CC BY
7
Раздел 02.00.03
УДК 547.874.14
Органическая химия
DOI: 10.17122/bcj-2022-1-16-20
А. М. Габдуллин (асп.), Р. Н. Кадикова (к.х.н., с.н.с.), И. Р. Рамазанов (д.х.н., проф., в.н.с.)
EtMgBr-Ti(O-гPR)4-КАТАЛИЗИРУЕМАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ЗАМЕЩЕННЫХ АЦЕТИЛЕНОВ В УСЛОВИЯХ ЦИНКОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА
Институт нефтехимии и катализа УФИЦ РАН, лаборатория каталитического синтеза 450075, г. Уфа, пр. Октября 141; e-mail: saogabdullinsao@gmail.com, kadikritan@gmail.com,
ilfir.ramazanov@gmail.com
A. M. Gabdullin, R. N. Kadikova, I. R. Ramazanov
EtMgBr-Ti(O-iPR)4-CATALYZED TRANSFORMATION OF SUBSTITUTED ACETYLENES UNDER CONDITIONS OF ORGANOZINC SYNTHESIS
Institute of Petrochemistry and Catalysis of RAS 141, Prospekt Oktyabrya Str., 450075, Ufa, Russia; e-mail: saogabdullinsao@gmail.com, kadikritan@gmail.com, ilfir.ramazanov@gmail.com
Впервые осуществлена реакция карбометалли-рования диалкилзамещенных ацетиленов с помощью Et2Zn в присутствии каталитических количеств ТК0-гРг)4 и EtMgBr. Установлено, что катализируемая Ti(0-гPг)4-EtMgBг реакция карбоцинкирования децина-5 с Et2Zn в растворе гексан—диэтиловый эфир или хлористый мети-лен—диэтиловый эфир приводит к количественному образованию стереоизомерных тетраал-килзамещенных гекса-1,3-диеновых производных в соотношении 1.5 : 1. Изучено влияние природы растворителя на карбометаллирование замещенных ацетиленов в условиях титан-магниевого катализа. Предложен механизм обнаруженного превращения диалкилзамещенных ал-кинов в гекса-1,3-диены в условиях Ti-Mg-катализируемого цинкорганического синтеза.
Ключевые слова: дизамещенные ацетилены; диэтилцинк; тетраалкилзамещенные гекса-1,3-диеновые производные; карбоцинкирование, титана(1У) изопропоксид; этилмагнийбромид.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (Проект № 19-73-10113). Синтез тетра-алкилгекса-1,3-диеновых соединений на основе Л(0-{Рг)4-ЕЬМдБг-катализируе-мой реакции децина-5 с Et2Zn был осуществлен в рамках государственного задания Министерства образования и науки (№АААА-А19-119022290009-3, №АААА-А19-119022290008-6 (2019-2021)).
Дата поступления 13.10.21
For the first time, the reaction of carbometallation of dialkyl-substituted acetylene with Et2Zn in the presence of catalytic amounts of Ti(O-iPr)4 and EtMgBr was established. It was demonstrated that Ti(O-iPr)4-EtMgBr-catalyzed carbometallation of dialkyl-substituted acetylene does not stop at the stage of ethylzincation of the triple bond, but accompanied by the involvement of a second acetylene molecule with the formation of two stereoisomeric hexa-1,3-diene derivatives in a ratio of ~1.5: 1. The effect of the nature of the solvent on the carbometallation of substituted acetylene under the conditions of titanium-magnesium catalysis was studied. The possible mechanism of the detected conversion of dialkyl-substituted alkyne to hexa-1,3-dienes under conditions of Ti-Mg-catalyzed organozinc synthesis is proposed.
Key worlds: carbozincation; diethylzinc; disubstituted acetylenes; ethylmagnesium bromide; tetra-alkyl-substituted hexa-1,3-diene derivatives; titanium(IV) isopropoxide.
This work was financially supported by the Russian Science Foundation (Project No. 19-73-10113). The synthesis of tetra-alkylhexa-1,3-diene compounds based on Ti(O-iPr)4-EtMgBr-catalyzed reaction of decine-5 with Et2Zn was carried out within the RF state assignment, reg. no.AAAA-A19-119022290009-3, no.AAA-A19-119022290008-6 (2019-2021).
Би-^-1
1. Et2Zn (2,5 эквив, 1М в гексане) Би Би Т1(0- ¿РГ)4 (0,15 эквив, 0,5 М в гексане) )=(/Би Би EtMgБr (0,2 эквив, 2,5 М в Е^Р) | ( Б/ ^
гексан, комнатная температура X 6 ч.
2. Н2Р (Э20)
1,5
2а и 2Ь: Я = Би, X = Н 2а 3а и 3Ь: Я = Би, X = Э 3а
Би Би ) Би X
X
1
2Ь 3Ь
ГХ общий выход, %
91 86
Схема 1
Каталитическая реакция карбоцинкирова-ния алкинов является эффективным инструментом для синтеза мультизамещенных олефи-нов различного строения. Высокая толерантность цинкорганических реагентов к присутствию функциональных групп в структуре ацетиленовой молекулы позволила нам впервые осуществить Ti(O-iPr)4-EtMgBr-катализи-руемое 2-цинкоэтилцинкирование таких гете-рофункциональных алкинов, как 1-алкинил-фосфины, 2-алкинил амины 1 и этилцинкиро-вание 1-алкинилфосфофрсульфидов 2. Применение каталитической системы на основе Т^О-гРг)4 и EtMgBr для карбоциклизации нефункционализированных и кислородсодержащих енинов было впервые осуществлено Негиши 3. Несмотря на широкий круг 4'5 известных в настоящее время каталитических систем для линейного карбоцинкирования функционально замещенных алкинов с помощью диалкильных и галогенсодержащих производных цинка, карбоцинкирование неактивированных алкинов развито слабо. В литературе 6 описан единственный пример Ср22гС12-EtMgBr-катализируемого регио- и стереосе-лективного 2-цинкоэтилцинкирования 5-деци-на с помощью Et2Zn. В настоящей работе нами впервые изучено катализируемое ТКО-гРг)4-EtMgBr взаимодействие диалкилзамещенных алкинов с Et2Zn.
Нами установлено, что реакция децина-5 1 с 2,5 эквивалентами Et2Zn (1M раствор в гексане) в присутствии 15% мол. тко-?рг)4, (0.3 M раствор в гексане) и 20 мол. % EtMgBr (2.5M раствор в Et2O) в растворе гексана при комнатной температуре за 6 ч после дейтероли-за или гидролиза дает стереоизомерные гекса-1,3-диеновые производные 2а,Ь,3а,Ь в соотношении 1.5 : 1 (Схема 1).
Структура образующихся соединений установлена с помощью Ш- и 2Э-ЯМР спектроскопии продуктов их дейтеролиза 3а,Ь и гидролиза 2а,Ь. Необходимо подчеркнуть, что растворитель реакционной системы является двухфазным — гексан—диэтиловый эфир (в
примерном объемном соотношении 30 : 1), так как используемый в реакции реагент Гриньяра представляет собой 2.5M раствор в Et2O. Установлено, что реакция проходит одинаково эффективно и в растворе смеси хлористого метилена с диэтиловым эфиром (гексан заменяется хлористым метиленом), тогда как в растворе диэтиловый эфир—гексан (в примерном объемном соотношении 30 : 1), согласно работе 3, взаимодействие 5-децина с Et2Zn в присутствии каталитических количеств т^о-?рг)4 (0.1 эквив.), и EtMgBr (0.2 эквив.) проходит по классическому маршруту реакции карбо-цинкирования и приводит к образованию продукта карбоцинкирования (схема 2). Таким образом, 30-кратный избыток гексана над диэ-тиловым эфиром в двухфазной системе растворителей - гексан - диэтиловый эфир способствует изменению маршрута изучаемой реакции с образованием стереоизомерных гекса-1,3-диеновых производных (схема 1). В случае же использования 30 кратного избытка диэти-лового эфира над гексаном в двухфазной системе растворителей диэтиловый эфир—гексан в Ti(O-iPr)4-EtMgBr-катализируемой реакции децина-5 с Et2Zn образуется продукт этилцин-кирования (схема 2) 3.
1. Е^п (2,5 эквив, 1М в гексане)
Т1(0-гРг)4 (20 мол.%, 0,5 М в гексане)
EtMgBr (20 мол.%, 2,5 М в Е^О) Би Би
Би = Би ->- /—(
ЕГ Н
Е^О-гексан,
комнатная температура, 4 дня. 2. Н2Р (Э20)
64%
Схема 2
Мы полагаем, что образование тетраал-килгекса-1,3-диеновых производных в изучаемой реакции происходит следующим образом. Согласно приведенной схеме 3, быстрый ли-гандный обмен между изопропоксидом титана (IV) А и этилмагнийбромидом В дает нестабильный диэтилтитановый интермедиат С, который далее превращается в титанациклопро-пановый интермедиат В (титан (П)-этилено-
+
вый комплекс). Впервые предположение о генерации титанациклопропанового интермедиа-та В при взаимодействии реактивов Гриньяра с алкоксидами титана(1У) было высказано Ку-линковичем 7. Согласно схеме 3, дальнейшее внедрение тройной связи алкина по Т^С связи титанациклопропанового интермедиата В приводит к образованию титанациклопентено-вого интермедиата Е. В результате дейтероли-за продуктов реакции карбометаллирования 5-децина мы получили смесь двух дидейтери-рованных соединений — (5Е,7Е)-6,7-дибутил-5-(этил-2-^)додека-5,7-диен-8-^ 3а и (5E,7Z)-6,7-дибутил-5-этилдодека-5,7-диен 3Ь. Исходя из наблюдаемой региохимии реакции, можно предположить, что образование диеновых структур 3а, 3Ь происходит в результате внедрения тройной связи второй ацетиленовой молекулы по связи Т^С^р2) титанациклопен-тенового интермедиата Е. Очевидно, металл-углеродная связь интермедиата Е, где атом титана связан с более нуклеофильным 5р2-гибри-дизованным атомом углерода, является более реакционноспособной по отношению ко второй молекуле алкина. Можно предположить, что
этот факт лежит в основе экспериментально наблюдаемой региоселективности реакции. В то же время, процесс внедрения второй молекулы ацетиленового субстрата может проходить нестереоселективно, что приводит к образованию второго стереоизомера — (5E,7Z)-6,7-дибутил-5-этилдодека-5, 7-диена. Дальнейшее переметаллирование атома титана в тетралкил-титанациклогепта-2,4-диене Еа,Ь на атом цинка и последующий гидролиз приводит к образованию смеси стереоизомеров — (5Е,7Е)-6,7-дибутил-5-этилдодека-5,7-диена 2а и (5E,7Z)-6,7-дибутил-5-этилдодека-5,7-диена 2Ь в соотношении 1.5 : 1.
Таким образом, катализируемая системой Ti(0-iPr)4-EtMgBr реакция децина-5 с Et2Zn в растворе гексан—диэтиловый эфир или хлористый метилен—диэтиловый эфир сопровождается количественным образованием стереоизо-мерных тетраалкилзамещенных гекса-1,3-дие-новых производных в соотношении 1.5 : 1. Предложен механизм превращения диалкилза-мещенных алкинов в гекса-1,3-диены в условиях Ti-Mg-катализируемого цинкорганичес-кого синтеза.
Т^О-гР^ + 2 EtMgBr-Е^Т^О-гР^ + 2 MgBr(O-гРГ;
А В С
- С2Н6
(О-гPr;2TiEt2 -- (О-гPr)2Ti
(г Рт-О)2Т
<
(О-гР02Т '
Я
я
я
я
(О-Р)2Т
С2 Н4
Я Я Е^
I я
я я
2а
-СЁ*
Ti
я
/ \
я
Ь = Т^ОгР^
я
я
-Е^Т^О-г РГ)2
я
-я
яя
Е^
я Н 2Ь
Схема 3
С
Е
я
я
Et2Zn
Н2О
я
Экспериментальная часть
В работе использовали коммерчески доступные металлорганические реагенты: 1М раствор Et2Zn фирмы «Aldrich», 97% Ti(O-iPr)4 и 98% децин-5 фирмы «Aldrich». Для создания инертной атмосферы использовали аргон марки «чистый» (ГОСТ 10157-73), дополнительно очищенный от следов влаги и кислорода пропусканием через колонку, содержащую 30% раствор диизобутилалюминийгидрида в декалине. 2.5М раствор EtMgBr в диэтиловом эфире получали по методике, описанной в литературе 8. Гексан сушили перегонкой над i-Bu3Al. Диэтиловый эфир выдерживали над NaOH, пропускали через Al2O3, кипятили над натриевой дробью, перегоняли в токе аргона над LiAlH4. Дихлорметан перегоняли над Р2О5. Продукты реакции анализировали методом газожидкостной хроматографии на хроматографах «Carlo Erba» (стеклянная капиллярная колонка «Ultra-1» «Hewlett Packard» 25 х 0.2 мм, пламенно-ионизационный детектор, рабочая температура 50—170 оС, газ-носитель — гелий), «С^ом-5» и «Цвет-102», детекторы пламенно-ионизационные, колонки длиной 1.2 м и 3 м, диаметром 3 мм; неподвижная фаза — силикон СЕ-30 (5%) на Chroмaton N-AW-HMDC (0.125-0.160 мм), газ-носитель - гелий (50 мл/мин), температура колонки 50220 оС. Масс-спектры сняты с помощью прибора «Finnigan 4021» с энергией ионизирующих электронов 70 эВ и температурой камеры ионизации 200 оС. Спектры ЯМР и 13С зарегистрированы на спектрометрах «Bruker Advance 500» с рабочей частотой 125.78 МГц для 13С и 500.17 МГц для 1H. При регистрации спектров ЯМР 1H и 13С в качестве внутреннего стандарта использовали SiMe4 и CDCl3, соответственно. Химические сдвиги (5) даны в м.д. Элементный состав соединений определяли с помощью прибора «CARLO ERBA-1106». Выходы продуктов определяли методом ГЖХ продуктов гидролиза соответствующих цин-корганических соединений с использованием внутреннего стандарта. ТСХ проводили на пластинах Silufol UV-254.
(5£,7£)-6,7-дибутил-5-этилдодека-5,7-диен (3a) и (5£,7Z)-6,7-дибутил-5-этилдоде-ка-5,7-диен (3b).
В стеклянный реактор объемом 50 мл, установленный на магнитной мешалке, в атмосфере аргона при 23 oC последовательно загру-
жали децин-5 (276 мг, 2 ммоль), Et2Zn (1M в гексане, 5 мл, 5 ммоль), гексан (6 мл). К полученной реакционной смеси последовательно были добавлены Ti(O-iPr)4 (0.5 M в гексане, 0.6 мл, 0.3 ммоль) и EtMgBr (2.5M в Et2O, 0.16 мл, 0.4 ммоль). После перемешивания в течение 18 ч при комнатной температуре к реакционной смеси приливали Et2O (20 мл) и при охлаждении в ледяной бане добавили по каплям 25%-ный раствор KOH (3 мл). Водный слой экстрагировали диэтиловым эфиром, экстракты соединяли с органическим слоем, выдерживали над безводным CaCl2, фильтровали и концентрировали в вакууме. Смесь сте-реоизомеров 2a и 2b выделяли перегонкой при 159—161 оС (1.2 мм рт. ст.) и идентифицировали путем анализа спектров ЯМР 13С и Выход продуктов реакции (559 мг, 91%) определяли методом ГЖХ с использованием внутреннего стандарта (и-гексадекан). Спектр ЯМР (5, м.д., //Гц): 5 = 0.86-0.99 (м, 15H), 1.28-1.43 (м, 8H), 1.99-2.08 (м, 18H), 4.99-5.03 (кв., / = 14 Гц, / =7.05 Гц, 18H). Спектр 13С ЯМР (5, м.д., //Гц): 5 = 13.58 (1С), 13.92, 13.89* (1С), 14.04 (1С), 14.54, 14.34* (1С), 14.65, 14,63* (1С), 21.38 (1С), 21.83, 21.77* (1С), 22.08 (1С), 22.68 (1С), 23.26, 23.24* (С(1)), 25.64 (1С), 29.85 (1С), 29.89 (1С), 31.89 (1С), 32.04 (С1), 32.13 (1С), 32.26, 32.22* (1С), 34.89 (1С), 127.44, 127.27* (1С),
136.05, 135.75* (1С), 137.71, 137,48* (1С),
140.06, 139.94 (1С). Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ): m/z, % = 204 (15) [M+], 161 (11), 147 (13), 117 (18), 105 (100). Вычислено Q^H^, (%): С, 86.19; H, 13.81. Найдено, %: С, 86.25; H, 13.77.
На основе описанной выше процедуры с использованием 276 мг децина-5 (2 ммоль) после дейтеролиза реакционной массы и последующей перегонки при 1,2 мм рт. ст. и 160— 162 оС была получена смесь двух стереоизоме-ров (5£,7£)-6,7-дибутил-5-(этил-2^)додека-5,7-диена-8^ (3a) и (5£,7Z)-6,7-дибутил-5-(этил-2^)додека-5,7-диена-8^ (3b) (531 мг, 86%) в виде бесцветного масла. ЯМР (5, м.д., //Гц): 5 = 0.89-0.94 (м, 6H), 0.97-1.02 (м, 2H), 1.31-1.36 (м, 8H), 1.99-2.04 (м, 6H). Спектр 13С ЯМР (5, м.д., //Гц): 5 = 12.4912.95 (1С), 14.06 (2С), 22.44 (1С), 22.87 (1С), 27.26, 27,37* (1С), 29.42, 29.49* (1С), 29.91 (1С), 30.79 (1С), 32.42 (1С), 122.89-123.44 (т, / = 22 Гц, 1С), 140.96, 141.05* (1С) (GAM-155-2). Вычислено O^H^D;,, (%): С, 85.63; Найдено, %: С, 85.71
Литература
1. Kadikova R.N., Ramazanov I.R., Mozgovoj O.S., 1. Gabdullin A.M., Dzhemilev U.M. 2-Zinco-ethylzincation of 2-alkynylamines and 1-alkynylphosphines catalyzed by titanium(IV) isopropoxide and ethylmagnesium bromide // Synlett.- 2019.- V.30.- Pp.311-314.
2. Kadikova R.N., Ramazanov I.R., Gabdullin 2. A.M., Mozgovoj O.S., Dzhemilev U.M. Carbozincation of substituted 2-alkynylamines, 1-alkynylphosphines, 1-alkynylphosphine sulfides with Et2Zn in the presence of catalytic system of Ti(O-iPr)4 and EtMgBr // Catalysts.- 2019.-V.9.- P. 1022.
3 . Montchamp J.-L., Negishi E.-I. Carbozincation 3 . of enynes catalyzed by titanium(IV) alkoxides and alkylmagnesium derivatives // J. Am. Chem. Soc.- 1998.- V.120.- Pp.5345-5346.
4. Genia Sklute, Carsten Bolm, Ilan Marek. Regio- 4. and Stereoselective Copper-Catalyzed Carbozincation Reactions of Alkynyl Sulfoximines and Sulfones // Org. Lett.-2007.- V.9.- Pp.1259-1261.
5. Naoyoshi Maezaki, Hiroaki Sawamoto, Ryoko 5. Yoshigami, Tomoko Suzuki, Tetsuaki Tanaka. Geometrically Selective Synthesis of Functionalized Д^-Disubstituted Vinylic Sulfoxides by Cu-Catalyzed Conjugate Addition
of Organozinc Reagents to 1-Alkynyl Sulfoxides // Org. Lett. 2003.- V.5.- Pp.1345-1347.
6. Negishi E.I., Takahashi T. Product Class 11: 6. Organometallic Complexes of Zirconium and Hafnium // Science of Synthesis.- 2003.-V.2.- Pp.681-848.
7. Kulinkovich O.G., Sviridov S.V., Vasilevskii 7. D.A. Titanium(IV) isopropoxide-catalyzed formation of 1-substituted cyclopropanols in the reaction of ethylmagnesium bromide with methyl alkanecarboxylates // Synthesis (Stuttg).-1991.- V.3.- P.234.
8. Иоффе C.T., Несмеянов A H. Магний, берил- 8. лий, кальций, стронций, барий.- М.: Изд-во
AH CCCP, 1963.- C.536.
References
Kadikova R.N., Ramazanov I.R., Mozgovoj O.S., Gabdullin A.M., Dzhemilev U.M. [2-Zincoethylzincation of 2-alkynylamines and 1-alkynylphosphines catalyzed by titanium(IV) isopropoxide and ethylmagnesium bromide]. Synlett., 2019, vol.30, pp.311-314. Kadikova R.N., Ramazanov I.R., Gabdullin A.M., Mozgovoj O.S., Dzhemilev U.M. [Carbozincation of substituted 2-alkynylamines, 1-alkynylphosphines, 1-alkynylphosphine sulfides with Et2Zn in the presence of catalytic system of Ti(O-iPr)4 and EtMgBr]. Catalysts, 2019, vol.9, p.1022.
Montchamp J.-L., Negishi E.-I. [Carbozincation of enynes catalyzed by titanium(IV) alkoxides and alkylmagnesium derivatives]. J. Am. Chem. Soc., 1998, vol.120, pp.5345-5346. Genia Sklute, Carsten Bolm, Ilan Marek. [Regio-and Stereoselective Copper-Catalyzed Carbozincation Reactions of Alkynyl Sulfoximines and Sulfones]. Org. Lett., 2007, vol.9, pp.1259-1261.
Naoyoshi Maezaki, Hiroaki Sawamoto, Ryoko Yoshigami, Tomoko Suzuki, Tetsuaki Tanaka. [Geometrically Selective Synthesis of Functionalized ^,^-Disubstituted Vinylic Sulfoxides by Cu-Catalyzed Conjugate Addition of Organozinc Reagents to 1-Alkynyl Sulfoxides]. Org. Lett., 2003, vol.5, pp.1345-1347.
Negishi E.I., Takahashi T. [Product Class 11: Organometallic Complexes of Zirconium and Hafnium]. Science of Synthesis, 2003, vol.2, pp.681-848.
Kulinkovich O.G., Sviridov S.V., Vasilevskii D.A. [Titanium(IV) isopropoxide-catalyzed formation of 1-substituted cyclopropanols in the reaction of ethylmagnesium bromide with methyl alkanecarboxylates]. Synthesis (Stuttg), 1991, vol.3, p.234.
Ioffe S.T., Nesmeyanov A.N. Magniy, berilliy, kal'tsiy, strontsiy, bariy [Magnesium, beryllium, calcium, strontium, barium]. Moscow, Publishing House of the Academy of Sciences of the USSR, 1963, p.536.
