Синтез и химические свойства азоксиолефинов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

РГ6 од

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ амп н. д. зклинского

На правах рукописи • УДК 542.91:547.545:546.173

ТЮРИН АЛЕКСЕЙ ЮРЬЕВИЧ СИНТЕЗ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЗОКСИОЛЕФИНОВ

Свеотлыюстъ 02.м.03-0у» ишисщ химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Москва - 1997

Работа выполнена в лаборатории нитросоединений

Института органической химин имени Н. Д. Зелинского

Научный руководитель- кандидат химических наук А. М. Чураков

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Смушкевич Ю. И.

доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Элотмн С. Г. ,

Ведущая организация: Московский Государственный университет . имени М. В. Ломоносова

Защита состоится ¿/¿Т&^/гА^ 199^ гада в 10 часов на заседании специализированного совета К.002.62.02 по присуждению ученой степени кандидата химических наук в Институте органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН.

Ваш отзыв в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просим направлять по адресу. 117913, Москва, Ленинский проспект, 47

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИОХ РАН. Автореферат разослан еиш/А^Лу 1997 года

Ученый секретарь

специализированного совета ИОХ РАН, . . _____.__-у/

доктор химических наук • В Томнлов

Актуальность темы. В настоящее время сопряженные ONN-азоксиолефины представляют существенный интерес как потенциальные биологически активные соединения. Среди них найден целый ряд веществ природного происхождения, обладающих свойствами антибиотиков. В тоже время описан только один не регионаправленный способ синтеза этого класса соединений окислением соответствующих аэоолефинов, который приводит к смеси изомерных ONN- и /УМЭ-азоксиолефинов. Химические свойства OAW-азоксиолефинов не исследовались.

Цель работы. Целью настоящего исследования является разработка метода синтеза арил-ОМУ-азоксиолефинов и изучение их химических свойств.

Научная новизна и практическая ценность работы. Ключевой проблемой синтеза CW/V-азоксиолефинов стало создание регаонаправленного способа получения Ьрил-ОЛ'Л'-р-бромалкилдиазенокСидов, которые легко трансформируются в взоксиолефины под действием триэтиламина. Основой для синтеза арил-ОЛ/Л^-р-бромалкилдиазеноксидов является открытая нами реакция 1-арил-2-бромдиазен-1-оксидов (БДО) с олефинами.

БДО впервые получены в нашей лаборатории незадолго до начала нашей работы. Нами значительно улучшен метод их получения, а также исследована их устойчивость и реакционная способность по отношению к кислотным и основным реагентам.

В работе описано образование арил-ОМЛр-бромалкилдиазенокскдов в результате присоединения БДО к олефинам, и определена область применения этой реакции. Найдено, что устойчивость Ar-NtO^N-CHiCHBrR зависит от. заместителя R. Предложен механизм внутримолекулярной реакции * арил-ОМУ-р-бромалкилдиазеноксидов, приводящей к разрыву С-С связи в молекуле.

Проведение реакции БДО с олефинами в присутствии триэтиламина позволило разработать одностадийный метод получения азоксиолефинов с различными заместителями.

При изучении химических свойств азоксиолефинов найдена необычная реакция, позволяющая количественно переводить их в ачохлоролефины обработкой эфирным раствором HCl, а затем водой. Найдено, что азохлоролгфины легко присоединяют спирты, амины и кислоты с образованием соответствующих а-замешениых хчоршдрязонов.

Присоединение к азохлоралефинам непредельных спиртов и аминов с последующей генерацией нитрилимина из образовавшегося хлоргидразона и дальнейшей внутримолекулярной циклизаций положено нами в основу стратегии получения некоторых новых типов î-запенталенов, состоящей из трех стадий: азоксиолефины злохлоролефины замещенные

хлоргидразоны -* азапенталены.

Публикации и апробация работы. По TtMe диссертации опубликовано 6 статей. Отдельные метериалы работы были представлены на Конкурсе молодых ученых ИОХ в 1994 году и конкурсе на соискание Государственной научной ст ипендии для молодых ученых в 1994 и 1996 годах.

Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Работа изложена на 109 страницах, иллюстрирована 12 таблицами. Библиография содержит литературные ссылки на 78 научных публикаций.

В первой главе рассмотрены имеющиеся в реферируемой литературе данные о методах синтеза, структуре и реакциях сопряженных ONN- и AWO-азоксиолефинов. Во второй главе обсуждаются полученные экспериментальные результаты. В последней главе приведены экспериментальные данные по методам синтеза соединений, включенных в диссертационную работу.

Методология исследования. При проведении химических превращений и выделении продуктов реакций использовались стандартные приемы и оборудование. Структуру полученных соединений устанавливали методом гетероядерного ЯМР (совместно с к. х. н. Ю. А. Стреленко) и подтверждали с помощью И К- и масс-спектров. Для всех впервые полученных стабильных соединений имеются удовлетворительные данные элементного анализа.

Финансовая поддержка. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант N 93-03-18461), а также МИФ (индивидуальный грант для аспирантов на 1996 год).

1.1-Ари-а-бррцц»шсн-1-оксшщ

1-Арил-2-бромдиазен-1-оксиды (БДО) впервые получены в нашей лаборатории взаимодействием ароматических нитрозосоелинений с трибромидом азота, генерируемым in sirii пропусканием газообразного аммиака в суспензию бромируютего реагента (/У-бромсукцинимида (NUS)

или УУ./У-дибромизоцианурата) в -органическом растворителе при —60 'С. Нами разработана усовершенствованная методика синтеза БДО. Вместо газообразного аммиака используется бромид аммония, что значительно упрощает дозировку и позволяет вести реакцию при — 1(К0 "С (схема 1). Метод позволяет получить БДО как ароматического, так н гетероциклического рядов с выходом, близким к количественному.

Схема 1

О

di v. Л ' . „ NBS или DBI f

R'-N=0 + NH4Br-. R'-N=N—Br

la,b,c,d,e McCN 2.Vb,c,d,e

R1 - Ph (а), 2,4,6-азСбНг (Ь), 2,4,6-ВгзСбН2 (с), 4-N02C6H4 (d);

2. Взаимодействие 1-арнл-2-бромдиазен-1-оксидо1 с кислотами ц основаниями

Химические свойства БДО не были известны к началу нашей работы. Мы сразу столкнулись с тем, что они оказались неустойчивы к растворителям, содержащим подвижный протон. Чтобы понять причины этого, нами изучены их реакции с некоторыми кислотами и основаниями.

1 -Арат-2-бромдиазен-1 -оксиды 2 реагируют с эфирным раствором НС1 образуя хлориды арилдиазония 3, строение • которых подтверждено получением соответствующих азосоединений в результате реакции с р-нафтолом. Высокие пыходы продуктов 3 позволяют использовать взаимодействие БДО с НС1 для получения солей лиаяония в неводных средах, включая соединения с элекгроноакцеггторными заместителями в ароматическом кольце.

Аг-

0

1 *

Вг

2а,с

НС1

Аг—

За,с

в С1

2,3 Аг=Р)1 (а, включая образец, меченый '^Ы, 95%), 2,4,6-ВгзСбН2 (с, 92%)

Хлорид фенилдиазония, полученный \,о слсме 2 из меченого БДО 2а (синтез БДО проведен реакцией нитрозобензала с меченым '^ЩВг), переведен в устойчивый тетрафторборат диазония, в котором по данным спектроскопии ЯМР меченым является только терминальный атом . азота. На основании результата этой реакции можно исключить механизмы, связанные с миграцией арильного радикала между атомами азота.

Схема 3

Н*

0

1 « н

-В?

О

Аг-^-Ы-Н

ОН

Аг—'

НВгО

Аг-

-Ы-Ы

О

} к»

|-няо

ОН •I

4

Наиболее вероятные пути образования арилдиозониевых катионов из БДО представлены на схеме 3. Один из них включает промежуточное образование неизвестного диазеноксида 4, однако строгих доказательств существования этого соединения у нас нет.

Взаимодействие БДО с аминами изучалось нп примере реакции 1-фенил-2-бромдиазен-1-оксида с диметилямином и морфолниом (схема 4) Продуктами этой реакции являются грназены 5.

2

. . Схема 4

О

| * Ме '

РЬ—Ы=Ы—Вг + 2 НЫМе2-► РЬ-И^Ы-К'

2а 5а, 75-80% "М«5

нО

2а-» РЪ—-Ы—И—I4/ \) + Вг—

\_/ ■

5Ь, 90-95% 90%

Представляется вероятным, что БДО на первой стадии реакции выступает как бромнрующнй реагент, давая арилдиазеноксид 4 и ЛЛбромамин. Действительно/ при реакции 2а с морфолином был выделен № бромморфолин с выходом >0%. Арилдиазеноксид 4, видимо, превращается в днаэотат 6, который и дает триазен 3 с избытком шина (схема 5).

Схема 5

9 о

• ♦ ♦ ♦ *

Аг— Вг ♦ НШ2 — дт—N=N1—Н + Вг—ЫЯ2

2 4

Аг—И^Й—ОН ЖН2> Аг—Ш2 6 В

Механизм перегруппировки диазеноксида 4 в диазотат б в настоящее время не ясен. Можно лишь сказать, что он, так же как и при реакции с кислотой (схема 3), не включает миграцию арильного радикала между атомами азота. Это подтверждается тем, что при использовании меченого диазеноксида 2а в триазене 5а методом спектроскопии ЯМР метка была обнаружена только у центрального атома азота (схема 4).

Зх-Втшодействне 1-ярнл-2-бромдиазеи-1-оксндов с олефннамц При исследовании реакционной способности лг-бромдназеноксидов нами обнаружено, что они регионзбнрательно присоединяются к терминальным олефинам (схема 6), причем азоксигруппа оказывается у концевого атома С, а бром - у замещенного.

Схема 6

, ? ?

К ♦ С^-СК-Я2 -- вЗ-М-^-с'Нг-С'н-Н2

7*'С »»-«.60-87% ог Я—№+—С^1 ♦ Я—СН-0 --

»ЬЛ 10Ь,с

я—мн—с-сня2 11с,<1 Вг ¿н

7,10: Я2 - Ви (а), РЬ (Ь), ОЕ1 (с );

9: Я1 - 2а6-с1зс6н2 (Ь), 2,4,б:вгзс6Н2 (с );

8,11: Я1 - РЬ, Я2 - Ви (а), Я' - 2,4,6-С1зС6Н2, И2 - Ви (Ь), Я' - 2,4,6-С13С6Н2. я2 - Р1> (с ). К1 - 2,4,6-Вг3С6Н2, Я2 - Р1> (Й), Я1 - 2,4,6-ВгзС6Н2. Я2 - ОЕ1 (е)

Строение продуктов 8 установлено с помощью Гете ро ядерного ЯМ Р. Наличие азокси-фрагмента подтверждается присутствием в спектрах ЯМР узкого сигнала в области -50+-60 мл., относящегося к атому N. связанному с кислородом. Положение атома Вг установлено по химическим сдвигам сигналов С(1) и С(2) в спектрах ЯМР "С и по их мультиплетностн в спектрах, получаемых без подавления взаимодействия 'Н—'^С. Соединения 8 из-за недостаточной устойчивости не удается выделить и аналитически чистом виде, однако их строение однозначно установлено спектральными методами. Структура диазеноксидов 8 убедительно подтверждена превращением соединений 8 в олефины 17 (см. ниже), строение которых исключает альтернатианое положение бром- и азоксизаместителей.

«

4. Механизм реакции БДО с олеФинлми

Скорость взаимодействия БДО с олефинами уменьшается пропорционально снижению электронодонорного характера заместителя При С=С связи. С этилвиниловым эфиром взаимодействие заканчивается' уже через 30 мин при -15 "С. Для завершения реакции со стиролом 'требуется 2 ч при 40 *С, а со свежеперегнанным 1-гексеном реакция в тех же условиях практически не идет. Однако, если 1-гексен содержит 0.05 г-экв-л"' пероксидов, то полная степень превращения БДО достигается за 8 Ч при 40 'С (или 2 сут при 24 "С). Аллилхлорид не удалось вовлечь в реакцию с БДО. Взаимодействие БДО со стиролом ускоряется при облучении УФ-светом, однако эта методика нами далее не разрабатывалась из-за возможности миграции кислорода в диазеноксидном фрагменте. На основании Эт1<х данных можно предположить радикальный механизм реакции БДО с алкеиами, которая начинается с взаимодействия диазеноксидного радиката А с олефином (схема 7).

Схема 7

о о

,1 ,1 .

0 О

1 1

р'-ц^' ♦ НзС^СНР2-* П1-М=М-СНГСНР2

а в

Реакционная способность олефннов коррелирует со способностью заместителя

стабилизировать образующийся радикал В. Последний

может или реагировать с радикалом Вг' или отрывать атом Вг от новой молекулы БДО, продолжая цепной процесс. Первый вариант вероятен для взаимодействия БДО со стиролом и этилвиниловым эфиром. В этом случае

радикал А существует, вероятно, в тесной паре с радикалом Вг' и реагирует с олефином в клетке. Второй вариант вероятен для реакции с 1-гексеном, которая не идет в отсутствие раликачьиого инициатора. Следует отметить, что в литературе не имеется достоверных данных о существовании радикалов типа А, однако они прелполдтплись в качестве интермелнлтпп в

некоторых процессах, например, при взаимодействии азоксифторидов о реактивами Гриньяра и при тсрмораспаде ряда азоксисоединеиий.

Ионный механизм реакции БДО с олефинами маловероятен, так как в этом случае процесс должен начинаться с атаки положительно заряженного атома Вг по концевому атому С олефин", что привело бы к обратному положению заместителей в продуктах.

5. Стабильность 1-арил-2-(2-б'ч7мг»лл^ди1зен-1-оксидов 1-Арил-2-(2-бромалкил)диазен-1-оксиды не отличаются высокой стабильностью. Соединения 8с.<1 (Я^ " Ра) содержат подвижный атом Вг и нухлеофильный центр — //-оксидный атом О, что определяет путь распада этих диазеноксидов.

Соединения 8с^ полностью разлагаются на силикагсле в течении 1 ч при 20 'С с образованием бензальдегида и бромгидразоиов 9Ь,с (см. схему 6). Выход бромгидразоиов не количественный из-за того, что они сами медленно распадаются на силикагсле.

В неполярных органических растворителях (бензол, хлороформ) соединения 8с, Л распадаются в течение нескольких дней, образуя бромгидразоны 9Ь,с и 11с,<1. В разбавленных растворах выход продуктов 11 составляет от 6 до 18 %, тогда как в насыщенном растворе СНС1з это направление реакции становится основным, и выход гидразона 11с достигает 58 %. Такое поведение соединений 8 можно объяснить возникновением промежуточного катиона 12 (схема 8), который может распадаться с образованием стабилизированного катиона 13 и бензальдегида. Вторым направлением реакции является, видимо, раскрытие цикла 12 по связи К—О, приводящее к стабилизированному катиону 14. Катионы 13 и 14 в свою очередь превращаются в соответствующие гидраэоны 9 и 11.

Л'-

Я2

¿Н-Вг

СНЯ2 СН, ВР

Вг"

в 14 Н ОН

1-е'

Вгв 13" 6

I

Ю-нн-м^с-сни2 .

11 Вг ОН К'-Ь<Н-^=е-Н + 112-СНО 9 Вг 10

Согласно приведенной схеме, устойчивость соединений 8 должна зависеть" от нуклеофильности атома О оэоксигруппы (которая определяется заместителем I*') и от подвижности атома Вг (которая обусловлена заместителем II2). Этим объясняется то, что соединение 8е (Я2 — ОЕ1) настолько неустойчиво, что его не удается выделить. Продуктами реакции БДО 2с с этилвиннловым эфиром являются бромгидразон 9с и элмформиат, образующиеся при распаде 8«. Точно также неустойчиво соединение 8Г, возникающее при взаимодействии 2с с дигнлропнраном. В силу структурных особенностей после распада промежуточного соединения 8Г, фрагмент бромгидразона и группа С«0 остаются в составе одной молекулы 15 (выход 96 %, схема 9). Строение продукта 15 подтверждено спектральными данными и его пиролизом до соединения 16.

•о-

Вг,С.Игг/

•ы.

1Р

I I

и 4т

|н,о

Вг,С»НгМН-М-С—(СН,)т-0-Н ИЙ6

Взаимодействие БДО 2а со стиролом приводит, к сложной смеси продуктов, из которой выделены бензольдегид и 1,2-дибром-1-фенилэтан. Видимо, такое протекание реакции связано с низкой скоростью распада интермедиата — промежуточной циклической соли 12 (Я' «■ - РЬ) (см. схему 8), и анион этой соли (бромид ион) успевает реагировать с исходным БДО, образуя бром, который,' в свою очередь, присоединяется к стиролу. В случае реакции этилвинилового эфира и дигидропирона с 2с промежуточная соль 12, вероятно, распадается значительно быстрее, чем могла бы реагировать с БДО, поэтому бром не выделяется.

6. Синтез «зоксиолефино» Нами показано, что удобным общим методом синтеза прил-ОМ-аэоксиолефинов 17 (схема 10) является присоединение 1-арил-2-бромдиозен-1-оксидов (БДО) к олефинам с последующим отщеплением НВг от промежуточных р-бромзамещенных диазеноксидов 8.

О О

я—n=>1—вг + снрсн-я2-► {¿-n=n-0^1*-и?

г 7 * 6г .

о *

я—n=n1—сн=сн—я1 17

2: Я1 - РЬ (•), 2,4,б-азС6Н2 (Ь), 2,4,6-Вг3С6Н2 (с), 4-!^02С6Н4

7: Я2 - Ви (»), РЬ (Ь);

8,17: Я' - РЬ, Я2 - Ви <»); Я' - 2.4,6-С1зСбН2, Я2 - Ви (Ь); Я> - 2,4,6-Вг3С6Н2 , Я2 - Ви (с); Р> - РЬ, Я2 - РЬ (<); Я> - 2,4,6-03^2, Я2 " РЬ (в); Я> - 2,4,6-ВгзСбН2, Я2 - РЬ (Г); Я1 - 4-1Ч02С6Н4, Я2 - РЬ («); Я'-""¡ОТ, Я2-РЬ (Ь)

Реакцию получения аэоксиолефинов можно проводить двумя способами.

Первый из них (способ А) — двухстадийный. Сначала проводят реакцию БДО с олефином, избыток олефина отгоняют и соединение 8 без очистки обрабатывают триэтиламином. Второй способ (5) — одностадийный: БДО прибавляют к олефину непосредственно в присутствии триэтиламина. Этот способ имеет две • особенности. Во-первых, в присутствии EtзN скорость реакции БДО с олефинами резко возрастает. Видимо, Е1зЫ инициирует реакцию (так же, как и гидропероксиды) за счет одноэлектронного переноса. Особенно ярко это проявляется при взаимодействии соединения 2с с гексеном, когда в присутствии 20 % триэтиламина реакция заканчивается через 1 ч, тогда как без инициатора она вообще не идет. Вторая особенность этого метода заключается в том, что избыток Е13Ы быстро переводит диазеноксид 8 в олефин 17, предотвращая его распад. Это позволяет получить продукт 17(1 (Я.' — Я2 ■» РЬ), который не удалось

синтезировать методом А из-за неустойчивости промежуточного диазенокснда 8.

■Способ Стребует меньших затрат времени, однако, иногда дает продукты, сильно загрязненные смолами. В этих случаях вариант А является предпочтительным (табл. 1). В целом предлагаемый метод дает возможность получать азоксиолефины с различными заместителями: Я* может быть ароматическим или гетероциклическим, — алифатическим или

ароматическим.

Таблица 1. Синтез азоксиолефннов 17 (см. схему 10)

Соеди- Способ Условии реакции Выход/(%) Т.пл./'С

нение синтеза (Е/г)

17а А 40 'С, 8 ч 55 (50/50) Масло

17Ь А 24 'С 6 сут 78 (60/40) То же

17с Б 50 (44/56) » >

17<1 Б 32 (90/10) 90-92

17е А 40 'С, 1 ч 92 (95/5) 102-104

17Г А 40 'С, 1 ч (без 95 (85/15) 128-130

растворителя)

17« А 24 'С, 48 ч 65 (100/0) 144-145

(разл.)

17Ь А 24 'С, 24 ч 70 (100/0) 116-117

7. Доказательств» строения азоксиолефннов

Особое место при доказательстве структуры и установлении конфигурации соединений 17 занимает спектроскопия ЯМ Р. Как правило, этим методом удается идентифицировать все атомы С и протоны в исследованных диазеноксидах. Наличие фрагмеша подтверждается

характерным узким сигналом атома N. связанного с ^оксидным атомом О, в области —65-1—85 мл. Из-за спин-спинового взаимодействия с ядром дающим узкий сигнал в спектре '^Ы, сигнал ¡рао-С атома ароматического ядра уширяется, что доказывает расположение атома О в азокси-фрагменте. Наличие связи С=С подтверждается типичными химическими сдвигами сигналов соответствующих птомоп '-'С и ' Н. В случае, когда сигналы

протоно!) при двойной связи С=С перекрываются мультиплетом протонов ароматического ядра, для идентификациии и определения химических сдвигов применялась двумерная спектроскопия ЯМР ,3С-'Н. При Я2 - Ви соединение 17 образуются в виде смеси £,<?-изомеров относительно связи С=С в соотношении -1:1. В случае Я2 - РЬ ¿'-изомер или отсутствует (17g.li), или его количество очень мало (см. табл. 1). Отнесение изомеров сделано на основании сопоставления вицинальных КССВ протонов при связи ОС в паре изомеров. Для ^-изомера КССВ имеет большее значение (13.5—14 Гц), чем для 2-изомсра (8—11 Гц).

Строение соединения 17» дополнительно подтверждено вовлечением в реакцию циклоприсоединения с л-нитробензонитрил-/У-оксидом 32 (см. ниже, схема 19).

До наших работ не были опубликованы исследования, в которых описывались бы химические свойства ОЛ/Л^-азоксиолефинов. Нас в первую очередь интересовали реакции этих соединений с электрофильными и нуклеофильными реагентами, и прежде всего, возможность присоединения по связи С=С соединений 17 с сохранением диазеноксидного фрагмента.

8.1 Взаимодействие арил-ОМУ-азоксиолеФинов с аминами

При взаимодействии азоксиолефинов с аминами можно было бы ожидать атаки по электронодефицитному атому р-углерода с последующей миграцией протона к соседнему атому углерода, что приводило бы к формальному присоединению по связи С=С, как это происходит при реакциях олефннов, имеющих электроотрицательный заместитель (СиМ, N02 и т.д.). Действительно, пзоксиолефин 17» легко взаимодействует с аминами (диметиламин, диэтиламин, морфолин), однако, в результате реакции образуются лишь смолообразные продукты, а в том случае, когда бензольное кольцо азоксиолефима содержит электроотрицательные заместители (аюкоиолгфин 17Г) при действии морфолина происходит нуклеофмльное замещение пзоксифрагментп с образованием 2,4,6-трибромфенилморфолина с выходом 55 % (схема 11).

О

OÄ

-N-N—v HNMa^

Bu -Смола

17а

Bf/

/_<у н»ГЬ ,Вг

Br4>N"N-\_Q — Вг-HQ-^O

17f Br

8.2 Взаимодействие азоксиолеФииои с HCl Исследуя взаимодействие взоксиолефинов с ' HCl мы ожидали элеюгрофильного присоединения по С~С связи. Однако оказалось, что соединения 17 под действием эфирного раствора HCl практически количественно превращаются в хлоргидразоны 1S (схема 12, табл. 2).

Схема 12

О

f ЫГ1 Ц Н2О R'-N-N-CH-CH-R* -—> R'-N-N-C—СН—--►R<-N^N-C°CH—R1

17.-е / h 11.-.°° °

19 а,с

R« - 2,4,6-ВгзСбН2. R2 - Ph (в); Rl - 2,4,6-азСбН2, R2 - Ph (Ъ); Rl « 4-N02C6H4, R2 - Ph (c);

R'- Ma"^5T.R2-Ph(d); R' - г^.б-ВгзСбНг, R2 =Bun (e)

HCI

он

R—N-N-CH-CH-R CI

HCI

20

-H2O

CI9

R—N-N-CH-CH-R—R—N-N-CH-CH-R

Cl 61 t\

21 22

Можно предположить, что на первой стадии происходит 1,5-присоединение HQ к азоксиолефину 17 с образованием промежуточного аддукта 20 (схема 13). Далее в результате протонирования по группе ОН отщепляется Н2О, и катион 21 после присоединения аниона С1" дает азосоединение 22. Хлоргидразон 18 образуется, вероятно, в результате миграции подвижного а-протона. Сходный разрыв связи N-O наблюдался нами ранее при распаде 1-арил-2-(2-бром-2-фенилэтил)дивзен-1-оксидов с образованием бромгидразона формальдегида и бензальдегида (схема 6).

Строение гидразонов 18 установлено на основании спектральных данных (ПМР, ЯМР 'Зс, ИК-спектроскопии и масс-спеюрометрии). Наличие гидр озонного фрагмента подтверждается спектрами ЯМР INEPT, в которых наблюдается сигнал атома '^N, связанного с одним протоном (8 --250 ma, ^)5n-1H " 90 Гц ) Таблица 2. Получение хлоргидразонов 18 (см. схему 12)

Соединение Дшгтельность Выход Т. пл./ 'С

реакции/ч (*)

18а 1 100 84—87 (раал.)

18Ь 1 100 72-74

18с 3 95 95-96

18d 1 95 100-108

(раал.)

18е I 100 масло

8.3 Химические свойства гидрозонов хлораиетилхлорилор Хлоргидразоны 18а и 18с легко превращаются в хлорвинилдиазены 19 (см. схему 12): атомы Н и CI отщепляются из положений 1 и 4 при добавлении воды к раствору 18 в MeCN. Соединения 19а,с выпадают при этом в виде кристаллов. Эта реакция обратима, и при действии сухого эфирного раствора HCl происходит превращение 19 -> 18.

В отличие от хлоргидразонов 18а,с, соединения 18b,d,e при обработке водой выпадают из ацетонитрильного раствора в виде масла, которое, по данным спектроскопии ЯМР представляет собой смесь гидразона 18 и азоолефина 19. Попытки связать HCl добавлением оснований (Et3N, пиридин, коллидин, AI2O3, NaF, №2СОз), чтобы получить аналитически чистые образцы I9b,d,e, оказались безуспешными. В то же время строение этих соединений подтверждено спектрами ПМР. Не удается также использовать сшшкагель для отщепления HCl в соединениях 18, так как при этом происходит гидролиз. Например, хлоргидразон 18е на силикагеле превращается в соединение 23е с выходом S8 % (схема 14).

Схема 14

1 " г SiOj 1 i1 2

R-N-N=C-CH-R -♦ R—N-N=C—CH—R 1

18e Cl Cl 23e ¿1 OH

R» = 2 л.б-ВгзСбНг, R2 ** Bu11 (e)

Азоолефин 19a образуется в виде Е- и Z-нзомеров (наблюдаются два набора сигналов в спектрах ПМР и ЯМР ^С), причем преобладает термодинамически менее выгодный изомер, который при нагревании переходит в более устойчивый. Соединение 19с получено в виде одного, термодинамически выгодного изомера, что, возможно, связано с легкой изомеризацией, обусловленной присутствием элемроогрицзтельного заместителя R'. Предполагаемая нами транс-ориентация объемистых заместителей PI) и С1 подтверждена расчетом энергий изомеров методом ММ2.

Следует отметить, что общие методы синтеза азохлоралефиноа не известны. Описаны лишь отдельные представители этого класса соединений, и их химические свойства не изучены.

Нами показано, что азоолефины 19 легко реагируют с аминами (схема 15). Скорость присоединения морфолина к соединению 19* в 1,4-положение выше, чем скорость замещения хлора, и гидразон 24а удается выделить с выходом 55 %. Под действием избытка амина происходит замещение атома С1 с образованием амидразона 25а. В тех случаях, когда чистый азохлоролефин выделить не удается, амидразон легко получается при обработке хлоргидразона 18 избытком амина. Например, соединение 25е образуется из хлоргидразона 18е с выходом 72 %.

Схема 15

^-N=N-0=0»-К1 19а 6

Н

^-N-N=0-01-В? 18. ¿, Ь

О

н а хАч

О

о

„О

N-N=¿—011-1** 25«,. ^

О

24,25 Я> - 2,4,6-ВгзС6Н2; Я2 - РЬ (а);

Я' - 2.4,6-ВгзСбН2; Я2 - Вип («)

Азохлоролефины легко присоединяют спирты и карбоновые кислоты (схема 16). Так, соединение 19а реагирует с метанолом, давая гидразон 26а с выходом 90 %. Соединения 26 можно получать в одну стадию непосредственно из хлоргидразонов 18 (табл. 3). Строение продуктов 26 подтверждено спектральными данными.

Я-Ы=М-С=СН-РЬ 19а а

¿-1Ч-Ы=С-СН-РЬ 18»,а ¿1 а

Н С1 26а-е 1""

ОЯ

26: Я1 - 2.4,6-Вг3С6Н2, Я3 - Ме («) Я1 - 2.4.6-ВГЗС6Н2, Я3 - Е1

Я1 - 2,4,6-ВГ3С6Н2, Я3- Ас

(Ь)

Я3-Ме (с) Я3 - Е1 «) (е)

Таблица 3. Получение хлоргидраюнов 26 (см. схему 16)

Исходное Реагент Гидрами Длительность Выход Т. ПЛ./-С

соеди- реакции (ч)/ (%)

нение температуря СС)

18а МеОН 26а 0.5/ 20 90 81-82

19а МеОН 26а 2.5/ 64 95 80-82

18а ЕЮН 26Ь 4/ 20 95 79-80

19а ВОН 26Ь 1/ 78 95 79-80

18(1 МеОН 26с 4/20 90 136-138

18(1 ЕЮН 26(1 24/ 20 90 85-86

19а АсОН 26е 1/90 89 78-79

Н

1Я

8.4 Использование азохлооолеФинов ■ синтезе гетерочикло»

В предыдущем разделе было показано, что в результате сопряженного присоединения О- и Л/-иуклеофилов (спиртов, карбоновых кислот и аминов) к азохлоропефинам образуются продукты, содержащие хлоргидразонный фрагмент. Из литературных источников известно, что хлоргидрозоны являются предшественниками нитрилиминов реакционоспособных 1,3-диполей.

Вышеуказанные обстоятельства явились побудительным мотивом для разработки подхода к построению бициклических структур, образующихся в результате внутримолекулярного |3+2)-циклоприсоединением нитрилимина к ОС или С»С фрагменту, который введен в молекулу при присоединении ненасыщенных нуклеофнлов к азохлоролефину. С этой целью из азохлоролефина 19« реакцией с непредельными спиртами, кислотами и аминами получена серия хлоргидразонов 27-29 (схема 17), из которых при обработке триэтиламином генерировались нитрилимины.

Схема 17

С Г

19а

н2осн-<сн4соон

н / НаОСН-

Я-ЫМ-СШРЬ

сг о С-о

сн2)-хн

н

сг

И2С-СН-(СИг)п щгС-СН-(СНг)п

нс'с-(сн2)^он

сг ь

НС-С-(С»^!п

27а: п-0. 65 % 27Ь: п-1, 94 %

я'-СвНгВгз 28«: п-1; Х-О, 81 % 28Ь: п-2; Х-О, 80 % 28с: п-1;Х-МИе

29а: п-1, 79 % 29Ь: п-2, 80 %

Оказалось, что ожидаемая реакция нитрилимина с двойной С-С связью гладко протекает в случае ппдуктов аплилового спирта и метилаллиламина (28а и 28с), давая бициклнчеекие 5-5 системы 30а и ЗОЬ (схема 18) Циклизация протекает стереоеепективно и, как показано методом ЯМР с

" использованием методики ЫОЕБУ, наблюдается «гдонс-ориентация протонов Н, и Нь. Однако, в случае электронодефицитной С~С связи, как в случае аддукта акриловой кислоты 27а, реакция приводит к сложной смеси продуктов.

Схема 18

н С1 ^Ы-бсНРИ /Х

НгС^СН-СНг 28а,с

Ь3ы * р

Н С1

р

НС=С—С Но

29а

80%

I . I р, ^ |

РЬ(00ССНэ)4(Х=0, 50%УМ>|— И.' ' „ ________31

30а, 48% ЗОЬ.46%

Я аСбНгВгз

Также ожидаемое направление реакции наблюдалось нами при реакции нитрилимина с тройной СтС связью. Из соединения 29а, полученного присоединением пропаргилового спирта к озохлоролефину 19а (схема 18), образуется бициклическая 5-5 система 31. Тот же самый продукт 31 синтезирован окислением бицикла 30а тетраацетатом свинца.

В тех случаях, когда реакция нитрилимина с непредельным фрагментом должна была бы приводить к образованию бициклических 5-6 систем (циклизация соединений 27Ь, 28Ь и 29Ь), нами наблюдалась сложная трудноразделимая смесь продуктов.

Таким образом, используя взаимодействие азохлоролефинов с непредельными спиртами и аминами с последующим генерированием нитрилимина разработана стратегия получения некоторых бишпслических 55 систем, состоящая" из трех стадий: азоксиопефин - > азоолефин -» замещенный хлоргидразон -> азапентален.

8.5 Взаимодействие азокснолеДжнов с л-нитробензонитрилоксидом Соединение 17а (смесь цис-Нранс изомеров) было вовлечено в реакцию циклоприсоединения с л-нитробензонитрил-^-оксидом 32 (схема 19).

Схема 19

а3м Т

8с__. он К1

РЬ_^М_СНиСН_Ви 17*

17» +

Наряду с первичным аддуктом 33 (смесь изомеров) образуются соединения 34 (также в виде смеси изомеров). Продукты 33 и 34 охарактеризованы спектральными методами и данными элементного анализа. Отнесение изомеров сделано на основании сопоставления вицинальных КССВ протонов. Индивидуальный изомер транс-33 (выделен при помощи колоночной хроматографии) реакцией с нитрилоксидом 32 переведен в индивидуальный изомер транс-34. На основании сопоставления спектров трапс-34 и смеси изомеров 34 (которую не удалось разделить хроматографичегкн) сделано отнесение некоторых сигналов для изомера цнс-34.

1. Найдена новая реакция 1-арил-2-бромдиазен-1 -оксидов с терминальными олефинами, приводящая к 1-арил-2-(2-бромалкил)диазен-1-оксидам; предложен механизм реакции с участием диазеноксидиых радикалов.

2. Разработана методика получения азоксиолефинов, которая заключается в обработке арил-ОА'Л'-Р-бромалкнддназеноксидов триэтиламином. Предложен одностадийный способ получения азоксиолефинов из Лг-бромдиазен-1-оксидов и олефинов в присутствии триэтиламина.

3. Найдена внутримолекулярная реакция арил-ОМУ-р-бромалкилдиазеноксндов, протекающая с разрыве .1 С-С связи с образованием арилгидразонов хлорангндридов кислот и альдегидов.

4. Найдено, что 1-арил-2-алкенилдиазен-1-оксиды реагируют с хлористым водородом с образованием недоступных ранее гндразонов хлорангндридов а-хлорзамещенных кислот и азохпоролефинов. Последние легко

. присоединяют спирты, амины и кислоты с образованием соответствующих а-замещенных хлоргидразонов.

5. Используя взаимодействие азохлоролефииов с непредельными спиртами и аминами с последующим генерированием нитрнпимина разработана стратегия получения некоторых азапенталенов, состоящая нз трех стадий: азоксиолефин -+ азохлоролефин -> замещенный хлоргидразон -* азапентолен. Таким образом получены следующие новые соединения: 6-фенил-2-(2,4,6-трибромфенил)-2,За,4,6-тетрагидро-ЗН-фуро-[3,4-с|(1иричол, 6-фенил-2-(2,4,6-трибромфенил)-2,6-дигидро-4Н-фуро-|3,4-с]пираюл. 5~метил-6-фенил-2-(2,4,6-трнбромфенил)-2,3,За,4,5.6-гекспг»шропирроло-|3,4-с1пиразол.

6 Ртрпботан удобный метод синтеза )-арил-2-бромдназен-1-оксидов.

Основное содержание работы итожено в следующих публикациях

t. М. Churakov, Е. L. Goncliarova, A. Yu. Tyurin, S. L loffe, Yu. A. Strelenko, V. A Tartakovskii. A novel reaction of I-aryI-2-bromodiazene 1-oxides with alkeiies. Mendeleev Commun., 1991, 4, 141-143

2. Чураков, A. IO. Тюрин, E. Л. Гончарова, С. Jl. Иоффе, Ю. А. Стреленко, В. А Тартаковский. Новая реакция 1-арил-2-бромдиазен-1-оксидов с олефинами. Синтез 1-арил-2-(2-бромалкил)диазен-1-оксидов. Изв. Акад. Наук, сер. хим., 1995, 5, 917-923

3. Чураков, А. Ю. Тюрин, Е. Л. Гончарова, С. Л. Иоффе, Ю. А. Стреленко, В. А. Тартаковский. Синтез 1-арил-2-алкенилдиазен-1-оксидов. Язе. Акад. Наук, сер. хим., 1995, 5, 924-927

4. Тюрин, А. М. Чураков, Е. Л. Гончарова, С. Л. Иоффе, Ю. А, Стреленко, В. А. Тартаковский. Реакция 1-арид-2-алкениддиазен-1-оксидов с хлористым водородом. Новый подход к синтезу функционально замещенных арилгидразонов. Изв. Акад. Наук, сер. хим., 1995, 5, 928-933

5. M. Cluirakov, A. Yu. Tyurin, E. L Goncharova, S. L lotte, Yu. A. Strelenko, V. A. Tartakovskii. A novel reaction of l-aryl-2-(a,p-unsaturated)diazene 1-oxides with hydrogen chloride. Mendeleev Commun., 1994, б, 220-221

6. Ю. Тюрин, А. М. Чураков, С. Л. Иоффе, Ю. А. Стреленко, В. А Тартаковский. Взаимодействие 1-арил-2-бромлиазен-1 -оксидов с кислотами и основаниями. Изв. Акад. Наук, сер. хим., 1997, 3, 613-615