CC BY
10
УДК 547.241+547.513
ФОСФОРИЛИРОВАННЫЕ ЦИКЛОБУТАНЫ. III.
РЕАКЦИИ ЦИКЛОБУТАНКАРБОНИЛХЛОРИДA С ФОСФОРСОДЕРЖАЩИМИ О-НУКЛЕОФИЛАМИ
PHOSPHORYLATED CYCLOBUTANES. III. REACTIONS OF CYCLOBUTANCARBONYLCHLORIDE WITH PHOSPHORUS-CONTAINING O-NUCLEOPHILES
Ю. Н. Митрасов, О. В. Кондратьева, А. А. Авруйская, О. Е. Кириллова, М. А. Фролова
Y. N. Mitrasov, O. V. Kondratyeva, A. A. Avruyskаya, O. E. Kirillova, M. A. Frolova
ФГБОУВПО «Чувашский государственный педагогический университет им. И. Я. Яковлева», г. Чебоксары
Аннотация. Установлено, что а-гидрокси-а-гем-дихлорциклопропилбензилфосфонаты реагируют с циклобутанкарбонилхлоридом по схеме нуклеофильного замещения.
Abstract. It has been established that a-hydroxy-a-gem-dichlorocyclopropylbenzylphosphonates react with the cyclobutanecarbonylchloride according to the scheme of nucleophilic substitution.
Ключевые слова: а-гидрокси-а-гем-дихлорциклопропилбензилфосфонаты, арил-2,2-дихлорциклопропилкетоны, диалкилфосфиты, а-[(диалкоксифосфорил)-а-(2,2-дихлорциклопро-пил)бензил]циклобутанкарбоксилаты, циклобутанкарбонилхлорид.
Keywords: a-hydroxy-a-gem-dichlorocyclopropylbenzylphosphonates, aryl-2,2-dichlorocyclo-propylketones, dialkylphosphites, a-[(dialkylphosphoryl)-a-(2,2-dichlorocyclopropyl)benzyl]cyclobutanecarboxilates, cyclobutanecarbonylchloride.
Актуальность исследуемой проблемы. Фосфорсодержащие циклобутаны (ФЦБ) являются перспективным объектом для биологических исследований, что обусловлено значительной активностью обоих структурных компонентов. Ранее для синтеза ФЦБ нами было предложено использовать реакции легкодоступных N- и P-нуклеофилов с хлорангидридами циклобутанкарбоновых кислот [2], [6], [7], [8]. В продолжение этих работ представляет определенный интерес вовлечение в этот процесс фосфорсодержащих О-нуклеофилов.
Поэтому с целью расширения методов синтеза полициклических ФЦБ нами было изучено взаимодействие циклобутанкарбонилхлорида с а-гидрокси-а-гем-дихлорцикло-пропилбензилфосфонатами.
Для решения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- синтезировать бензил-гем-дихлорциклопропаны;
- синтезировать арил(гем-дихлорциклопропил)кетоны;
- изучить реакции диалкилфосфитов с арил(гем-дихлорциклопропил)кетонами;
- изучить реакции а-гидрокси-а-гем-дихлорциклопропилбензилфосфонатов с цик-лобутанкарбонилхлоридом.
Материал и методика исследований. Синтез арил-гем-дихлорциклопропанов осуществляли дихлорциклопропанированием по методу Макоша [5] бензилэтиленов, в качестве которых использовали легкодоступные товарный аллилбензол, а также 2-этоксиаллилбензол. Последний был получен алкилированием о-аллилфенола этилиодидом по методу [3] в присутствии свежепрокаленного карбоната калия в среде ацетона или о-аллилфенолята натрия по Вильямсону. Циклобутанкарбонилхлорид синтезирован по методике, описанной ранее в работе [7].
Выбор исходных соединений был обусловлен перспективностью дальнейшей модификации ФЦБ за счет реакций по ароматическому кольцу и малому циклу.
Строение синтезированных соединений подтверждали методами ИК- и ЯМР-спектроскопии, элементного и функционального анализов.
Анализ методом тонкослойной хроматографии (ТСХ) проводили на пластинах «Silufol», подвижная фаза - этанол-хлороформ, 1:8; проявитель - пары иода. ИК-спектры снимали на инфракрасном Фурье-спектрометре ФСМ 1202, призма КВг в диапазоне 500-4000 см-1, твердые вещества исследовались в виде суспензии в вазелиновом масле, а ЯМР 1Н-спектры - на приборе Bruker WM-250 (250 МГц), внутренний стандарт - диме-тилсульфоксид, растворитель - ^з^О. ЯМР Р-спектры были записаны на приборе Bruker WP-80 (32,44 МГц), внешний стандарт - 85 %-я фосфорная кислота.
Результаты исследований и их обсуждение. В качестве О-нуклеофилов были использованы а-гидрокси-а-гем-дихлорциклопропилбензилфосфонаты, которые были синтезированы нами по реакции Абрамова присоединением диалкилфосфитов к арил(гем-дихлорциклопропил)кетонам. Необходимые для этого кетоны были получены двумя методами. Первый из них заключался в прямом окислении бензил-гем-дихлорцикло-пропанов (1а,б). В качестве окислителя был использован перманганат калия. Процесс проводили при температуре 65-90 оС в водном растворе нитрата магния, что позволяло поддерживать нейтральную среду. О протекании реакции косвенно свидетельствовали исчезновение фиолетовой окраски перманганата калия и выпадение бурого осадка оксида марганца (IV). Изучение строения полученного соединения методами рефрактометрии, ИК спектроскопии и тонкослойной хроматографии показало, что им соответствует структура фенил(или 2-этоксифенил)-2,2-дихлорциклопропилкетонов (2а,б).
М®(Ж>з)2
Х-СбЩ-СЩ ^—7 + КМп04 + Н20 -Х-С6Н4-С •
- кон, II
- МпОо О
V
С1С1 ~ сГ %С1
1а,б 2а,б
X = Н (а), 2-С2Н50 (б).
В ИК-спектрах кетонов (2а,б) колебания карбонильной группы проявляются с максимумом в области 1685 см-1, а гем-дихлорциклопропановое кольцо характеризуется полосами поглощения 3090 и 750 см-1, соответствующими валентным колебаниям С-Н и С-С1 связей. Ароматическое кольцо идентифицируется сигналами в области 3070, 3030, 1600, 1585, 1440, 705 см-1. Кетоны (2а,б) представляют собой бесцветные жидкости со слабым цветочным запахом, растворимые в обычных органических растворителях.
Однако выходы кетонов (2а,б) оказались недостаточно высокими. Поэтому для их синтеза нами было предложено использовать окисление а-гем-дихлорциклопропил-бензилового спирта, полученного путем проведения последовательных реакций галоге-нирования соединений (1а,б) и гидролиза образующихся моногалогенидов (3, 4).
Нами показано, что 2-бензил-1,1-дихлорциклопропан (1а) при действии хлористого сульфурила при мольном соотношении 1:1 и 1:2 в присутствии каталитического количества перекиси лаурила при температуре от 50 до 100 оС независимо от мольного соотношения реагентов превращается в 2-(а-хлорбензил)-1,1-дихлорциклопропан (3), то есть трехчленный цикл не раскрывается.
0-сн„ + so2a2 -^ (^-сн^у + НС1 +
С1 ,
С1 С1 а С1
3
Аналогичные результаты получены и при использовании хлора. Бромирование циклопропана (1а) протекает при температуре 140 оС и эквимольном соотношении реагентов с образованием 2-(а-бромбензил)-1,1-дихлорциклопропана (4).
О
С —V-7 + Вг2 -^ 7 -г НВг
С1 С1
Бензилгалогениды (3, 4) легко гидролизуются при действии водного раствора гид-роксида натрия до а-(ге.-дихлорциклопропил)бензилового спирта (5а,б). Последний при окислении бихроматом натрия в присутствии концентрированной серной кислоты при температуре 40-45 оС с высоким выходом превращается в арил(ге.-дихлорцикло-пропил)кетоны (2а,б).
+
№ОН Ма2Сг207 /Н
Х-С6Н4-СН ч / -^ Х-С6Н4-СН ч / -Х-С6Н4-С
I \/ -\allal I \/ -Ха^О,. "
На1 С1 С1 "Н2° Ш С1 С1 0 С1' П
X = Н (а), 2-С2Н50 (б).
-н2о
5а,б 2а,б
Таблица 1
Выходы, константы и данные элементного анализа производных гем-дихлорциклопропанов (2-5)
№ соединения Выход, % Т. кип., оС (р, мм рт. ст.) а420 20 ^ Найдено, % С1 Брутто-формула Вычислено, % С1
2а 37 116(10) 1,2784 1,5438 32,87 Сю^С^О 33,02
3 36 108-109 (1) 1,3460 1,5642 45,08 С10Н9С13 45,22
4а 55 — 1,5912 1,6973 16,27 С10Н9ВГО2 16,14
5а 78 140-2 (1) 1,3614 1,5983 32,66 С10Н10С12О 32,72
5б 69 185-7 (1) 1,3111 1,5745 27,15 С12Н14С12О2 27,26
Примечание: а) т. пл. 65-67 оС.
Полученные таким образом кетоны (2а,б) подвергались взаимодействию с диал-килфосфитами в присутствии алкоголятов натрия по Абрамову [1].
С бЩХ
КОИа I !
V
о X о о он Л3
С1 С1 С1 С1
ба-з
X = Н, К = Ме (а), Ег (б), Рг (в), Ви (г); X = 2-ОС2Н5, К = Ме (д), Ег (е), Рг (ж), Ви (з).
Строение образовавшихся фосфонатов (6а-з) подтверждали методами ИК-, ЯМР :Н-спектроскопии, а состав - элементным анализом (табл. 2).
Таблица 2
Выходы, константы3 и данные элементного анализа диалкил[а-(г&и-дихлорциклопропил)-а-арил-а-шдрокси]фосфонатов (6а-з)
№ соединения Выход, % а420 20 ^ Найдено, % Брутто-формула Вычислено, %
С1 Р С1 Р
6а 66 1,4112 1,5553 21,81 9,53 С12И15С1204Р 21,91 9,67
6б 75 1,3431 1,5462 20,08 8,77 С14Н49С12О4Р 20,22 8,94
6в 77 1,2914 1,5394 18,60 8,12 С16И23С1204Р 18,71 8,25
6г 73 1,2451 1,5332 17,32 7,57 С18И27С1204Р 17,54 7,65
6д 74 1,3712 1,5453 19,21 8,39 С14И19С1205Р 19,34 8,57
6е 72 1,3201 1,5385 17,85 7,80 С16И23С1205Р 17,93 7,95
6ж 78 1,2714 1,5334 16,67 7,28 С18и27С12о5Р 16,79 7,41
6з 69 1,2451 1,5293 15,64 6,83 С20И31С1205Р 15,71 6,92
Примечание: а) маслообразные вещества.
В ИК-спектре широкая полоса поглощения валентных колебаний О-Н связи в области 3285-3345 см-1 указывает на возможное образование межмолекулярных водородных связей. В этом процессе, по-видимому, принимает участие и фосфорильная группа, о чем свидетельствует уменьшение частоты ее колебаний (1245-1250 см-1) в среднем на 10-20 см-1 по сравнению со стандартным значением [4]. Наряду с этим в спектре имеются полосы поглощения в области 3090-3095 и 760-765 см-1, подтверждающие наличие гем-дихлорциклопропильной группы, 975, 1030-1070 см-1 связи Р-О-С, сохраняются полосы поглощения валентных колебаний, характерные для ароматического кольца в области 3040-3060, 1585-1590, 1540, 1490 см-1. Важно отметить, что не проявляются колебания в области 1685 см-1, которые указывали бы на наличие карбонильной группы. В спектрах ЯМР 1Н фосфонатов (7а-з) протоны трехчленного цикла проявляются в виде триплетов с 5 2,44 (С1Н, 7,39 Гц) и дублетов с 5 1,38 (С2Н, 7,4 Гц) м. д., а О-Н группы -в виде синглета с 5 4,64 м. д. Протоны ароматических и алкоксигрупп проявляются в обычных областях. В спектрах ЯМР 31Р фосфонаты (6а-з) характеризуются химическими сдвигами в области 21-22 м. д.
Взаимодействие фосфорилированных ге.-дихлорциклопропилбензиловых спиртов (6а-з) с хлорангидридом циклобутанкарбоновой кислоты (7) проводили в среде инертного растворителя (абсолютный бензол или толуол) в присутствии триэтиламина, использованного для связывания выделяющегося хлористого водорода. Смешение компонентов проводили при охлаждении, а для завершения реакции смесь нагревали при температуре 60 оС в течение 1 ч. По мере протекания реакции образуется осадок солянокислого три-этиламина, который отделяли фильтрованием, а продукты реакции очищали колоночной хроматографией.
ба-з 8а-з
X = Н, Я = Ме (а), Ш (б), Рг (в), Ви (г); X = 2-ОС2Н5, Я = Ме (д), Ш (е), Рг (ж), Ви (з).
Структуру а-[(диалкоксифосфорил)-а-(2,2-дихлорциклопропил)бензил]циклобу-танкарбоксилатов (8а-з) подтверждали данными ИК-, ЯМР :Н- и 31Р-спектров, а состав -элементным анализом (табл. 3).
Таблица 3
Выходы, константы3 и данные элементного анализа а- [(диалкоксифосфорил)-а-(2,2-дихлорциклопропил)-а-арил] циклобутанкарбоксилатов (8а-з)
№ соединения Выход, % а420 20 ^ Найдено, % Брутто-формула Вычислено, %
С1 Р С1 Р
8а 79 1,3614 1,5513 17,41 7,61 С!7Н21а2о5р 17,58 7,75
8б 77 1,3142 1,5445 16,29 7,12 С19Н25а2о5р 16,34 7,18
8в 68 1,2714 1,5394 15,30 6,68 С21Н29С1205Р 15,47 6,74
8г 74 1,2421 1,5342 14,43 6,30 С23Н33С1205Р 14,63 6,45
8д 81 1,3401 1,5443 15,71 6,86 С19Н25а2о6р 15,86 6,94
8е 65 1,2932 1,5391 14,79 6,46 С21Н29С1206Р 14,94 6,61
8ж 73 1,2614 1,5343 13,97 6,10 С23Н33С1206Р 14,13 6,27
8з 71 1,2325 1,5313 13,24 5,78 С25Н37С1206Р 13,37 5,92
Примечание: а) маслообразные вещества.
В ИК-спектрах сложноэфирная группа характеризуется сильным характеристическим сигналом карбонильной группы в области 1725-1730 см-1 и С-О связи - 1160, 1225 см-1. В спектре имеются полосы поглощения в области 3095-3100 и 765-770 см-1, подтверждающие наличие ге.-дихлорциклопропильной группы. Сохраняются полосы поглощения валентных колебаний, характерные для ароматического кольца в области 30403060, 1585-1590, 1540, 1490 см-1. В спектрах ЯМР 1Н соединений (8а-з) протоны трех-
членного цикла проявляются в виде триплетов с 5 2,43-2,53 (C:H, 3JHH 7,39 Гц) и дублетов с 5 1,33-1,35 (C2H) м. д., а протоны четырехчленного цикла - в виде мультиплетов с 5 2,95 (C1H), дублета с 5 2,31 (C2H, 3JW 7,88 Гц) и триплетов с 5 1,87 (C3H, 3JW 7,75 Гц) м. д. Протоны ароматических и алкоксигрупп проявляются в виде мультиплетов с 5 7,357,71, дублетов с 5 3,77-3,93 (ОСН3, 3JHH 10,35 Гц), мультиплетов с 5 1,59 (СН2), триплетов с 5 0,94 (СН3, 3JHH 7,3 Гц) м. д. соответственно. В спектре ЯМР 31Р циклобутанкарбокси-латы (8а-з) характеризуются химическими сдвигами в области 17-18 м. д.
Резюме. В результате проведенных исследований предложен метод синтеза фосфо-рилированных полициклических эфиров циклобутанкарбоновой кислоты, заключающийся во взаимодействии ее галогенангидрида с соответствующими фосфорилированными спиртами в присутствии третичных оснований.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абрамов, В. С. О взаимодействии диалкилфосфористых кислот с альдегидами и кетонами. Новый метод получения эфиров а-оксифосфоновых кислот / В. С. Абрамов // Докл. АН СССР. - 1950. - Т. 73. -№ 4. - С. 487-489.
2. Анисимова, Е. А. Фосфорсодержащие производные циклобутана / Е. А. Анисимова, Ю. Н. Митра-сов, В. В. Кормачев // Журн. общ. химии. - 1992. - Т. 62. - Вып. 12. - С. 2784-2785.
3. Вейганд-Хильгетаг. Методы эксперимента в органической химии / пер. с нем. Л. В. Коваленко, А. А. Заликина ; под ред. Н. Н. Суворова. - М. : Химия, 1969. - 944 с.
4. Казицына, Л. А. Применение УФ-, ИК-, ЯМР- и масс-спектроскопии в органической химии / Л. А. Казицына, Н. Б. Куплетская. - М. : Изд-во Моск. ун-та, 1979. - 240 с.
5. Makosza, M. Reactions of organic anions. XXIV. Catalytic method for preparation of dichlorocyclopro-pane derivatives in aqueous medium / M. Makosza, M.Wawrzyniewicz // Tetrahedron Let. - 1969. - № 53. -Р. 4659-4662.
6. Митрасов, Ю. Н. Синтез и биологическая активность фосфорилированных амидов циклопропан-и циклобутанкарбоновых кислот / Ю. Н. Митрасов, М. А. Фролова // Вестник Казанского государственного технологического университета. - 2009. - № 6. - С. 29-33.
7. Митрасов, Ю. Н. Фосфорилированные циклобутаны. I. Реакции эфиров кислот трехкоординиро-ванного фосфора c циклобутанкарбонилхлоридом / Ю. Н. Митрасов, М. А. Фролова, И. Н. Смолина // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. - 2010. - № 1 (65). -С. 60-63.
8. Митрасов, Ю. Н. Фосфорилированные циклобутаны. II. Реакции эфиров кислот трикоординиро-ванного фосфора с циклобутан-1,3-дикарбонилхлоридом / Ю. Н. Митрасов, М. А. Фролова, О. В. Кондратьева // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И. Я. Яковлева. - 2011. -№ 4 (72). - Ч. 1. - С. 61-64.
