Взаимодействие цис-бицикло/4.3.0/нонадиенов с галогенами тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

,Г? 1 090

МОСКОВОйЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА , ОРДЕНА ОКТРТЬСКОй РЕВОЖЦШ И ОГДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕИШ УНИВЕРСИТЕТ имени М. В. ЛОМОНОСОВА

ХйЖ'ШПЙ ФАКУЛЬТЕТ

На праоах рунсппсп

ЛУКОВСКАЯ Едена Владимировна

УДК 547.51; 547.31, 547.32; 547.64

взаимодействие цис-е1щикл0/4.3.0/н0надиеи03

с галогенами

/02.00.03 - Органическая хшля/

ССусл.

/ /¿/о-ХГрёо Ж/1.)

АВТОРЕФЕРАТ & ',••'■' , ■*., >, /*' диссертации на соискание ученой. пащидата химических паук

V

а ^, ' -0-1 V

' г .1 .1"

1 *

I ! Москва - 1990

Работа выполнена на кафедре химии нефти и органического кате лиза Химического -факультета Московского государственного уии-' вэрситета им. М.В.Ломоносова.

•Научные руководители: доктор химических кау!с,

старший научный сотрудник • Н. А, Беликова

кандидат химических наук, старший научный сотрудник А. А. Бобылёва "

Официальные' оппоненты: доктор химических наук,

ведущий научный сотрудник И.Г.Болесов

кандвдат химических наук, • начал ьник отдела В. И. Сорокин.

Водущэо учреждение: Институт органической .химии АН СОСР ' им. Н.Д.Зелинского

Залдата состоится № ^ЬУцаЪуа 1990 года о —час, на заседании специализированного Ученого Совета Д 053.05.58 П0( химическим наукам при Московском государственном университете.' имени МБ.Ломоносова по адросу; 119899, ГСП-3, Москва В-234, ;' "Ленинские горы, МГУ, Химический факультет, аудитория 7)7) У.

С Дйссергацией можно ознакомиться в библиотеке Химического . . факультета МГУ им. М.В.Ломоносова. 1

' ' Автореферат разосл.х $0 1990 г.

, Ученый секретарь специали- ; зированного Ученого Совета, , кандидат.хим.. ¿еския наук I .|С.и< J ' старший научный сотрудник ;г " Э.А.Шоков£

i wm я

ft С p J

H-Jmnl

:/дел I ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Циклические 1,5- и 1,6-диены со средни размером кольца способны претерпевать трансанулярную цик -иэацию при олезстрофилыюм присдединении различных агентов, в он числе галогенов, оти рэакции-интересны в теоретическом и ¡аяиы в синтетическом плане, т.к. позволяют получать различные, ^функциональные пшшциклические производные, которые могут, (бладать цеиными, а иногда уникальными физико-химическими свой-!твами и проявлять биологическую активность.

Наиболее подробно изучено элентрофильноо галогенирование гонфорыационно подвижных мокоцшслических 1,5-. и 1,6-дизнов, су-;ественно меньше сведений о поведении конформационно белее состкюс би- и трицшиических диенов. Поэтому вовлечение в крут ¡сследования новых циклических диеновых систем, склонных пре- .'' ■ерпевать трансанудярное связывание, метает способствовать кал • ,тлублению и расширению наших представлений о мохшшзме рэак-. дий, так и разработке нов;« методов синтеза, функциональных 1роизводных полнциклических углеводородов.

К зшш системам относятся цнс-бицикяо/4.3.0/нона-3,7- и 2,7-диены @ и (2}. Обнаруяэнная в 1981 году .пяя первого из • тх трансанулярная циклизация при взаимодействии с оргакичос-'.'. сими кислотами ontpaia удобный путь я т'рициклическин совдииэ-»

■шям рада брексана, бреццана и норадшлантана. N

«

® © тги

Поскольку цис-бицикло/4.3.0/нона-3,7-диен /тетрагидроин-, цен, ТГИ/ является побочным продуктом промышленного синтеза этилиденнорборнена - компонента тройного каучука СКЭ1ТГ, то поиск рациональных способов использования отого.диона, ¿¡¡также его ипомзра. (?) представляет актуальную задачу в целях ооа-дания безотходных технологий.

Цель работы.Изучеггие взаимодействия цис-бицикло/4.3.0/ нона-3,7- и 2,7-диенов с галогенами, выявление влияния строе-■ ния диена, природы электрофильного агента, условий реакции, I том числе растворителя, на возможность протекания трансануля! ной циклизации. Важным моментом является поиск и разработка удобных препаративных методов синтеза бифункциональных производных каркасных трициклических соединений.

Научная новизна работы.Впервые исследовано взаимодей -ствие цис-бицикло/4.3.0/нона-3,7- и 2,7-диенов с галогенами /иодом, бромом, смешанными галогенами/. Показано, что только первый из диенов при иодировании в или растворах нитрил* способен претерпевать трансанулярную циклизацию. При этом в раствор- СС1^ она протекает регио- и стереоселективно с образованием эвдо-4, экзо-8-дииодбрексана, содержание которого в смеси иодидов достигает 50% при общем выходе иоднцов 76%. Пр! иодировании цис-бицикло/4.3.0/нона-3,7-диена в ацето- и бути] нитриле трансанулярная циклизация сопровождается внедрением растворителя в качестве внешнего нуклеофила с образованием , продуктов со структурой аэатрициклоувдецена с выходами 9 и 159» соответственно. В остальных случаях происходит'присоединение галогенов по двойным, связям диенов...

Не основе эндо-4, экзо-8-дииодбрексана, полченного исди' рованием ТГИ, разработан^ эффективные методы получения брак' сена и брексадиена. Выход вперлыо полученного в настоящей ра .боте брексадиена составил 36# в расчете на взятый ТГИ.

Разработаны методы получения рада би- и трициклических функциональных производных, труднодоступных иным путем.

Показано, что бромирование дииодбрексана сопровождаете, изомеризацией и образованием с выходом Ч5Я двух изомерных ди бромбреццанов.

Изучена реакция Риттера брексена и брексадиена, оценена их относительная реакционная способность по сравнению с норб неном и норборнадиеном; разработан метод получения трициклич ких ацетиламинов и этиламинов.

Возможность практического использования результатов раб Разработки препаративные методы синтеза функциональных прои водных цис-бицикл_о/4.3.0/ понана, б роксан-' ,__брендая& и 2-аза-

г

?»цшсло/5.2.2.04'8/увдец-2-ена исходя из цис-бицикло/4.3.О/ эна-3,7-диена /побочного продукта произволе-'за этнлиденнор-^ • эрнена/.

Синтезировано 27 новых соединений с би- и трицикяической груктурой, Гб из которых выделено в индивидуальном виде.

Изучена биологическая активность рдца полученных соединен, ий, выявлена высокая антивирусная активность гедрохлорвда горичного амина со структурой бренцена, сравнимая о активность» рименяемого на практике препарата ремантадина.

Публикация и апробация работы. По материалам диссертации ' публиковано 4 статьи. Результаты работы доложены.на 1У Московкой конференции по органической химии и технологии /1985 г/, . сесоюзных.конференциях по химии каркасных соединений /Киев,' 586 г; Куйбышев, 1989 г/.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена а страницах машинописного текста и состоит из введения, итературного обзора, обсуждения результатов,. эясперждэнталь-. юй части и выводов, содергаит 10 таблиц, список цитируемой итературы из наименований.

ОСНОВНОЕ ССДЕРШИЕ РАБОТЫ.

Установление строения получаемых соединений, их изомерный юстав и чистота определялись методом в сочетании

! Ж и хро)^ато;.:асс-спе2<тром2грк9й,а та¡схе а помощью тонкослой- ■ юй и газояедкостной хроматографии с использованием капилляр- . шх колонок со скваланом, полиэтиленгликолем, ОУ- 101 в ка-¡естве неподвижной фазы. Спектры ЯМР получены на спектрометре . Ш-500 фирмы " вгмкет " при частотах_500 /1Н/ и 125,7 /13С/мГц. <!асс-спектры снимали на приборе ^¡пг ^ап -НАТ-112,?.

I. Взаимодействие п;с-бицикло/4.3.0/нона-3,7- и 2,7-диенов Ш и (г) с различными галогенами.

1.1. Иодирование цис-бицикло/4.3.0/нона-3,7-диена.

Среди реакций алектрофильного галогенирования слефинов

Спектры ЯЫР^С и некоторые спектры % исследованы совместно с д.х.н. Пехком Т. И. /Институт химической и оиологической физики АН ЭССР/, которому автор выражает свою искреннюю благодарность.

наименее изученным является иодирование. Это связано- преаде-всего с тем, что обычно образующиеся вицинальные иодвды неустойчивы и легко разлагаются с вццелением иода и НЗ . Однако, когда промежуточный иодониевый ион способен перегруппировываться ши в реакционной среде присутствует иной достаточно сильный пуклеофил, то реакция может П{56текать с образованием стабильных продуктов и с хорошими выходами.

В настоящей работе изучено взаимодействие ТГИ с иодом в СС14, СНС13, метаноле, пиридине, ацето- и бутиронитриле. с цэл,ь выявления их влияния на направление ре*жцни и, в том числе, н возможность протекания трансанулярной циклизации.

1.1.1 Иодирование ^с-бицикл о/4.3.0/нона-З^^дие на_(Т)_в_ ССГ^ Для выбора оптимальных условий иодирования ТГИ в СС1^ была проведена серия опытов, в которых варьировалась температура, время реакции и соотношение исходных реагентов. Наилучший выход иодидов /7б#/ был получен при соотношении диен : ис; # я I : 1,5 /в молях/, комнатной температуре и проведение реакц! в течение 25 ч. Использование хлороформа приводит к аналогичным продуктам, но с меньшим выходом.

Анализ смеси иодццов методом жидкостной хроматографии по> к аз ал наличие восьми соединений. Исследованием спектра ШР установлен, что ее основным компонентом являемся ецдо-4,экзо-& дииодбрексан (з), содержание которого составляет около 503<. & соединение было вццелено в ивдиввдуальноц веде и его строение лодтверздено.данныда-спектров ЯМР, масс-спектра.

/»ч бициклЫескио' ;

СССЧ ДСл3 "одцдц

тги , Т : . <_; :

о>

Как и в случае присоединения кислот к ТГИ, при иодировш возможно образование как производных брексана непосредствен} при трансанулярной циклизации, тал и бредцана и норадамантан; в результате последующих гадридных сдвигов и перегруппировок

то

агнера-Мзервейна. По спектру ЯМР С вццеленного кристалличвс-^. ого продукта иодирования ТГИ в одиозна .но установлено, то это соединение имеет трициклическу;о структуру брексана. По-ояение и ориентация атомов иода следует из расчета химических двигов ядер 13С по аддитивным схемам разных дниодпроизводнш" • • рексана, а такяе из спектра при частоте 5С0 мГц.

Образование дииодбрэксана свидетельствует о том, что при ;заимодействни ТГИ с иодом, так жа как и при реакции его с ср-аническики кислотами, набл издаете я трансанулярная циклизация, ледуег.-особо подчеркнуть, что при иодировании она протекает егио- и стере оселективно с образованием только одного изомера, [аиболее вероятно, что иод в качесгве электрофила ;атакует двой-¡ую связь шестичяенного кольца ТГИ с образованием иодониевого юна (л) , причем атака объемного электрофила направлена по шешней, стерически наименее затрудененной стороне молекулы ТИ /цис- по отношению к водородам у С* и С6/, находящейся в (аиболее выгодной для циклизации конформации твист-ванна-кон- , jspr. Последующе стадии циклизации /а/ и атаки относительно мшьного нуклеофлла 3 /б/ является согласовавши. Ишино при ■аком мвхапизкз реакции должен образоваться'только один изошр • эццо-4,экзо-8-дииодбрексаи (з). ■

(1) ® • ' : тги ^ ; . .

- I

Следует отметить, что при иодировании ТГИ в СС1^ выход продуктов трансанулярной циклизации-вдвое/или более/ выив, 1 ieM при взаимодействии с органическими кислотами . Увеличение степени циклизации в первом случае мохно объяснить как ;терическимн препятствиями при образовании вицинаяьных Ди-лодвдов, так и относительно высокой нуклеофильностью 7 , ■ который как бы "подталкивает"двойную связь к кртионоидноиу . да игру,- способствуя циклизации.

Углеродная структура остальных продуктов иодирования была определеьаспектральшми и химическими методами. Данные спектров ЯМР* С, ж, и масс-спектров, а также состав углеводородной смеси, полученной при восстановлении обфй смеси иодидов ЫА^, свидетельствует о том, что она состоит из бициклических предель шх и непредельных иодидов со структурой цис-бицикло/4.3.0/ног нана.

1Л.2. Иодирование и^с-бицикл о/4.3.0/нона-Зх7^диена_в_ыэ-тэноле.. В результате этой реакции с выходом 42?6 была получена смесь более 10 соединений, образующихся путем сопряженного присоединения иода и метанола по одной из двойных связей ТГИ. Как показ пп анализ спектра всей смеси, основные четыре компонента представляют собой штокси~иод-цис-бицикло/4.3,0/нонены с транс-расположением заместителей. Для более детального определения состава продуктов всю смесь восстановили алюмогидредом лития, при этом бша получена смесь, содержащая по данным ЯМР^С в основном цис-3- и '4-штокси-цис-бнцикло/4.3.0/нонены.

Таким образом, присоединение протекает преимущественно по . двойной связи шестичленного цикла; при этом в основном происходит злекгройильная цис-атака иода относительна атомов водорода у С1 и С , т.е. аналогично иодированию ТГИ в Про -

* Пространственное расположение заместителей в системе цис--бицикло/4.3.0/нонена обозначено как цис- или транс- по взаимному расположению двух атомов водорода : находящегося у углеродного атома, связанного с заместителем, и ближайшего к не ну в месте сочленения колец. Тот же способ обозначений использован для трицикли.ческюс соединении (о) - (7), со -, дэртса^их фрагмент цис-бкцикло/4.3.0/ноьана^ ^

б

дуктов транс снул ярко Я циклизации, подобных дииодбрексану или с кислородным мостиком обнаружено не бшо.

1.1.3. Кодирование уис-би1}икло/4.¿.О/нона-3А7^диена_в_пири-дине_ протекало сложно и приводило к смеси соединений. Однако одно из них - транс-3-иод-цис-4-пирндиний-цис-бицшУ1о/4.3.0/".!он-7-ен иодид (?) - продукт сопряженного присоединения по двойной' связи шестичленного цикла - удалось ввделить с выходом 19?5. ■

Со

ъ • о.

Гх>

Положение и прс&трзяственнал ориентация функциональных групп устаноатены методом ЯМР^С и Оставшаяся после наделения иодвда (Т) часть реакционной смеси представляла собой многокомпонентную смесь. По данным спектра ЯГ.ТР^^С в ней присутствовал;! непредельные соединения и, возможно, замещенные иод-брексаны5 образовавшиеся в результате трансанулярной циклизации. Бьделить их не удалось. Дииодбрзксан в смеси не обнаружен,

Г. Т.4. Иодирование 1р1С-бицкга о/4.3.0/нона-З^^циена_в_а1р-Д бути^оттрте. При реакции ТГИ с иодом в авдтонитрюга был получен 5,10-д.'шод-3-метил-2-азатрицикло/5.2.2.0^' ^/уцдоц-2-ен (5) с выходом 994. Образование его. мозет бсть приставлено.

следующей схемой

*Ч 1

©

N =■ С'й

I Ч

• л *

■О

®

•амсодо,/

-снл'

ли,

? СМ]

он

С-СИ.

©

•он

•а

Иод в качества алекттюфила присоединяется к ТГИ по С в цис-положение относительно водорода у С^. Ацетонитрил как нукле -офил атакует карбокатион (Т) по С4, и в образующейся нитрилие-вой соли (Б) с транс-ориентацией заместителей катионный центр внутримолекулярно взаимодействует с двойной связью пятичлонног цикла. Возникающий в результате ^рансанулярной циклизации кати он (в) за счет присоединения иод-аниона превращается в'соединэ ние

Следует отметить, что из нескольких возможных путей трансан лярной циклизации реализуется только один, приведенный на схеме, вероятно, потому, что приводит к наименее напряденной три-циклической системе, содержащей два шестичленных и один.пя-.тичленшй цикл.

.Строение соединения (б) доказано методами масс-, ИК-, ЯМР-спектроскопии. Низкая его растворимость во многих растворителях, в том числе и в ДШО при комнатной температуре, приводит к необходимости длительного накопления сигналов при получении^ спектра ЯМР^С. При этом фиксируются хкшческие сдвиги ядер не дииодида (б), а двух стереоизомерных спиртов (оа^б) в соотношении 3 : 2, которые образуются в результате замещения одного из йодов /у С^/ нг ОН-группу, вероятно, за счет- следов влаги, присутствующей в ДШО. Потоки удаления влаги из различ -ных образцов продажного дейтерированного ДМСо молекулярными ситами не дали желаемых результатов. Спектр ШР такжо свидетельствует о наличие двух соединений Наряду с дииоди-доц @ при реакции ТГИ с иодом в ацетонитриле образуется также д.:иодбрексана.

При иодировании ТГИ в бутиронитриле с выходом 15& был полу чен транс-5-бутириламино-транс-Т0-иод-3-пропил-2-азатрицикло /5.2.2.04»б/увдец-2*-ен(7). Образование -стого соединения с вида' тельствует. о том, что направление трансанулярной циклизации с участием бутиронитрила остается таким же, что и с ацзтонит-рилом, однако на последней стадии реакции бутиронитрил ока -зывается более сильным нуклеофилом, чен иод-анион, и после гц ролиза образуется соединзние (?).

Полученные результаты показали, что все изученные нуклео-фильны^ растворители принимают непосредственное учасгиа в реакции ТПИ с иодом в качестве внешних нук..л>рилов. Продукты тр анулярной циклизации ввделены лишь при испап-зозаш-ш ацето- и

(утиронитрилов, в то время как в метаноле и пиридине - только ¡ициклические соединения, хотя невыоокие выхода последних не ;&-аг возможность однозначно отрицать протекание транг шуляр-<ого связывания. Доступность исходных раагентоз и простота эг> ¡перимента позволяют предложить иодированно ТГИ в СС1д, пири-;ине, ацето- и бугиронитриле в качество методов получения о сомнений ®,0, (£),©• «

1.2. БромироЕаниэ цис-бицикло/4.3.0/нона-3,. -диена.

При бромировании ряда диенов со средним размером кольца, г гом числе и циклонона-1,5-диена характерно протекание трансану- . ггярноД циклизации. В то же вра1/л при бромировокии циклоокта-1,.-5-циена в отличие от иодировг шя такое направление реакнии да реализуется. Эти данные вызвали интерес к изучении брокирования ТГИ.

Оказалось, что эта реакция в ССГ^ при ~8°С и мольном соотношении диен : бром = I : 2 с почти количественным выходом приводит у смеси двух иэошрнкх тетрабромвдов с транс-диачсиальным . (|а) и транс-диэкваториальным (§5) положением атомов брома а шестичленном кольце и с одинаковым расположением атомов броиа в пятичленном в соотношении 2 г I. Оба изомера ввделоиы в иядк-: видуальном ввде. .

а> ;

® Д.»,; « .

-ъае. * © ©

/ 2 1

¿♦•♦а^эсо +

При более низкой температуре и меньшем относительном содержании брома также не образуется трициклические продукты. Прй этом наряду с тетрабромидами подучены и непредельные дибромвды.

1.3, Взаимодействий цис-бицикло/4.3,О/нона-3,7-диена с хлористым и бромистым иодом.

Использование в качестве злектрофильных агентов смешанных г&цогенов было связано, во-первых,, с тем, что они более рэак-ционноспособны, чем иод, что позволяет сущэственно сокращать время реакции. Во-вторых, при действии атих агентов на первой стадии реакции формально должны образоваться одни и те же иодо-ниевые ионы, направление превращений которых можно было бы проследить в зависимости от различающихся по нуклеофильности анионов.

Однако при взаимодействии ТГИ с хлористым иодом в смеси СНС1д + СС1^ и бромистым иодом в уксусной кислоте продукты трансанулярной циклизации обнаружить не удалось. Гкли выделены лишь термодинамически наиболее устойчивые продукты присоед» нения смешанных галогенов По обеим двойным связи.: - галогениды (9) и (10) , находящиеся в одинаковой преимущественной конфор-мации с транс-диэкваториальным псложэншк заместителей в шес-тичленном кольце ; выходы составили 50 и 35Х соответственно.

Й' . /^г^ч 5се

(РХ> '

сн»соон снсе3 + ссе», ^

© © ' мо>

. Отсутствие продуктрв циклизации при взаимодействии ТГИ с' бромистым и хлористым иодом представляется на первый взгед нз-оявданнгш. Действительно, поскольку хлор- и бром-аниокы относительно менее нуклеофильны, чем СГ , то при конкуренции захвата первоначально образующегося иодониевого иона (А) /схема на стр. 5/ внутренним /двойная связь/ и внешним /На1~7кукле= офилами реакция ТГИ с бромистым и хлористым иодом по сравнению с иодом должна была привести к' получению большего 'количества продуктов циклизации. Однако возможность образования достаточно устойчивых вицинальных галогенадов с исходной сгру? турой делает это направление реакции в случае бромирования единственным, а при взаимодействии с бромистым и хлористым иодом основным.

1.4. Взаимодействие цис-бицикло/4.3.0/нона-2,7-диена с галогенами.

Диен (2) был получен изомеризацией ТГИ в присутствии нат-

рия в гексаметаполе при комнатной температуре в течение 10 ч.

Ма ->

ГМ<УТЛ

Выделенная смесь углеводородоа /выход 50#/, которую далее вводили в реакцию,содержала 8255 дйена 1% ТГИ и 17#иццана. Интересно отметить, что при изомеризации ТГИ под действием как кислотных, так и основных катализаторов с наибольшей скоростью происходит миграция двойной связи в шестичленном цикле, которая приводит к диену (з). Последний, очевидно, термодинамически более устойчив, чем ТГИ, поскольку обратная изомеризация диена (2) в ТГИ в присутствии кислотных катализаторов не наблвдалась. •

Из многих возможных цис-бицикло/4.3.0/нонадиенов углеводород (2) лрздсталляет особый интерес, т.к. из него з реакциях электрофильного присоединения может образоваться карбокатион с зарядом у С^, способный к трансанулярной циклизаз^-ш в кон со структурой брексана, что в конечном итоге могло бы привести к образованию ранее не описанных 2,8-производных брексана»

В настоящей работе изучено взаимодействие дне на (з) с иодом, бромом, хлористым и бромистым иодом. Оказалось, что ни в одном из этих случаев не наблкдается образования продуктов трансанулярной, циклизации.

При реакции диена (2) с бромом и хлористым иодом с выходами около 70Х получена смесь тетрагалогендцов (П) и

>

Из спектров ЯМР^'С следует, что галогены в'шестичленноы кольце этих соединений занимают транс-диэкваториальное положение» а в плтичлешшм - расположены так ке, как и в продуктах га-логенирования ТГИ.

Взаимодействие диена (2) с иодом и бромистым иодом сопровождается значительным осмолением и. образованием с низкими выходами многокомпонентных смесей, что не позволило детально разобраться в продуктах реакции.

Такое отличие поведения диена (2) при присоединении галогенов от ТГИ, для"которого степень трансанулярной циклизации достигает ¿0&, очевидно, обусловлено тем, что конформация первоначально образующегося из (2) иодониевого- иона оказывается неблагоприятной для циклизации.

Строение продуктов взаимодействия диенов (7) и (¿) с. Вр4 ,ЗВг и ЗС? установлено катодами ЯЫР^^С и Определение положения отдельных галоидов в затрат ал огонид ах (в) - @ базируется на ¿2 Ь корреляции химических сдвигов Н - и % - ^С, а конфигурация галоидов и конформации следуют из величин констант 3 При определении стрения продуктов с различными галбццными заместителями особенно полезными являются величина химических сдвигов 13С атомов углерода, связанных с галовдом : у хлор-эашщан-ных углероцов 63,8 »• 66,3 м.д.; у бром-замещенмых. - 52,2 »,58,0 м.д.; у.иод-замещенных - 30.1 * 34,5 м.д.

2. Реакции трициклических иодкцов.

Зндо 4,экзо-6-дииодбрексан (§), полученный иодированием про мышленно доступного ТГИ, является, с одной стороны, удобный исходным соединением для синтеза разнообразных каркасных углеводе родов и их производных, с другой - интересной моделью для нзуче ния рада реакций.

2.1. Дегвдроиодирование трициклических иодидов.

. Прежде всего представлялось целесообразным провести дегвдрс иодирование эццо-4, экэо-Р-дииодбраксана (з) с целью получения 1 описанного ранее брекса-4,8-диена. Оказалось, что реакция прот' казт непросто, поэтому для дегедроиодирования использовали различные агенты, варьировали температуру и гремя проведения реакции. При отщеплении НЗ от дииодбрексана далось выявить разлю ную. реакционную способность заместителей, находящихся в экзо- 1

1Г

эедо-псяолешях. Оказалось» что при дегвдроиодировании 5СЭ1, бутилатом натрия или калия при 40°С ь течение 4 ч протекало •гачь-ко экзо-цис-отцепление НЗ , и с выходом 90& образовывался эццо-. 9-иод-бракс-4-ен . Повышенно температуры реакции и узеличе- ■ нив времени контакта в случае трот, бут плат а калия /120°С„ I?'-»,' .позволило отщепить и вторую молейулу и впервые "случи? > брекса-4,8-диен (14) . Исходным соединением для получения диэка может служить как дииодбрексан (з), таи и иодбрексем (|з).

/¿ХУ ям со, <ютс,чч ¿¡-/-V ямсо.иоь,«/ Ц^/ ® ? @ ' ® ■

| ■ тРЕтбаОК.ЯМ^, иО'С, «ц__}

Возможность постадийного отщепления НЗ от дииодбраксана позволила разработать эффективный метод аццел^ния производных ■ брексана. Для этого необходимо провести дегидроиодирование бутилатом натрия или калия при 40°С всей смеси продуктов иодирования ТГИ в СС14. При этом из трициклического иодида (з) образуется эндо-9-иодбрэкс-4-ен (13) , а бициклчческие иодиды превращаются в соответствующие.непредельные углеводороды, которые легко отделяется перегонкой. Выход полученного таким образом иод-брексена в расчете на взятый ТГИ составил 41%. Дегидрокодиротза-нив ыонииодида под действием трст.бутилата калия в Д1«С0 при 120^ приводит к брексадиену с выходом что в пересчете на взятый ТГИ составляет'Зб#.

2.2. Восстановление ээдо-З-иодбрекс-4-ена (Й).

Эидо-9-иодбрекс-4-ен @ , легко получаемый из продуктов иодирования ТГИ в разработанным в' настоящей работе методом, представляет удобное соединение для сиентеза брекс-4-ена @ „

Низкая реакционная способность иода в эндо-подсязнии в иодида (Гз) проявилась и в том, что последний не удалось восстанови?*» до углеводорода 1;А1Н4 ни в эфире, ни в тетрагидрофура'-'э. Лиаь при проведении реакции в гексаметалсле был получек брексек. Народу с броксеном среди продуктов реакции присутствовал •». брэкса-диен; соотношение углеводородов @ : (й; =» 3 : 2, зых д Методом адсорбционной колоночной хроматографии на силикатов брексен (15) и брзксадиеп (Й)вццелеш а индивидуальном виде; гыход броксена -оставил 6% на взятый ТГИ, Ранее б-^чсоч бил

ГЗ

лу«.эн с выходом 3 - 4% в результате многостадийного синтеза из норо'оркадиена.

й з •• <

Восстановление иодбрэксена через магнийорганическое соединение также, приводит к смеси брексена и брзксадиена б соотко-' шеник 3 : I, но с более низким выходом /18?»/„

Таким образом^ з настоящей работе удалось получить брекс-4-еч (Го) на основе доступных соединений и с болшим выходом, чем в описанных ранее методах» ...

Соединения со структурой брексана - весьма перспективные объекты для разнообразных теоретических исследований, т.к. содержат два норборнайоьых фрагмента с общим пяти-чкекным циклом. Поэтому представляло интерес сравнить влияние двойных связей в рддах норборнан (£д) „ яорборн-2-ек (Г^) , нор-борна-2,5-диен <ТЁ) и, соответственно, брексак (19) „ брекс-4-ен (15) , б роке £-4,, 8-диек (14) на изменение величин химических сдвигов в спектрах

УЬ' сЬ"¿б сВ сВ:

© © © ©.. © ©

то

Сопоставление химических сдвигов ядер С норборнана и нор-борнена, а также брексана и брексена показывает 0 что введение двойной связи как в би-9 так и в трициклический углеводород характеризуется аналогичными изменениями'в ¿-и -положениях к двойной связи.

Впадение второй двойной связи в норборнен приводит к сильному увеличению и- и в особенности р-эффектов. Но в брексади-ене такого влияния не наблюдается, а изменения химических сдвигов близки к эффектам, вызываемым первой двойной связью.

Аналогичные изменения химических сдвигов наблодаэтея и в -спектрах ПМР этих углеводородов.

Эти данные свидетельствуют о том, что в брексадиене в отличие от норборнадиена, практически отсутствует взаимодействие

мевду ДВОЙНЫМИ связями.

2.3, Брошрованке трициклических иодидов.

Известно, что алкилиодады реагирую? с хлором и бромом о образованием соответствующих алквд^алогеквдор, причем эти рз&:сэди протекают через промежуточные интермедиа™ состава НЗ-Х^г Зыло показано,, что иод в окисленной форма является хорошей ухоцящзй группой и, роледствив этого,интермедиа? © способен легко подвергаться нуклеофильному завещанию, претерпевать сколетнш ле~ регруппировки, элиминирование протона, .гздрвдные сдвиги я ф-Дг

у 1 5м2

Хи

X,

Й-Э

X

К-Им

- ©

Распад ингершдиата © иояет протекать яеч по »ак к

по 5М 2 механизмам, причем для вторичных иодвдов эозмеики оба направления. В связи с этим было интересно выяснить, как дой-' дот эта реакция для дииодбрексйна, Оказалось,, что лри брсг/иро-вании дииодида. (з) з 2 ПРК комнатной температуре з течение 1,5 ч произошло эамефниа обои: атомов йоде,, ,к с почти количественным выходом были получены два дибромзда с иэомзрной структурой бревдана (Ц) .

Структурную изомеризацию брексак-^бравдак метет претерпевать только 4-брекскя-катион (Е). Следовательно,, зта реакция протекает последовательно в две стадия бромирозания по механизмам с промежуточным .образованиям катионоидких ангэрмэ-диатов (Л) и

I а v

Наизолее вероятно, что по стереоэлектронным причинам перво--начальная атака брома направлена по атому иода в экзо-положонии у углерода С®. Образовавшийся при этом катион (7Г) нестереосс-леку. тивно присоединяет бром-анион. Образующиеся промежуточные гало-гениды (2(5) удалось внделить в смеси с дибрсмбрекс-анами (Ц) в соотношении Ь' •( при понижении температуры реакции до -23°С и прогзд.ЕНии ее в течение 50 мин. При комнатной температура га-логениды (55) подвергаются дальнейшему бромированию с образованием катиона (Ё). Последний с высокой скоростью претерпевает пе-; регруппировку Ватке ра-Меервейна в брецдил-катион (й). Присоединение нуклеофила к этому катиону происходит исключительно с ак-зо-гторош. В результате образуются экзо-2,экзо-4- и экзо-2рэн-до-4-дибромбрввданы (21) примерно в равных соотношениях«

Предложенный механизм бромирования дииодида (з) подтвержден- ; аналогичной реакцией для энцо-9-иодбрексана (2§). 'Последний получек диимцдным воссуаноьлением эвдо-.9-иодбрекс-4-ена

а

-^гсЭ-

3© * •■"■■

В результате бромирования моноиодида (23) при комнатной температуре за 5 мин..почти с количественным выходом был получен „ индивидуальный зкзо-2-бромбрендан (Й). Простота эксперимента, достаточно высокие выходы и доступностьи исходного ТГИ позво-, ляют "предложить этот 4х стадийный синтез в качестве удобного . препаративного метода получения функциональных производных бревдаяа« выход экзо-2-бромбревдана (й) в расчете на взятый ТГИ составил около 27& __

Строение соединений доказаны методами ЯЫРХ и •

1Н„ а также хроматоыасо-спектромзтрией.

3, Пепо^дельные углеводороды ряда бракеань. и норборкана в реакции Риттера.

3 настоящей работе изучено поведение норборн-2-ена ^^ » норборна-2,о-ди0на (18), брекс-4-ена (15) л брекеа-4,8-диена (Й) в реакции Риттера с ацетонит^илом в присутстБмг ';окц. серной кислоты и проведено сравнение, реакщонной спос. г 'м:с?и перечисленных углеводородов. Соотношение углеводород ; к: серная кислота во всех опытах составляло 1:8: 4 /с- моля../. Реакцию проводили при 20 и 60°С.

3.1. Нор5орн-2-ен и норборна-2,5-дкен в реакции Риттог.а.

Норборнен & при взаимодействии с ацотонитрилсм в присутствии конц. серной кислоты при комнатной температура однозначно и с хорошим выходом /7СЙ/ превращается в экзо-2-ацет1ма>яшоиор-

борнан (25). +

© """ ©

Из норборнадиена (18) в условиях реакции Риттера с выходом 63^ получен 3- ацетилшгинонортрициклен (26) с примесью экзо-

5-ацэтш1аминонорборн-2-ена (27). ® / ©

_^ Л.ННС0СН, • ч.1;МН, ^_/X_11«

© @

Выделенный ивдиввдуольный адзтилам.;н (26) бил превращен в соответствующий вторичный амин и далее в гидрохлорид . Следует отметить, что увеличение времени реакции и повышение температуры до 60°С не привело :с разрыву ткгхчлеш{ого цикла и присоединению второй молекулы ацетеиитрила » наблюдалось лишь понижение выхода адатиламина ^26).

3.2. Брекс-4-ен и брекса-4,8-диец в реакции Виттера.

В брексене (Й) положения 4 и 5 неравноцзнны, поэтому при его взаимодействии с ацэтонитрилом мсжно ожидать образования нескольких продуктов. Действительно, с выходом 53^ бша получена смесь семи соединений : 20>»,,экзо- и 30л ондо-5-ацетил ами-нобрексанов @а,б : 1196 экзо-4-ацетилам:,иобрексана (ЗС| ; 305» экзо-2-ацетияг!.минобрещана (31) ; зкв. 2-ацетиламинонорода-мангела (32) и два навденгифицированнах соединения /по 3^/. По~ лученные результаты позволяют заключить, что протонирование . • двойной связи происходит равновероятно как по С^, так и по С®, Образование продуктов (2^) - (32) представлено на схеме.

3 отличие от брексена реакция брексадиена. с оцотонитрилом протекает селективно с образованием только зкзо-2-ацетилаАШНо-бренп-4-ана /выход 639^/. Это свидетельствует о том. что в этом углеводороде протонируется исключительно углерод С .

© + . ш ©

То, что реакция сопровождается избкеризацией,обусловлено большей термодинамической устойчивостью производных брендена по сравнению с производными брексена. Восстановлением ацетил-амина (ЗЗ) был получен экзо-2-этиламинобреед-4-ен и его гидрохлорид (3$). Присоединение второй молекулы ацзтонитрила к ацв-

тиламину (33) не набладалось при увеличении времени контакта реагентов и температуры.

Строение продуктов ре«кции Риттера (25) доказано методами ЯМР^С и Н в сочетании с хроматомасс-спектрометрией и газо-дидкостной хроматографией с использованием капиллярных колонок с 0У-101. ••

Реакции изученных углеводородов с ацетошггрилом могут с л у аить препаративными способами получения ацеткламинов (2?1 (Ц) ряда нсрборнана, нортрициклена и брендена.

3.3. Относительная реакционная способность норборн-З-эщ. норберна-2,5~диена, брекс-4-ена и брекса-4,8-диэка в реакции Риттера.

Для сравнения реакционной способности непредельных углеводо родов при взаимодействии с ацетонитрилом были определены относительные константы скорости реакции при 20°С.

к^ /к^ 0,56 Ф 0,05

Кл^/к 0,90 + 0,04.

Ы 0,56 ± 0,07

Как ^ледует из приведенных данньиг, норборнадиен реагирует с ацетонитрилом почти в два раза медленнее, чем норборнен, что . объясняется отрицательным индуктивным эффектом второй дьойной связи, который, по-видимому, превышает содействие той же двой ной связи в переходном состоянии

Скорости реакции брексена и брексадиена примерно одинаковы, что подтверждает отсутствие взаимного влияния 'двойках связей в брексадиене, которое бнло установлено при определении зеличик химических сдвигов углеродных атомов в спектрах ЯМР^С брексена и брексадиена.

Наконец, брексен реагирует с аи, ;то!штрллом в два раза быстрое норборнена. Зто может быть связано с несколько больней налря-яонносгью двойной связи в брексене.

Изученные углеводороды могут быть раслс/ахзны в сле;;узяг?1й ряд по реакционной способности в реакции Риттера : норборнадиен ¿. норборнен г брексеи и брэксадиен.

в в ы в о д ы

I. Направление реакции электрофильного присоединения гало -генов к цис-би1декло/4.3.0/нона-3,7- и 2,7-диенам и, в частности, возможность протекания трансанулярной циклизации зависит от строения диена, природы галогена и ^«меняемого растворителя. Установлено, что :

а/ из двух изученных диенов склонность к трансанулярной циклизации проявил только цис-бицикло/4.3. 0/нона-3,7~дивн /тет-рагвдроичден, ТГИ/; •

б/ основным направлением реакции ТГИ с иодом в и СНСхд является регио- и стерэоселективная трансанулярная циклизация с образованием эедо-4, экзо-8-дииодбрексана;

в/ все изученные нуклеофильныо растворители /СН3СП,С3И7СМ, СНдОН, С^Н^Ы/ принимают. участие в реакции ТГИ с иодом в качестве внешних нуклеофилов, причем в ацэто- и бугиронитрилях выделены азатрициклоуццецоны - продукты трансанулярной циклизации с внедрешюм растворителя, а в.метаноле и пиридине -'продукты со-' пряженного присоединения с исходной бициклическ.ой структурой;

г/ бронирование ТГИ а ССХд при -8°С приводит к двум изомерным \зтрабром-цис-бицккло/4.3.0/нонанам с транз-диаксиолыш-ми и "•ранс-диэкваториапьными ато;.;шли брома в шестичленном кольце и одинаковым транс-располатснием - в плтичленном; при понижении температуры реакции до -30°С наряду с тотрабромидоми образуются диброг.ды - лродукты присоединения брома по циклогок-сеновой и циклолентеновой двойным связям ТГИ примерно в равной! соотношении;

д/ при взаимодействии ТГЙ с хлористым подом в смеси СС1^ + ЗНС1д и бромистым иодом в уксусной кислоте ввделонц только бициклические тетрагалогенццы с транс-дизкваториальны--и заместителями в иесгичленном кольцо ; продукты трансануляр- ■ ной циклизации'не обнаружены;

е/ при реакции цис-бицикло/4.3.0/нона-2,7-диена /полученного изомеризацией ТГИ под действием натрия в гексамзта-пле/ с иодом, бромом» бромистым и хлористым иодом происходит сильное осмоле кие. В случае брома к хлористого-кода ввделены только бициклические уатрагалогенвды.

2. .Выявлена различная реакционная способность эамостито-

лей в эвдо-4,0Кзо-8-дииодбрексане и предложены способы селективного отопления одной или двух молекул HI.

Э. Показано, что бронированна эвдо-4-иодбрексана и эндо-4, екзо-8-дииодбрексана протекает по £НГ механизм, сопровотда-ется изомеризацией и образованием с высоким выходами экзо-2* бромбревдана и 2R ,4 9- и 2U ,4К-,-дибромбрецданов, соответственно.

' 4. Изучено сравнительное поведение непредельных углеводородов ряда норборнана и брексана в реакции Риттера:

' . ' а/ из норборнадиена и брексадиена избирательно получены ацэтиламини со структурам нортрициклена и бренде на, cooi"-■ ветственно; взаимодействие брексена с ацетонитрилом приводит к смеси продуктов со структура)«! брексана, бревдана и норадаман-

?ана; . •

б/ определена относительная реакционная способность

этих углеводородов в реакции Риттера и показано, что она увеличивается в ряду: норборнадиен норборнен брексен брексадиен,

5. Разработаны удобные препаративные -методы получения каркасных соединений ряда брексана и бревдана на основе продуктов иодирования промышленно доступного ТГИ: эндо-9-иодбрекс-4-сна,эндо-9гИодбрексана, брекс-4-ена, брекса-4,8-диена, йкзо-2-этнламинобрандсна, экзо-2-бром5рецпана; впервые синтезировано 18 индивидуальных соедине1шй.

6. Проведено испытание биологической активности р?да

' полученных соединений, выявлена высокая антивирусная активность гедрохлореда амша со структурой браедена.

По материалам диссертации опубликованы следущие работы:

1. Бобылева A.A., Гслубева /Луковская/ Е.В., Дубицкая Н,5., Пехк Т.И., Беликова IJ.A. Синтез эццо-4,зкзо-8-дииодбрексана и рцдо-9-иодброкс-4-ена//К0рХ. -1985.-Т.Ш,вш.З.-С.680-681. . .

2. Бобылева A.A., Луковскал Г.З., Пехк Т.Н., Дубицкал Н.ф., Беликова ILA. Каркасные карбо- и гетероциклн из цис-бицлкло/ /4.3.0/нона-3,7-диена//- Докл. на Всесоюзной конференции "Перспективы развития химии каркасных соединений и их применение н отраслях промышленности", ноябрь 1986г.-, г.Киев, с. 87.

3. Бобылева A.A., Луковская Е. 13,, Дубицкая Н.Ф., Велико-,

ва H.A., Пехк Т.К. Взаимодействие цис-бицикло/4.3.0/нона-3,7-дн-ен« I иодом в различных растворителях. - Тезисы докладов на Всесоюзной конференции "Химия непредельных соединений", сентябрь 1986г., г.Казань, с.45.

4. Голубева /Луковская/ Е.В., Дуйицкая И. , Беликова И. А., ■ Пехк Т. И. Реакция цис-бицикло/4.3.0/нона-3,7-диен>1 с иодом. Синтез производных брексана и брексёна. - Докл. на 1У Московской ' конференции по органической химии и технологии, октябрь 1985г., г. Москва, C.I48-I49.

5. Луковская Е.В., Бобылева A.A.,Пехк Т.И.,Дубицкая H.Ö., . Петрущенкова И.А..Беликова H.A. Взаимодействие цис-бицикло /4.Ь.0/нона-3,7-диена с иодом. Синтез трициклоМ.З.О.О^'^/но- • на-4,8-диена /бреиса-4,8-диена/. //ÄOpX. -1988. -Т. ХНУ, вып. 7. -С.14Ь7-1463.

6. Бобылева А. А. ,Пегрущенхова И.А., Луковская Е.В., Ду-бицкая Н.Ф., Пехк Т.И., Беликова Н.А.Брексен и брексадиен в реакции Риттора, Синтез производных бреццена. - Тезисы докладов на Всесоюзной конференции "Перспективы развития химии каркасных соединений и их применение в народном хозяйстве", апрель 1989г., г.Куйбышев,С.5. •

7. Бобылева A.A.,Петрущенкова'И.А.».Луковская Е.В., Ду-

'бицкэ" Н.Ф., Пехк Т.И., Беликова H.A. Непредельные углеводо- •' роды ряда норборнана и брексана в реакции Риттера// ЖОрХ.-1969.-T. XXV, ьып.7.-С. 1428-1435.

8.. Бобылевй A.A., Луковская Е.В., Пехк Т.И., Дубицкая Н.Б. -Беликова Н.А.Иодирование цис-бицишю/4.3.0/нона-3,7-диена в различных растворителях. Синтез функционально замещенных 2-азатрицикло/5.2.2.04'®/уцдецэнов// ЖОрХ. -1989. -Т. ХХУ, вып. 8. -C.I67I--677.

9. Луковская Е.В., Бобьиева A.A., Пехк Т.И.,Беликова H.A. Рзаимодействие цис-бицикло/4.3.0/нона-3,7-диена с бромом и смешанными галоидами. - Те-чсы докладов на У Московской конференции по органической химии и технологии, июнь 1989г., с. 227..