Синтез и строение 1,3-алкадиен-2-фосфонатов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

С.-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

на правах рукописи ГУРЕВИЧ Игорь Евгеньевич __

СИНТЕЗ Ш СТРОЕНИЕ X . З-АЛКАДИЕН-2-ФОСФОНАТОВ

Специальность 02.00.03 - органическая химия

Автореферат

диссертация на соискание ученой степени кандидата яныичеашх наук

Санкт-Петербург - 1393

Работа выполнена на кафедре органической химии С »-Петербургского технологического института.

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Научный консультант; ка»-шдат химических наук,

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Кандидат химических наук, старший научный сотрудник

ИОНИН

Борис Иосифович

ДОГАДИНА Алла Владю ровна

МАШЛЯКОВСКИЙ Леонид Николаев.14

БРЕЛЬ

Валерий Кузьмич

Ведущая организация - С. -Петербургский Педагогический Университет

Защита состоится 15 июня 1993 года в 10 час. на заседании Специализированного ученого совета Д 063.25,04 при С.-Петербургском технологическом институте -Адрес: 198013, С.-Петербург, Загородный проспект, 49.

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке института.

Замечаний и отзывы по данной работе направлять по адресу: 198013, С.-Петербург, Загородный проспект, 49, С.-Петербургский технологический институт, Ученый Совет.

Автореферат разослан 14 мая 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного совета

Соколова Н.Б.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. 1,3-Алхадиенфосфонаты представляют собой большой класс непредельных соединений четырехкосрдинированного фосфора, привлекающий внимание исследователей. Интерес к 1,3-алкадиенфосфонатам связан как с теоретическими аспектами органической химии, так и с расширяющимся спектром их практического использования. Так, исследование стереохимии, электронной структуры и реакционной способности 1,3-алкадиенфосфонатов внос г значительный вклад в изучение общих закономерностей сопряженн тх систем, а использование этих соединений как синтонов и мономеров приводит к новым классам фосфорорганических соединений и полимеров с повышенной пламестойкостью и адгезией к металлам.

Хорошо известньГ 1,3-алкадиенфосфонаты с фосфорной группой у первого углеродного атома. Из алкадиенфосфонатов "пренового" типа, т.е. с фосфорной группой во втором полож чин З^З-дненоя^й системы описаны только соединения с rere роатом ним заместителем в углеролном скелете. Фосфонопрены, не содержащие гетероатомнмх заместителей в углеродной цепи, до настоящего исследования оставались практически недоступными.

В т^ же время создание общего метода синтеза таких соединений открывает путь к фосфонопренам — представителям труднодоступного класса шряженных диенов с акцепторной группой, потенциальным мономерам для создания регулярных полимеров и синтонам для получения биологически активных соединений.

В последние годы был выполнен ряд исследований по окислительному хлорфосфорнлированию разнообразных непредельных соединений, открывающих пути синтеза соединений с фосфорной группой у второго атома углеродной цепи. Выявленные общие закономерности этой радикальной реакции позволяют предположить возможность ее использования для синтеза фосфонопренов, не содержащие гетероа>омных заместителей.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью настоящей работы является разработка общего метода синтеза 1,3 -алкадиен-2 -фосфонагов, не содержащих гетероатомных заместителей, на основе реакции окислительного хлорфосфорилнрования 4-хлор-1-алкенов.

В задачу исследований вошли вопросы хемо-, регио-направл'енностн реакции окислительного хлорфосфорилнрования 4 -хлор-1-алкенов и проблемы строения получаемых фосфонопренов .

НАУЧНАЯ НОВИЗНА И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ» Разработан метод синтеза ранее недоступных 1,3-ал-кадиен-2-фосфонатов, не содержащих гетероатомных заместителей в углеродном скелете, на основе окислительного хлорфосфорн-лирования 4-хлор-1-алкенов с последующем элиминированием галогснаодорода.

Впервые получены дихлорангидриды и диалкил (арил) овые эфиры 1,3-алкадиен-2-фосфоновых кислот.

сказано, что реакция окислительного хлорфосф».. ллирования 4-хлор-1-алкенов протекает регио- и хемоселективно с преимущественным образованней 1,4-дихлоралкан-?-фосфонатов „

Отмечено, что хемоселективность реакции (соотношение фос-фонатной и фосфатной структур) понижается при наличии у четвертого углеродного атома 4-хлоралкена фсн«лъной кли трет,,-бутильной группы при повышении региоселек^ивности реакции.

Взаимодействие полученных 1,4 -д и хлорал ка н - -д и хло рфос -фонатов с триэтиламииом приводит к отщеплению только одной молекулы хлористого водорода с образованием 4-хлоралкен-2~ днхлорфосфонатов.

Показано, что 4-хлор-1-бутен- и 4-алкил (фенит) -4-хлор-1-алкен-2~фосфонаты дегидрохлорируются под действием трет о -бутилата натрия (предполагается механизм Е1сЬ или Е2), в то время как дегидрохлорирование 4,4-диалкил (фенил) -4-хлорал-кеи-2-фосфонатов протекает только под воздействием кислоты Льюиса (¿пОг) или при нагревании (предполагается механизм Е1) , что даст возможность получать дихлорангидриды 1,3-глка-днеа-2-фог-Чжовых кислот и широкий ряд функциональных производных на их основе.

Установлено, что незамещенные или имеющие один заместитель у четвертого углеродного атома 1,3-алкадиен-2-фосфокаты имеют преимущественно плоскую з-цис- конформацию. Фосфо-нопрены, имеющие два заместителя в положении 4 углеродного скелета, находятся в скошенной конформации. Наиболее объемный заместитель у четвертого углеродного атома молекулы находится в транс-положении относительно винил фосф латного фрагмента.

Методом рентгеноструктурного анализа изучена молекулярная структура бис (2,4,6-трибромфен илового) эфира 4-метил-1,3-пентадиен-2-фосфоновой кислоты.

Показано, что радикальная полимеризация диметилового эфира 1,3 -бутадиен-2 -фосфоновон кислоты протекает регио- и стерео-селективно с образованием полимера с преимущественным содер-

жанием E-l,4-звеньев (86%) и 3,4-звеньев (14%) .

Установлено, что взаимодействие 1,3-бутадиеи-2-фосфоната с ацетаминомалоновым эфиром в присутствии алкоголята натрия протекает региоспецифично и стереоселективно с образованием продукта 1,4-присоединения (Е:Z=4.5:1), в то время как 4-метил-1,3-пентадиен-2-фосфонат образует в данной реакции продукт 1,2-присоединения .

ПУБЛИКАЦИЯ И АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. По теме диссертации опубликовано 5 работ.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация изложена на 120 страницах и включает 8 таблиц, 19 рисунков и библчо-графию из 113 наименований. Работа состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, выводов, списка литературы и приложения. В первой части рассмотрены литературные даш 'е, каслющиег - методов синтеза, строения и свойств известных к настоящему времени 1,3-алкадиен-2-фосфонатов. Вторая часть посвящена обсуждению полученных экспериментальных данных по синтезу, строению и химическим свойствам фосфо-нопг »нов. Третья часть содержит описание методик проведения эксперимента.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ I. ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ХЛОРФОСФОРИЛИРиВАНИЕ 4-ХЛОР-1-АЛ КЕНОВ

В основу синтеза 1,3-алкадиен-2-фосфонатов положена реакция окислительного хлорфосфорилировання 4-хлор-1-ал»се-ноз, позволяющая * вводить атом фосфора во второе положение углеродной цепи.

Окислительно; хлорфосфорилироваиие 4 -хлср-1-алксиоп приводит к образованию преимущественно продуктов фосфонат-ного строения (la—Va) . Минорными продуктами являются регио-изомерные фосфонаты (16—V6) и фосфаты (Is—Vb) . Выделение индивидуальных соединений на этом этапе не проводилось.

Строение продуктов доказывалось методами спектроскопии Я MP и последующими превращениям«. Так, в спектрах ЯМР 31Р реакционной массы окислительного хлорфосфорилировання 4-хлор-1-алкенов наблюдаются три основных сигнала, соответствующие фосфорсодержащим продуктам реакция*. Сигнал с химическим сдвигом фосфора 6р 53-49 м.д* соответствует ф<жфонзтам (la—Via), сигнал я области 46-40 м * д р qtho-

сигся к фосфонатам (16—V6), а сильнопольный сигнал в области 6р 8-5 м.д. соответствует фосфатам (1в—VIb) .

/r1

CHj^CH-CH^-CCI R1R2 ♦ PClj ♦ O2 * CH2CI-CH-CH2-CCl( ♦

P(0)CI2 la-Via

/«1 / 1 ♦ с^р-снг-сно-снг-са; ♦ снга-сн-снг-са;

I! \г I к2

° OPíO)Cl2

I6-VI6 Ib-VIB

R1 » R2* H (ta-a); R1 « H, R2 « CH3 (Ila-e); R1 « R2 » CH3 (IIIa-в);

R* » H, R2 » Ph (IVa-a); R1 » CHj, R2 ■ Ph (Va-в);

R1 » CH3, R2 » fflu (Vla-B)

Отнесение сигналов подтверждается данными спектроскопии ЯМР 31Р без спиновой развязки З'Р-'Н и ЯМДР 'Н-^РЬ На рис.1 представлен спектр ЯМР 31Р реакционной массы окислительного хлорфосфорилирования 4-хлор-4-метил-1-пен-тена после отгонки PQCI3, снятый с подавлением и без подавления константы спин-спинового взаимодействия 31Р-*Но

При наличии t-Bu- группы в четвертом положении молекулы 4 -хлор-1 -алкена реакция окислительного хлорфосфорилирования сопровождается деструкцией углеродной цепи, что является характерным для гемолитических реакций алкенов, содержащих трет. -бутильный заместитель. Так, в спектрах ЯМР 31Р реакционной массы 4-хлор-4,5,5-трнметил~1-гексена наблюдаются группы сигналов в областях 53, 48, 32 м„д. и синглетньш сигнал 6р 7.8 м.д о Основными продуктами реакции являются 1,4-ди-хлор-4,5,5-триметилгексан-2-фосфонат (Via) с химическим сдвигом фосфора 5р 53.8 м.д. н 1,4-дихлор-4,5,5-триметил-гексан-2-фосфат (VIb) с химическим сдвигом фос'opa Sр 7.8 м.д. Произвести однозначное отнесение сигнала для 2,4-дихлор-4,5,5-триметилгексан-1-фосфоната (VI6) не удается. ,

Обобщая данные о хемо- и регионаправленности реакции окислительного хлорфос<'орилнрованна 4-хлоралкенов (табл.1), можно отметить следующее:

1) Реакция протекает хемоселективно, с преимущественным

-т-

| ¡чо>а3

л_Л__

Ti1

Рисунок 1. Спектр ЯЧР !' реакционной массы окислительно.а хлорфосфари-, лирования 4-хлор-4-метил-1-пентема после отгонки POClj.

Растворитель CDCT3. Broker ЛС-200.

образованием продуктов фссфонатного строения. Хемсселектив-иостъ реакции окислительного хлорфосфорилировання 4 -хгтср-1-алкеноз.очевидно, объясняется нуклесфильпым характером ради-кала-аддукта, образующегося вследствие первоначальной атаки хлор-атомом терминального углеродного- атома непредельного соединения . Нуклефильностъ этого радкхала обусловлена наличием донорного заместителя у терминальной дзойной связи, и определяет .преимущественное взаимодействие радикала с более злектро-филькой молекулой PCI3 (по сравнению с молекулой кислорода) .

2) Хемсселективность реакции окислительного клорфосфори-лирования 4-хлор-1-алке:юа пони.чсается при наличии у четвертого углеродного атома феняльнсго или трет.-бутнльного заместителей .

3) Региоселективиоспг реакцип сккслптелыгсго хлорфогфорн-

Таблица 1

Соотношение продуктов окислительного хлорфосфорилировани я 4-хлор-1-алкенов. Степень конверсии 85-95%

Исходное соединение снг=сн-с112-ся1к2а Соотношение продуктов Примечание

в 6 в

К1 = Й2 = Н й1 = Н, Л2 = СНз и' = Л2 = СНз й11 = СНз, К2 = 1-В" к1 = н, к2 = РЪ Я1 = СНз, К2 " 13 8.5 8.7 0.7 2 2 1.5 0.7 1 0.2 1 1 1 1 1 1 Дес.. у кипа

лирсвгння аллильных хлоридов повышается при наличии двух заместителей у четвертого атома углерода 4-хлор-1-алкенов<> Видимо, стерический эффект заместителей, с одной стороны, затрудняет первоначальную атаку атома хлора во второе положение углеродной цепи (что приводит к увеличению региоселектив-ности реакции), а с другой стороны, препятствует подходу более объемной молекулы РО3 (по сравнению с Ог) к радикальному центру на втором углеродном атоме (что определяет уменьшение хемоселсктивности реакции) .

II. ДЕГИДРОХЛОРИРОВАНИЕ 1,4 -ДИ ХЛОРАЛ К АН -2 -ФОСФОН АТОВ

Для создания диеновой системы использовались классические методы отщепления галогенводорода под действием оснований и кислот Льюиса»

Взаимодействие дихлорангидридов (1а—1Уа) с триэтнламином приводит к элиминированию только одной молекулы хлористого водорода с образованием алкенфосфонатов (VII—X), причем проходит отщепление наиболее подвижных водорода а-углерод-

>1

СН2О-СН-СН2-С-С1 • к 4

(СгН5)3\

?ч0)аг

1а-IV®

-<сгН5)зм-на

/

нгс=с-снг-с-а

I 4 ?

р<0)С1г а2 уш-х

К1»«2^ (VII); ^«Н, 1*г»СНз (VIII) и'^Е^СНз С1Х>; К1=Н, Л2=РЬ (X)

ного и хлора В-углеродного атомов фосфонатов. Дихлоран-гидриды (VII—X) выделены в индивидуальном виде фракционной перегонкой о

Продукты реакции окислительного хлорфосфорилировання фосфатного строения (16—ÍV6) в этих условиях не дешдрохлорируются . Региоизомеры (Ib—IVb) при дегидрохлорировании отщепляют две молекулы НС1 образуя 1,3-алкадиен-1-фосфонаты„

Строение фосфонатов (VII—X) подтверждается спектрами ЯМР 13С, ЯМДР 1Н-{31Р> и ПМР.

В масс-спектрах 4-хлор-1-алкен-2-фосфонатов (VII—IX) отсутствуют пики молекулярных ионов и наблюдаются пики осколочных ионов с характерным изотопным распределением для двух атомов хлора, что соответствует фрагментам, образующиеся для каждого фосфоната (VII—IX) из молекулярного иона отрывом атома хлора, т/г (10ти , %) 171 (100) [CAH6POCÍ2]+s 173 (63.8), 175 (10) 'для фосфоната (VII); 185 (66.9) [С5НаРОС12]\ 187 (43), 189 (7.8) для фосфоната (VIII); 199 (26.4) [С6Н10РОС12]*, 201 (16.6), 203 (2.7) для фосфоната (IX) .

Д"хлорангидриды (VII—X) легко этерифицируются с образованием соответствующих фосфонатов (XI—XIV,XXVIII—XXIX) .

t

CH2=C-CH2~C~C1

I 4 ?

O-POz R VII—X

2r'oh. zcshs.n' -C5H5NMÍC1

HjC—C-CH^—C-C!

4{OR'Í24R2

O-í

R'»Et R'eR2«H (X!)-, R2*CH3 <XII)

.. =к2=сн3 (хно; к2=рь (х'.У)

r,=me н1=к2=н (xxviii); й1=н2=снз (xxix)

Строение фосфонатов (Х1-Х1У, ХХУШ-Х1Х) подтверждается спектрами ЯМР 13С, ЯМДР 'Н— {31Р} к ПМР.

В масс-спектрах диэтиловых зфиров 4-хлор-1-алкен-2-фос-фоновых кислот (XI—XIII), так же как и в спектрах их дихлор-ангадридов (VII—IX), отсутствуют пики молекулярных ионов и наблюдаются пики фрагментов, образующихся из молекулярного иона отрывом атома хлора у четвертого углеродного атома, т/г По™., %): 191 (100) [С8Н16РОзГ Для эфира (XI); 205 (3.2) [С^аРОзЗ* для эфира (XII); 219 (32.1) [С10Н2оРОзГ для эфира (XIII).

-jO-

Для дегидрохлорирования эфирав (XI,XII, XIV и XXVIII) были использованы более сильные основные агенты, такие, как МеО"; ЕЮ"; t-BuO" . Отщепление галогснводорода проходит только под действием t-BuONa и t-BuOK и приводит ж образованию соединений 1,3-Диеновой структуры (XV—XVII и XXX) -

Очевидно, дегидрохлорирование дихлорангндридов (VII—X) н дналкиловых эфиров (XI, XII, XIV и XXVII) протекает по механизму ElcB { Е2) -

I-BÜOK

СН2=С-CHj-CHCí-fi ' H2C=C-CH=CH-R

PÍO)(OR')2 P(OKO )2

Xl,XU,XIV,XXVItI R'=El R*H (XV); R=CHj (XVI),

R=Ph (XVU> R'=Me R=H (XXX>

Обработка диэтилового эфира 4-хлор-4-метил-1-пентен-2-фосфоковой кислоты (ХШ) даже трет „-бутилатом натрия и калия не приводит к элиминированию HC¡.

3,4-Дегилрохлориро2аш!е эфира (ХШ) и днхлорангидрида (IX) проходит под воздействием кислоты Льюиса, а именно безводного хлористого цинка. Очевидно, в этом случае реализуется механизм элиминирования El.

ZnCl2 '

СН2=С—сн2—Са(СНз)2 -- СН2=С—СН=С(СНз>2

I -"а !

Р<0:"2 Р(0)Х2

К » ОМе {XXIX), OEt <ХШ), X » ОМе (XXVI), OEl CXVUI),

x = а (ix>. x • a (xix).

Наличие трет „-бутклышх или феннлькых групп в 4-дизаме-щениых 4-хлор-1-алкен-2-фосфонауах облегчает 3,4-дегидро-хлорирование и делает возможным в сочетании с 1,2-дегидрохло-рирозанием под действием триэтиламина получать диеновые ди-хлорфссфонаты .

Так, в отличие от дихлорангидридов (la—IVa) дихлорангндрид (Va) отщепляет молекулу НС1 при нагревании во время отгонки хлорокнен фосфора из реакционной массы окислительного хлор-фосфорилнрованиЕ 4-хлор-4-фенил-1-пентена. При этом образуется дихлоранпщри*. 1-хлор-4-фенил-3-пентен-2-фосфоновой кислоты (XX), последующее взаимодействие которого с триэтил-амином приводит к образованию днхлорангидрида (XXI) .

,СНЗ

снгсю4-снг-с-а ■

Р(0)С12

»•С

,СН3

Va

-на

Отга-сн-01=с Р(0)С12

хх

сн3

сн2=с-сн=с i

Р(0)С12

XXI

Взаимодействие дихлорангидрнда (Via) с трнэтиламином про-екает с отщеплением сразу двух молекул хлористого водорода.

,СН3

снгО-сн-снг-с:- а

2 (C2H5)3N

p(0)Ci2 Via

С(СНз>з -г (С2н5>з.\-на

сн2=с-сн=с{

,сн3

Р(0)С1-XXII

\:<снз)з

Дихлорангидриды 1,3 —алкаднен-2 -фосфсновых кислот (XIX, LXI, XXII) легко этерифшщруются с образованием соответствую-Ц1х эфироа.

сн2=с—сн=с{ I Ч1

Р(0)а2 R»Ph (XXI)

СНз

R

2R'OH, 2C5H5N -2(CsH5)N-Ha

СН2=С-СН=С^

СН3

R«lBu (XXII) R»CHj (XIX)

R=Ph,

R=tBu, R*CH3,

R

P(OXOR')2 R'*Et (XXIII)

й'=СбН2Вгз "(XXV) R'=Et tXXIV) R'=Me (XXVI) R'=Et • (XVIII) R'=C6H2Bt3(XXVII)j

Строение полученных диеновых фосфонатов (XV—XIX,XXI—^ КУН,XXX) доказано с применением методов спектроскошш ЯМР ядрах 1Н. 13С, гетероядерного двойного • резонанса ЯМДР [—{31Р}, ИК спектроскопии, ,масс-спектрометрии и рентгене-

структурного анализа.

Параметры спектров ПМР полученных 1,3-алкадиен-2-фос-фонатов представлены в таблице 2.

В спектрах ЯМР 13С фосфонопренов в слабом поле наблюдаются сигнал- четырех атомов углерода 5р2-гибридизации с характерными фосфорными константами расщепления.

В ИК спектрах диеновая система подтверждается наличием характер 'ых полос поглощения диеновой системы в области 1590 и 1640 см*1. Терминальная метиленовая группа проявляется валентными колебаниями С—Н в области поглощения 3090— 3098 см"1.

В масс-спектрах 1,3-алкадиен-2-фосфонатов наС.юдаются пики молекулярных ионов, ш/z (1отн , %) : 190 (37.7) [С8Н15Р03]% для диена (XV); 204 (57'. 76) [С9Н17Р03] +для диена (XVI); 218 (34.5) [С10Н19РО3]+для диена (XVIII); 198 (11.5) [С6Н9РОС12]\ 200 (7.5), 202 (1.2) хля диена (XIX); 240 (7.5) [С9Н1ЧРОС12)2 ' 2 (5.0), 244 (0.8) длядиена (XXII); 280 (4.9) [С15Н210зР] +для диена (ХХШ); 260 (80) [Cu^sO-jP]* для диена (XXIV).,

III. СТРОЕНИЕ 1.3-АЛКАДИЕН-2-ФОСФОНАТОВ

Из лтхратурных данных известно, что величина вицинальной констрчты протон-фосфорного взаимодействия 3Jhp зависит от величины двугранного угла Н—С—С—Р и легко позволяет различить цис- и транс-изомеры непредельных фосфорорганических соединении* Это позволяет оценить конформацпокнос строские фосфонопре!з относительно связи С2—С3 на основании константы НС-СЗ-С2—Р (JCp в таблице 2) .

Анализ ПМР спектров фосфонопренов показывает, что значение 3Jph существенно зависит от строения 1,7-алкадиен-2-фосфсна-тов. Так, в незамещенных 1,3-бутадиен-2-фосфонатзх или в фосфонатах, содержащих один заместитель у четвертого атома углеродного скелета — 1,3-пентадиен-2- и 4-фенил-1,3-бута-Диен-2-фосфонатах. значение 3Jpc составляет 23—2 6 Гц, а в фос-фонопренах, содержащих два заместителя у четвертого углеродного атома 4-метил-1,3-пентадиен-2-, 4,-фенил-1,3-пентадиен-2- к 4,5,5-триметил11,3-гексадиен-2-фосфонатЯх значение 3Jpc уменьшается до 4.5—7.2 Гц. -

Небольшое значение вицинальной константы протон-фосфорного взаимодействия свидетельствует о переимущественно скошенной конформации 1,3-алкадиен-2-фосфонатов, содержащих двг

Таблица 2

Параметры спектров ПМР и ЯМР 31р алкадмен• 2 • фосфоиатов. Растворитель С^Од (XV—XVII, XIX) м СОС^. НС К2

НЧ

;с=с

)с=< ' V

НО Р(0)Х2

Химический сдвиг, £, м.д.

Н Е

"о "с

"м

Другие

нм

нм м сн3

СПя м-

СНз СНз

СНЗ С(СН3)3

С6Й5 ЧР СЧ15

С&Н5

н1-

нЬ.

нЬ ь

с113 СНз

СНз

СНз

с1'3 Н

ь СНз

ОСНз ОСН2СН3 ОСН2С11з С1 ОСНз оснгснз

ОСбН2Пгз С1

ОСН2СН3 ОСН2СНз

а

ОСН2СН3 ОС6Н2Вг$

5.48 5.69 5.52 5.30 5.71

5.(4 5.94 5.86 5.60 6.06

6. го 5.92 6.15

6.03 6.07 5.99 6.12 6.14 6.20 6.62 6.44 6.10 6.17

6.7

6.за

6.8

6.13 6.26 5.91 5.58 5.65 5.31 6.12

5.аз 5.72 6.79

6.:»? 6.74

5.73 5.71 6.21

1.43 1.70 1 <49

1.44 1.73 1.95 7.09 ,\3 2.2 1.94

5.04 5.11 1.5 1.32 1.75 1.49 1.77 1.04 1.07 7.2-7.5

7.2-7.8 7.1-7.6

7.3-7.5

ОСНз з.з ОСН2 3.88; СНз 1.03 ОСНг 3.86; Сн3 0.99

ОСНз 3-65 ОСН2 3.85; СЧз 0.96 ОСб112Вгз 7.67

ОСН2 3.99, СН3 1.25 ОСИ2 4.08; СН3 1.3

ОСН2 4.12, СНз 1.32 ОСбН2Вгз 7.67

Химический сд&иг фосфора ¿р определялся относительно тримстилфосфата из спекгрон ЯМДР ^Н—С3 V) ИНДОР

XXX XV XVI хзх XXVI XVIII XXVII XXII XXIV XVII XXI XXIII XXV Z

wfio« >«•» '»■»■ ^ »> * — M ul • * «4J^-»0>9UI0>W>«- M » m ■в 1 о я ь с PI £ Cl э £ С Е s> л « « W ?

mKmnnwnmnn w ru О •я

u. * ^ к i* ~ « г r ^ a ~ K о "О

—»»Vi —» к» • » » •• • M • «>* • M • о—» О О о о V* о гч о

• • art «Л оД • • * • А А А А о е. wo — «> — - — — о

„ о - - __ _ -в 2 S W - о - V, - ® s

г- -S

1 г- s "5 £ £ 2 •в -в -9 2 ~ О- -Ь О <Ь ° ^ : H и п по — Ji _ " — XS " "g ¿ Г ы t«л» £ ^ s s ® S <5 Я Я . ¿ " Г = - 2 . с ' ас ' 2 - £ -Я 5 м О п п S л» Ä s — Г - 7> 7> "0 о S - g X SX- о G ~ а-ы > «" X = оО-Т ^ w ^ ~ _ * fC -л • о — s X w — -ч ■о ■< i <»

аместителя на конце молекулы.

Незамещенным и однозамещенным фосфонопренам на ост ова-[ин величины можно приписать плоскую Б-цис-конфор-

<ацик> или незначительно скошенную, близкую к в-транс.

Для определения конформационного строения незамещенных 1.,3-алкадиен-2-фосфонатов наряду с данными ЯМР была исполь-¡ована электронная спектроскопия метиловых эфиров 1,3-алка-(иенфосфоновых кислот с различным положением фосфорсодер-кащей группы в алкадиеновой цепи.

н н

н\ /н V

"х >=< II

(сн3о)2Р >=с хн

II \

° xxx! р(°сн3>2

XXX ¡У

В УФ спектре диметилового эфира 1,3-бутадиен-1-фосфоновой кислоты (XXXI) наблюдается интенсивная полоса поглощения в области 23 2.5 нм (емакс.

25000).

В УФ спектре диметилового эфира 1,3-бутадиен-2-фосфоновой кислоты (XXX) наблюдается менее интенсивная полоса поглощения в области 222 нм (емакс. 8300) .

Поскольку соединения, находящиеся в 5-транс-конфсрмации, характеризуются более значительными интенсивностями полос УФ-поглощения (для Б-транс-конформеров среднее значение е ~ 20000, а для я-цис-конформеров с ~ 10000), 1,3-алкадиен-1-фосфонат (XXXI) (е X 25000) существует практически полностью в з-транс-конформации (что согласуется как со значением 3Днн равным 9.9 Гц, так и с литературными данными), а 1,3-алкадиен-2-фосфонат (XXX) (е X 8300) — в х-цис-конформацин. Из наличия одной полосы поглощения и значения» е следует, что введение фосфорсодержащей группы во второе положение углеродной цепи не нарушает плоскостного строения 1,3-дисновой системы. ^

УФ спектр диметилового эфира 4-метил-1,3-пентадиен-2-' фосфоновой кислоты (XXVI) (Хмакс-.

=248, емакс.—4800) резко_ отличается от спектра фосфонопрена (XXX) и модельного дпсна" (СНз)гС=СН—С(СНз)=СНг, находящегося, в э-цис-конфор-ации, (Хмакс.=231, емакс.=10000), и сходен со спектром

фосфоката (XXIX) (Хмакс.=252 нм, емакс.=3000) . Небольшо« значение коэффициента экстинции, появление максимумов поло; поглощения в области 2 50 нм и концевого поглощения в облает* 210—220 нм свидетельствуют о нарушении плоскостной струк-

V^c^ «ЗА- Н сн,-СС1 (СНз) 2

ч ч /

Ч / ^ н Р<осн3)2

/ \ XXIX II

ЧГ(ОС.Ч)2

XXVI II *

о

туры 1,3-алкадисновой цепи фосфонопрена (XXVI) .

Таким образом, анализ значения вицинальной константы протон-фосфорного взаимодействия 3Jpc 1,3-алкадиен-2-фосфона-тоз и использование УФ спектроскопии позволяем установить кон-формационный состав фосфонопренов, не имеющих гетероатомных замости гелей: незамещенные или имеющие один заместитель у четвертого углеродного атома 1,3-алкадиен-2-фосфонаты имеют преимущественно плоскую s-цис- конформацию. Фосфонопрены, имеющие два заместителя в четвертом положении углеродного скелета нах. дятся в скошенной конформации„

Полученные результаты согласуются с результатами приближенного расчета методом молекулярной механики (PC Model) конформациокного строения бис(2,4,6-трибромфйииловых эфи-ров 1,3-бутадиен-2- и 4-метил-1,3-пентадиен-2-фосфоновых кислот. Tai . для 1,3-бутадисн-2-фосфоната энергетически выгодной оказывается плоская конформация молекулы, в то время как для 4-метил-1,3-бутадиен-2-фосфоната энергетический минимум, соответствующий скошенной конформации, глубже, чем при плоском строении молекулы.

Величина вицинальной константы (3Jhh 15-16.5 Гц) в спектрах ПМР диэтиловых эфиров 1,3-пентадиен-2-фосфоновой ' кислоты (XVI) и 4-фенил-1,3-бутадиен-2-фосфоновой кислоты (XVII) позволяет приписать 1,3.-алкадиен-2-фосфонатам имеющим один заместитель в 4 положении углеродной цепи, транс-конфигурацию. концевого винильногб фрагмента» ■ . Анализ конфигурации фосфонопренов, содержащих два замес тнтеля в положении 4 углеродной цели, проводился на основе данных ЯМР 13С спектроскопии а

Известно, что метильные группы у двойной связи имеют раз

нчные химические сдвига в зависимости от конфигурации олефи-ового фрагмента: СНз-группа, находящаяся в цис-полижс.пш, езонирует в более напряженном поле, чем СНз-группа в транс-оложении.

с, "с о.

\ \ Ч

н V Н V: н V

>=С ^ ^с — с' ^ > = / ^

Н \ н^ \ Н^ \

РХ-, РХ-) РХ2

XIX XXVI. ¡I » || ' II z

XVI11. XXVII ¿ XXL XXIII. XXV ¿ XXII. XXIV п

С - Cl, 5С5 18.72 X = Cl, SC5 17.24 X = Cl, 5C5 14.16 íc6 25.62

С = OCH3 ÍC5 18.69 X = OC2H5 ¿c5 17.01 X = OC2H5 ¿c5 13.8 SQ6 25.84

í = OC2H5 íc5 18.27 X = OC6H2Br ¿c5 17.07

íc6 24.42 < = ОСбН2Вгз Sc5 19.0 íc6 26.51

Выполненое таким образом отнесение сигналов в диметнловом ире 4-метил-1,3-пентадиен-2-фосфоновой кипоты (XXVI) ыло подтверждено линейной корреляцией химических сдвигов Н—13С, установившей соответствие слабопольного сигнала ме-ильной группы с химическим сдвигом Sq 25. 84 м.д. в спектре МР «с и слабопольного сигнала с химическим сдвигом 6н 1.75 .д. в спектре ЯМР 1Н. Отнесение сигналов в спектре ПМР роизведено на основании величин констант спин-спиновой связи Jhh и 5Jph (1»5 и 2.2 Гц соответственно).

На основании химического сдвига углерода метальной группы в {юсфонопренах (XXI—XXV) 1,3-алкадиен-2-фосфонатам, смеющим'два заместителя в положении 4 углеродного скелета, фиписывается трансоидная конфигурация относительно концевого шнильного фрагмента.

Изучение молекулярной структуры бис(2^4,6-трибромфени-ювого) эфира 4 -мстил-1,, 3-пентадиен-2 -фосфоновой кислоты^ (XXVII) методом рентгеноструктурного анализа (РСА) показа-го, что бутадиеновый фрагмент молекулы С14з:С13—С15=С16 имеет кошенную гош-конформацию .с торсионным углйм 9=48°.

IV. РЕАКЦИИ 1,3- АЛКАДИЕН-2-ФОСФОНАТОВ

Аналогично изопрену и хлоропрену радикальная полимеризация в массе 1,3-бутадиен-2-фосфоната протекает региоселективнс (соотношение 1,4- и 3,4-звеньев б,;1) и стереоспецифгано с образованием полимеров Е-когфигурациг. в злкеновом фрагменте.

Строение полимер" установлено на основании данных спек-троског и ЯМР 'Н и 31Р.

Нуклеофильное присоединение к 1,3-алкадиен-2-фосфонатам было изучено на примере присоединения ацетаминомалонового эфира в классических условиях реакции Михаэля. Данная реакция с последующим гидролизом и гидрированием открывает путь к аминофосфонкарбоновым кислотам, известным как вещества глу-таматергического действия и представляющим интерес в качестве основы для создания новых противосудорожных препаратов „

Присоединение ацетаминомалонового эфира к 1,3-бутадиен-1--фосфонату протекает регио- и стереоспецифично с образованием продукта 1,4 -присоединения .

Взаимодействие 1,3-бутадиен-2-фосфоната (XV) с ацетами-номаловым эфиром в присутствии алкоголята натрия протекает также региоспецифично, с образованием продукта 1,4-присоединения, но с нарушением стереоселективности; образуется смесь Е-и 2-изомер' з соответствующих фосфонатов в соотношении Е: Ъ ~ 4.5:1.

Наличие в диеновой системе фосфонопренов двух метильных групп изменяет регионаправленность процесса. Так, 4-метил-1,3-пентадиен-2-фосфонат образует в исследуемой реакции исключительно продукт 1,2-присоединения.

Р а Н

"(Ш

енг«с-снвснг ♦ сшссюЕОг ■

' I I '

0«Р<01* )2 \Н-С<0)СНЗ

а100с)гс-снг-с=сн-снз

ЬНз<0)С~1М С^Р(ОСгН5>2 г-г » 4.5:1 К«СНз С'1!

-> (Е1оос)с-снг-онсн=с(

1 I СНз

■* • снз<о)с-м о=р(оснз)г .'

. Строение полученных веществ установлено на основании дан-

ных ЯМР спектроскопии на ядрах 31Р, 1Н, 13С, ЯМДР 1Н-{31Р} и ЯМДР 1Н-13С.

Таким образом, присоединение ацетаминомалонового эфира к 1,3-алкадиенфосфонатам позволяет получать различные по строению предшественники аминофосфонкарбонсвых кислот и способствует использованию 1,3-алкадиен-2-фосфонатов какинтересных и перспективных синтонов для направленного синтеза биологически активных соединений.

ВЫВОДЫ

1. Разработан новый систематический путь синтеза ранее недоступных 1,3-алкадиен-2-фосфонатов, не содержащих гетероатомных заместителей. Метод основан на реакции окислительного хлорфосфорилирования 4-хлор-1-алкенов с последующем де-гидрохлорированием.

2 . Показано, что реакция окислительного хлорфосфорнлирова-ния 4-хлор-1-алкенов протекает регио- и хемоселектнвно, с преимущественным образованием 1,4 -дихлоралкан-2 -фосфо-катов.

3 . Отмечено, что хемоселективность реакции окис. ;лыюго хлорфосфорнлирования 4-хлор-1-алкенов понижается г наличии у четвертого углеродного атома фенильного или трет, бутыльного заместителей. Региоселективность реакции повышается при наличии двух заместителей у четвертого атома углерода 4-хлор-1-алкена.

4. Установлено, что взаимодействие 1,4-дихлоралкан-2-I дихлорфосфонатов с триэтиламином приводит к отщеплению только одной молекулы хлористого водорода с образованием 4-хлор-алкен-2-дихлорфосфонатов.

5. Показано, что 4-хлор-1'-бутен-2- и 4-хлор-4-метил (фенил) -1-бутен-2-фосфонаты дегвдрохлорируются под действием трет.-бутилата натрия (предполагается механизм Е1сВ или Е2)^ в та время, как дегндрохлорироваиие 4-хлоралкен-2-фосфоратов с двумя заместителями в положении 4 углеродного скелета протекает только под действием кислоты Льюиса ХпС^ ила* при нагревании (предполагается механизм *Е1) .

6. Исследовано молекулярное н конформационное строенигг полученных фосфонопренов. Установление, что незамещенные»

11лн имеющие один заместитель у четвертого углеродного атома Е-1,3 -алкадпен-2-фосфонаты имеют преимущественно плоскую s-цис-конформацию. Фосфонопрены, имеющие два заместителя б поло/'ении 4 углеродного скелета находятся в скошенной кон-формации »

7 . Методом реьггенострук гурного анализа изучена молекулярная структура блс(2,4,6-трибромфенилового) эфира 4-метил-1,3-пентадиен-2-фосфоновой кислоты.

8. Показано, что радикальная полимеризация диметилового эфира 1,3-бутадиен-2 фосфоновой кислоты протекает регио- и стереоселективно с образованием полимера с преимущественным содержанием Е-1,4-звеньев (86%) и 3,4-звеньев (14%).

9 . Установлено, что нуклеофильное присоединение ацетамино-малонового эфкрэ к плоским молекулам 1,3-бутадиен-1- и -2-фосфонатов приводит к продуктам 1,4-присоединения. В отличие от этого, при взаимодействии ацетаминомалонового эфира со скошенным 4-метил-1,3-пентадиен-2-фосфонатом образуется продукт 1,2 -присоединении.

Основное содержание работы изложенно в следующих публикациях :

1. Гуревич И. Е., Догадина А. В., Ионич Б Петров A.A. 1.3-Алкадиен-2-фосфонаты / ЖОХ. 1991. Т. 61.

Т>.__П Л ~ >-| ^ 4 ГЧ Л

выи.;, v^ • л —¿iii j .

2. Гуревич И .Е., Догадина A.B., Соколов В „В*, Ионин Б.И., Петров A.A. Синтез 1,3-алкадиен-2-фосфонатов / ЖОХ. 1992. Т. 62. Вып.1. С. 60-70.

3. Гуревич И.Е., Догадина A.B., Ионин Б.И„, Петров А.Л. Окислительное хлорфосфорилирование 4-хлорал* енов S ЖОХ. 1993. Т. 63. Вып.1. Со 118-126.

4. Гуревич И.Е., Догадина A.B., Лигай С.С., Ионин Б.И., Петров A.A. Строение 1,3-алкадиен-2-фосфонатов. / ЖОХ. 1993. Т. 63. Вып.2. С. 311-318.

5. Гуревич И .Е., Догадина A.B.,, Ионин Б. И., Галишев В .А., Лотехин ¡i.A.,. Стручков Ю.Т. Молекулярная структура бис (2,4, б-трибромфеннлового) эфира"4-метил-1,3-neirra-диен-2-фосфоновой кислоты / ЖОХ. 1993. Т. 63. Вып.2. .С. 319-321. -

13,05.93г.3а-:д15~50.т Ж СИНТЕЗ,Мовкобский щ