Синтез и свойства фосфор- и кремнийорганических производных а-аминокетонов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.08 ВАК РФ

РГи О Л

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ

ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСНОИ ХИМИИ

На правах рукописи УДК 547. 447. 5: 541. 62

П И П К О СЕРГЕИ ЕВГЕНЬЕВИЧ

СИНТЕЗ И СВОЙСТВА ФОСФОР- И К Р Е М Н И Й О Р Г А Н И Ч Е С ¡С И X ПРОИЗВОДНЫХ с( - А М И Н О К Е Т О Н О В

02. 00. 08 - Химия элементоорганических соединений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание.ученой степени кандидата химических наук

Киев - 1994

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ

ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

На правах рукописи УДК 547.447.5:541.62

п И н к о СЕРГЕИ ЕВГЕНЬЕВИЧ

СИНТЕЗ И СВОЙСТВА ФОСФОР- И КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДНЫХ сг-АМИНОКЕ тонов

02.00.08 - Химия элементоорганических соединений

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

киев - 1994

Работа выполнена в Институте органической химии Академии наук Украины

Научные руководители:

доктор химических наук А. Д. Синица

кандидат химических наук Ю. В. Балицкий

Официальные оппоненты:

доктор химических наук. Я. Г. Бальон

доктор химических наук Э. С. Козлов

профессор

Ведущая организация:

Институт биоорганической химии и нефтехимии Академии наук Украины

Защита диссертации состоится "^Ь."______...................1994 г

в ••___... •• часов на заседании Специализированного ученого совет

Д 016.05.01 при Институте органической химии АН Украины (25366С Киев-94. ул. Мурманская 5).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Институт органической химии АН Украины.

Автореферат разослан ¿Р.З.............1994 г

Ученый секретарь

Специализированного ученого совета доктор химических наук, профессор

Л. , „ - А. я. Ильченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Изучение реакционной способности и селективности превращений полифункциональных соединений является важным вопросом органической химии. В последнее время в химии полифункциональных соединений, таких." как аминокислоты, пептиды, сахара, ширено используется функционализация под действием элементооргани-ческих реагентов, позволяющая значительно расширить синтетические возможности субстрата, повысить селективность его превращений.

В химии аминокетонов такой подход до наших работ не развивался, в первую очередь не были разработаны методы селективного введения и удаления элементоорганических группировок. Поиск селективных методов синтеза и изучение свойств элементоорганических производных а-аминокетонов представляется перспективным и актуальным, позволяет выявить основные закономерности конкуренции нуклеофильйых центров аминокетонов в реакциях с элемеятоорганическими электрофилами, изучить влияние фосфорипьнсго(синильного) заместителя на реакционную способность замешенного аминокетона. с одной стороны, и аминокетона. как бидентатного лиганда. на валентное и координационное состояние связанного с ним элемента, с другой стороны.

Целы» настоящего исследования являлось систематическое исследование реакций а-аминокетонов с элементоорганическими реагентами, поиск условий их регио- и стереоселективности. изучение таутомерии и изомерии полученных производных в сравнении с прототропными .аналогами, а также изучение основных закономерностей взаимного влияния а-аминокетонов, как бидентатных лигандов, и элемент-органических заместителей на структуру и свойства юс производных.

Научная новизна работы. Найдены общие закономерности регио- и стереоселективного фосфорилиров алия и.силилирования а-аминокетонов - амбвдентных нуклеофилов, которые в зависимости от строения реагентов и условий реакций образует к- или о-производные. Показано, что соединения с Бг-н или р-н связью (н-фосфорилированные н-алкиламинокетоны или комплексы диалкиламинокетонов с хлоридами фосфора) являются кинетически контролируемыми продуктами реакций. В условиях термодинамического контроля образуются соединения с 31-0 и Р-о связью - производные оксииминов и аминовиниловых зфиров. в ряде случаев с сохранением первоначального р-н связывания.

Для элементоорганических производных аминокетонов найден ряд оригинальных специфических превращений: внутримолекулярные 1-4 (1-6) к-»о (смэ) миграции элементсодержащих групп, прототропнце изомеризации, перегруппировка Арбузова в ряду З-азааллильных систе 0-распад О-фосфорилированных аминокетонов. переаминирование в ряду аминовиниловых эфиров, образование гетероциклических систем в реакциях я-ацшвминокетонов с амидами кислот фосфора и кремния.

Впервые обнаружено обращение ряда относительной термодинамической стабильности изомеров а-аминокетонов при их фосфорилировани (силилирозании): производные оксииминов оказываются более устойчивыми, что прямо противоположно равновесию прототропных изомеров.

Найденные особенности поведения а-аминокетонов в качестве лигандов у атомов фосфора и кремния позволили разработать новые подходы к синтезу неизвестных типов гипервалентных структур, содержащих две внутримолекулярные донорно-акцепторные связи н —»р. Полученные хелатированнные фосфениевые и иминофосфениевые катионы могут служить структурны!,»! моделями переходного состояния в реакциях нуклеофильного замещения и злектрофильного присоединения у атома кремния и фосфора различной координации.

Апробация работы. Основные_результаты работы докладывались на Молодежном коллоквиуме им. А.Е.Арбузова (Ленинград, 1990). Всесоюзной конференции по химии кремния (Тбилиси. 1990), XI и XII Международных конференциях по химии фосфора (Таллинн. 1989. Тулуза, 1992), IX Международном симпозиуме по химии фосфора (С.-Петербург, 1993).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 статей и тезисы 5 докладов.

Обьем и структура работы. Диссертация изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 5 таблиц, 10 рисунков, библиографию из 280 наименований и состоит из введения, трех глав, общих выводов и списка использованной литературы. В первой главе проанализированы литературные данные об особенностях химического поведения а-аминокетонов. В последующих разделах изложена экспериментальная работа автора. Во второй и третьей главе изложена экспериментальная работа автора по : изучения взаимодействия аминокетонов с элементоорганическими реагентами, структуры и свойств образующихся продуктов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Региоселективность реакций а-н-алкиламинокетонов с элементоорганическими реагентами.

Проведено систематическое исследование реакций а-аминокетонов с фосфор- и кремнийорганическими • реагентами в условиях, обеспечивающих конкуренцию нуклеофильных центров аминокетона за электрофил. Этот подход позволил выявить основные закономерности такой конкуренции и на их основе разработать методы регио-, и стереоселективного введения элементоорганического радикала з молекулу аминокетона.

а-Аминокетоны. имеющие вторичную аминогруппу, являются амби-дентными нуклеофилами и при взаимодействии с монохлорангидридами кислот фосфора образуют, в зависимости от строения реагентов и условий реакции, продукты N- или о-фосфорилирования. либо их смеси.

Bu\ X Bui Bui

I \ Л BU «

1) \ RjPCI ' в: П \

CD

N—R -► О N-R ♦ О N-R

-BHCI T i 1)

X=PR2 R2P=X

H

la-в 2 a-e 3 а-в.ж

R » Me С la J. Pr' С16 3. 00 410 5.

r. ri. x « Но,Но,о ca). pp'.Me.a (б). рг'.рь.НПЭ (в). pp'.LOJ.^, во1 auL P

НПЭ (Г). Рг'. П,о ""НПЭ W- Pr'. Г\,а ¡.НПЭ le). Bu'-.Et.o (ж).

u. sir г "

\

Соотношение продуктов н- и о-фосфорилирования определяется в основном стерическими факторами (объемом заместителей у атомов {юсфора и азота) и температурой реакции. Так, соединения (1а,б.в) реагируют с диметилхлорфосфинатом при комнатной температуре с образованием смеси н- и о-производных в соотношении 90:10, 60= 40 и 3:100. соответственно. Понижение температуры реакции до -ю°С юдавляет процесс о-фосфорилирования. а повышение температуры 1риводит к установлению равновесия я- и о-изомеров. Так, после :мешения аминокетона (16) с диметилхлорфосфинатом в хлороформе при (омнатной температуре наблюдается образование смеси н- и ьпроизводных (2а, За) в соотношении 10=1. Через 20 часов ошячения соотношение изомеров изменяется до 1: 5 и в дальнейшем >стается постоянным.

В тех же условиях дифенюклорфосфин образует равновеса смесь и- и о- изомеров состава 1:4 через 30 часов кипячени Однако фосфинот (Зв) подвергается перегруппировке, в результа чего в реакционной смеси накапливается окись фосфина (4) (схема

ВиГ

У—й ;

^ Ы-Рг

рь2р Зв

Вн.

К ,

РЬ2Р=0 Н-Рг 4

Соотношение й- и о- изомеров (2в, Зв) остается

постояни

вплоть до полного завершения реакции по схеме 2. что подтвервдг существование равновесия первоначально образующихся й- и производных.

Взаимодействие а-таминокетонов с циклическими хлорангидрвдг кислот фосфора, например, шрокатехинхлорфосфитом и производнь 2-хлор-дч-1.3.2-оксаза- фосфолина. приводит к р-й-производт сгг-е). существующим в равновесии с р-н-фосфоранами (ба-в).

Ви

Ь

)г~~\

Ы-Рг I

рк2

Ви

ОН

М—Рг I

р»?а

Ви»

ГЛ

2г-е

5а-в

ба-в

*а

Ви*- Р

(в).

Согласно спектрам ЯМР. равновесное содержание фосфорана (( составляет 20Х. а фосфоранов С2д.е) - 10%. Образова] 0-изомеров в этих случаях не обнаружено.

Наиболее селективным методом синтеза н-фосфорилирован: аминокетонов является реакция тодда-Атертона, приводя! исключительно к н-производным.

'Ь-л

Ви1

О

11

Ви

М-Рг' Н

1а

Ие (3). ЕКИ).

сйоэгрн ' ССЧ / В: -ВНС1. -СНС13

ъ

2 з.и

1^-Рг' о-рсоизд

Селективное образование о-фосфорилированных производных

а-окскиминов (36,к.л) наблюдается а-аминокетонов с амидами кислот фосфора.

Ви

V

Л

н-п н

X

1 II 4.

К2рмеь2 ' н

-Е*.2МН

16,в

Ви

16

р-р EtзN

Ви

)гл

М-Рг I

Б ¡Мез

при

взаимодействии

= Рр'.Мо.О (36), Рг'.ЕЬНПЭ (Зк).

Реакция проходит при нагревании до кислотних катализаторов (гидрохлоридов аминокетонов).

Взаимодействие аминокетонов с подчиняется закономерностям, найденным фосфора. Отличительной особенностью полного обращения региоселективности изменении условий их проведения.

ь

^-^ р-р СНС1 э

йи»

)—л

о м-к Со)

11 Й2Р=Х

3 б.к.л

ВиЧмв.О (Зл).

140-160°С в присутствии аминов или исходных

хлорсиланами в целом для реакций хлоридов является возможность этих реакций при

Ви >

)гл 5 ВиН\ •

О М-Рг » О М-Р г I I

5!Мо3 Э|Мод

9 , 10

| 80"С ! 10 час.

Ви

С7)

Г~1 ;

О и—Рг 5!Коз

10

- Б среде триэтиламина как растворителя сшшлирование привода исключительно к N-производному (9). в хлороформе при комнатной температуре образуется смесь 90% к- и 10% о-производного <Ю). Кипячение этой реакционной смеси в течение 10 часов приводит к полному превращении я-производного (9) в о-производное (10). В отличие от аналогичных реакций с хлоридами фосфора.в данном случае равновесия к- и о-форм не наблюдается, очевидно, вследствие значительно большей разницы энергий связей кремний-кислород и кремний-азот и их устойчивости в присутствии кислых примесей.

о

дминосиланы гладко реагируют с аминокетоном (16) при нагревании в присутствии кислотных катализаторов согласно уравнению (9), селективно образуя о-силилированный оксиимин (10).

Ви£ Мвзв.ШК /» Н* Ви»

О Цг' ' <Э>

н _ в;м«з

16 ю

ч •» Мвзв;, с^зсо.

Ге'ксаметилдисилазан вступает в реакцию при 160°с. триметил-сипилтрифторацетамид. как более мощный силипируиций агент, реагирует уже при 90°с.

В целом полученные данные о взаимодействии а-аминокетонов с элементоорганическими реагентами позволяют сделать вывод, что н-производные образуются в условиях кинетического контроля, а в условиях термодинамического контроля образуются о-производные, как энергетически более выгодные.

Изомерия элементоорганических производных а-аминокетонов.

а-Аминокетоны и родственные им а-оксиимины являются высоколабильными системами, для которых характерны изомерные взаимопревращения. Возможность селективного фосфорилирования (силилирования) аминокетонов позволила исследовать подобные свойства у их элементоорганических производных и сравнить с протонными аналогами.

N-Фосфор(кремний)замещенные амшюкетоны (26.в, 9) при нагревании до 120-200°с в течение 20-30 ч необратимо изомеризуются в о-фосфорилированные (силилированные) оксиимины (36,в.10).

^ , --• 1-» , <а>

И—Рг О М-Рг' СЮ)

<й>

26.в, 9 0 36.в, 10

^ н

<э) ш РЬ2Р, НваР, МвзЭ!.

Термическая изомеризация, которую формально можно представить как [1,4] - н+о миграцию элемента и [2,3]-протонный сдвиг.

характерна для элементоорганических производных (26,в, 9) и не наблвдается для исходных сс-аминокетонов (1а-в) в идентичных условиях. Оксиимин (11) не удается получить ни нагреванием аминокетона (16). ни при удалении элементсодержащей группировки в соединениях с26. 9) мягким гидролизом, в последнем случае образуется исключительно аминокетон (16) (схема 11).

Bu

h

г BuV

а

16

s

N-Pr H

<=

11

1

N

М-Рг '

НгО

Bu

V

Bu,

С11)

\ ; n-pr'

Ф

^ i N-Pr

© - 0. <Ц>-

Следовательно, среди прототропных изомеров (16, И) термодинамически наиболее стабильным является аминокетон, а среди элементоорганических изомеров - производные оксиимина. Таким образом, фосфорятирование (силипирование) обращает ряд относительной термодинамической стабильности и позволяет получить производные нестабильных или не существующих в свободном виде соединений.

Таблица 2. Кинетические параметры изомеризации соединений (26), раствор в сео5со3 и (9). без растворителя.

№ соед. конц. % t° 'С кат. t*- час. k -S xlO

1 26 5.0 150 _ 17.5 1. 1

2 26 2.6 160 - 7. 4 Z. 6

3 26 5.0 160 - 6.9 2.8

4 26 ' 12.0 160 - 7.2 2.7

5 26 5.0 170 - 3. 0 6.4

б 26 5. 0 150 Et3N 3. 7

7 Э 100 200 ■ - 7.9 2.4

S „-1 ,

дГ

кдя/моль

AS э. е.

134

-6.2

Перегруппировка катализируется как кислотами (в виде й3н-нс1;. так и основаниями (Ег3и, ВиЬх), поэтому исследовались вещества, специально очищенные от кислых примесей, полученные наш кинетические данные (табл.2) позволяют предположить. что

перегруппировка осуществляется внутримолекулярно через переходне состояние с повышенной координацией элемента.

О N <Й> 2. 9

он

с*-

<5>= >х

11

)■—\ .

м-

€> н

12

(12:

з, 1

© - <£). <§?)• * = о.влэ

Промежуточные структуры в ряде случаев были зафиксированы г спектрам ЯМР или выделены. Например, производные диоксафосфолев (2г) и оксазафосфолина (2д,е), как упоминалось выше, в обычнь условиях существуют в виде таутомерной смеси с соответствующие гидрофосфоранами. Дальнейшие превращения промежуточного фосфорав потенциально могут происходить с разрывом одной из двух Р-связей. С помощью дейтерированного производного установлено, чт это превращение преимущественно'проходит за счет замыкания новог и разрыва исходного цикла, т.е. по "пуш-пульному- механизму.

Ви 1

70Х

Ви

Ьл ,

О

О^ч^-Рг1

н

Ви

О м—Рг'

Ви* О

2е

Ви1 о

бв

Х-М-Рг'

н

Ви" Э

Зе-

си:

302

Ь»

>М-Рг

н

..*» п

Во О

Зе

Селективность замещения триметилсилильной группы в производных а-аминокетонов.

Разработанные нами удобные методы синтеза изомерно чистых ни о-силилированннх производных а-аминокетонов позволили изучить возможность замены триметилсилильной группы в этих соединениях на фосфорсодержащий остаток с выходом на соединения определенного строения.

Взаимодействие н-силилированного аминокетона (9) с диметилфторфосфинатом приводит к равновесной смеси изомеров (26, 36) в соотношении ЬЗ, хотя на начальной стадии реакции, по данным спектров ЯМР, образуется только р-и-производное (26).

t 0 t » Buv „ " Виг But

TV

(155

1\Н>г' -Мо33!Р О ЛН-Рг' О М-Рг'

5;Мо3 0=РМо2 0=РМо2

9 26 36

Напротив, взаимодействие Бэи-о-производного (Ю) с диметилфторфосфинатом. протекающее при 150*с в присутствии каталитических количеств триметилбензиламмонийфторида. селективно приводит к Р-0-изомер (Зб). а образования р-н-изомера (26) не зафиксировано.

0 о I

Ни 1 II Ви >

)-п М«2РР г 1-ту (165

? -Ма33!Р ? -

ггМоз о=РМог

10 36

я-(триметилсилил)изопропилгминопинаколин (9) реагирует с дипирокатехинхлорфосфораном при комнатной температуре в бензольном растворе с образованием фосфата (16) (схема 17).

Это же соединение является конечным продуктом и в реакции оксиимина (10) с дипирокатехинхлорфосфораном в аналогичных условиях. В этом случае удалось выделить промежуточно образующийся имин (17) и наблюдать его изомеризацию в енамин (16). Перегруппировка (17)—► (15) происходит при стоянии реакционной смеси в течение 2 суток и значительно быстрее (за 20-30 мин. ) - в концентрированном растворе индивидуального соединения (17) в хлороформе.

/Г~\ ;

О ГЧ>г етмвз

9

с1

и«3з;с1

16

с1

¡Мез

- иоэз;с1

10

17

Суммируя эти данные с полученными нами для друг фосфрорилированных производных а-ашнокетонов, можно отметить, ч с увеличением количества циклических заместителей у атома фосфо все более ярко проявляется тенденция к стабилизации структу являющихся переходными в процессе и-»о миграции фосфорсодержащ группировки. Так, если для .производных (2б,в) образован промежуточных соединений не было зафиксировано, а производи дионсафосфолена (2г) и оксазафосфолина (2д,е) существуют в ви таутомерной смеси с соответствующими Р-Н-фосфоранами. то д соединений (16,17). наоборот, не было обнаружено ациклическ изомерных форм. Кроме того, в ряду производных УХ-коорд нированного фосфора,форма ена"ина (16) оказалась более стабильн по сравнению с имином (17). Процесс изомеризации (17)—»(16) мож рассматривать как обратный по отношению к описанному нами д производных XII- и ХУ-координированного фосфора, а полученн производные V- и ух-координированного фосфора (2г.д,е, 16, 1 могут служить моделями последовательных стадий изомеризац фосфорилированных а-аминокетонов.

Взаимодействие а-ациламинокетонов с элементоорганическими реагец

Взаимодействие ацетиламиноацетона (22) с диэтилхлорфосфитом присутствии основания легко протекает" при комнатной температуре приводит к имидоилфосфиту (23).

СЕЬ0 32РС1/ЕЬЗМ

\_

-ешн N¿4

_. у=, 25

/ <20)

>120"с

-ЕШН

■оеь а

24.

-СЕШЗ^ 26

26

При нагревании вше 120'С соединение (23) превращается в 1-(2-дютоксифосфинокси-1-пропенил)ацетамид (24) в результате процесса, формально протекающего по схеме [1.6]~фосфоротро1шой миграции. В течение первого часа нагревания имидоилфосфита (23> в язомеризанионной смеси по спектрам 5ШР фиксируются лишь росфоротропные изомеры (23. 24). однако в дальнейшем появляются и скапливаются продукты вторичных превращений изопропенилфосфита (24) - оксазафосфолиа (25). и оксазол (26). образующиеся в результате отщепления, соответственно, этанола и диэтилфосфита. количество изопропенилфосфита (24) в продуктах изомеризации не 1ревышает 502 при полной конверсии имидоилфосфита (23). Дальнейшее игревание изомеризационной смеси приводит к полному превращению гзопропенилфосфита (24) по схеме (20).

В отличие от фосфорилированного. ацетиламиноацетона (23) соот-зетствуищее сишилированное производное существует в виде гаутомерной спектрально регистрируемой равновесной смеси (2?а.б) с гриметилсиллльной группой у атома азота и кислорода амвдной группы.

276 ~

Соединения (2?а,б) необычайно легко изомериэувтся с >бразованием винилоксисилзна (28). Перегруппировка проходит

полностью при комнатной температуре в течение месяца или однократной перегонке Ст.кип.- 104-105*0 / ю мм рт.ст Благодаря этому проведение реакции ацетиламиноацетона (22) триыетилхлорсиланом в кипящем бензоле позволяет получ О-Ероизводное (28) в одну стадию.

При взаимодействии ацетиламиноацетона с амидами кис фосфора и кремния вследствие достаточно жестких уело взаимодействия основным направлением реакции становится внут или межмолекулярная конденсация ацетиламиноацетона с образован гетероциклических соединений - производных имидазола и пиррола.

М*з8|МН8!И»З/Н*/140®С СИЭ-

-M»3SiOSiMe3

Et2PNEt2/H"7l60°C С"»

•сн3

29 (22)

Ул / 0 К -

22 -Et2NH -EtaPH \^"сн2мнсосн

О О-ССНэ 3Q

Эти реакции, учитывая доступность реагентов и высокие выходы нечных продуктов, могут быть перспективными в синтетическом пла

Синтез и свойства фосфор- и кремнийорганических про;'зводнь а-й. к-даалкклзмкнокетоЕов.

а-Аминокетоны, имеющие третичную аминогруппу, на nej взгляд не могут образовывать к-производных. Однако i исследования показали, что и в этом случае аминогруппа выступае рол;! нуклеофила и принимает непосредственное участие в реакция} электрофильными элементоорганическими реагентами, а образуй© меж- и внутримолекулярные комплексы азот-элемент оказш существенное влияние на структуру и свойства продуктов дальне! реакций.'

При взаимодействии а-аминокетонов cai а, згэ с хлорфосфга езза-дэ в хлороформе в присутствии триэтиламина при комнатной лоншеенной температуре легко образуются аминовинилфоо]

С 34а-Д. 35, 36, 37}.

Ви

ь

О NN03

31а

Й2РС1 эза-д

в»

Ви

«

УГ

о

¡?2р—с'

: Э

Ви

-ЭНС1

а ■

Ь

О. N««2 Р1?2

з* а-д

■т>

<д>.

С24->

Ме.

П \

О НЕ^

За / ЕЬдЯ

33

«е\_1^2

™2

+

37

РЙ,

Не.

О. НЕг, рв ^

2 33 '"2. 38 ■ "2

Диметиламинопинаколин сз!аэ образует виниловые зфиры исключительно г-конфигурации. Диэтиламиноацетон сзгэ при 20"с образует смесь всех трех возможных изомеров сз5, за, з7э со значительным преобладанием г-изомера сззэ (соотношение

эв:38137=85:10:5). При ПрОВвДСНИИ реЭКЦИИ НИЖв -10°С 2-ИЗОМвр СЭЗ>

становится едааственным продуктом реакции.

Детальное изучение хода реакции позволило установить, что высокая стереоселективяость реакции обусловлена промежуточным образованием комплекса хлорада фосфора и аминокетона и последующей миграцией, фосфора на кислород аналогично миграции, найденной нами в раду амвдокетонов со вторичной аминогруппой.

Образование промежуточных комплексов было зафиксировано непосредственно в ходе реакции несколькими методами, в частности, в спектрах 5ШР «р наблюдается сигнал атома фосфора более высокой координации (табл. 3). исчезающий после завершен."л реакции.

исследования методом Ш спектроскопии свидетельствуют о существенной перестройке практически всех связей хлорфосфита и аминокетона еще до образования винилового эфира.

Таблица 3. Спектральные и термодинамические характеристики комплексооб разо вания аминокетона сэгаз и хлорфосфитов сзза-дэ

фосфит <5р фосфита. комплекса -ДО0 кДн -дн° кДж -Д3° Дж

моль моль моль-к моль

зза 171 122 13 .6 77.4 214 242

ззб 168 125 11.9 72.7 185 122

зэв 171 129 13.9 ао.о 222 277

ээг 155 118 12.4 95.8 280 154

ззд 152 116.5 7.0 77.3 370 17

й

2

- íe -

Термодинамические характеристики взаимодействия диметиламино-пинаколина C3ia> и хлорфосфитов сзза-дэ в растворе хлороформа, изученные совместно с В.В. Овчинниковым, также подтверждают сильное комллексообразование реагентов. предваряющее образование винилозого эфира.

Необходимо отметить, что способность галогенидов• фосфора образовывать комплексы с третичными аминами была обнаружена достаточно • давно (W.R.Trost 1954. R.R.Holmes 1958-1960, М. Й. Кабачник 1965), высказывались предположения о важной роли комплексов такого типа как интермедиатов в реакциях нуклеофильного замещения у атома фосфора. Однако непосредственно в ходе реакций зафиксировать такие комплексы нам удалось впервые.

Конечные продукты взаимодействия аминокетонов с хлорфосфитами не содержат донорно-акцепторных связей азот-фосфор, однако более электрофильные фосфорорганические соединения, например, дипирокате-хинхлорфосфоран и треххлористый фосфор, реагируют с образованием

продуктов, в которых промежуточное р-н связывание сохраняется. Ч'Ви\

1} \

О

3ia

CI с на а

t-Bu

С27)

Él3N -Et3NHCI

Сохранение связи ир г виниловом эфире сээз подтверждается данными спектров ЯМР (<Sp-80 м.д., нме2: дублет 2.95 м. д.. 3JpH 5.2 Гц.

Особенный интерес представляет взаимодействие «-аминокетонов с31а-гэ с треххлористым фосфором. Эти реакции являются равновесными, легко проходят в хлороформе в присутствии триэтиламина при комнатной или пониженной температуре, и приводят к замещению одного или трех атомов хлора и образованию моно- и дивиниловых эфиров (4оа-г, 4ia-r).

В</

)гл

NR,

Bu

3i a-j PCX,

Bt-

Bj HCl

NR-

PCI

31 У Bt

Bl HCl

2

4оа-г

■yV

Cl

K2 - Mejf ca>» Eta C6>, 1-Pr3 CB3» Мв<СНгРЮ cri

4i a-r

При взаимодействии диметиламинопинаколина сз1&> и- РС13 в растворе хлороформа равновесие устанавливается в течение часа, в менее полярных растворителях намного медленнее, при этом соединение <41 аз доминирует в продуктах реакции независимо от соотношения реагентов (термодинамически контролируемый продукт реакции), что, видимо. объясняется выгодностью его хелатной структуры (подробности структуры и свойств катионов (4.1 а-г) обсуждаются ниже). При соотношении аминокетон: РС13-2:1 образуется только с«аэ.

Знание закономерностей протекания реакций аминокетонов с хлорвдами фосфора позволило нам в некоторых случаях регулировать ход процесса. Поскольку реакция аминокетона сз1а> с РС1д и виниловым эфиром сдоаэ проходит через стадию образования комплекса я-»Р. добавление посторонних нуклеофилов. способных конкурировать с аминокетоном. позволяет регулировать скорость образования С40аэ и с41 аэ. Например, пиридин резко замедляет образование С41аэ и .слабо влияет на взаимодействие аминокетона с РС1д, что позволяет выделить С40аэ.

Фосфиты с4оа-гэ являются кинетически контролируемыми продуктами реакции аминокетонов сз1а-гз и РС13 и легко претерпевают различные превращения. Так. при кипячении реакционной смеси они деалкилируются с образованием оксазафосфог.;~-:ов С4га-г:> и, таким образом, оказывается возможным направить реакцию аминокетонов сз1а-г> с РС13 по альтернативной схеме. При попытке перегонки дихлорфосфиты с4оа-гэ также , деалкилируются, вследствие чего их Не удалось выделить в аналнтэтески чистом виде. Они охарактеризованы спектральными методами -л исследовались в виде более устойчивых производных. нз.псхчер. даме типовых и пирокатехиновых эфиров сз4а, э>, полученных реакцией с пирокатехином или с метанолом в присутствии тризтиламина.

д

о-С8Н(,С ОН )2/E^зN

доа-г-

йс1

| масн / е1эм

СЗО)

Ви

t

I

К - ив са>, еь сбэ, 1-рг свэ, рьсн2 Сгз.

Таким образом, взаимодействие диалкиламинокетонов с рс13. зависимости от соотношения реагентов и условий . реакции, моли приводить к трем типам продуктов: моновиниловым эфирам (40а-г дивинилов™ эфирам (катионам спироби-л'»-1,3,2-оксазониафосфолино. (41а-г) или 3.2-оксазафосфолинам (42а-г). Найденные на1

закономерности позволяют управлять ходом реакции и получать од из трех возможных производных аминокетонов.

Диалкиламинокетоны сз1а.бз в реакциях с гексаметилдисилазан образуют продукты О-силипирования - виниловые эфиры С4за,б> выходом 60-70*. Взаимодействие протекает при температуте кипен: реакционной смеси в присутствии кислотных катализаторов - сол аминов или соответствующего аминокетона. В найденных условк образуются только О-силилированные производные С4за»б,44: существующие' в одной из возможных стереоизомерных форм.

В результате такой функционализации аминокетона е аминогруппа качественно изменяет свои свойства.- она Гфиобрета достаточную подвижность и может бить замещена при действии друго амина.; Например, аммиак, выделяющийся в ходе реакции аминокетон с гексаметилдисилазаном. частично вступает во взаимодействие виниловым эфиром С4за, б>. в результате чего образует О,О-бис-силилированное производное дикетоамина С44з. Возможное такого переаминирования подтверждена в контрольном опыте: п пропускании аммиака через нагретую до 150СС смесь винилового эфи С4збз и кислотного катализатора получено соединение с 443. 1-ВиС(0)СН2КВ2

31а,б

I '

(^Ме,

43а, б

=3

I

(Ме351>2НН / Нт

^ВиС=СН-К=СНСНВи-Ь ОвхИвд ОЗгНвд 44

сз

НН- / Н

«2°

/ нт

Ие351С1 Е13Н

-виссн_ннсн,сви-г о о

45

В= Не (а), ЕЬ (б).

Строение соединения с443 подтверждено также гидролизом до дикето с433 и независимым синтезом из с453 и ме3з1С1 в присутствии еь3й Таким образом, ряд превращений сэ13 —»с4з> —к 443 —*С4 может служить примером осуществления следующей схемы.- ■ аминокет —» элементоорганическое производное —► его превращения, нехара терные для аминокетона —» снятие элементоорганической грушхы.

структура и свойства спироби-л^-ьз.г-оксазониафосфолинов.

Обнаруженная нами способность диалкиламинокетовов в реакциях с высоконуклеофильными соединениями фосфора образовывать стабильные гипервалентные структуры хелатного типа предоставила уникальную возможность впервые исследовать свойства нового типа фосфорорганических соединений, содержащих две внутримолекулярные донорно-акцепторные связи у атома фосфора. В литературе было описано одно соединение подобного тина (к^сЫт^ггег 1988). однако его структура не была строго доказана, а свойства не изучались.•

Спирофосфолин с 41аз представляет собой высокоплавкое кристаллическое вещество, плохо растворимое в неполярных растворителях, стабильное при хранении в инертней атмосфере. Его состав и структура определены на основании данных элементного анализа, ИК- и ямр-спектров. рентгеноструктурного анализа (рис. 8).

Большув термодинамическую стабильность бициклической структуры, Формально представляющей . собой маскированный фосфениевый катион, подтверждают результаты температурных исследований. При нагревании раствора елгго в сос13 в запаянной ампуле до юо'с было отмечено лишь небольшое смещение сигнала в слабое поле на 1.6 м. д. в спектре 31Р и практически никаких

В растворе соединения с-ма-гэ полностью диссоциированы по связи Р-С1, что подтверждается заменой аниона С1~ на ВРь4~. При этом спектральные характеристики катконной части молекулы практически не изменяются.

изменений в спектре 1Н.

«а

<3р5103 м.д.

ПМР: Ив: 2.79 Д.3Лра 7.8 ГЦ Ив.- 2.98 С

Зт

49

<5р=103 М.Д.

ПМР: Не: 2.14 Д.^рщ 7.8 ГЦ Не: 2.35 С

Катионы с«а-гу. как и родственные им фосфениевые катионы, обладает двойственной реакционной способностью и взаимодействую-; как с электрофильными, так и с нуклеофильными реагентами.

Соединение с-иаэ является амбвдентным электрофилом и ] зависимости от реагента может взаимодействовать одним и: злектрофильных центров, - фосфором или углеродом н-сн3 группы.

В случае атаки на атом фосфора легко образуются продукты каз формального.замещения аниона хлора, так и аминовшилоксигрушш.

Например, взаимодействие С41а> с диалкиламинами при любо» соотношении реагентов приводит к диамвдофосфигам с54а, бэ .

Й,НН Ви\ ■ л ин с36) 41а -£--- • / \ -*-► )

- ь-висен2нке2 - 1-ВиССН2НИв2 2

- ^ИН^С! 54а-.6 0 55а'6 И = Ме (а), ЕЬ (б).

Длительное выдерживание соединения С41аэ в избытке амина пр! комнатной температуре приводит к полному замещени аминовинилоксигрупп и образовании триамвдофосфитов <55а, б>.

При взаимодействнш катиона С41а> с метанолом в присутствш еъ3н образуется фосфит С57}. растворение с«а> в метаноле бе: основания приводит к замещению как хлора. так ] аминовинилоксигруппы и образованию фосфита с3433. Пирокатехин, склонный к образованию циклических производных, реагирует с С41аэ, вытесняя аминовинилоксигруппу даже в присутствш основания I образуя фосфит С34а).

Полученные производные С54а, б, 57,34а.зэ уже не содержа1: донорно-акцепторных связей N -»р и являются типичными соединениям! трехвалентного фосфора, что подтверждается их реакциями. Так, фосфит с57} легко вступает в реакцию Арбузова с мел при комнатно! температуре и образует фосфонат с593. Фосфит сз4аэ при нагреванга до 200°С гладко превращается в о-фенилендиокси(диметипамино)фосфа' с61 у по схеме, включающей винилфосфит-винилфосфонатную перегруппировку, аналогичную найденной нами для _ о-фосфорилированног< аминокетона сзвз, и последующий р-распад винилфосфоната сеоэ.

Ви

41а

избыток МеОН

МеОН/Е13Н -ЕЪ3Я-НС1

^УЧне

""""Р-ОМе

1-ВиССН0ННе_-НС1

II - <2

О

о-СдН^ОН^/Е^Н 6 2 Л

О N«02

г С О Но )2

343

ви;

Л

57

MeJ (20°С, 60 Ч)

ё

ъ-ВиА^"*;

1 1

Вич

34а

200 "С

39

ММо2

60

61

Электрофильный характер углерода н-сн„ группы катиона с«аэ хроявляется в реакции, например, с анионом хлора при 200°С. приводящей к деалкилированию и образован™ винилового зфира свгэ.

5одее нуклеофилышй. по сравнению с анионом хлора, вызывает деалкилирование уже при 115°С.

гоо° с

Ви;

41а

-КоС1

кип. Ру

-а

К-Не С1"

Ви

а NN«2 О Ч№4®

Уг

пиридин

СЗШ

ег

Общей чертой реакций хелатов типа С41аэ с нуклеофипами является разрыв донорно-акцепторвых связей N -»р.

Напротив, взаимодействие соединений с 41а, 465 с злектрофклами проходит с сохранением донорно-анцепторных связей N -*р в продуктах Сбза, б, 64,65).

Катионы с41 493 способны взаимодействовать лииь с активными электрофилами. Так, соединение с 41 а) не реагирует с при 20°С в

течение месяца и с РьсосоРЛ при 100°С в течение 5 часов, одна: хлорамин Б и беязолсульфонилазид реагируют с с 41 а, 49) образованием иминопроизводных сеза.бэ.

Ви*

: р—! 1

Ви

РКБ^НИаС!

ОС

№огмз

80 С

Ви

'-Ме

Ви

УГ4» ✓ р

бза.б

Р=Л-ЗОгРЬ

С39)

41 а, 49

X ш С1(а), ВРЬцСбК

Хелаты сбза,б> являются первыми представителями нового то фосфорорганических соединений к®), их строение подтверждаете данными спектров ЯМР и рентгеноструктурного анализа (рис. 1).

С491: Р-Н Р-0 ■сН-Р-Н ¿Н-Р-0

2.053, 2.058 А 1.638, 1.641 А 166.9°

84.46, 84.26'

С6363: Р-К 1.96, 2.02 А Р-0 1.60, 1.61 А ¿Н-Р-И 160.2° Л1-Р-0 88.0, 86.8°

Р-ИО) 1.54 А ¿Р-Н-5 134.7°

Рисунок 1. Общий ввд катионов с495 й сбЭбз (без водородных атомов

Злектрофильное присоединение хлора к <41а5 также происходит сохранением хелатной структуры, при этом координация фосфор повышается до VI (<5р -91.3 м.д. ). Продукт реакции С64Э неустойчи и был переведен в более стабильное производное <65} действие бис-триметилсилил-тетрахпоршфокатехша. При этом вмест

ожидаемого замещения двух атомов хлора происходит замещение одного атома хлора и одной из аминовинилоксигрупп.

Таким образом. высокая склонность диалкиламинокетонов образовывать хелатирузэдие лиганды и стабилизировать соединения с повышенной координацией элемента за счет внутримолекулярных донорно-акцепторяых связей N -*?л открывает новые возможности в синтезе соединений необычной валентности и координации элементов IV, V и других групп Периодической системы.

1. Разработаны общие препаративные методы направленной регио-и стереоселективлой функционализации я-аминокетонов элементоорга-яическими реагентами. Впервые получены устойчивые фосфор- и кремнийорганические производные всех форм соответствующих прото-тропных изомеров: а-аминокетонов, а-оксииминов и р-оксиенаминов.

2. Соединения с р-н или связью (к-фссфорилированные (силилированные) и-алкиламинокетоны или комплексы диалкиламинокетонов с хлоридами фосфора) образуются в условиях кинетического контроля и являются первичными продуктами взаимодействия аминокетонов с хлорангидридами кислот фосфора и кремния, а таете с кислыми фосфитами в условиях реакции Тодда-Атертона.

3. соединения с р-о или Бх-о связью (производные оксикминов и аминовиниловых эфиров) являются термодинамически контрол1фуемыми продуктами и образуются в реакциях аминокетонов с хлоридами -или амидами кислот фосфора и кремния при нагревании в присутствии кислотных катализаторов.

4. Впервые обнаружено . обращение ряда относительной термодинамической стабильности а-аминокарбонильвых соединений при

"'А-сТ К*

выводы

их фосфорилировании (силилировании): о-замещенные формь оказались более устойчивыми по сравнению с (»-замещенными, чтс противоположно равновесию прототропных изомеров.

5. Найдена неизвестная ранее перегруппировка, при которой н-(о-) фосфорилированные или сипилированные аминокетонь (ациламинокетоны) изомеризуются с образованием О-фосфорилированньн или силилированных а-оксииминов (р-оксиенамияов) путем [1-4] я—»о ([1-6] о-»о) миграции элементсодержашх группировок, изучение кинетики процесса показало, что перенос элементоорганической группировки происходит "внутримолекулярно и катализируется как кислотами, так и основаниями.

В результате исследования превращений дейтеросодержащих циклических соединений предложен пуш-пульный механизм, . включающий стадию образования бициклических интермедиатов с повышенной координацией фосфора.

6. Обнаружено, что реакции аминокетонов с хлоридами трех- и четырехкоординированного фосфора в полярных растворителях являются равновесными и приводят к смесям р-н и Р-о производных. На положение равновесия влияют условия реакции, природа реагентов и нуклеофильные добавки.

7. Превращения н,н-диалкиламинокетонов под действием хлоран-гвдридов и амидов кислот фосфора и кремния протекают стереоселек-тивно и приводят к р-амтовиниловым эфирам г-конфигурации. На основе спектральных и термодинамических данных показано, что стереоселективность обусловлена промежуточным образованием комплексов диалкиламинокетонов с хлоридами фосфора за счет донорно-акцепторных связей n —»р. Образование таких комплексов непосредственно в ходе реакций нуклеофильного замещения у атома фосфора зафиксировано впервые.

8. Взаимодействием диалкиламинокетонов с РС13 синтезированы первые представители неизвестных ранее хелатированных фосфениевых катионов, содержащих две внутримолекулярные донорно-акцепторные связи и —»Р. которые можно рассматривать как модели промежуточных стадий нуклеофильного замещения у атома фосфора. Изучены структура и химические свойства катионов, показано, что их взаимодействие с яуклеофильными реагентами приводит к разрушению хелатной структуры, в то время как в продуктах " реакций с злектрофильными реагентами хелатная структура катионов сохраняется.

Зсновные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1. Ю. В. Балицкий. С. Е.Пипно. Т. В.Колодка. А.Л.Коваленко, м. и. Поволоцкий. А. Д. Синица. / ж. общ. химии. - 1989. -Т. 59. ВЫП. 8.- С. 1911-1912.

2. Ю. В. Балицкий, С. Е. Пипко, т. в. Нолодна, М. И. Поволоцкий. А. Д. Синица. / Ж. Общ. химии. - 1989.- Т. 59. ВЫП. 12. - С. 2788-2789,

3. Yu.V.Balitaki, S.E.Pipko, T.V.Kolodka, A.L.Kovalenko./ Proo. of the XI International Conferencs on Phosphorus Chemistry. - Tallinn, USSR, 1989.- P. 1-124..

4. С. E. Пипко. Ю. В. Балицкий. Т. В. Колодка, М. И. Поволоцкий. А. Д. Синица. / Ж. общ. химии. - .1990. - Т. 60, вып. 4. - С. 963-964.

5. Ю. В. Балицкий. С. Е.Пипко, А.Л.Коваленко./ Тезисы vii Всесоюзной конф. по химии КОС. Тбилиси. - 1990. - ч. 1. - С. 36.

6. С. Е. Пипко. D. В. Балицкий. / Тезисы конф. молодых ученых ИОХ АН Украины. Киев.- 1990.- С. 7.

7. С. Е.Пипко. ю. В.Балицкий. А.Д.Синица./ X. общ. химии.- 1991.-Т.61. ВЫП. 8.- С. 1916-1917.

8. С. Е. Шщко. ю. В. Балицкий. А. А. Карелов, И. В. Комаров. А. Д. СИНИЦа. / Д. Общ. ХИМИИ. - 1992. Т. 62. ВЫП. 3. - С. 703-704.

9. ..С. Е. Пипко. Ю. В. Балицкий. Т. В. Колодка. И. В. Комаров. А. Д. Синица./ X. общ. химии. - 1992.- Т. 62. вып. 3. - С. 705.

10. Yu.V.Balitzky, S.E.Pipko, А.D.Sinitsa, A.N.Chernega, 7u.G.Gololobov./ Proo. of the XII International Conferencs on Phosphorus Chemistry. - Toulouse, 1992.- P. 136.

11. Yu.7.Balitzky, S.E.Pipko, A.D.Sinitsa, A.N.Chernega. •Yu .G.Gololobov./ Phosph., Sulfur and Silicon.- 1993.- Vol.28.-8 1-4. - P. 167-170.

12. С. E. Пипко, Ю. В. Балицкий. А. Д. Синица. / Тезисы ix Мездун. симп. по химии ФОС. С. -Петербург. - 19по - " 44

Подписано .к печатиY/j тир^-ГО размнокено гьЦ, Минстата Украины ищ