Выявление некоторых аномальных реакций элиминирования в свете представлений обобщенного правила элиминирования тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

<изци8цг.ъ -даы'ц'пьзпы^зцг чдолыэвпмллдо ца«шзкь №и«шл»ц орп-1п,Ц'|Цч. -емггезь ьгивгапя

Iгряиы'иълиш «мыть п-ьпьзтъьр}* г-изщизвпыг тиит,

СЪ14иЪР(!3<Ш& ьаъпър [ЛМ№ Р.00.03 - 0р4шбш<1шй Е[И1[!Ш

0 Г С -&Ъ<1Ъш1{шб с^тпф,|ш.СйЬ]ф рЫ]0шдпф ц^лш^шб шат^бшй]) (шцдЛшб

1 I и V/ н шшЬйифтипцушй

Я ДЕК иьцгцч-ьр —

ЬРЬЧ-СГЬ -1997

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ АРМЕНИЯ ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

ОБОСЯН НИНА ГАРНИКОВНА

ВЫЯВЛЕНИЕ НЕКОТОРЫХ АНОМАЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ ЭЛИМИНИРОВАНИЯ В СВЕТЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ОБОБЩЕННОГО ПРАВИЛА ЭЛИМИНИРОВАНИЯ.

Б.00.03 - Органическая химия АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Ереван - 1997

lí¿]uuimuiüp[i ljuimuipi¡t¡L t <iujuiuuiuiGji 4<uGpuiu]buinipjuifi Q-tiuinipjniGGbp|i Uqquij]iG lll)mi}h(ílimjlí OpquiGuiljuiG Jä{ii£{uu}|i |\Gum|imnuniui$

<1фшш1]шй nhljmi[m|ißhp~ p|ní[nul]uifi q|iinm.pjiuGGbp|i ijnlpnnp,

црпфЬипр Ч-Ьшрщшй Ц.<.

£¡idtiuil]uifi qt¡mntpjniüfibp¡i ijr.l)inn¡i, UnuigbijuiG U.U. "liujminfiuitnuG pütpjjiitm|unuübp gfiüfiuiljuiü qfimrupjiuGGbpfi tjnljinnp,

ицшфЬппр lTui|jumujmG tl.i

pjiiifmiljuiG qJiinnipjniGGbpJi ipiljmnp UuipqtijuiG IT.U.

Unmjuiimup ljmq.ilml(bpuiiupjniG &P WLUU- "IbSUUlTb <ШГШ.иШЧГь

11u2inajmGnLpjni6[i Циушашул t "¿£*_¿g_1997p. <hmíp /¿f^« «HIU OpqiuGuiIp¡

JiGum¡iuim.mj\G IjJig UvuuGmqfnnuigilujc) junphpqfi (010) pfi&mfi]raunntf (37509 bpbiuiG, äuipiupjiui -PuiGiuphngm ф. 167ui):

UuihGmJunanipjuiO(j ljuipbi]it дшйпршйиц Ч-Ш1 0№ qpuiquipuiGiuiS: übt|iim<j[ipp шпшр1{шд t УГ // 1997p. UuiuGmq|iuiaigi[wd lunphpqji

_«ЦнпбшЦиШ ршршпщшр, E.g-q._3tn{uuijjuiG

Работа выполнена в Институте Органической химии Национальной Академия Hay Республика Армения

Научные руководители: доктор химических наук,

профессор Геворкян A.A.

доктор химических наук Аракелян A.C. Официальные оппоненты: доктор химических наук,

профессор Малхасян A.D

доктор химических наук Саргсян М.С.

Ведущая организация: ЕРЕВАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Защита диссертации состоится № 1997г. в часов на заседани

Специализированного Совета (010) при Институте органической химии HAH Р; (375091, Ереван, ул. Закария Канакерци 167а).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИОХ HAH РА. Автореферат разослан 1997г.

Ученый секретарь

Специализированного Совета, д. х. н. Чухаджян Э. О.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальпость .Теоретические положения о движущих силах реакции элиминирования, в настоящее время ставшие доминирующими в органической химии, разработаны Ингольдом и сотр. в первой половине уходящего столетия. Однако в последние годы появился ряд работ, которые ставят под сомнение непогрешимость этих представлений.

Считается, что движущей силой элиминирования, по крайней мере для отщепления по правилу Зайцева, не является эффект сопряжения, как это принято считать в литературе, а правила Зайцева и Гофмана не приложимы для подавляющего большинства молекул. В соответствии с этим предложено новое правило - обобщенное правило элишширования(ОПЭ), в котором образование региоизомеров обуславливается промежуточным образованием ионных пар (ИП): из контактных ИП уходят более протоноподвижные атомы водорода, а из сольватно-разделешшх (ИПср) - менее протоноподвижные атомы водорода.

В связи с этим обобщением интересным и актуалным представляется вопрос о том, действительно ли нет иных других механизмов элиминирования, или они имеются, но не найдено достоверное доказательство их существования; если таковые существуют, то как они соотносятся с обобщенным правилом элиминирования?

В свете вышеизложенного основной целью настоящего исследования стало выявление примеров молекул, в которых региоселективность (хоть как-то) находится в противоречии с положениями ОПЭ. Кроме того запланировалось с учетом достигнутого уровня знаний вводить испрвления в ОПЭ, либо показать на ограниченность правила в органической химии.

Научная новизна работы. Представления о том, что ИП являются предшественниками продуктов элиминирования (и других продуктов реакции), впервые выдвынутые Снином (1969г.), ранее неоднократно подвергались критике. Однако, эти возражения не представлялись достаточно убедительными для того, чтобы отказаться от них окончательно. В частности, не было ясности в выборе: эта идея неверна вообще и вводит исследователя в заблуждение или она неверна частично и нуждается в уточнении в деталях.

Нами впервые на достаточно наглядных примерах показано, что имеются молекулы, элиминирование в которых идет без предварительного образования ИП. Показано также, что эти факты не противоречат основным принципам ОПЭ, а всего лишь уточняют это правило. В свете этих данных нами предложена новая редакция ОПЭ и при его помощи выявлен ряд новых примеров молекул, в которых элиминирование происходит против правила ОПЭ. Исходя из этого показано, что помимо двух основных механизмов (непосредственное акцептирование протоноакгивного атома водорода и депротонирование электрофильной карбкатионоидной частицы), существует третий, - включающий предварительное комплексование основания с субстратом; именно этим обстоятельством обуславливается кажущаяся инверсия направления элиминирования, хотя и она происходит в строгом соответствии с ОПЭ.

Найдены примеры молекул, в которых в зависимости от электронных свойств заместителей может происходить инверсия регио- и стереохимии актирования. На модельных примерах демонстрировано, что ОПЭ имеет большую предсказательную силу, чем общепризнанная теория переменного переходного состояния (теория ППС). При помощи ОПЭ показано, что в условиях элиминирования возможно образование двух разновидностей ИПср.

С учетом достигнутого уровня знаний о ОПЭ, нами запланированы и осуществелены новые синтезы ацеталей ацетиленовых альдегидов и дигадогеналкиловых эфиров из более доступных исходных соединений, чем возможно было без них.

Практическая ценность работы прежде всего в том, что предложен новый вариант ОПЭ, который может стать более тонким и верным инструментом для планирования и реализации регио- и стереоселеюгивных синтезов, чем они возможны без учета приведенных в нашей работе данных. Предлагается простой и безопасный синтез а,^-дапалогеналкиловых эфиров из более доступных исходных соединений и новый препаративный синтез ацеталей фенилпропиолового альдегида.

Среди последных немало молекул, наделенных душистыми свойствами. Один из них, 2-фенилэтинил-4-метилдиоксолан, имеет приятный запах цветов лоха (пшата).

Автор защищает следующие положения диссертации: - доказательство элиминирования галогеноводорода из молекул, минуя стадию генерирования ИП по связи С-нуклеофуг; -доводы в пользу существования двух разновидностей

ИПср; -доводы в пользу существования механизма предварительного комплексования основания с субстратом в реакциях элиминирования; -новый синтез а,£-дипшореналкиловых эфиров из ацеталей; -улучшенный синтез ацеталей фснилпропиолового альдегида.

Публикация и апробация работы. Результаты исследования изложены в 3-х публикациях. Один из разделов диссертации докладвался на республиканской конференции "Органический синтез", ИОХ HAH Армении, Ереван, 1996 г.

Объем и структура работы. Работа изложена на 91стр. машинописного текста, содержит библиграфию из 73 наименований. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов и списка щшггкруемой литературы. Во введении обосновывается выбор темы, формируются ее задачи. В первой главе (литературный обзор) обобщен литературный материал по реакциям элиминирования. Во второй главе (обсуждение результатов) обсуждается накопленный экспериментальный материал. Третья глава касается методической части работы. Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ИОХ HAH РА по теме 96-203 ("Обобщенное правило элиминирования в органической химии").

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1.Доводы в пользу существования двух разновидностей ИПср.

В рамках общей программы по поиску молекул, элиминирование в которых происходит аномально, нами исследовано поведение дибромидов 1 и 2. Первый из них имеет два, а второй - три направления элиминирования. Выбор этих молекул обусловлен тем, что еще до наших работ было известно, что такого типа соединения при взаимодействии с аминами и фенолами проявляют нетривиальную реакцию элиминирования-замещения.

Предполагалось, что в таких реакциях возможно обнаружение фактов, в интерпретации которых может проявиться недостаток любой теории, в том числе и ОПЭ. Причем, поскольку реакция с вышеперечисленными реагентами по ряду причин может сопровождаться и сопровождается перегруппировками, нами использован другой реагент - ацетат -анион в уксусной кислоте (сольволитические условия). Известно, что ацетат-анион, будучи альфа-нуклеофилом, легко фиксирует связь С-галоген, а как бидентантный нуклеофуг, не проявляет особую склонность к изомеризации, как это возможно в случае

ч

аминов и фенолов. Для выяснения некоторых деталей механизма элиминирования, дегидрогалогенирование проводилось также под влиянием едких щелочей.

В качестве отправной версии, по принципам которой определялись региоселективность и аномальность элиминирования, использовали теорию переменного переходного состояния (теория ППС). Иначе говоря, при обнаружении отклонения от ожидаемого по этой теории, эти факты интерпретировали в рамках ОПЭ. Далее, при обнаружении иного направления элиминирования, чем предсказывает ОПЭ, посчитали такое нарушением самого ОПЭ.

Наши опьггы показали, что дибромид 1 в сольволитических условиях образует ацетат 5 с выходом 70 %, а под влиянием едкого натра - монобромвд 3 с тем же выходом. С точки зрения теории ППС карбкатаоноидная частица, которая по всей вероятности генерируется в этих сольволитических условиях, должна стабилизироваться в направлении, наиболее благоприятном для сопряжения ( скрытая ненасышенностъ) и образования наиболее устойчивой и наиболее сопряженной этиленовой связи. Очевидно, что из двух состояний ПС-1 и ПС-2 больше этому условию соответствует ПС-1. Иначе говоря, в результате этой сольволитической реакции должен предпочтительно образоватьсябромид 3. В действительности же получается бромид 4, который фиксируется в виде ацетата 5.

С точки зрения ОПЭ же промежуточная карбкатионоидная частица, если она наделена элекгрофильными свойствами, т. е. является ИПср, дол.жна стабилизироваться именно с образованием бромида 4, так как депротонирование такой частицы происходит с участием не протоноподвижного, а гидридноподвижного атома водорода, которым в данном случае является атом водорода гетероцикла, а не бромметильной группы.

в

о

ПС-1

о

3

о

ПС-?

о-

4

.ОАс

Таким образом, в отличие от теории ППС, ОПЭ дает точное предсказание наблюдаемого элиминирования; интерпретация теории ППС скорее является выходом из положения, нежели объяснением, соответствующим реальным событиям, происходящим в системе. В этом можно убедиться,рассмотрев экспериментальные данные дибромида 2, полученные в тех же условиях. Д и бромид в этих условиях образует уже два ацетата, 9 и 10, соответствующие двум исходным монобромидам 6 и 7. Как и в случае дибромида 1, образование бромида винильного строения 8, который согласно теории ППС является наиболее вероятным продуктом реакции, ненгблюдается; получаются бромиды 6 и 7, фиксирующиеся в виде соответствующих ацетатов 9 и 10. Сопоставление этих данных с вышепривиденными показывает, что роднит реакции дибромидов 1 и 2 то, что в обоих случаях реализуются не все направления элиминирования, а в каждом случае на единицу меньше: в случае дибромида 1 - одно (2-1=1), а в случае дибромида 2 - два (3-1=2). Причем, примечательно то, что у обоих дибромидов реализуются именно те направления элиминирования, которые предсказывает ОПЭ и не реализуются те направления, которые считает наиболее вероятными теория ППС. Все это мотивируется тем, что стабилизация ИПср происходит по механизму электрофильного замещения, а электроны связи С-Н метальной и метиленовой групп бесспорно более нуклеофильны, чем электроны С-Н связи бромметильной или бромметиленовой группировок. Иначе говоря, образование ацетатов 9 и 10 однозначно предсказывает ОПЭ, а не общеизвестная и общепринятая теория ППС.

Однако, не все здесь так гладко, как может показаться на первый взгляд. Возникает вопрос: если предшественником аллиловых бромидов 6 и 7

действительно является ИПср, то образование бромидов 6 и 7 происходит из единой для них ИПср или каждому из последних соответствует своя ИПср?

Эту задачу мы решили исходя из следующих предпосылок. Если монобромиды образуются из единой для них ИПср, то изменение экспериментальных условий не дол жно отражаться на соотношении региоизомеров 6 и 7 и соответствующих им ацетатов 9 и 10, поскольку любая из заряженных частиц (буть то карбокатион, карбаиион или соответствующая им ИПк или ИПср), наделена дискретными свойствами и, независимо от условий их генерирования, дол жна проявлять именно присущие ей одной свойства.

Исходя из таких предпосылок, элиминирование дибромидов 1 и 2 осуществили под влиянием другой сольволитической системы - смеси триэтиламин-уксусная кислота. Произошла качественно такая же реакция, какая описана выше для системы ацетат натрия - уксусная кислота. Например в случае дибромида 2 образовались те же ацетаты 9 и 10, но в ином соотношении, чем наблюдается в случае использования NaOAc. Из этого экспериментального факта следует, что вероятней всего каждому из монобромидов 6 и 7 соответствует своя сольватно-разделенная ионная пара. Причем, учитывая то обстоятельство, что в случае триэтиламина (менее полярного реагента, чем NaOAc) больше получается ацетата 10, а при применении NaOAc - ацетата 9, мы полагаем, что малосольватированная форма ИПср (ИПср") дает начало образованию бромида 7, а более сольватированная форма ИПср (ИПср") - бромид 6.

Однако все это могло быть результатом стечения случайных обстоятельств, например, быть обусловленным гетероциклическим строением молекулы, особенностями стереохимического поведения нуклеофуга в этих системах и т. д. Поэтому надо было ожидать, что если сделанне предположения о генерировании ионных интермедиатов и их свойствах реально описывают их поведение, т. е. свойства ИП обусловлены свойствами заместителей и условиями реакции, как это предсказывает ОПЭ, то качественно такая же картина дол .жна наблюдаться в элиминированиях аналогично построенных ациклических систем. Поэтому для получения информации о справедливости сделанных выводов нами изучено элиминирование ациклических дибромидов 11, 12 и трихлорида 13. Легко заметить, что эти галогенопроизводные имеют такую же трехуглеродную систему, что и молекулы 1 и 2. Разница лишь в том, что в случае дибромида 11 один из заместителей (метоксикарбонильная группа) наделен особенно сильным электроноакцепторным свойством и это, согласно ОПЭ, дол.жно было отчетливо отразиться на

региоселективности элиминирования.

£

Действительно, в расматриваемых сольволитических условиях дибромид И образует только монобромид 14, но не монобромид аллильного строения 15 и соответствующий ему ацетат 16.

По всей вероятности, как и надо было ожидать, гетеролиз связи С-Вг в дибромиде II ограничивается генерированием ИПк и депротонирование происходит с участием только наиболее протоноподвижного атома водорода.

Не менее информативными оказались данные по сольволитическому элиминированию галогенопроизводных 12 и 13. Хотя дибромиды 11 и 12 имеют некоторое сходство, они отличаются также наличием групп (метоксикарбонильная и хлорметильная), сильно разнящихся по индукционным константам заместителей (+0,52 и +0,18). Как и следовало ожидать, это находит свое отражение в региоселективности элиминирования: из дибромида 12

образуется смесь монобромидов 17 и 18, трансформирующаяся в ацетаты 19 и 20.

сн,

19

ВГ

Вг

у—ом

СН}

I

*—ОАс *—Вг

20 18

Трихлорид 13 же, в котором третичная связь С-С1 гетеролизуется так же трудно, как третичная связь С-Вг в дибромиде 11, образует только ацетат 22, соответствующий дихлориду 21. Дихлорид 23 и диацетат 20 в этих условиях не образуются.

сн, а

I

\—ОАс а

20 23

2.Инверсия регио н стереохимии элиминирования бромистого водорода в завпен мости от электронных свойств заместителей н условий реакции.

Имея целью подвергнуть более жесткому испытанию ОПЭ, а также расширить ассортимент реагентов, вступающих в описанную выше реакцию элиминирования-замещения, нами осуществлено взаимодействие дибромида 2 со спиртами в присутствии едких щелочей. Поскольку эта система имеет гораздо большую пол арность, чем безводная АсОН, в среде которой проводились описанные выше сольво логические реакции, в основном происходило образование эфиров 25. Иначе говоря, в спиртовой щелочи равновесие ИПср' и ИПср" сдвигается вправо еще в большей степени, чем оно имеет место в АсОН соответственно образуются монобромид 7 и соответствующий ему эфир 26.

с 8

О' 7

О

26

'О' 6

О

25

Как в этом, так и в предыдущем случае сольволитических реакций дибромида 2, отсутствие винилового бромида 8 можно было объяснить не только электрофилъной реакционной способностью промежуточно генерированных ИПср, но и тем, что в исходном дибромиде 2 отщепляющиеся группы Н и Вт находятся в неудобном для отщепления син- положении.

С целью получения дополнительных доказательств того, что все обстоит именно так, как это предусматривает ОПЭ, нами получен дибромид 27 и изучено его поведение в сольволитических условиях элиминирования. Исходя из основополагающих принципов ОПЭ мы ожидали, что с появлением электроноакцепторной группировки КО изменится региоселективность элиминирования по сравнению с той, что наблюдается в случае базовой молекулы 2, в которой отсутствует такое противодействие гетеролизу; при этом возможно получатся также эфиры 29 или даже виниловый монобромид 28. Нами показано, что как под влиянием едкой щелочи, так и вторичных аминов и ацетата натрия, всегда происходит образование бромидов 28.

Учитывая то обстоятельство, что в дибромиде 27 отщепляющиеся атомы находятся в си н-положении друг к другу, надо было ожидать, что в отщеплении будет участвовать именно ИПк; иначе отщепление произошло бы с

50% ««он • шв2 (46%)

участием электронов метальной или метановой группировок и образовывались бы либо эфиры 29, либо карбонильные соединения.

Именно с учетом последнего обстоятельства реакцию дибромида 27 проводили в присутствии вторичных аминов, которые в состоянии легко фиксировать аллиловые бромиды 29 в виде третичных аминов 30. Однако амины типа 30 в этих условиях не образовывались. Это значит, что появление в бета-положении к третичной связи С-Вг алкоксильной группы настолько затрудняет гетеролиз этой связи, что он ограничивается только стадией образования ИПк. Благодаря этому депротонирование происходит по схеме, предусмотренной ОПЭ, т. е. с участием более протоноподвижного атома водорода. Такое депротонирование происходит несмотря на то, что наиболее протоноакгивный атом водорода находится в син- положении к нуклеофуту.

Вг

Вг

В:

II

СВ,

ИПк

ОН 27 Вг2

1

СН)

хг

23

ИПср

СН,

СВ,

СН}

о

25

I ■<- I |

о

29

Эти факты говорят о том, что под влиянием алкоксильной группировки произошла инверсия как регио-, так и стереохимии элиминирования НВг в 27 по сравнению с той в дибромиде 2.

3.Доводы в пользу существования механизма элиминирования без предварительного образования нонных пар. Новая редакция ОПЭ.

Снин был первым, кто предполагал, что реакции замещения и элиминирования идут через промежуточное образование ионных пар. Несмотря на то, что эта версия неоднократно подвергалась критике, в известном обобщенном правиле элиминирования допускается, что предшественниками региоизомерных этиленов являются ионные пары. Объясняется это тем, что до наших работ не было достоверных доказательств того, что возможны пути образования этиленов, минуя промежуточное генерирование ИП; имеющийся

экспериментальный материал возможно было интерпретировать как через генерирование ИП, так и без их образования.

На наш взгляд, нам удалось найти примеры молекул, в ряду которых элиминирование действительно минует стадию генерирования ИП. Это эфиры 31, дегидрогалогенирование которых приводит к эфирам 32, а не 33.

Вг

?Г „ Вг 0 РйА^ОНЗ!

РЬ^^-ОП -рь-Ч—ОН ^ ^ЙО* ^ЧГ

Вг РЬ-трн ^

31

Иначе говоря, в этих молекулах в элиминировании участвует именно тот из двух атомов брома, который менее нуклеофуген. Очевидно, что наличие этого факта подсказывает, что реакция начинается с наиболее протоноактивного атома водорода, а не с гетеролиза связи С-Вг. В результате образуется именно эфир 32.

Таким образом получено первое достоверное доказательство того, что элиминирование без предварительного гетеролиза связи С- нуклеофуг возможно.

По всей видимости, такая же решохимия элиминирования наблюдается у 1,2- дигалогенопризводных 34. Она обусловлена тем, что в этих соединениях взаимное противодействие гетеролизу настолько велико, что удаление нуклеофуга становится возможным только после того, как депротонируется водород связи С-Н. Надо полагать, что по той же причине происходит образование альфа-бромстирола при дегидробромировании дибромэтилбензода. Однако, как показывает дальнейший анализ, в этом вопросе все обстоит не так просто, как оно может показаться на первый взгляд. На самом деле, рассмотрев в свете новых данных дегидробромирование 1,2- дибромалканов 34, мы обнаружили новое несоответствие фактических данных с ОПЭ. Оказывается, в ходе этого элиминирования наряду с ацетиленовыми соединениями, образуются также моиобромиды 35 и 36. Причем, если образование монобромидов 35 является вполне ожидаемым направлением элиминирования, то получение бромидов 36 противоречит логике принципов ОПЭ; если в случае дибромэтилбензола (дибромида стирола) можно допускать, что фенильный заместитель наделен

электроноакцепторным свойством, потому может содействовать образованию альфа-бромстирола,то такое допущение в случае дибромидов 34 неправомочно,

поскольку алкильная группа, напротив, затрудняет сходную атаку основания кг электронодоиорный заместитель. На самом деле, независимо от топ первоначально акцептируется ли более протоноподвижный атом водорода, ил происходит предварительный гетсролиз связи С-Вг, а затем лишь уход бол< протоноподвижного атома водорода, должен был образоваться монобромид 2 по схемам I и И, но никак не монобромид 36: в первых двух случая протоноактивный атом водорода находится именно в бромметильной, а не бромметиленовой группировке; из двух связей С-Вг же более склонна гетеролизу вторичная, испытывающая влияние электронодонорной ал .кильно группы. Если бы реакция началась с этой связи, то она в конечном итог привела бы к этилену 35, либо 37, но никак не 36.

35 37

Очевидно, что это либо нарушение ОПЭ, либо оно подсказывает, чт( помимо уже рассмотренных выше, существует другой механизм взаимодейсши между основанием и субстратом, чем охвачено в общей схеме ОПЭ.

Сопоставление этих результатов с некоторыми данными литературы привелс нас к выводу, что в данном случае нарушения ОПЭ нет: по всей видимости имеется тип органических соединений, в частности 1,2-дигалогенопроизводньк углеводородов, в которых элиминированию протона предшествуй комплексообразование между основанием и субстратом. В результате молекулг (например 34), имеющая два направления элиминирования, трансформирется I систему (например 38), в которой остается только одно из них; происходит синэлиминмрование и образование этиленов 36 по схеме:

кон

Вг —КОИ Й

Вг

н —он

Вг К

33

Вг 3«

С учетом этих фактов, мы ввели уточнение в обобщенное правило

I о

элиминирования. Наша формулировка следующая: если заместители Л, Я и Я , а также условия реакции препятствуют гетеролизу связи С-нуклеофуг, образуются этилены 40 непосредственно из субстрата 39 (путь 1), если те же условия содействуют гетеролизу и этот процесс задерживается на стадии зарождения ИПк, то опять происходит образованиеэтиленов 40, но по пути 2, если вышесказанные факторы содействуют трансформации ИПк в ИПср, образуются этилены 41 по пути 3.

(?о

к'

х

Нь На

39

*

х ИПк

® -На

Ъ*

Г Мер @

-Нь

1?°

Я'

я*

40

41

При элиминировании по путям 1 и 2 в реакции участвуют наиболее протоноактивные атомы водорода (отщепление по своим свойствам является внутримолскул ярным замещением типа Эц), а по пути 3- наиболее гидроподвижный атом водорода Нь (отщепление по своим признакам является внутримолекулярным замещением типа $Е).

4.Новый синтез я,]5-днгалогеиоалкиловых эфиров.

Известно несколько методов синтеза а,£-дигалогеноал киловых эфиров 46, но наиболее общим из них является галогенирование а -хлорэфиров 42. Существование этой реакции и, особенно, стадии легкого дегидрохлорирования объясняется чем, что система а-хлоралккиловых эфиров 42 содержит фрагмент скрытого альфа-нуклеофила,легко подвергается гетеролизу по связи С-С1.

к

Поскольку имеются большие затруднения и неудобства, связанные получением эфиров 42, мы решили обойти эти затруднения, руководствуяс основополагающими принципами скрытого альфа эфекта (т.е. тем же ОПЭ). М1 полагали, что если справеливы положения скрьн того альфа - эффекта, то ацетал ях одна из алкоксильных групп дол жна играть такую же роль нуклеофуг (конечно, после протонирования), какую играет атом хлора в эфирах 42, и пр] галогенировании дол жны образовываться дигалогеноэфиры 46 по схеме:

Наши ожидания оправдались пол ностью: таким путем удалой синтезировать а,/>-дихлор- и дибромалкиловые эфиры 46 с выходами до 65% Более того, удалось показать, что эти же эфиры 46 можно получить, если галогенировать смесь альдегида и спирта, т. е. показать, что даже полуацетали легко вовлекаются в эту реакцию отщепления - присоединения. При этом учитывали и одно немаловажное обстоятельство- образование воды в ходе этой реакции. Поэтому такого рода реакции мы осуществили в присутствии хлористого кальция; иначе происходит гидролиз сольволиз образующихся эфиров 46 и в результате получаются ацетали 47. Таким образом, из некогда труднодоступных дигалогенэфиры 46 стали вполне доступными реагентами.

5.Некоторые реакции алкокси- и диалкоксикарбнннльных карбкатионоидных частиц в свете обобщенного правила элиминирования.

Согласно ОПЭ электрофильными свойствами наделены ИПср, но не ИПк. Иначе говоря, находящаяся в ^-положении к нуклеофугу связь С-Н (и любая связь С-Я) испытывает эффективное влияние соседней карбкатионоидной частицы лишь после того, как происходит трансформация ИПк в ИПср. Очевидно, что если это утверждение верно для такой внутримолекулярной реакции, какой является образование этиленов 36 в общей схеме ОПЭ, то оно должно быть не менее справедливым также для межмолекулярных

ЛСНгСН=0 + к'он + на

ксн^снаок

42

(генхен

47

взаимодействий тех же карбкатионоидных частиц с нуклеофилами. Это значит, что алкилирование связи С-галоген под

влиянием электрофильных катализаторов не может происходить на стадии образования ИПк; оно может иметь место лишь после ее трансформации в ИПср.

В свете этого анализа, а также того факта, что в реакциях элиминирования возможно образование нескольких разновидностей ИПср, предстовлялосьинтересным выяснить насколько возможно найти доводы и в пользу образования более одной формы ИПср в реакциях электрофильного присоединения галогенопроизводных к кратным связам. Этот интерес подиктован также тем, что не исключается возможность того, что в определенных условиях, помимо стабилизации генерированных ИПср по схеме присоединения аниона, произошло элиминирование, возможно даже аномальное с точки зрения ОПЭ.

Как нам кажется, интересная с этой точки зрения информация нами получена в ходе изучения некоторых электрофильных реакций ацеталей 48 и ортомуравьиного эфира 49 с этиленами и ацетиленами. Эта реакция была исследована ранее и неоднократно. Она нас заинтересовала после того, как в нашей лаборатории был найден исключительно мягкий катализатор селективного расщепления эфиров под влиянием гагсогеногидридов кислот. Мы надеялись, что удастся найти здесь интересующую нас информацию и, кажется, нашли: выяснилось, что в присутствии этого комплексного катализатора (комплекса хлористого цинка с ТЭБА), легко расщепляется также эфирная связь ацеталей под влиянием АсХ, а образующиеся "в момент получения" галогенэфиры типа 42 легко дают аддукты с рядом этиленовых соединений: с 1-гексаном, 1-гептеном, стиролом, винилацетатом и рядом других. Выходы порядка 25 - 70 %.

кщсжЪ - асХ + » иот-с—с-х

48 <Ж' 58

Аналогичная реакция с фенилацетиленом дает аддукты 51 с выходами 40 -60

%.

о 0

РЬ-О-СН + 1УЛ*ОК'Ь + АсХ - Ч10^0--.7-^—»- гьсх=акзГ

-Асоа' 5] ок-

На примере реакции с хлоропреном показано, что по этой методике мояо ал кшшровать и 1,3-диеновые углеводороды.

а

© е I

У + ♦ АсХ гьсвда-хпа, »

А* 52

Как и предполагалось, во всех без исключения случаях обнаруживаютс особенности, не наблюдающиеся в случае применения других катализаторов 1 особенно, хлористого цинка. Так, в ряде случаев реакция не идет с таким этиленовыми соединениями, с которыми а-хлорзфиры образуют аддукты 50 высокими выходами, если в качестве катализатора применять хлористый циш Таким примером является хлористый аллил. Реакция с хлоропреном дает аддук 52 с низким выходом, всего 25 %, в то время как в присутствии хлористог цинка он достигает 75 % и т. д. Но самый примечательный факт это то, что в< всех без исключения случаях реакция под влиянием предложенного нам1 катализатора идет без образования смолистых веществ.

Можно было по аналогии с принципами ОПЭ допускать, что в присутствш мягкого катализатора происходит образование и расходование одного тип; ИПср, а под влиянием хлористого цинка - другого. Однако, поскольку нельз? исключить, что более жеский катализатор, хлористый цинк, может вызвать также гетеролиз связи С-Х самого аддукта 50 и таким образом осложнять картин) элиминирования теломеризацией, мы эту задачу решили косвенным путем: удалось сделать это в ходе изучения алкилирования диалкоксикарбинильной ИПср, получаемой расщеплением эфира 49 различными электрофилами. Нами показано, что хлорид 53, получающийся расщеплением эфира 49 как под влиянием хлористого цинка, так и нашего комплексного катализатора, не дает аддуктов ни с одним из перечисленных непредельных соединений; в условиях эксперимента (+20°- +30°) он фрагментируется раньше, чем успевает вступать в межмолекулярную реакцию. Видимо, этому содействует то обстоятельство, что в эфире 53 сильнее проявляется скрытый альфа- эффект, чем в самих а-хлор-эфирах 42 и это приводит к развалу молекулы.

" КО,

(ко)3сн + Аса + рьа%ш3а-2оа2

49

сн-а

ЙО

косно + иа

Однако оказывается, что "та же самая" диалкоксикарбинильная катионоидная частица, но с другим противоионом, способна давать аддукгы с рядом непредельных соединений, а с фенилацетиленом- даже реакцию присоединения-отщепления. Мы повторно изучили последнюю реакцию, взаимодействие фенилацетилена с эфиром 49 в присутствии нашегокатализатора и показали, что он превосходит все известные катализаторы этой реакции. Выходы ацеталя достигает 86 %.

Как нам кажется, эти факты с достаточной наглядностью показывают, что в ходе этих трансформаций эфиров 49 вокруг ключевого углерода генерируются два типа ИПср: одна из них достаточно устойчива для межмолекулярного взимодействия и образования аддукта, а другая-фрагментируется; первая из них генерируется в случае плохих нуклеофугов, а вторая- в случае хороших. С учетом вышеизложенных дашгых, надо полагать, что фрагментация наступает на более поздней стадии гетеролиза связи С- нукяеофуг, а в алкилировании участвует ИПср, генерирующаяся на ранней стадии превращения ИПк в ИПср.

юн' ^_

(ТО^СИЖ 491^3

т ©

рьс=саС

54

он'

РЬ

СЩОП)2

госш + га

©„и

(НО^СНО

III 'Н

(цо)2снх 5

@ © (окьсн х

ИПк

(ОЩСЦ^Х ИПср

(Ощсп///х

©

ЬСН ИП'ср

Это исследование, помимо того, что позволило найти некую генетическую связь между ОПЭ и закономерностями электрофильных реакций присоединения, привело нас к разработке исключительно простого метода синтеза ацеталей 54. Учитывая это обстоятельсвто, мы осуществили синтез большого ряда ацеталей 55 путем простого переацеталирования с 1,2- и 1,3- гликолями. Причем, как выяснилось, лучшим катализатором этой реакции является наш комплексный катализатор.

он

но.

ръ-огсен

ов

НО"

ж»

© е

РЬСНгШзО -гпСЗг

РЬ

55

Выходы диоксоланов и 1,3-диоксанов достигают 96 %. Среди этого ряда соединений имеются молекулы, проявляющие душистые свойства, а одна из них - 2-фенилэтинил-4-метилдиоксолан наделена приятным запахом цветов пшата (лоха).

*

Выводы

1. Найдены молекулы, на примерах которых удается получить достоверные данные о том, что ковалентная молекула может дегидрогалогенироваться непосредственно, минуя стадию гетеролиза и образования ионой пары по связи С-нуклеофуг.

2. Введено уточнение в схему и редакцию обобщенного правилг элиминирования.

3. Руководствуясь принципами обобщенного правила элиминирования получены доводы в пользу существования двух типов сольватно-разделенньо ионных пар в реакциях элиминирования.

4. На примерах модельных молекул продемонстрировано, что предсказательная сила обобщенного правила элиминирования превосходит общепринятую теорию переменного переходного состояния. Показано, что реализуются именно те направления отщепления, которые , согласно обобщенному правил) элиминирования наиболее вероятны, а по теории переменного переходной: состояния - невозможны, и наоборот.

5. Руководствуясь принципами обобщенного правила элиминирования, выявлена аномальная региоселекгивность дегвдрогалогенирования у ряде вицинальных галогенопроизводных. Поиск причины существования это? аномалии привел к выводу о том, что некоторые типы молекуг дегидрогалогенируются не путем прямого межмолекулярного акцептирования протона, как это принято считать, а лишь после того, как реагент и субстрат образуют донорно-акцепторный комплекс с участием нуклеофуга и катионг основания .

6. С учетом принципов скрытого альфа-эффекта разработан простой мето/ синтеза а^р-дигалогеналкиловых эфиров путем галогенирования ацеталей у полуацеталей. Таким образом эти некогда малодоступные соединения стали вполне доступными реагентами.

7. Разработан простой и эффективный метод получения ацетале* фенилпропиолового альдегида с использованием комплексного катализатора впервые предложенного в нашей лаборатории (2пС12.ТЭБА).

8. Под влиянием катализатора ZnCI2.T3BA осуществлено переацеталирование ацеталей 1,2- и 1,3-гликолями. Таким путем синтезирован 2-фенилэтинил-4-метилдиоксолан, наделенный запахом цветов пшата (лоха). Это соединение, синтезированное под влиянием другого катализатора, имеет другой изомерный состав и, соответсвенно, другой тип запаха.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих научных публикациях:

]. A.A. Геворкян, А.С.Аракелян, Н.Г. Обосян. Экстраординарная региоселективность элиминирования, выявленная на базе принципов обобщенного правила элиминирования. // Тезисы республиканской конференции "Органический синтез". Ереван, 1996 г., С.29.

2. A.A. Геворкян, A.C. Арахелян, Н.Г. Обосян. Аномальная региоселективность отщепления и новая версия межфазно-каталитического элиминирования, выявленные на основе обобщенного правила элиминирования. // ЖОХ, 1997, т. 67, вып. 6, С. 1050-1052.

3. АА Геворкян, A.C. Аракелян, Н.Г. Обосян. Упрощенный синтез a,J3-дибромалкиловых эфиров. //Арм.хим.ж., 1994, т.47, N. 1-3, С. 152-153.

4. A.A. Геворкян, A.C. Аракелян, О.В.Авакян, Н.Г. Обосян. Обобщенное правило элиминирования. Доводы в пользу существования и депротокирования двух разновидностей сольватно-разделенных ионных пар при сольволитическом дегидробромировании вицинальных дибромидов. //ЖОрХ, 1997 (в печати).

<ПАПи31ГЬ гкъц <ШУъ№1»

иътгь цълиш. титгъ аьмзтъы1ь msixiiesnhir титъ еьжиьрцз<1т ылпи- ¿/глада SIM

"lnljiíutG nhiul]g{iuiGbp{i nuiqmpjuiG nptyiíuiG uiiibûuiiuûi{jibuj \Sninbgnn$(i ЦпДОшС

pGi)hui(jpuiyi{uid IjuiûnGG t: Unijtt hbmiuqnmnipjniGf) ¿bnGuipl{i]bl t mji) IpuGnGp

uiiîliGiuuiuipphp ^uipünipjmüGbpfi ЬСршрЦЬ^гн йи|штщ1]п1[: итшдфид lupijjnLGpGUpg

1щ£фпф4Ь1 bß hbmUjuq bqpuiljiugiupjniGGhpli uibuj>ni[.

1. <iu$>nqi(h[ t quiGbi ЦпОДпцбЬр, npnûp Цшрпц bG rjbhfiijpnhuiinqbGuiGuiL uinuiûg C-(¡шДцЬяфпи) Цшиф ¿nipSQ finGuiljuiG qiujqbp|i qnjuigiSuiü tjiiuiJi:

2. biGh|nil i].bpnh{i2jmi]ig, ¿rnljnuí t iSmgijbL u(iil¡iíuiü pGi)hiuGpuigi[uic> IjUiGnGJi qpnijpGbpIi bi Gpui pGrjhmGnip u|uhiíuij[i líhj:

3. UnmjGnpt}i{bini( ujnljiíuiG QfiíjhiuGpwyiIjui&nGJi i¡pnijpGbpm[, фшитшр^йЬр bG quiGtJbi, npnGp i[ljuijnuî bG, np ujnljiíiuG nbuityg[;u¡Gfap[i duiiluiliuili Ьйшрщфф t iniàjynii шшрищштфид finGuilpuG qnijqbpJ] tpljiu muipuiinbuuiljGfepJi qnjuignuí:

4. (Гп^Ьцифй йщЬ^пцйир!! op{iGuiIjGbp[i i[pm gniguuipi[bL fc5 np iqnljiîuiG pGi}huiGpuigiluK> ljiuGnG|i 1(шС|ишшЬиац ni tip qhpiuquiGgruiî t huiGpmhiujm фпфп[ищ1{шй фп|ишОд[1Ц i||ittml|ti Ipii&tuuiuibumi nid}i&. ив^п^шф!] Dhuiligliui&bpnuS [îpuiliuiûuiGiuiî bG huiuiliuiiqbu uijG ujnl|iîuxG nuitpupjiuGfibpii, npnGß риш pGqhiuûpuigiloid l]uiGnG|i ш^Ьф ЬшфцйщЦшй fcG, [îul) puin фпфп[иш!1шй i|in]uraGg|it) i{(itíui([¡i mbumpjtuû" uiGhGiup":

5. UnmgGnpinlh[ml ujntjiimG pGrjhuiûpuigiluià IjiuGnGJi uljqpmüpGbpml, ií|i ¿uipp ijJigtiGmi rç{ihui[m(hûuiduiGgjui|Gbp]i ilnin piugmhuijmijbi I, uiGniíuii qbh}ii}pnbui|nqbGuigiiuiû iiujrinLpjnLG:

6. -ßnriuipl|t}uic> a-t^ihlimji ijpnijpGbpp GljuiinJi uinühinil, tf^uilplbi t a,ß-q|ihuiinqbGbpbpGbp|i umuigiîuiG iquipq hquiGuili biûb|oi[ uighinuiiGbpjig bi l||iuimugbinuiiûbp[ig:

7. и^иОДЦ. t ^bG|iLU]poui]tDimjtiG ивдЬЕфгф шдЬтицйЬр}» umiugúuiü luiuiGuili, npniiî npiqbu IpmnuiiiiqiuMnp oqwuiqr,p<h[bi t tfbp iiupnpuimnpfiujjnuî quiGi^md ZnClj'i ТЭБА. l)ni!ujibßu[i:

8. "¿¿фий liwinmijiquimnpji oqGmpjuiiîp ufiGpbqijbi t 2-^bGJiitpJlGJii-4-iîbp{iiiilJOEUiiiiuû, npG niGji ф^шиф àuiqJifiGbpti pnipiîniûp, ищ tpumiuijiqmuinpml тпшдфиЛ tujrç lîJiiugrupjniGp niGJi шд prupiîniGp: