 22.6 13.6 28.0 60.2 41.3 -

Таблица 3

Спектры ЯМР 'Н (5, м.д.) сульфонилзамещенных бицикло[ЗЛ.1]гептанов (6-14)

№ Продукта H's Н3 Н6 СНхХ (SCH3), [SCsHs]

зпдо- э кзо-

6а 2.97-3.10 2.22-2.42 1.91-2.10 1.66-1.91 3.25 т 4.27 т 2.85 с

66 2.62-3.03 1.55-2.62 4.08 т 4.03 с 2.80 с

7а 3.05 уш. т 2.30-2.50 1.93-2.10 1.65-1.82 3..35 т 4.40 т 2.88 с

76 2.91 уш.т 2.37-2.57 1.86-2.07 1.60-1.86 4.13 т 4.06 с 2.81с

8а 2.90-3.05 2.32-2.53 1.70-1.97 4.48 т 3.48 т 2.87 с

86 2.82-2.98 2.35-2.57 2.17-2.35 | 1.68-1.92 4.24 т 4.05 с 2.86 с

9а 2.92-3.03 2.13-2.43 1.71-2.06 3.37 т 3.16т 2.85 с (2.07 с)

96 2.69-2.79 2.43-2.64 1.70-2.03 4.06 т 3.06 с 2.83 с (2.10 с)

10а 2.73-3.00 1.50-2.38 3.85 т 3.30 т 2.66 с [7.09 cl

106 2.58-2.83 1.58-2.01 4.00 т 3.45 с 2.76 с [7.11 cl

11а 3.05-3.17 2.32-2.57 1.60-1.87 3.94 т 3.42 т 2.87 с

116 2.85-2.90 2.41-2.71 1.58-1.84 4.02 т 3.71 с 2.87 с

12а 3.08 уш. т 2.26-2.47 1.96-2.17 1.70-1.96 3.48 т 4.32 т 4.40 с

126 3.00 уш.д 2.48-2.69 1.95-2.13 1.62-1.95 4.35 т 4.08 с 4.42 с

13а З.Ю^уш.т 2.31-2.51 1.93-2.13 1.70-1.93 3.61т 4.43 т 4.31с

136 3.05 уш. г 2.48-2.68 1.96-2.17 1.67-1.98 4.48 т 4.11 с 4.32 с

14 2.83 уш.т 2.30-2.50 1.68-1.93 3.37 т 1.62 д 2.75 с

Для монозамещенных трициклогептанов (2-5) были изучены главным образом реакции с бромангидридами метанеульфокислот. Взаимодействие осуществляли при О "С в СНгСЬ при эквимольном соот-ношеиии реактантов. Здесь также во всех случаях наблюдалось раскрытие исключительно центральной бициклобутановой связи С' - С7 субстратов и образование двухкомпонентной смеси адцуктов состава 1 : 1 бицикло[3.1.1]гептановой структуры (15а,б-22а,б) с 6-эн<)о-распо-ложением сульфонильной группы (табл. 4).

xh2co2s,

1-5

син-15а-22а

шипи-156-226

Таблица 4

Условия получения, выход и состав продуктов присоединения

Трицикло- Время № Выход, Содержание в смеси

гептан (R) XCH2SO2Y реакции, ч Продукта % антй-аддукта, в %а

2 (Me) СНзЯОгВг 22 15 91 94

2 (Me) BrCHiSOzBr 12 18 90 83

3(Br) CHjSOiBr 20 16 90

3(Br) BrCHzSOîBr 13 19 89 _б

4(Ph) CHsSOiBr 20 17 86 >95

4 (Ph) BrCH2S02Br 14 20 33 >95

4 (Ph) ClCHiSOîBr 14 21 32 >95

5 (COzMc) BrCHiSChBr 25 22 65 87

Примечания: аПо спектру ЯМР 'Н. 6Для реакций трицнклогептана (3) подучено по одному продукту, г. к. в этом случае структуры син- и антм-аддуктоп идентичны.

Все продукты, содержание которых в реакционных смесях составляло выше 5 %, выделены в индивидуальном состоянии методами колоночной хроматографии и дробной кристаллизации. Для доказательства структуры соединений были использованы данные спектров ЯМР 'Н и 13С. То, что в соединениях (15-22) в геминальном положении с заместителем R находится атом брома, а не сульфонильная группа, следует из мультиплетности анналов (дублетные) атомов С6 и их химических сдвигов, отличающихся от химических сдвигов атомов углерода, связанных с галогеном, своими меньшими значениями. При определении конфигурации при атоме С7 соединило! (15а,б) и (18а,б) учитывали различия в положении сигнала И6: больший химический сдвиг связывали с ан/им-орнентацией атома брома при С7, поскольку этот атом по сравнению с метальной группой сильнее дезэкранирует противостоящий ему атом И6. Аналогичный подход был использован и при отнесении конфигурации стереоизомерных эфиров (22а) и (226).

Основным аргументом в пользу сик-расположения фенильного заместителя у атома С7 соединений (176,206,216) служило наблюдение в спектрах ЯМР 'Н сильнопольного однопротонного сигнала (б ~ 0.65 м.д.) атома эндо-Н3, попадающего в область экранирующего влияния ароматического ядра.

Присоединение реагентов к трициклогептанам (1-5) происходит необратимо, поскольку продукты реакций не испытывают конверсию в используемых условиях. На основании литературных аналогий для рассматриваемых реакций следует принять радикальный механизм. Раскрытие бицикло[1,1.0]бутанового остова субстрата инициируется эндо-стерео-специфичной атакой сульфонильного радикала. Такая атака для 1-моно-замещенных трициклогептанов (2-5) происходит региоспецифично по стерически доступному узловому атому С7. Последующая же стадия переноса атома галогена или тиогруппы на бицикло[3.1.1 ]гептильный интер-медаат осуществляется преимущественно в аншм-положение (транс-присоединение), причем степень стереоселективности присоединения существенно зависит от природы заместителя Я и незначительно - от природы реагента.

3. Получение 6-метилсульфоиилбищ1кло[3.1.1]гептанов окислением сульфидов

Трициклогептаны (1,2,4) были введены в фотоинициируемые реакции с метантиолом. Облучение проводили УФ-светом в запаянных пирексовых ампулах в ССЬ при 20 °С в течение 5 ч, используя 5-10-кратный избыток реагента. Присоединение метантиола по центральной бициклобутановой связи С - С7 происходит транс-сгсереосе-лективно и приводит к образованию бициклогептанов (23-25). Реакционные смеси без дополнительной очистки были окислены перокси-дом водорода в уксусной кислоте в присутствии уксусного ангидрида в соответствующие сульфоны (табл. 5).

1,2,4

23-25

14,26,27

Таблица5 Аддукты трициклогептанов (1,2,4) с метантиолом

Трицчкло-гегтган (Я) Продукт тиилирования Продукт окисления

№ Содержание ¡(»с-изомера, % № Выход !(«с-изомера, %

1(Н) 23 100 14 78

2(Ме) 24 87 26 58

4(РЬ) 25 84 27 63

Кристаллизацией выделены в индивидуальном виде основные продукты - стереоизомеры (14,26,27) с г/ис-расположением заместителей. Их строение устанавливалось на основе данных элементного анализа и спектров ЯМР 'Н и 13С. Конфигурационное отнесение проводили с учетом тонкой структуры сигналов атомов Нб и Н7 в спектрах ЯМР 'Н, см. выше.

4. Реакции 1,3-дегидрогалогепирования сил-аддуктов трициклогептанов (1-3) с метансульфогалогашдами

Е ходе исследований установлено, что енн-аддукты трициклогептанов (1-3) с галогенангидридами метансульфокислот сравнительно легко вступают в реакции 1,3-элиминирования при обработке основаниями. В каждом случае с хорошими препаративными выходами получены соответствующие 1-метилсульфонилзамещенные трицик-ло[4.1.0.02.7]гептаны (28-34). Эти соединения выделены в гащивидуаль-ном состоянии колоночной хроматографией или кристаллизацией, их строение убедительно подтверждается спектрами ЯМР 'Н и 13С с учетом данных для модельных соединений.

16,18а,19

Я = Н (28,29,30), Ме (31,33), Вг (32,34); X = Н (28,31,32), СГ(29), Вг (30,33,34); У = Вг (23,30-34), С1 (29)

Таблица 6

Условия 1,3-дегидрогалогешфования аддуктов (7а,12а,13а,15а,16,18а,19) _и выходы трициклогептанов (28-34)_1_

№ Адцукта Основание (растворитель) греак-щга, ° С Время реакции, ч № Продукта реакции Выход, %

7а ЫаОН (диоксан/ШО) 100 2.5 28 91

12а г-ВиОК (ТГФ) 0 2 29 73

13а 1-ВиОК (ТГФ) 0 г 30 50

13а КаОН (диоксан/ШО) 100 г 30 79

15а ИаОН (диоксанШзО) 100 1 31 59

16 КаОН (диоксан/НгО) 100 2 32 72

18а №ОН (диоксан/НгО) 100 3 33 81

19 КаОН (диоксаи/НгО) 100 1.5 34 69

Процесс 1,3-депщрогалогенирования можно трактовать как внутримолекулярное согласованное замещение галогенид-ионов в бицик-

ло[ЗЛ.1]геггогаьном карбанионе (А), возникающем при отрыве протона основанием из a-положения к метилсульфонильной группе. Так как нук-леофильная атака в таком случае должна осуществляться "с тыла", то она может реализоваться только при смк-ориентадии уходящей группы. По этой причине ддази-адцукты трициклогептанов (1-3) с галогенангадрида-ми метансулъфокислот в подобные реакции 1,3-элиминирования не вступают.

5. Сольволиз аддуктов 1-фснилтрицикло[4.1.0.0г>7]гсптана (4) с метан- и бромметансульфобромидами

Нами были изучены реакции адпуктов (176) и (206) с метилатом натрия в метаноле и их гидролиз в присутствии карбоната натрия при кипячении в водном диоксане.

-Иг (?) ж Л +

xh2C025/-^yFh xhjco^x^b'^ xh2co2^/><!\x)r XH2co2s^^4\ Ph

Br Ph QR

176,206 Б 38a 36,37,386,39

X = H (36,37), Br (38,39); R = H (37,39), Me (36,38)

В результате метанолиза соединения (206) получена с выходом 83,4% деухкомпонентная смесь эфиров (38а) и (386) в соотношении 1 : 9, которые разделены колоночной хроматографией на АЬОз. При гидролизе же бромида (206) получен единственный продукт - карбинол (39), выделенный кристаллизацией с выходом 93,3 %. При метанолизе и гидролизе соединения (176) в качестве единственных продуктов с выходами 85,6 % и 77,8 % получены соответственно эфир (36) и карбинол (37). Структура соединений (36-39) доказана методами ЯМР 'Н и 13С спектроскопии.

По нашему мнению, наиболее вероятный механизм реакций соль-волиза - SnI, с участием карбониевых ионов (Б), образованию которых способствует стабилизация реакционного центра за счет сопряжения с ароматическим кольцом. По всей видимости, причиной практически полного сохранения конфигурации при замещении являются пространственные затруднения, создаваемые триметиленовым мостиком дня подхода нуклеофила к реакционному центру.

6. Превращения анти-аддуктов трициклогептанов (1,2,4,5) с галогенметансульфогалогеюздами и родственных соединений в условиях реакции Рамберга -Беклунда

Нами установлено, что антм-аддукты трициклогептанов (1,2,4,5) с галогенангидридами галогенметансульфокислот и соединения родственной структуры в присутствии оснований способны вступать в ре-8

акцию Рамберга - Беклунда. Наиболее легко эта реакция происходит в случае бромида (136) и эфира (386). Здесь для ее осуществления достаточно кипячения соединений в водно-диоксановых (1 : 1) растворах гидроксида натрия. При этом в качестве единственных продуктов получены метиленовые производные (40,42), которые выделены в индивидуальном виде вакуумной перегонкой.

хп2со2я

126,136,386,22

К. = Н (126,136,40,41), РИ (386,42), СОгМе (22,46); X = С1 (126), Вг (136,22,386); У = С1 (126,41), Вг (136,22,40,46), ОМе (386,42)

Таблица 7

Условия получения и выходы б-метилензамещеиных бицнкло13.1.11гептаиов (40-46,48)

Л'э Субстрата

Основание

Растворитель

Время р-ции, ч

№ Продукта

Выход, %

126

Г-ВиОК

Г-ВиОН-ТГФ

2.5

41

28

136

шон

диохсан-НзО

40

74

386

ЫаОН

диоксан-НзО

3.5

42

98

186

Г-ВиОК

Г-ВиОН-ТГФ

2.5

43

31

186

/-ВиОК

дмсо

44

45

30 46

22

МеО№

МеОН

46

46

47

МеСЖа

МеОН

20

48

35

3

2

Для превращения соединений (126) и (186) в метиленовые производные требовались существенно более жесткие условия. Так для получения соединения (41) из дихлорида (126) необходимо было кипятить раствор вещества в смеси Г-ВиОН - ТГФ в присутствии трет-бу-тилзта калия. акти-Адаукт (186) в зависимости от основания и растворителя образует различные продукты:

Следует отметить, что соединение (156), идентифицированное с заведомым образцом, является продуктом гидродебромиров ания субстрата (186). Подобное восстановление по бромметильной группе происходит и для соединений (136) и (39) при действии на них метил-лития в эфире и трет-бутилата калия в ТГФ соответственно:

Ва

ВгН2С02^<\ К ВГ® Н2С028^Х^- НэС028

X X £

136,39 В

Я = Н (136,76), РЬ (37,39); X = Вг (136,76), ОН (37,39)

Эти превращения, по всей видимости, следует трактовать как результат "галофильной" атаки сильного основания, при которой в качестве интермедиата образуются карбанионы (В), подвергающиеся затем протонированию.

Наконец, метиленовое производное (46) нам удалось получить при кипячении сложного эфира (22) в растворе метилата натрия в метаноле.

Трициклогептаны (29,30,33,34), содержащие в узловом положении галогенметилсульфонильную группу, могут являться потенциальными предшественниками 6-метиленбицикло[3.1.1]гептанов, поскольку для них существует возможность присоединения различных реагентов по связи С1 - С7 с последующим вовлечением продукта присоединения в реакцию Рамберга - Беклунда. Пример такого превращения был реализован нами при использовании трициклогептана (30) в его реакции с метилатом натрия в метаноле:

Строение соединений (40-46,48) убедительно подтверждается спектрами ЯМР 'Н и 13С. В частности, в спектрах ЯМР ВС обнаруживаются ожидаемые сигналы атомов углерода кратной С=С связи (97.7-104.3 м.д.), а в спектрах ЯМР 'Н - сигналы терминальной олефиновой СНг-группы (4.75-5.00 м.д.). Конфигурация заместителя у атома С7 соединения (45) выводится из наблюдения синглетного сигнала (3.03 м.д.) атома эндо-Н7, см. выше. Конфигурация заместителей у атома С7 соединений (42,43,46,48) принимается нами такой, какова она была в исходных соединениях, поскольку реакционный центр С7 в превращениях участия не принимал.

7. Экспериментальное подтверждение участия эинсульфонов в качестве интермедиатов реакции Рамберга - Беклунда

Участие в реакции Рамберга - Беклунда в качестве промежуточных соединений эписульфонов в настоящее время является общепризнанным фактом. Однако существует лишь единственный литературный пример изоляции эписульфона непосредственно из реакции Рамберга-Беклунда. В данной работе нам удалось при обработке эфира (386) треш-бушлатом калия в ТГФ при 0°С получить эписульфон (49) совместно с метиленовьш производным (42):

Соединение (49) выделено в индивидуальном состоянии колоночной хроматографией на АЬОз и охарактеризовано спектральными методами. Абсолютное подтверждение его строения получено при рентгено-структурном анализе, рис. 1. В качестве особенностей строения продукта (49) следует отметить аномально высокое значение длины связи С-С (1.592 А) в циклопропа-новом фрагменте молекулы. Эписульфон (49) при непродолжительном кипячении в диоксане в результате десульфонирования практически нацело превращается в метиленовое производное (42).

8. Необычная гетероциклизащш аддуктов 1-фе1ШЛтрщдакло-[4.1.0.02>7]гептана с бромангидрндамн галогенметансульфокнслот в условиях реакции Рамберга - Беклунда

При обработке дибромида (206) гидроксидом натрия в водном диоксане неожиданно в качестве основного получился продукт необычной гетероциклизации - трициклический сульфон (51), содержащий

Рис. 1. Перспективный вид молекулы соединения (49) по данным РСА.

в виде примеси метилеиовое производное (52) (соотношение 2 : 1). Хлоробромид (216) в тех же условиях превращается практически исключительно в трициклический сульфон (51):

КаОН

ХСН/Э^

206,216

X = Вг (206,39,54), С1 (21640,55)

Вг 39,50 ОН

Прямым опытом было показано, что соединения (51) и (52) могут быть получены также из спирта (39): при обработке его гидроксидом натрия в водном диоксане образуется смесь, по составу идентичная реакционной смеси, фиксируемой дня дибромида (206) в аналогичных условиях. По всей видимости, в условиях опыта происходит легкий гидролиз дибромида (206) по бензильному положению, ал. выше. В этом случае превращение спирта (39) в метилеиовое производное (52) представляется как результат реакции Рамберга - Беклунда, в которой принимает участие элисульфон (53). Хотя попытки зафиксировать образование такого эписульфона не удались, можно предположить, что стереохимия 1,3-дегидробро-мирования спирта (39) будет таковой же, как и для эфира (386). Образование же трицшслического сульфона (51) из спиртов (39,50) не включает стадию 1,3-элиминирования, а, по-видимому, связано с эпимериза-цией при атоме С6 и последующей реакцией 1,6-элиминирования в соединениях (54,55).

Соединения (51) и (52) выделены в индивидуальном состоянии колоночной хроматографией на АЬОз. Наличие бициклогептанового скелета в них убедительно подтверждается спектрами ЯМР 13С. Безоговорочным доказательством строения сульфона (51) служат данные его рентгено-структурного анализа, рис. 2.

Тот факт, что хлоробромид (216) при обработке водно-диоксановым раствором ЫаОН превращается в основном в сульфон (51), следует интерпретировать как указание на то, что при переходе от бромида (206) 12

С(3)

ста

Рис. 2. Перспективный вид молекулы соединения (51) по данным РСА.

к хлориду (216) конкуренция между внутримолекулярными процессами С- и О-алкшшрования склоняется в пользу последнего. Учитывая, что хлорметильный фрагмент является более "жестким" электрофильным центром по сравнению с бромметальным фрагментом, наблюдаемый результат находит объяснение в терминах концепции ЖМКО.

9. Превращения 6-метилсульфо1Шлбшщкло{3.1.1]гептанов в условиях модифицированной реакции Рамберга -Беклунда

Синтезированные нами 6-метилсульфошшбицикло[3.1.1]гепташ>1 вводились также в модифицированную реакцию Рамберга - Беклунда. Эта реакция характерна для сульфонов, имеющих атомы водорода в а- и а '-положениях к сульфогруппе, и заключается в их последовательном галогештровании при обработке основанием в присутствии источника электрофильного галогена, 1,3-элиминировашш галогено-водорода с образованием эписульфона, термическое разложение которого приводит затем к образованию кратной связи.

Для осуществления реакций мы использовали стандартную методику, предусматривающую кипячение соединений в смеси ССЦ - г-ВиОН в присутствии КОН. Оказалось, что результаты превращений сложным образом зависят от структуры исходных соединений. Так, смн-аддукгы (6а,7а,12а,13а,16,19) в этих условиях превращаются в трициклогептаны (56,57):

КОН/ССЬ

ХН2С028 У

я 1Г 802СС!3

6а,7а,12а,13а,16,19 56,57

Л = Н (6а,7а,12а,13а,56), Вг (16,19,57); Х = Н (6а,7а,16), Вг (13а,19), С1 (12а); У = Вг (7а,13а,16,19), С1 (6а,12а)

ангим-Аддукты (136,156,176,186,206) дают бициклогептаны (58-60):

кон/сс14 4/^2

хсщо2^/Х ^ * С13С02^><Яд

Вг 6 Вг

135,156,176,186,206 58-60

И = Н (136,58), СНз (156,186,59), РЬ (176,206,60); X = Н (156,176), Вг (136,176,206)

Для соединений (66,76) реакция не останавливается на образовании трихлорметилсульфонилышх производных и, по-видимому, через стадию промежуточного эписульфона приводит к 6-дихлормети-ленбнцшслогептанам (61,62), которые получены нами также во встреч-

ном синтезе при дегидрогалогенировании янти-аддуктов (63,64) три-циклогептана (1) с ССк и СВгСЬ при действии трет-бутилата калия в ТГФ.

С1 V

66,76 61,62 63,64

У = С1 (66,61,63); Вг (76,62,64)

Для сульфона (14) аналогичный процесс осложняется реакцией циклопропанирования дихлорметилеиового производного (65) ди-хлоркарбеном. В результате этого образуется также спиробицикличе-ское соединение (66):

КОН / СС1,

4-

МеО^Э,

14 65 66

Различия в хемоселективности реакций сульфонилзамещенных би-циклогептанов (6а,7а,12а,13а,16,19) и (66,76,136,156,176,186,206) с гид-роксидом калия в смеси /-ВиОН — ССЫ, на наш взгляд, связаны с различиями в скоростях образования карбанионов при отрыве протонов (или катионов брома) из а- и а'-положений к сульфонильной группе и их относительной стабильности и реакционной способности. По-видимому, в условиях опытов одновременно могут образовываться и карбанионы (Г) и карбанионы (Д), или же эти карбанионы сравнительно легко переходят друг в друга:

к=н18

г

хсн2о:

-а0

ХСН2028

хснсю.

При эндо-ориентации атомов галогена в положении 7 карбанионов 1,3-элимшшрование, ведущее к образованию производных трицикло-^Л.О.О^гепгана, может оказаться энергетически более выгодным по сравнению с галофильной атакой на ССк. В то же время, если 1,3-эли-минирование невозможно по стерическим причинам [соединения

(66,76,136,156,176,185,206)], элекгрофильное хлорирование карбанионов (Д) предпочтительнее хлорирования карбанионов (Г), поскольку известно, что реакционная способность интермедиатов в процессах, подобных рассматриваемым, существенно зависит от характера замещения при реакционном центре: пространственные затруднения, вызываемые алкильными группами снижают скорость реакций*.

Продукты, синтезированные в ходе модифицировашюй реакции Рамберга - Беклунда, выделены в индивидуальном виде и охарактеризованы спектральными методами.

ВЫВОДЫ

1. Разработан метод синтеза 6-метил- и 6-галогенметилсульфонилзаме-щенных бицикло[3.1.1]гептанов на основе реакций гемолитического присоединения соответствующих производных метапсульфокислоты к трициюхо[4.1.0.027]гептану и 1-монозамещенным трицикло-[4.1.0.О^гептанам.

2. Показана возможность получеши б-метилсульфошизамещенных бицикло[3.1.1]гептанов окислением соответствующих сульфидов, образующихся при гемолитическом присоединении метантиола по центральной бищпслобутановой связи трицикло[4.1.О.О^гептанов.

3. Установлено, что смн-аддукты трицикло[4.1.0.02>7]гептанов с гало-генангидридами метансульфокислот при обработке основаниями испытывают 1,3-дегидрогалогенирование, приводящее к получению с хорошими препаративными выходами 1-мепшсульфош1Лтрицикло-[4.1.0.02'7]гептаноп.

4. Установлено, что сольволиз аддуктов бромангидридов метансульфокислот и 1 -фенилтрицикло[4.1.0.02.7]гептана происходит с сохранением конфигурации у реакционного центра.

5. Показано, что производные 6-метиленбицикло[3.1.1]гептана могут быть получены как на основе яшш-аддуктов галогенметансульфога-логенидов и тр1щшшо[4.1.0.02'7]гептаиов по реакции Рамберга - Беклунда, так и на основе 1-брометилсульфоштатрицикло[4.1.0.02'7]-гептана при действии некоторых анионоидных иуклеофилов.

6. Обнаружена необычная гетероциклизация анти-аддуктов галоген-метансульфобромидов и 1-феш1ЛТрищцото[4.1.0.02>7]гептана в присутствии гидроксида натрия, приводящая к ранее неизвестной системе 3-окса-5-тиатргацпшо[4.4.0.02'7]декан-8,8-диоксида.

7. Показано, что 6-метилсульфонилбицикло[3.1.1]гептан и его производные при обработке смесью гидр оксида калия в среде CCU/i-BuOH испытьшают исчерпывающее хлорирование по метилсульфонильной группе и далее некоторые из mix подвергаются реакции Рамберга -Беклунда с образованием 6-(дахлорметилен)бицикло[3.1.1]гептанов.

* Мы допускаем возможность образования трициклогептанов (56,57) в результате галофильного замещения в соединениях (6а,7а,12а,13а,16,19) с последующим вовлечением продуктов в реакции 1,3-элиминирования.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

1. Романова Э.В., Кострюков С.Г., Болушева И.Ю., Васин В.А. О га-логенметансульфогалоидировании трицикло[4.1.0.027]гептана и его производных H XXIV Огаревские чтения: Тез. науч. конф., 6-8 дек.

1995 г., Саранск, 1995. - С. 37.

2. Васин В.А., Романова Э.В., Кострюков С.Г., Разин В.В. Реакция Рамберга - Беклунда в синтезе 6-мегаленнорпинанов // Напряженные циклы: синтез и свойства: Тез. междунар. симпозиума, 20-22 мая

1996 г., С.-Петербург, 1996. - С.17.

3. Васин В.А., Кострюков С.Г., Романова Э.В. 1-Метилтиотрицикло-[4.1.0.02-7]гептан в реакциях с сульфонильными производными RSO2X // Напряженные циклы: синтез и свойства: Тез. междунар. симпозиума, 20-22 мая 1996 г., С.-Петербург, 1996. - С. 16.

4. Васин В.А., Кострюков С.Г., Романова Э.В., Болушева И.Ю., Разин В.В. Синтез производных 6-метиленбицикло[3.1.1]гептана на основе трицикло[4.1.0.02>7]гептана // ЖОрХ. - 1996. - Т. 32., вып. 11. -С.1701 - 1708.

5. Васин В.А.. Кострюков С.Г., Романова Э.В., Разин В.В. О модифицированной реакции Рамберга - Беклунда в ряду 6-метилсуль-фонилзамещенных бицикло[3.1.1]гептанов // Межфазный катализ: механизм и применение в органическом синтезе: Тез. междунар. симпозиума, 24-26 июня 1997 г., С.- Петербург, 1997. - С. 7 - 8.

6. Романова Э.В., Кострюков С.Г., Васин В.А. Синтез функциональ-нозамещенных бицикло[3.1.1]гептанов в реакциях l-R-трицикло-[4.1.0.027]гептанов с производными метансульфокислоты // II Конф. молодых ученых: Тез. докл., МГУ им. Н.П. Огарева, 21-25 апреля

1997 г., Саранск, 1997 г. - С. 23.

7. Романова Э.В. Кострюков С.Г., Васин В.А. О катализируемых оксидом серебра превращениях аддуктов 1 -метилтрицикло[4.1.0.0Щ-гептана с метан-, бромметан- и бензолсульфобромидами // II Конф. молодых ученых: Тез. докл., МГУ им. Н.П. Огарева, 21-25 апреля 1997 г., Саранск, 1997 г. - С. 24.