Взаимодействие непредельных соединений с метилдиазоацетатом в присутствии каталитической системы-Cu(OAc)2-2,4-лутидин-ZnCl2 тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

ГАРЕЕВ ВЛАДИМИР ФАРИТОВИЧ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕПРЕДЕЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С МЕТИЛДИАЗОАЦЕТОМ В ПРИСУТСТВИИ КАТАЛИТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ - Си(ОАс)2-2,4-ЛУТИДИН-2пС12

02.00.03 - Органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте органической химии Уфимского научного центра РАН.

Научный руководитель: кандидат химических наук, доцент

Султанова Римма Марсельевна

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Гатауллин Раил Рафкатович

- доктор химических наук, профессор

Куковинец Ольга Сергеевна

Ведущая организация ГОУ ВИО «Уфимский государственный

нефтяной технический университет»

Защита диссертации состоится «26» июня 2009 года в 14™ часов на заседании диссертационного совета Д 002.004.01 в Учреждении Российской академии наук Институте органической химии УНЦ РАН по адресу: 450054, Башкортостан, г. Уфа, проспект Октября, 71, зал заседаний.

Телефакс: (347)2356066. E-mail: chemorg@anrb.ru

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Уфимского научного центра РАН.

Автореферат разослан «25» мая 2009 года

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор химических наук, / Л /

профессор / /У / Ф. А Валеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Актуальность синтеза функционально замещенных циклопропанов обусловлена высоким синтетическим потенциалом данных соединений. Во многих методах синтеза практически важных веществ, обладающих физиологической активностью, например, антрактанты, ггростагландины, образование циклопропановых соединений является ключевой стадией схемы. Кроме того, их использование позволяет осуществлять переход к разнообразным циклобутанам, циклопентанам или циклопентенам, цшслогелтанам, циклооктапам и, зачастую, труднодоступным гетероциклическим соединениям. Одним из удобных методов синтеза замещенных циклопропанов является каталитическая реакция [1+2]-циклоприсоединения алкоксикарбонилкарбена, генерированного из диазоэфира, по связи С=С непредельных соединений. Применение катализатора не только способствует генерированию алкоксикарбонилкарбена, но и определяет направление протекания химической реакции и природу образующихся продуктов.

В связи с этим, исследования в области поиска новых катализаторов разложения диазокарбонильных соединений и создания эффективных методов регио- и стереоселективного циклопропанирования непредельных соединений являются актуальной задачей и представляют практический интерес.

Работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ Учреждения Российской академии наук Института органической химии УНЦ РАН по темам: «Синтез карбо- и гетерополициклических соединений с применением мегаллокомплексного катализа» (номер государственной регистрации 01.99.000.11835) и «Разработка новых подходов к построению азот- и кислородсодержащих гетероциклических структур» (номер государственной регистрации 0120.0500680) при финансовой поддержке Программы фундаментальных исследований Президиума РАН «Направленный синтез органических веществ с заданными свойствами и создание функциональных материалов на их основе».

Цель работы: Изучение каталитического взаимодействия непредельных соединений с метилдиазоацетатом под действием комплексов меди в присутствии кислот и оснований Льюиса и разработка нового метода циклопропанирования олефинов, сопряженных диенов, олигоизобутиленов, 1,2-полибутадиена.

Научная новизна и практическая ценность работы.

Разработана новая эффективная каталитическая система Си(ОАс)2-2,4-лугидин-7,пС12 для получения эфиров циклопропанкарбоновых кислот путем взаимодействия метилдиазоацетата с олефинами. Показано, что циклопропанирование 1,3-диенов метилдиазоацетатом протекает региоселективно по наиболее алкилированной двойной связи углерод-углерод. На примере взаимодействия 2,5-диметилгекса-2,4-диеыа с метилдиазоадетатом установлено, что система Си(ОАс)2-2,4-лутидин-2пС12 не теряет каталитическую активность при восьмикратном ее использовании. Трехкомпонентная каталитическая система Cu(OAc)2-2,4-nymzpm-ZnCb катализирует внедрение метоксикарбонилкарбена, генерированного из метилдиазоацетата, по связям С-Н, С-С, О-Н, N-H (насыщенные и ароматические углеводороды, спирты, амины). Предложен метод получения циклопропансодержащих олигомеров и полимеров на основе взаимодейспыи 1,2-полибутадиена и олигомеров изобутилена с метилдиазоацетатом в присутствии Си(ОАс)г-2,4-лутидин-гпС12.

Апробация работы. Результаты работы доложены на Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2005» (Москва, 2005), International conference on Organic Synthesis "Balticum Organicum Syntheticum" (Tallinn, Estonia, 2006), VIII Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в XXI веке» (Томск, 2007), Всероссийской школе-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых «Фундаментальная математика и ее приложение в естествознании» (Уфа, 2007), X Молодежной научной школе по органической химии (Уфа, 2007), Международной конференции по органической химии «Химия соединений с кратными углерод-углеродными связями» (Санкт-Петербург, 2008), Международной конференции по химии «Основные тенденции развития химии в начале XXI века» (Санкт-Петербург, 2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 3 статьи в журналах рекомендованных ВАК, 1 статья в региональной печати и тезисы 8 докладов на научных конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 121 страницах и состоит из введения, литературного обзора (глава 1), обсуждения результатов (глава 2), экспериментальной части (глава 3), выводов, списка литературы, 2 рисунка, 9 таблиц. Список цитируемой литературы включает 189 наименования.

Автор выражает глубокую благодарность д.х.н., проф. Р.З. Бигловой и д.х.н., за научные консультации по химии ВМС, внимание и поддержку при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Циклопропанироваине 2,5-димстилгекса-2,4-диена метилдиазоацетатом под действием солен меди в присутствии кислот н оснований Льиюса

Каталитическое взаимодействие йткилдиазоацетатов с непредельными соединениями широко применяется в органическом синтезе как удобный метод получения производных циклопропанкарбоновой кислоты, многие из которых являются практически важными соединениями (циластатин, пиретроиды, диктиоптереиы и т.д.). Необходимо отметить, что для большинства известных катализаторов циклоиропанирования на основе Си, Со, Ки, Рс! и ЯЬ характерно однократное применение, использование дорогостоящих соединений, невысокая региоселективность в случае диенов и, как правило, использование 5-10 кратного избытка непредельного соединения для подавления димеризацни алкоксикарбонилкарбена На момент начала наших исследований были известны примеры циклопропанирования стирола этилдиазоацетатом с использованием ионных жидкостей на основе соединений Си или Рс1 и солей имидазолиния.

В данной работе на примере каталитического циклопропанирования 2,5-диметилгекса-2,4-диена метилдиазоацетатом (МДА) впервые показано, что трехкомпонентная система Си(ОАс)2-2,4-лутидин-2пС12 при мольном соотношении 6:5:1 является эффективным катализатором получения производных циклопропанкарбоновои кислоты. Реакция проводится при 40°С путем прибавления раствора МДА в СН2С12 к непредельному соединению и катализатору при мольном соотношении МДА : олефин : катализатор (в расчете на Си(ОАс)2), равном 1:1: 0.06.

Изучение влияния природы пиридиниевых оснований (Ру, 2,4-лутидин, 2,6-лутидин, 2-пиколнн, 2-циаиоииридин, 2,6-диаминопиридин, 3- и 4-аминопиридины, 3,5-дибром-2-ампнопириднн), кислот Льюиса (А1СЬ, КВр4, гпС12) и различных соединений меди, палладия и родня (Ю12(СР3С02)4, Ш12(ОАс)4, Си(ОАс)2, [СиСЩСбНб, Си(ОТ1)2, Рё(ОАс)2) на направление реакции показало, что трехкомпонентная каталитическая система Си(ОАс)2-

Схема 1.

65%

транс-2

цые-2

транс/цис =1.9

2,4-лугидин-гпС12 является наиболее эффективной. В отсутствие хотя бы одного из компонентов этой системы взаимодействие МДА с непредельными соединениями не происходит.

Таблица 1

Влияние природы компонентов каталитической системы на выход и соотношение транс- и укс-изомеров метилового эфира хризантемовой кислоты 2

Катализатор Выход 2 Соотношение

(%) изомеров транс/цис

Си(ОАс)2-2,4-лутидин-гпС12 65 1.9

Сх1(ОТ02-2,4-лутидин -7-пСЬ 58 1.6

Си504-2,4-лутидин -ХпС\2 15 1.2

Си(асас)2-2,4-лутидин -7пСЬ 47 1.6

[СиОТ{]2-С6Н6-2,4-лутидин -ТлСЬ 64 1.8

СиС1-2,4-лутидип -ХпС12 62 1.8

Си(ОАс)2-2,4-лутидин - 7,пС12 65 1.9

Си(ОАс)2 -2,4-лутидин - А1С13 33 1.5

Си(ОАс)2 -2,4-лутидин - КВР4 25 2.0

Си(ОАс)2 -2,6-лутидин -ХпС]2 42 1.8

Си(ОАс)2 -ВиРу1 - 2пС12 25 1.5

Си(ОАс)2 - ВиРу1 - -

Си(ОАс)2 -ВиРуВР4- 7пС12 54 1.6

Си(ОАс)2- ВиРуВР4 - -

Си(ОАс)2 -ОйРуСЛ - 7пС12 57 1.6

Си(ОАс)2 -ОйРуСЛ - -

Си(ОАс)2 -2-пиколин - ZnC]2 52 1.6

Си(ОАс)2 -2-цианопиридин - 7,пС12 25 1.8

Си(ОАс)2 -2,6-диаминопиридин - гпСЬ - -

Си(ОАс)2 -З-аминошфидин - гпС12 38 1.5

Си(ОАс)2 -4-аминопиридин - 7пС12 36 1.2

Си(ОАс)2 -3,5-дибром-2-аминопиридин - 7пС12 30 1.2

Си(ОАс)2 -Ру - 2лС\2 54 1.9

Выход синтезированных продуктов определяли методом ГЖХ с использованием внутреннего стандарта - тетрадекана и методом ЯМР 'Н-спектроскопии, путем введения в

реакционную массу расчетного количества стандарта - бензола. Соотношение изомеров находили с привлечением метода ЯМР 'Н-спекгроскопии по характерным сигналам метиновых протонов циклопропанового кольца.

Известно, что селективность циклопропанирования алкилдиазоацетатами в значительной степени определяется строением исходных непредельных соединений, соотношением реагентов и компонентов каталитической системы, а также условиями проведения реакции (растворитель, температура). В ходе проведенных исследований установлено, что при температуре 75°С наблюдается повышение выхода метиловых эфиров хрнзантемовой кислоты 2 до 72%, однако соотношение транс- и ¡/ис-изомеров не меняется (1.9 : 1). Применение Си(ОАс)г-2,4-лутиднн-2пС12 при 20°С оказывается неэффективным и продукты циклопропанирования - изомеры 2 получаются с выходом не более 22%, при этом в реакционной массе обнаружена сложная смесь трудно идентифицируемых олигомерных соединений. К снижению выхода эфира 2 и образованию олигомеров приводит и изменение соотношения компонентов каталитической системы Си(ОАс)г-2,4-лутидин-гпСЬ. При стехиометрическом количестве 2,4-лутидинЧ£пС12 метилдиазоацетат не подвергается разложению.

Необходимо отметить, что продукты двойного циклопропанирования 2,5-диметилгекса-2,4-диена не были обнаружены при использовании 2-х кратного мольного избытка МДА. Двойная связь углерод-углерод метилового эфира хрнзантемовой кислоты 2 не взаимодействует с мегилдиазоацетатом в выбранных нами условиях.

Полученная каталитическая система представляет собой маслообразное вещество темно-коричневого цвета, растворимое в хлористом метилене и не растворимое в петролейном эфире, что позволяет легко выделять катализатор из реакционной смеси и повторно использовать его в реакции циклопропанирования. При этом каталитическая система не теряет своей активности при восьмикратном ее применении. Более того, оказалось, что использование катализатора в цикле приводит к повышению выхода метилового эфира хрнзантемовой кислоты до 81%.

При использовании катшштической системы Си(ОАс)2-2,4-лутидин-£пС(2, нанесенной на окись алюминия (нейтральная по Брокману), силикагель (Lancaster, 70-230), монтмориллонит куганакского месторождения (AhCb-SiOrxHjO), или природный черный шунгит (смесь алюмосиликатов), в реакции циклопропанирования 2,5-диметилгекса-2,4-диена мегилдиазоацетатом образуется смесь метиловых эфиров транс- и цис-хризантемовон кислоты 2 с общим выходом 38-69%. Следует отметить, что AI2O3, SiOz, монтмориллонит и шунгит в отсутствие каталитической системы Си(ОАс)2-2,4-лутидин-ZnCl2 не катализируют взаимодействие диена 1 с мегилдиазоацетатом.

Таблица 2

Циклопропанирование 2,5-диметилгекса-2,4-диена метилдиазоацетатом в присутствии Си(ОАс)2-2,4-лутидин-2пС12, нанесенной на неорганический носитель

Выход 2, % (соотношение изомеров транс/цис)

№ опыта AbOj SiOj монтмориллонит шунгит

40°С, СН2С12

1 40(1.5) 48(1.9) 38 (2.3) 49(1.9)

2* 67 (2.0) 69(2.1) 46 (2.6) 57(2.1)

75°С, С1СН2СН2С1

1 54(1.8) 62(1.9) 67(1.7) 72 (1.9)

2* 67(1.7) 98(2.1) 74(1.6) 86(2.1)

♦повторное применение катализатора

При повышении температуры проведения реакции до 75°С и повторном использовании катализатора происходит увеличение выхода метиловых эфиров хризантемовой кислоты 2 до 98%.

Таким образом, нами предложен новый достаточно простой и эффективный каталитизатор для получения эфиров циклопроланкарбоновых кислот взаимодействием метштдиазоацетата с 2,5-диметилгекса-2,4-диеном.

2. Циклопропанирование терминальных олефинов в присутствии Си(ОАс)2-2,4-лутидин-гпС12

С целью выяснения влияния природы двойной С=С-связи на направление и сгереоселективность циклопропанирования метилдиазоацетатом изучено взаимодействие N2CHC02Me с непредельными соединениями, содержащими терминальную связь С=С (гексен-1 3, стирол 4, 5-гексен-2-он 5, метилвинилкетон 6, а-метилстирол, бромистый аллил, аллиловый спирт) в присутствии катализатора Си(ОАс)г2,4-лутидин-7.пСк В выбранных условиях (40°С, CH2CI2) циклопропанирование терминальных моноолефинов приводит к образованию смеси метиловых эфиров циклопропанкарбоновых кислот 7-Í0 с выходами 2372% и преобладанием транс-изомеров. В отсутствие хотя бы одного из компонентов приведенной каталитической системы олефины 3-6 в реакцию с МДА не вступают.

. Гаи] Н С02Ме Н Н

+ Ы2СНС02Ме ->Г7< + А~7\

Я V Н К \/ С02Ме

траис-7-Ю г/ис-7-10

соединения Я Выход,% соотношение изомеров транс/цис

7 11-С4Н9 28 1.9

8 РЬ 72 2.1

9 СН2СН2СОСН3 40 1.5

10 СОСНз 23 1.1

Наличие в /^-положении к связи С=С атома галогена или гидроксигруппы существенно влияет на региоселективность реакции. Взаимодействие бромистого аллила с мегилдиазоацетатом в присутствии Си(ОАс)2-2,4-лугидин-2пС12 в среде хлористого метилена при 40°С протекает региоселективно по связи С-Вг, давая метиловый эфир 2-бромпент-4-еновой кислоты 12 с выходом 61%. Образование соединения 12, по-видимому, происходит в результате атаки метоксикарбонилкарбена по атому брома с образованием Вг-илида 11, который претерпевает перегруппировку Стивенса.

Схема 3.

П ,2

СфАс)2-2А-1и1-Ы:\2 61% Си(ОАс)г

Реакция аллилового спирта с метилдиазоацетатом приводит к образованию как продукта циклопропаннрования метилового эфира транс-2-

(гидроксиметил)циклопропанкарбоноаой кислоты 13 с выходом 12%, так и продукта внедрения метокосикарбонилкарбена по связи О-Н - метилового эфира 2-(2-иропенилокси)уксусиой кислоты 14 с выходом 42%. Необходимо отметить, что продуктов дальнейшего циклопропаннрования эфира 14 Ы2СНС02Ме в реакционной массе не обнаружено.

.ОН + к2СНС02Ме

[са1]

Ме02С. Н'

ОН

Си(ОАс)2-2,4-Ш-гпС12 Си(ОАС}2

трансЛЪ 12%

14

42%

Как и в случае с аллилбромидом, взаимодействие аллилового спирта с МДА протекает только в присутствии трехкомпонентной каталитической системы Си(ОАс)2-2,4-лутидин-/пС12.

Известно, что эфиры а,/?-непредельных кислот взаимодействуют с МДА как с образованием продуктов циклопропанирования, так и аддуктов 1,3-диполярного диклоприсоединения метилдиазоацетата. Однако реакция метилакрилата с метиддиазоацетатом в присутствии Си(ОАс)2-2,4-лутидин-2пС12 протекает относительно успешно и с суммарным выходом до 32% приводит к диметиловым эфирам циклопропан-1,2-дикарбоновой кислоты 15, образующимся по данным ЯМР в виде трудноразделимой смеси двух изомеров примерно в равном соотношении. В то время как при использовании в качестве катализатора Си(ОАс)г из реакционной массы был выделен только пиразолин 16 с выходом 25%.

С02Ме

<^С02Ме + К2СНС02Ме

[са(]

15

транс/цис =1.1

'С02Ме МеО->С

Схема 5.

,С02Ме

N

Си(ОЛс)2-2,4-Ьи1-/.пС12 С1<ОАс)2

32%

Ш

25%

16

Взаимодействие аллилакрилата с МДА в хлористом метилене при 40°С как в присутствии трехкомпонентной каталитической системы Си(ОЛс)2-2,4-лутидип-7.пС12, так и Си(ОАс)2 приводит селективно к пиразолину 17 - продукту 1,3-диполярного диклоприсоединения М2СНС02Ме по винильной связи с выходами 36 и 42% соответственно.

+ М2СНС02Ме

м Ме02С

17

Си(ОАс)2-2,4-Ш-2пС12 Си(ОАс)2

36% 42%

Метилметакрилат, содержащий при одном и том же углеродном атоме как донорный, так и акцепторный заместители, в выбранных условиях не реагирует с МДА в присутствии Си(ОАс)2-2,4-лутидин-7пС12.

Далее нами было изучено каталитическое циклопропанирование некоторых циклоалкенов. Взаимодействие циклогексена с метилдиазоацетатом в присутствии Си(ОАс)2-2,4-лутидин-/пСи протекает относительно успешно и с суммарным выходом 78% приводит к метиловым эфирам бицикло[4.1.0]гептан-7-карбоновой кислоты 18, образующимся в виде труднораздеяимой смеси двух изомеров с преимущественным содержанием экзо-изомера.

Однако реакция 3,4-дигидро-Ш-пирана с метилдиазоацетатом проходит сгереоселективно с образованием метилового эфира экзо-2-оксабицикло[4.1.0]гептан-7-карбоновой кислоты 20 с выходом 59%.

3. Циклопропанироваипе ди-, три- и тегразамещенных олефннов

Схема 7.

эюо-18

эндо-18

экзо/эндо = 1.2

эюо-19

эндо-19

экзо/эндо = 6.6

С/

С02Ме

О

о

+ ^СИСОгМе

59%

[саг]

9ЮО-20

Катализируемое

Си(ОЛс)2-2,4-л>тидин-2пС12

циклопропанирование

ди метилмалеината МДА приводит к триметиловому эфиру циклопропан-1,2,3-трикарбоновой кислоты 21 с сохранением конфигурации связи исходного олефина и преимущественным образованием транс-изомера.

Альдегиды циклопропанового ряда представляют интерес в качестве сшггонов для синтеза биологически активных полифункциональных соединений, например, 5,6-метанолейкотриена А4 - стабильного и селективного ингибитора биосинтеза лейкотриена, а также душистых веществ для парфюмерии, таких как 3,7-диметил-6-циклопропилокт-2-еналь (ацитраль).

Изучение влияния природы исходных реагентов на направление реакции показало существенное влияние структуры непредельных карбонильных соединений. Сопряженные альдепщы - кротоновый и коричный альдегид не взаимодействуют с МДА в выбранных условиях в присутствии трехкомпонентной каталитической системы Си(ОАс)2-2,4-лутидии-ХпСЬ. С гераниалем 22 циклопропанирование протекает по наиболее алкилированной связи С=С с выходом 5%.

Схема 8.

С02Ме

Ме02С'

21

транс/цис = 1.6 СиСОАс^-г^-Ш-йС^ 21% Си(ОАс)2

С02Ме

СНО

СНО

[саг]

+ М2СНСОгМе

22

23

СЧОАС)2-2,4-Ш-7ЛС12 5% Си(ОАс)2

Ациклический тетразамещенный олефин - 2,3-диметилбут-2-ен реагирует с МДА в присутствии Си(ОАс)2-2,4-л>тиди!1-2пС12 с образованием метилового эфира 2,2,3,3-тетраметилциклопропанкарбоновой кислоты с выходом 58%.

Из результатов проведенных исследований видно, что на стереоселективность и эффективность циклопропанирования сшефинов метилдиазоацетатом под действием катализатора Си(ОЛс)2-2,4-лугидин-2пС12 существенное влияние оказывает природа заместителя.

С целью изучения регио- и стереоселекгивного присоединения метоксикарбонилкарбена к различным двойным связям исследовано взаимодействие метилдиазоацетата с диеновыми углеводородами в присутствии Си(ОАс)г-2,4-лугидин-2лС\г. Применение трехкомпонентной каталитической системы приводит к образованию метилового эфира 2-винилциклопропанкарбоновой кислоты 25 с выходом 49% при циклопропанировании бутадиена-],3 при -5°-10°С в среде СНзСЬ. Использование в качестве катализатора Си(ОАс)г в данной реакции не эффективно и образование эфира 25 не наблюдается.

Схема 10.

С02Ме

24

Си(ОАс)2-2,4-Ш-7ла2 58% Си(ОАс)2

4. Циклопропанирование диенов

+ К,СНСО,Ме

[саЦ Н д Ме02С

49% " /~Л +

Ме02С Н Н

Н

транс-25 цис-25

транс/цис = ! .3

Циклопропанирование замещенных 1,3-диенов под действием метилдиазоацетата в выбранных условиях (40°С, СНгСЬ) протекает региоселективно по наиболее алкилированной С=С-связи, с образованием смесей диастереомерных метиловых эфиров винилциклопропан карбоновых кислот 26-28 с выходами 50-52% в которых преобладают транс-изомеры. Необходимо отметить, что продуктов исчерпывающего циклопропанирования в реакционной массе обнаружено не было.

[саЦ

+ ИХНССЬМе

+ ^СНСОзМе

52%

[саЦ

50%

Н

Схема 12.

Ме02С л /=

Ме02С Ме транс- 26

Н Ме уис-26

транс/цис = 1.3 Н =4 Н С02Ме

С02Ме

Ме транс-11

Н

Ме цис-21

Н

транс/цис = 1.1

+ К2СНС02Ме

[са1]

50%

-\ Ме

нл1л

н

н

н

Н V С02Ме Н

транс-28 цис-2Н

транс/цис = 1.2

Ме С02Ме

Н

В реакции метоксикарбонилкарбена с 1,1-дихлор-4-метил-1,3-пентадиеном получается исключительно продукт присоединения по наиболее удаленной от атомов хлора двойной связи, с выходом 48%.

транс-29 г/ыс-29

трстс/цис - 1.5

Взаимодействие 2,5-диметнлгекса-1,5-диена, содержащего 1,1-днзамещенные изолированные связи С=С, с метилдиазоацетатом (схема 14.) приводит с суммарным выходом 55% к метиловому эфиру 2-мет1Ш-2-(3-метилбутен-3-ил)цнклопропанкарбоновой кислоты 30, образующемуся в виде смеси транс- и г^оизомеров в соотношении ~2.5 : 1.

Схема 14,

транс/цис - 2.5

Наблюдаемое региоселективиое циклопропанирование наиболее замещенной связи С=С свидетельствует о том, что при использовании каталитической системы Си(ОАс)2-2,4-лутидин-2пС12 важной стадией является генерирование карбенового комплекса, т.е. взаимодействие МДА с катализатором по механизму характерному для медных катализаторов.

5. Взаимодействие метнлдиазоацетата с насыщенными н ароматическими углеводородами, спиртами н аминами в присутствии каталитической системы Си(ОАс)2-2,4-лутндин-гпС12

Известно, что Си-содержащие катализаторы эффективны не только в реакциях [1+2]-циклоприсоединенпя по кратным связям алкоксикарбонилкарбенов, генерированных ш апкилдиазоацетатов, но и в реакциях внедрения по о-связям различных органических соединений.

С целью установления возможности применения найденной нами каталитической системы Си(ОАс)2-2,4-лутидин-2пС12 в других характерных для метнлдиазоацетата превращениях изучено его взаимодействие с бензолом, пропаргиловым спиртом,

циклогексаном, теграгидрофураном, бутан-2-оном, циклогексаноном, первичными и вторичными аминами.

Гекеадейтеробензол реагирует с МДА при 40°С в присутствии Си(ОАс)2-2,4-лутидин-гпС12, давая метиловый эфир 2,3,4,5,6,7-гексадейтероциклогепта-2,4,6-триенкарбоновой кислоты 32 с выходом 26% в результате электроциклического синхронного раскрытия циклопропанового кольца норкарадиена 31.

+ К2СНС02Ме

[са1]

С02Ме

31

С02Ме 32

26%

Реакция пропаргилового спирта с метилдиазоацетатом в кипящем хлористом метилене протекает селективно с образованием продукта внедрения по связи О-Н -метилэтинилоксиацегата 33 с выходом 55%.

Схема 16.

-он + Ы2СНС02Ме

55%

-х*

л

33

.ССЬМе

С02Ме

34

Взаимодействие циклогексана с метилдиазоацетатом в присутствии ~1 мол.% Си(ОАс)2-2,4-лутидин-2пС12 протекает по связи С-Н и приводит с выходом 55% к метиловому эфиру циклогексилуксусной кислоты 35. Применение Си(ОАс)2 оказывается менее эффективным и продукт внедрения 35 получается с выходом не более 36%.

Установлено, что трехкомпонентная система Си(ОАс)2-2,4-лутидин-2пС12 не катализирует взаимодействие линейных и циклических кетонов, эфиров (бутанон-2, циклогексанон, теграгидрофуран) с метиловым эфиром диазоуксусной кислоты. В присутствии данных соединений не наблюдается дедиазотирование метилдиазоацетата.

[сац г^^г^^СОгМе + Ы2СНС02Ме -»■ I [

35

Си(ОАс)2-2,4-1лй-2пСЬ 55% Си(ОАс)2 36%

Внедрение метоксикарбонилкарбена по связи N-4 под действием Си(ОАс)2-2,4-лутидин-гпС12 протекает при взаимодействии вторичных аминов с мегилдиазоацетатом с образованием Л'-алкилнрованных эфиров глицина с выходами 8-82%. Необходимо отметить высокую реакционную способность морфолина в исследуемой реакции. Первичные амины (бутиламин и анилин) не реагируют в выбранных нами условиях.

Схема 18.

НШ2 + Ы2СНС02Ме

.ССЬМе [саЦ {

36, К=Н( 38 8%

37, Я=Рг 39 25%

^С02Ме

КИ [<*] ^

+ Ы2СНС02Ме

Си(ОАс)2-2,4-Ш-2пС12 82% Си(0Ас)з 39%

Таким образом показано, что применение новой каталитической системы Си(ОАс)2-2,4-лутидии-2пС12 представляется довольно эффективным в реакциях метилдиазоацетата с ароматическими соединениями, насыщенными углеводородами, производными алкинов, вторичными и циклическими аминами.

6. Функционализация алигомеров изобутилена и снндиотактического 1,2-полнбутаднена метнлдназоацегатом в присутствии каталитической системы Си(ОАс)2-2,4-лутпд1Ш-2пС12

Синдиотактический 1,2-полибутадиен и олигомеры изобутилена - удобные непредельные субстраты для осуществления химической модификации. Наличие у

синдиотактического 1,2-полибутадиена реакционноспособных винильных ОС-связей позволяет вводить в состав полимеров различные химические группировки и синтезировать на их основе продукты с новыми свойствами.

Известно, что наличие сложноэфирных групп в структуре макромолекулы способствует увеличению адгезионных свойств высокомолекулярного соединения. К тому же, существует возможность осуществлять дальнейшие полимераналогичные превращения по данной введенной функциональной группе.

В выбранных нами условиях олигомеры изобутилена 41, 42, содержащие тризамещенную связь С=С, взаимодействуют с метилдиазоацетатом в присутствии Си(ОАс)2-2,4-лутидин-2пС12 с образованием метиловых эфиров циклопропанкарбоновой кислоты 43,44 с выходами 32 и 19% соответственно.

Анализ спектров ЯМР 13С подтверждает наличие циклопропанового фрагмента в соединениях 43 и 44. Характерные сигналы атомов углерода циклопропанового кольца проявляются при 8С 12-17 м.д., сигнал четвертичного атома углерода сложноэфирной группы резонирует в области 169-171 м.д. В ИК-спектре продуктов 43 и 44 по сравнению с исходными олигомерами появляются валентные колебания связи С=0 (в области 1732-1747 см"1), связи С-О (в области 1170-1177 см"1), а также деформационные колебания связи С-Н циклопропанового кольца.

При определении молекулярных масс соединений 43,44 и исходных олигомеров изобутилена путем измерения тепловых эффектов конденсации показано, что значения средней молекулярной массы (М„) для циклопропанированных олигомеров и исходных веществ отличаются на 72.

Исходные олигомеры изобутилена и функционализированные продукты 43,44 хорошо растворяются в бензоле, гексане, хлороформе, диэтиловом эфире. Значения характеристических вязкостей олигомеров 41,42 и соединений 43,44 в хлороформе имеют непринципиальные различия [ц]= 0.0171 дд-г"1 для продукта (43), [т\]= 0.0165 длт"' для исходного олигомера изобутилена (41); [11]= 0.021 дл г"1 для продукта (44), [г|]= 0.019 дат"1 для исходного олигомера (42). Вычисленные значения константы Хаггинса для олигомеров

Схема 19.

С02Ме

К2СНС02Ме [са1]

41, п=7

42, п= 10

43 32%

44 19%

41-44 имеет значения > 103, что свидетельствует о слабом термодинамическом сродстве и исходных олигомеров, и их продуктов циклопропанирования к хлороформу, значения Кх для соединений 43,44 меньше, чем соответствующие величины для олигомеров 41 и 42.

С целью химической модификации синдиотактического 1,2-полибутадиена (СПБ) 45 проведено его циклопропанирование метилдназоацетатом в присутствии каталитической системы Си(ОАс)г-2,4-лутидии-гпС12. Функционализированный полимер 46, содержащий т-звеньев с циклопропановым фрагментом, образуется с выходом 20%.

Схема 20.

Наличие характерных сигналов сложноэфирной группы и циклопропанового кольца в спектрах ИК и ЯМР *Н, "С соединения 46 свидетельствует о введении в структуру мшфомолекулы циклопропановых фрагментов по вшшлыюй С=С-связи (1752 см"' (v (С=0)); бс 51.0 м.д. (ОМе), 5С 170.1 м.д.(С=0)), С привлечением ЯМР 13С-спектроскопии также доказано, что циклоприсоединение метоксикарбонилкарбена к связи С=С макромолекулы 45 происходит периодически в среднем на одну из десяти винильных С=С-связей. Например в спектре ЯМР |3С полимера 46 углеродные атомы циклопропанового кольца проявляются в области 14, 25 и 28 м.д.. Доля цис- и трдас-изомеров функционализированных звеньев соединения 46 ~ 1:1.

УФ-спектр циклопропаиироваиного полимера 46 отличается от исходного полибутадпена 45, что подтверждает наличие в его макромолекуле нескольких хромофорных групп. Разностный спектр поглощения растворов указанных полимеров, приведенных к одной концентрации [45]=[46]=0,417г-л"' (рис.1, кривая 3, полученная вычитанием кривой 1 из кривой 2), обнаруживает три максимума поглощения: Я[=274 нм, Х2=257 нм и Хз=223.8 нм. Наблюдаемое положение максимума поглощения при ^=223.8 нм на разностном спектре (рис.1, кривая 3) совпадает с А.=224 нм (е=1838 л/мольхем), характерной для п—>я*-перехода связи С=0 сложноэфирной группы. Полученные данные свидетельствуют о том, что функцнонализированный полимер 46 содержит сложноэфириую хромофорную группу.

X , нги

Рис.1. Электронные спектры поглощения растворов ([45]=[46]=0,417г л"1). 1 - раствора полимера 45 в И20; 2 - раствора функционализированного полимера 46 в СьО; 3 - разностный спектр кривых 2 и 1.

При изучении растворимости исходного 1,2-СПБ 45 и модифицированного полимера 46 показано, что последний лучше растворяется в хлороформе, гексане и толуоле. Сравнение значений характеристической вязкости исходного и функционализированного полимеров ([г\]= 1.72 и 2.38 дат"1 для соединении 45 и 46 соответственно) позволило определить значения константы Хаггинса (Кх) для обоих высокомолекулярных соединений. Для функционализированного 1,2-СПБ 46 К„ (Кх= 0.43), меньше аналогичного значения для исходного полибутадиена (К*= 0.59). Величина < 0.5, указывает на то, что хлороформ -хороший растворитель для циклопропаннрованного продукта 46.

Средние молекулярные массы (М8[П]) исходного и функционализированного синдиотакхического 1,2-полибутадиена определены сочетанием вязкостного и седиментационного методов.

Таблица 3

Средние молекулярные массы полимеров 45,46

соединение 1-Уро Бо 10й, с М*п1

45 1.19 8.4 37000

46 1.30 10.1 50000

Из результатов вычисления М^, определены числа элементарных звеньев п и т, которые для продукта 46 соответственно равны 685 и 103.

По данным динамического ТГА температура начала разложения модифицированного 1,2-полнбутадиена 46 на 50° выше, относительно исходного полимера 45. Деструкция обоих образцов протекает в две стадии. Потери массы, отвечающие первой ступени разложения (в области 250-400°С), в случае модифицированного 1,2-полибутадиена вдвое меньше, чем для исходного образца, а в области 400-500°С (вторая ступень разложения) выгорание обоих полимеров протекает приблизительно с одинаковой скоростью (рис. 2).

кривая ТГА соединения 46 кривая ТГА соединения 45

Рис.2. ТГА исходного 45 и функционализировашюго 1,2-полибутадиена 46 на воздухе

ВЫВОДЫ

1. Изучено взаимодействие непредельных соединений с метилдиазоацетатом под действием Си-содержащих катализаторов в присутствии кислот и оснований Льюиса.

2. Разработана новая эффективная каталитическая система Си(ОАс)2-2,4-лутидин-гпС12 для получения эфиров циклопропанкарбоновых кислот из метилдиазоацетата и олефинов. Показано, что циклопропанирование сопряженных диенов протекает региоселективно по наиболее алкилированной связи С=С.

3. На примере циклопропанирования 2,5-диметилгекса-2,4-диена метилдиазоацетатом установлено, что каталитическая система Си(ОАс)2-2,4-лутидии-2пСЬ не теряет своей активности при восьмикратном ее использовании.

4. Показано, что трехкомпонентная система Си(ОАс)2-2,4-лутидин-гпС12 катализирует внедрение метоксикарбонилкарбена, генерированного из метилдиазоацетата, по связям С-Н, С-С, О-Н и Ы-Н (насыщенные и ароматические углеводороды, спирты, амины).

5. На основе взаимодействия олигомеров изобутилена и синдиотактического 1,2-полибутадиена с метилдиазоацетатом в присутствии Си(ОЛс)2-2,4-лутидин-2пС12 предложен метод получения циклопропансодержащих олигомеров и полимеров.

6. Установлено, что модифицированный метилдиазоацетатом синдиотактический 1,2-полибутадиен обладает более высокой термической стабильностью и характеристической вязкостью по сравнению с исходным полимером.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Гареев В.Ф., Султанова P.M., Биглова Р.З., Докичев В.А., Томилов Ю.В. Новая каталитическая система - Си(ОАс)2 2,4-.чутщт-2пС\2 - для циклопропанирования олефинов метилдиазоацетатом. // Изв. АН, Сер. хим. - 2008. - № 8. - С. 1750-1752.

2. Гареев В.Ф., Янгиров Т.Л., Баквева АД, Суитанова P.M., Бигаова Р.З, Докичев В.А., Томилов Ю.В. Новый каталитический способ получения метиловых эфиров 2-вишициклопропанкарбоновыхкислот. //ВестникБашГУ.-Ж&.-1.\Ъ. -№4. - С. 886-890.

3. Гареев В.Ф., Янгиров Т.А, Крайкип В.А., Кузнецов С.И., Султанова P.M., Биглова Р.З., Докичев В.А Функционализация олигомеров изобутилена и 1,2-лолибутадиена метиддиазоацетатом в присутствии каталитической системы Cu(OAc)2-2,4-Lut-ZnCl2. // Вестник БашГУ. - 2009. - Т. 14. - №1. - С.36-39.

4. Гареев В.Ф., Бакеева А.Д., Янгиров Т.А, Султанова P.M., Биглова Р.З. Циклопропанирование 2,5-диметилгекса-2,4-диена метилдиазоацетатом в присутствии Cu-содержащего катализатора на неорганических носителях. // Сб. статей *Фундаментальная математика и ее приложение е естествознании». -2008. - Т. 4. - С. 21-24.

5. Гареев В.Ф., Султанова P.M., Биглова Р.З. Каталитическое взаимодействие 1,3-диенов с метилдиазоацетатом. // Тезисы докладов Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2005». -Москва. - 2005. - С. 139.

6. Gareev VJ, Sultanova R.M, Biglova R.Z, Dokichev V.A, Tomilov Yu.V. Interaction of 2,5-dimethylhexa-2,4-diene wife mefhyl diazoacelate calalysed by Cu(OAc)2 in 1he prosaice of Lewis's acids and bases. // Book of abstracts International conference on Organic Synthesis "Balticum Organicum Syntheticum " (BOS 2006). - 2006. - Tallinn, Estonia. - P. 88.

7. Гареев В.Ф., Султанова P.M., Биглова P.3. Новая каталитическая система на основе комплекса меди (II) региоселективного циклопропанирования олефинов метилдиазоацетатом. И Тезисы докладов VIII Всероссийской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Химия и химическая технология в XXI веке». -Томск.-2007.-С 115.

8. Гареев В.Ф, Бакеева АД, Янгиров Т.А., Султанова P.M., Биглова Р.З. Циклопропанирование 2,5-димешлгекса-2,4-диена мешцдиазоацегатом в присутствии Cu-содержащего катализатора на неорганических носителях. // Тезисы докладов Всероссийской научной конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых «Фундаментальная математика и ее приложение в естествознании». - 2007. - Уфа. - С. 23.

9. Гареев В.Ф., Султанова P.M., Биглова Р.З. Каталитическое циклопропанирование 1,3-диенов метилдиазоацетатом. // Тезисы докладов X Молодежной научной школы по органической химии. - Уфа. - 2007. - С. 132.

10. Гареев В.Ф., Янгиров Т.А., Султанова РМ, Биглова Р.З. Катализируемое соединениями меди циклопропанироваиие олефинов метилдиазоацетатом. // Тезисы докладов Международной конференции по органической химии «Химия соединений с кратными углерод-углеродными связями»,- 2008. - Санкт-Петербург. - С. 191.

11. Янгиров Т.А., Гареев В.Ф., Бакеева А.Д. Каталитическое циклопропанирование 1,3-диенов метилдиазоацетатом. // Тезисы докладов VIII региональной школы-конференции для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике, физике и химии. - 2008. - Уфа. - С. 152.

12. Султанова P.M., Гареев В.Ф., Янгиров Т.А., Биглова Р.З., Докияев В.А., Талипов Р.Ф. Функционализация олигоизобутиленов и 1,2-полибутадиена мегиддиазоацетатом в присутствии каталитической системы Cu(OAc)2-2,4-Lut-ZnCb. // Тезисы докладов международной конференции по химии «Основные тенденции развития химии в начале XXI века». - 2009. - Санкт-Петербург. - С. 452.

ГОУ ВПО «Башгосмедуниверситет РОСЗДРАВА» Лицензия №0177 от 10.06.96 г. Подписано в печать 25,05.2009 г. Тираж 150 экз. Заказ №512 450000, г. Уфа, ул. Ленина, 3

Соискатель

В.Ф. Гареев

Отпечатано в типографии