CC BY
24
2018 ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА Т. 5 (63). Вып. 1
ФИЗИКА И ХИМИЯ
ХИМИЯ
УДК 347
М. А. Санджиева1, В. М. Музалевский2, В. Г. Ненайденко2, А. В. Васильев1,3
ОБМЕН АРИЛЬНЫХ ГРУПП В РЕАКЦИЯХ АЛКИЛИРОВАНИЯ АРЕНОВ ПО ФРИДЕЛЮ — КРАФТСУ В СУПЕРКИСЛОТЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ 2-ГАЛОГЕН-2-ТРИФТОРМЕТИЛСТИРОЛОВ. МЕХАНИЗМ И СПОСОБЫ ПОДАВЛЕНИЯ*
1 Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет, Российская Федерация, 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5
2 Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, Российская Федерация, 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, 1
3 Санкт-Петербургский государственный университет,
Российская Федерация, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7—9
Протонирование 2-галоген-2-трифторметилстиролов под действием суперкислот приводит к образованию карбокатионов бензильного типа, которые способны алкилировать арены по Фриделю — Крафтсу с образованием 1,1-диарил-2-галоген-3,3,3-трифторпропенов. Взаимодействие с «хорошими» п-нуклеофилами (ксилолы, анизол или вератрол) осложнялось процессами обмена арильных групп. Предложен механизм, а также способ подавления данного побочного процесса. Библиогр. 11 назв. Ил. 6. Табл. 3.
Ключевые слова: суперэлектрофильная активация, трифторметилстиролы, карбокатио-ны, суперкислота, реакция Фриделя — Крафтса, гидроарилирование двойной связи, обмен арильных групп.
Для цитирования: Санджиева М. А., Музалевский В. М., Ненайденко В. Г., Васильев А. В. Обмен арильных групп в реакциях алкилирования аренов по Фриделю — Крафтсу в суперкислоте с использованием 2-галоген-2-трифторметилстиролов. Механизм и способы подавления // Вестник СПбГУ. Физика и химия. 2018. Т. 5 (63). Вып. 1. С. 50—58. https://doi.org/10.21638/11701/spbu04.2018.106
* Данное исследование выполнено при финансовой поддержке Фонда содействия инновациям (№11304 ГУ/2016 от 14,04,2017).
© Санкт-Петербургский государственный университет, 2018
M. A. Sandzhieva1, V. M. Muzalevskiy2, V. G. Nenajdenko2, A. V. Vasilyev1,3
EXCHANGE OF ARYL GROUPS IN FRIEDEL — CRAFTS ALKYLATION OF ARENES IN SUPERACID
BY 2-HALOGENO-2-TRIFLUOROMETHYLSTYRENES. MECHANISM AND WAYS OF SUPPRESSION
1 St. Petersburg State Forest Technical University,
5, Institutskiy per., St. Petersburg, 194021, Russian Federation
2 Lomonosov Moscow State University,
1, Leninskie Gory, GSP-1, Moscow, 119991, Russian Federation
3 St. Petersburg State University,
7—9, Universitetskaya nab., St. Petersburg, 199034, Russian Federation
The protonation of 2-halogeno-2-trifluoromethylstyrenes in superacids leads to formation of benzyl carbocations that are capable to take part in Friedel — Crafts reaction with arenes to afford 1,1-diaryl-2-halo-3,3,3-trifluoropropanes. The reaction with strong п-nucleophiles (xylenes, anisole or veratrole) can be complicated by exchange of aryl groups. The mechanism and ways of suppression of this additional process were proposed. Refs 11. Figs 6. Tables 3.
Keywords: superelectrophilic activation, trifluoromethylstyrenes, carbocations, superacid, Friedel — Crafts reaction, hydroarylation of double bond, exhange of aryl groups.
For citation: Sandzhieva M. A., Muzalevskiy V. M., Nenajdenko V. G., Vasilyev A. V. Exchange of aryl groups in Friedel — Crafts alkylation of arenes in superacid by 2-halogeno-2-trifluoromethylstyrenes. Mechanism and ways of suppression. Vestnik SPbSU. Physics and Chemistry. 2018. Vol. 5 (63), iss. 1. P. 50-58. https://doi.org/10.21638/11r01/spbu04.2018.106
Введение. В последние годы химия фторорганических соединений развивается значительными темпами, так как многие фторированные производные проявляют широкий спектр уникальных и полезных свойств [1-4]. Фторированные органические соединения активно используются для создания новых материалов в области термостойких полимеров, полупроводниковых и фотоэлектрических преобразователей, солнечных батарей и других электронных устройств. Наибольшее применение фторорганические соединения получили в области химии, биологии и медицины, что связано с разработкой на их основе новых лекарственных средств, агрохимикатов и других биологически активных веществ. При введении атомов фтора в молекулы органических соединений изменяется ряд их физико-химических характеристик: кислотность/основность соседних функциональных групп, дипольный момент и общая реакционная способность вещества в целом. Такие изменения придают соединениям новые свойства, которые отражаются в увеличении липофильности и метаболической активности.
Благодаря высокой протонирующей способности и низкой нуклеофильности, суперкислоты Бренстеда находят широкое применение в современном органическом синтезе [5]. В таких средах происходит «суперэлектрофильная активация» органических соединений, которая заключается в протонировании основных центров молекул с образованием высоко реакционноспособных катионных интермедиатов [6].
В опубликованных нами ранее работах [8, 9] были проведены исследования прото-нирования и закономерности электрофильных реакций 2-галоген-2-трифторметилсти-ролов (1 ) с аренами в присутствии суперкислот (рис. 1). Протонирование таких субстратов в суперкислых средах приводит к бензильным карбокатионам, которые способны алкилировать арены по Фриделю — Крафтсу с образованием 1,1-диарил-2-галоген-3,3,3-трифторпропанов (2).
CF3
CF3 Л / V Ar' CF
_/ 3 CF3S03H Al i X ArH ^ \_2jT :
л " ' jCF3 -H+ " / \
Ar X "y 3 A X
X = F, Cl, Br ^/y До 96%
1 + 2
Рис. 1. Электрофильная реакция
Реакции гидроарилирования алкенов 1 могут осложняться побочными процессами обмена арильных групп, аналогично превращениям производных коричных кислот в суперкислотах [9, 10]. Цель данной работы — исследование процесса обмена арильных групп в реакциях алкенов 1 с аренами в суперкислотах.
Методы исследования. Спектры ЯМР записывали на приборах Bruker AVANCE III 400 (рабочие частоты 400, 376 и 100 МГц для 1H, 19F и 13C соответственно) и Bruker AM-500 (рабочие частоты 500, 470 и 125,76 МГц для 1H, 19F и13С соответственно). В качестве внутренних стандартов использовали остаточные сигналы CHCI3 (ô, м. д.: 7,26) в спектрах ЯМР 1H, CDCl3 (ô, м. д.: 77,0) в спектрах ЯМР 13C. Хромато-масс-спектральный анализ выполняли на приборе G2570A GC/MSD Agilent Technologies 6850с с капиллярной колонкой HP-5MS (30 м х 0,25 мм), толщина неподвижной фазы 0,25 мкм. Масс-спектры высокого разрешения регистрировали на приборе Varian 902-MS MALDI Mass Spectrometer со сверхпроводящим магнитом 9,4 Тл. Данные рент-геноструктурного анализа получали на дифрактометрах Agilent Technologies (Oxford Diffraction) Supernova, полученные данные были расшифрованы с помощью программы ShelXS. Контроль за ходом реакции и чистотой соединений осуществляли методом ТСХ на пластинах Silufol UV-254. Для разделения реакционных смесей использовали силикагель Merck 60.
Экспериментальная часть. Общая методика проведения реакций алкенов 1а-в с аренами в CF3SO3H. Синтез соединений 2а-и. К смеси 1 мл CF3SO3H и арена (5 экв.) добавляли по каплям 0,3 ммоль алкена 1. Смесь перемешивали при 0, или 20, или — 10°C в течение 0,25, 0,5 или 3 ч, как это указано в табл. 1-3, и затем выливали в воду (100 мл), экстрагировали хлороформом (3 х 50 мл). Объединённые экстракты промывали водой (50 мл), насыщенным водным раствором NaHCO3 (50 мл), водой (2 х 50 мл) и сушили Na2SO4. Растворитель удаляли в вакууме, остаток очищали методом колоночной хроматографии на силикагеле в градиентном режиме элюирова-ния — петролейный эфир (40-70)-этилацетат.
1-(2,5-Диметилфенил)-1-фенил-3,3,3-трифтор-2-хлорпропан 2а. Получен как смесь диастереомеров D1(1RS/2RS) и D2(1SR/2RS). Бесцветное масло. 2а-D1( 1RS/2RS). Спектр ЯМР 1H (500 M^, CDCb) ô, м. д.: 7,22-7,33 (м, 5Н), 6,96-7,05 (м, 2h), 4,96 (дк, J = 9,6, 5,8 Гц, 1H), 4,69 (д, J = 9,6 Гц, 1H), 2,40 (с, 3H), 2,32 (с, 3H). Спектр ЯМР 13С (125 M^, CDCh) ô, м. д.: 19,36 (CH3), 21,33 (CH3), 49,01 (CHA^), 59,91 (к, J = 29,9 Гц, OTCF3), 124,15 (к, J = 278,8 Гц, CFз), D1 + D2: 126,72, 127,18, 127,25, 127,36, 127,85, 127,95, 128,36, 128,62, 128,08, 130,85, 130,94, 132,41, 133,29, 135,59, 135,69, 137,93, 138,31, 138,55, 139,09. Спектр ЯМР 19F (470 M^, CDCl3) ô, м. д.: —69,92 (д, J = 5,8 Гц). 2а-D2( 1SR/2RS). Спектр ЯМР 1H (500 M^, OTC^) ô, м. д.: 7,22-7,33 (м, 5Н), 6,96-7,05 (м, 2H), 4,97 (дк, J = 9,6, 5,8 Гц, 1H, CНCFз), 4,78 (д, J = 9,6 Гц, 1H, ŒPh), 2,40 (с, 3H), 2,34 (с, 3H). Спектр ЯМР 13C (125 M^, CDCl3) ô, м. д.: (выбранные сигналы) 19,40 (CH3), 21,22 (CH3), 47,69 (OTAr2), 60,10 (к, J = 29,9 Гц, СЖ^3), 124,17 (к, J = 278,8 Гц, CF3). Спектр ЯМР 19F (470 M^, CDCl3) ô, м. д.:
-70,95 (д, J = 5,8 Гц). HRMS (MALDI): (D1 + D2) m/z вычислено C17H17CIF3 [M + H]+ 313,0966, найдено 313,0965.
3,3-Бис(2,5-диметилфенил)-1,1,1-трифтор-2-хлорпропан 2б. Спектр ЯМР 1H (500 МГц, CDCl3) 6, м. д. (вычленен из спектра смеси с веществом 2a, отдельные сигналы): 4,96 (м, 1H, CHCF3), 4,50 (д, J = 8,6 Гц, 1H, СНАГ2), 2,25 (с, 6H), 2,24 (с, 6H). Спектр ЯМР 19F (470 МГц, CDCl3) 6, м. д. (вычленен из спектра смеси с веществом 2a): -67,60 (д, J = 6,5 Гц). MS (GC-MS, EI), m/z (Ireh %): 340,1 [M]+ (8), 223,2 (100), 208,2 (13).
2-Бром-1-(3,4-диметоксифенил)-1- (4-метоксифенил)-3,3,3-трифтор-пропан 2в. Получен как смесь диастереомеров D1(1RS/2RS) и D2(1SR/2RS). Бесцветное масло. 2в-D1( 1RS/2RS). Спектр ЯМР 1H (500 M^, CDCI3) 6, м. д.: 7,20-7,24 (м, 2Н), 6,75-6,87 (м, 5Н), 4,87 (м, 1Н, CHCF3), 4,45 (д, J = 7,8 Гц, 1H, СНАГ2), 3,86 (с, 3H), 3,83 (с, 3H), 3,79 (с, 3H). Спектр ЯМР 13C (125 M^, CDCI3) 6, м. д.: 50,75 (к, J = 29,0 Гц, OTCF3), 51,85 (OTA^), 55,17 (OCH3), 55,80 (OCH3), 55,91 (OCH3), D1 + D2: 111,02, 111,18, 111,26, 112,07, 112,34, 113,84, 114,06, 119,85, 120,33, 123,90 (к, J = 276,6 Гц, СFз), 128,73, 128,82, 129,42, 132,34, 132,65, 132,97, 133,21, 148,25, 148,77, 148,96, 158,72. Спектр ЯМР 19F (470 M^, CDCI3) 6, м. д.: -67,65 (д, J = = 7,0 Гц). 2c-D2(1SR/2RS). Спектр ЯМР 1H (500 M^, СDClз) 6, м. д.: 7,20-7,24 (м, 2Н), 6,75-6,87 (м, 5Н), 4,87 (м, 1Н, СНСFз), 4,43 (д, J = 7,8 Гц, 1H, СНАГ2), 3,86 (с, 3H), 3,84 (с, 3H), 3,77 (с, 3H). Спектр ЯМР 13C (125 M^, CDCI3) 6, м. д.: 50,70 (к, J = 29,0 Гц, OTCF3), 52,00 (OTA^), 55,16 (OCH3), 55,78 (OCH3), 55,92 (OCH3) Спектр ЯМР 19F (470 M^, CDCl3) 6, м. д.: -67,49 (д, J = 7,0 Гц). HRMS (MALDl) (D1 + D2), m/z: вычислено C18H19BrF3O3 [M + h]+ 419,0464, найдено 419,0467.
2-Бром-1,1-бис(3,4-диметоксифенил)-3,3,3-трифторпропан 2г. Жёлтое масло. Спектр ЯМР 1H (500 M^, СDCl3) 6, м. д.: 6,77-6,90 (м, 6Н), 4,88 (м, 1H, СНСFз), 4,45 (д, J = 8,6 Гц, 1H, СНАГ2), 3,86 (с, 6H), 3,84 (с, 3H), 3,83 (с, 3H). Спектр ЯМР 13C (125 M^, CDCl3) 6, м. д.: 50,72 (к, J = 29,0 Гц, CTCF3), 52,12 (OTAr2), 55,78 (OCH3), 55,81 (OCH3), 55,92 (OCH3), 55,94 (OCH3), 110,98, 111,16, 111,30, 112,17, 119,88, 120,47, 123,87 (к, J = 277,0 Гц, СFз), 132,76, 132,92, 148,30, 148,32, 148,75, 148,95. Спектр ЯМР 19F (470 MГц, CDCl3) 6, м. д.: -67,62 (д, J = 6,3 Гц). MS (GC-MS, EI), m/z, (Irei, %) D1 + D2: 450,1 [M + 2]+ (9), 448,1 [M]+ (9), 287,1 (100), 257,1 (5). HRMS (MALDI) (D1+D2), m/z: вычислено C19H21BrF3O4 [M + H]+ 449,0570, найдено 449,0575.
2-Бром-1,1-бис(4-метоксифенил)-1,1,1-трифторпропан 2д. Жёлтое масло. Спектр ЯМР 1H (500 M^, СDClз) 6, м. д.: 7,23 (д, J = 8,7 Гц, 2Н), 7,20 (д, J = 8,6 Гц, 2Н), 6,86 (д, J = 8,7 Гц, 2H), 6,82 (д, J = 8,6 Гц, 2H), 4,88 (дк, J = 9,0, 6,6 Гц, 1H, СНСFз), 4,46 (д, J = 9,0 Гц, 1H, СНРИ), 3,78 (с, 3H), 3,76 (с, 3H). Спектр ЯМР 13C (125 M^, CDCl3) 6, м. д.: 50,78 (к, J = 29,0 Гц, OTCF3), 51,72 (OTA^), 55,00 (2OCH3), 113,89, 114,08, 123,95 (к, J = 277,0 Гц, СFз), 128,76, 129,39, 132,56, 132, 158,71. Спектр ЯМР 19F (470 M^, CDCh) 6, м. д.: -63,22 (д, J = 6,6 Гц). MS (GC-MS, EI), m/z, (Irei, %): 390 [M + 2]+ (10), 388 [M]+ (10), 227 (100). HRMS (MALDI), m/z: вычислено C17H17BrF3O2 [M + H]+ 389,0359, найдено 389,0358.
3-(3,4-Диметоксифенил )-3-(4- метоксифенил)-1,1,1,2-тетрафторпро-пан 2е. Получен как смесь диастереомеров D1(2RS/SRS) и D2(2RS/3SR). Бесцветное масло. 2е-D1( 2RS/3RS). Спектр ЯМР 1H (500 MГц, CDCl3) 6, м. д.: 7,22-7,24 (м, 2Н), 6,77-6,90 (м, 5H), 5,29 (дквинтетов, J = 45,7, 6,4, 1H, СОТ), 4,31 (дд, J = 22,8, 6,4 Гц, 1H, OTAr2), 3,84 (с, 6h), 3,78 (с, 3H). Спектр ЯМР 13C (125 MГц, CDCl3) 6, м. д.: 49,13 (д, J = 19,7 Гц, OTAr2), 55,19 (OCH3), 55,82 (OCH3), 55,92 (OCH3), 90,71 (дк, J = 190,0, 31,7Гц, CF), (D1+D2): 111,17, 111,38, 111,61, 112,37, 113,99, 114,24, 120,12, 120,76, 122,65
(кд, J = 280,6, 26,7 Гц, CFs), 129,07, 129,79, 130,06, 130,72, 131,12 д (C Jc—f = 4,5 Гц), 131,89 (д, Jc—f = 3,6 Гц), 148,34 (д, Jc—f = 2,7 Гц), 148,94, 149,15, 158,81 (д, Jc—f = = 2,7 Гц). Спектр ЯМР 19F (470 МГц, CDCl3) 6, м. д.: -76,19 (дд, J = 11,4, 6,4 Гц), -200,32 (ддк, J = 45,7, 22,8, 11,4 Гц, F). MS (GC-MS, EI), m/z, (/геЬ %) D1 + D2: 358,2 [M]+ (27), 257,1 (100). 2f-D2(2RS/3SR). Спектр ЯМР 1H (500 МГц, CDCI3) 6, м. д.: 7,22-7,24 (м,2Н), 6,77-6,90 (м,5н), 5,30 (дквинтетов, J = 45,7, 6,4, 1H, CHF), 4,31 (дд, J = 22,8, 6,4 Гц, 1H, СНАг2), 3,85 (с, 6H), 3,78 (с, 3H). Спектр ЯМР 13C (125 МГц, CDCI3) 6, м. д.: 49,18 (д, J = 19,7 Гц, CHAr2), 55,22 (OCH3), 55,86 (OCH3), 55,93 (OCH3), 90,76 (дк, J = 190,0, 31,7 Гц, CF). Спектр ЯМР 19F (470 МГц, CDCI3) 6, м. д.: -76,29 (дд, J = 11,4, 6,4 Гц), -200,83 (ддк, J = 45,7, 22,8, 11,4 Гц, F). HRMS (MALDI) (D1 + D2), m/z: вычислено C18H19F4O3 [M + H]+ 359,1265, найдено 359,1261.
1,1-Бис(3,4-диметоксифенил)- 2,3,3,3-тетрафторпропан 2ж. Бесцветное масло. Спектр ЯМР 1H (500 M^, СDa3) 6, м. д.: 6,78-6,91 (м,6Щ, 5,29 (дквинтетов, J = 45,6, 6,2 Гц, 1H, СОТ), 4,30 (дд, J = 23,0, 6,2 Гц, 1H, СНАГ2), 3,86 (с, 6H), 3,85 (с, 3H), 3,84 (с, 3H). Спектр ЯМР 13C (125 M^, CDCI3) 6, м. д.: 49,43 (д, J = 19,2 Гц, OTA^), 55,80 (OCH3), 55,84 (OCH3), 55,90 (OCH3), 55,92 (OCH3) 89,99 (дк, J = 190,5, 31,7 Гц, CF), 111,14, 111,36, 111,62, 112,42, 120,10, 120,83, 122,60 (кд, J = 281,0, 26,8 Гц, CF3), 130,44, 131,60 (д, Jc—f = 3,6 Гц), 148,39 (д, Jc—f = 3,1 Гц), 148,91, 149,13. Спектр ЯМР 19F (470 M^, CDCl3) 6, м. д.: -76,21 (дд, J = 11,5, 6,2 Гц), -200,61 (ддк, J = 45,6, 23,0, 11,5 Гц, F). MS (GC-MS, EI), m/z, (/геЬ %): 388,2 [M]+ (30), 287,1 (100). HRMS (MALDI) (D1 + D2), m/z: вычислено C19H21F4O4 [M + H]+ 389,1370, найдено 389,1368.
3,3-Бис(4-метоксифенил)-1,1,1,2-тетрафторпропан 2з. Бесцветное масло. Спектр ЯМР 1H (500 M^, CDCI3) 6, м. д.: 7,24 (м, 4Н), 6,86 (д, J = 7,5 Гц, 4H), 5,37 (ддк, J = 45,3, 6,0, 5,9 Гц, 1H, СОТ), 4,34 (дд, J = 22,2, 6,2 Гц, 1H, СНРИ), 3,78 (с, 6H). Спектр ЯМР 13C (125 M^, CDCI3) 6, м. д.: 48,8 (д, J = 19,2 Гц, CTAr), 55,18 (OCH3), 55,21 (OCH3), 89,94 (дк, J = 190,0, 31,5 Гц, CF), 113,99, 114,22, 122,68 (кд, J = 281,0, 26,6 Гц, CF3), 129,09, 129,76, 130,31, 131,34, 158,75, 158,77. Спектр ЯМР 19F (470 M^, CDCI3) 6, м. д.: -76,20 (дд, J = 11,0, 6,0 Гц), -117,5 (ддк, J = 45,3, 22,2, 11,0 Гц, F). MS (GC-MS, EI), m/z, (/геЬ %): 328 [M]+ (25), 225 (36), 197 (21), 152 (11), 121 (100). HRMS (MALDI) (D1 + D2), m/z: вычислено C17H17F4O2 [M + H]+ 329,1159, найдено 329,1161.
2-Бром-1,1-бис(2,5-диметилфенил)-3,3,3-трифторпропан 2и. Белое кристаллическое вещество. Спектр ЯМР 1H (500 M^, СDa3) 6, м. д.: 6,81-7,24 (м, 6Н), 4,93 (м, 1H, СНСFз), 3,77 (д, J = 9,8 Гц, 1H, OTA^), 2,39 (с, 3H), 2,36 (с, 3H), 2,33 (с, 3H), 2,29 (с, 3H). Спектр ЯМР 19F (470 M^, CDCI3) 6, м. д.: -67,60 (д, J = 6,3 Гц). MS (GC-MS, EI), m/z, (/rei, %): 386,2 [M]+ (11), 384,2 [M]+ (11), 223,2 (100), 208,2 (11), 193,2 (11). HRMS (MALDI), m/z: вычислено C19H20BrF3 [M + H]+ 385,0773, найдено 385,0255.
Обсуждение результатов. В результате взаимодействий алкена 1а с «хорошими» п-нуклеофилами, например ксилолами, анизолом или вератролом, при комнатной температуре кроме целевых продуктов 2 образуются продукты обмена арильных групп. В случае napa-ксилола (табл. 1) при 20°С наряду с ожидаемым продуктом реакции 2a было получено соединение 2б (рис. 2, табл. 1, опыты 2, 3).
Для объяснения образования продукта арильного обмена 2б можно предположить следующие возможные механизмы. В условиях реакции в суперкислоте в первоначально образующемся диарилпропане 2a происходит протонирование либо фенильной группы, либо связи C1-CAr с образованием трёхцентровой двухэлектронной связи [6]. Последующее элиминирование молекулы арена приводит к образованию соответству-
Ме
Ме
СБ
3+ гГ ^ СР,ВО,Н
РИ С1 1-/Е-1а Ме
Ме СБ
РИ С1 2а
Ме Ме
■СТз
+
=< С1 Ме Ме
2б
Рис. 2. Продукты обмена арильных групп в реакции алкена 1а с п-ксилолом
Таблица 1
Обмен арильных групп в реакции алкена 1а с п-ксилолом
Номер опыта Условия реакции Продукты реакции
Соотношение 1а : пара-ксилол Температура, °С Время, ч Соотношение 2а : 26 Общий выход продуктов, %
1 1 1 20 0,5 Олигомеризация
2 1 5 20 0,5 9 : 1,0 90
3 1 5 20 5 1 : 1,4 37
4 1 5 -10 0,25 1 : 0 60
5 1 5 -10 3 1 : 0 89
Ме^ V—Ме
/СР3
РИ С1
Ме Ме
М /СРз н-с^ 3 '®-нС1
Ме
Ме
И
® С1
или
Ме \ /СБз
С1
ЕТ
Рис. 3. Продукт арильного обмена
Ме
Ме
/=\ С1 Ме
2б
ющего бензильного катиона. В случае отщепления молекулы бензола образующийся карбокатион реагирует с пара-ксилолом, и конечным результатом реакции является продукт арильного обмена 2б (рис. 3).
В табл. 2, 3 приведены примеры аналогичного обмена арильных групп при взаимодействии пара-метоксифенилзамещенных трифторпропенов 1б и 1в с вератролом. При комнатной температуре за 0,5 ч в обоих случаях процесс обмена протекает настолько глубоко, что в результате синтеза выделены все возможные в данном случае комбинации арильных заместителей в конечных продуктах гидроарилирования: 2в, 2г, 2д в случае трифторпропена 1б (рис. 4, табл. 2), а также 2е, 2ж, 2з в результате трансформации трифторпропена 1в (рис. 5, табл. 3).
Возможным путём получения продукта обмена 2д является взаимодействие генерируемого при протонировании 1б бензильного катиона с анизолом, образующимся в результате протонирования соединения 2в с последующим отщеплением молекулы анизола.
Ме
с^о.н
--2
РИН
Таблица 2
Обмен арильных групп в реакциях алкена 1б с вератролом
Номер опыта Условия реакции Продукты реакции
Соотношение 16 : вератрол Температура, °С Время, ч Соотношение 2в : 2г : 2д Общий выход продуктов, %
1 1 : 5 20 0,50 2,9 : 2,4 : 1 85
2 1 : 5 -10 0,25 2,5 : 1 : - 78
Таблица 3
Обмен арильных групп в реакциях алкена 1в с вератролом
Номер опыта Условия реакции Продукты реакции
Соотношение 1в : вератрол Температура, °С Время, ч Соотношение 2е : 2ж : 2з Общий выход продуктов, %
1 1 : 1,2 20 0,50 4:4:1 63
2 1 : 5,0 -10 0,25 1 : - : - 19
3 1 : 5,0 -10 1 1,3 : 1 : - 96
МеО ОМе МеО ЯМе Ме°ч
ОМе
,СР,
/=Ч Вг
\ //
МеО
ОМе
\ //
,СР,
\ //
,СР,
1б
+ ^—I - + Вг Вг Вг
\\ // \\ // \\
МеО МеО ОМе МеО
2в 2г
Рис. 4- Реакция алкена 1б с вератролом
2д
ОМе
МеО
СБ,
ОМе
МеО ОМе МеО ОМе МеО
1 //
1в
МеО
2е
% СР, + Ч ,СР, /=< Р /=< Р
Уч > ^
МеО ОМе МеО
2ж 2з
Рис. 5- Реакция алкена 1в с вератролом
Понижение температуры реакции меньше 0°С в некоторой степени позволило уменьшить глубину протекания обмена арильных групп, но полностью подавить его не удалось (опыт 2, табл. 2; опыт 3, табл. 3). Это связано с тем, что пара-метоксифенильный заместитель является очень хорошей уходящей группой.
Следует отметить два важнейших условия для протекания гидроарилирования ал-кенов 1 и обмена арильных групп: температура реакции и соотношение исходного алкена и арена. Если проводить реакцию при соотношении субстрата 1 и арена 1:1, то наблюдается преимущественное образование олигомеров в результате катионной по-
СР^О^Н
+
СР^ОЫ
+
лимеризации исходных алкенов 1 (опыт 1, табл. 1). Этот побочный процесс олиго-меризации полностью подавляется при проведении синтеза с избытком пара-ксилола (1а : арен 1 : 5) (опыт 2, табл. 1), поэтому для гидроарилирования алкенов 1 необходимо было использовать избыток аренов (5 экв.).
В большинстве случаев подавить обменные процессы удалось при понижении температуры реакции (опыты 4, 5, табл. 1). В связи с этим превращения алкенов 1 с «хорошими» п-нуклеофилами (ксилолами, анизолом, вератролом) главным образом проводили при — 10°С (табл. 1).
Однако подобный подход оказался неприменим к пара-метоксифенил-замещённым алкенам 1б, в, которые даже при понижении температуры реакции дают продукты обмена арильных групп. Более того, при взаимодействии алкена 1б с пара-ксилолом при —15С был выделен только продукт обмена 2и (рис. 6).
CF,
=< Br
Me
Me
Me
-15'C, 15 мин
Me
Me CF,
Br Me
/J
2u (44%)
МеО Z-IE-1б
Соотношение 1б : пара-ксилол 1 : 5
Рис. 6. Реакция алкена 1б с пара-ксилолом
Выводы. В результате проведённых работ нами был предложен механизм и способ подавления конкурентно протекающего обмена арильных групп в реакциях гидро-арилирования 2-галоген-2-трифторметилстиролов с аренами под действием суперкислот. Существенно понизить степень протекания арильного обмена позволяет понижение температуры реакции и использование избытка арена.
CF.SO.H
+
Литература
1. BegueJ. P., Bonnet-Delpon D. Bioorganic and medicinal chemistry of fluorine. Hoboken: Wiley, 2008. 365 p.
2. Fluorine and health: Molecular imaging, biomedical materials and pharmaceuticals / eds A. Tressaud, G.Haufe. Amsterdam: Elsevier, 2008. 821 p.
3. Fluorinated heterocyclic compounds: Synthesis, chemistry and applications / ed. by V. A. Petrov. Hoboken: Wiley, 2009. 516 p.
4. PurserS., Moore P. R., Swallow S., Gouverneur V. Fluorine in medicinal chemistry // Chem. Soc. Rev. 2008. Vol. 37. P. 320-330.
5. Fluorine in heterocyclic chemistry / ed. by V. G. Nenajdenko. Berlin: Springer, 2014. 681 p.
6. OlahG.A, Prakash G. K. S, MolnarA., SommerJ. Superacid chemistry: 2nd ed. Hoboken: Wiley-Interscience, 2008. 850 p.
7. Olah G. A., Klumpp D. A. Superelectrophiles and their chemistry. Hoboken: Wiley-Interscience, 2007. 312 p.
8. SandzhievaM., Ryabukhin D. S., Muzalevskiy V. M., Grinenko E. V., Nenajdenko V. G., Vasilyev A. V. Hydroarylation of 1-aryl-2-halogeno-3,3,3-trifluoropropenes in CF3SO3H: Regioselective approach to triflu-oromethylated diarylethanes and ethenes // Tetrahedron Lett. 2016. Vol. 57, N 10. P. 1129-1132.
9. Sandzhieva M. A., Kazakova A. N., Boyarskaya I. A., Nenajdenko V. G., Vasilyev A. V. Frie-del — Crafts alkylation of arenes with 2-halogeno-2-CF3-styrenes under superacidic conditions. Access to trifluoromethylated ethanes and ethenes // J. Org. Chem. 2016. Vol. 81, N 12. P. 5032-5045.
10. Koltunov K. Y., Walspurger S., Sommer J. Superacidic activation of a, ^-unsaturated amides and their electrophilic reactions // Eur. J. Org. Chem. 2004. Vol. 19. P. 4039-4047.
11. Zakusilo D. N., Ryabukhin D. S., Boyarskaya I. A., Yuzikhin O. S., Vasilyev A. V. Tandem superelec-trophilic hydroarylation of CC bond and carbonyl reduction in cinnamides: synthetic route to 3,3-diarylpro-pylamines, valuable pharmaceuticals // Tetrahedron. 2015. Vol. 71, N 1. P. 102-108.
References
1. Begue J. P., Bonnet-Delpon D. Bioorganic and medicinal chemistry of fluorine. Hoboken, Wiley, 2008. 365 p.
2. Fluorine and health: Molecular imaging, biomedical materials and pharmaceuticals. Eds A. Tressaud, G.Haufe. Amsterdam, Elsevier, 2008. 821 p.
3. Fluorinated heterocyclic compounds: ¡Synthesis, chemistry and applications. Ed. by V. A. Petrov. Hoboken, Wiley, 2009. 516 p.
4. Purser S., Moore P. R., SwallowS., Gouverneur V. Fluorine in medicinal chemistry. Chem. Soc. Rev., 2008, vol. 37, pp. 320-330.
5. Fluorine in heterocyclic chemistry. Ed. by V. G. Nenajdenko. Berlin, Springer, 2014. 681 p.
6. Olah G.A., Prakash G.K.S., Molnar A., Sommer J. Superacid chemistry. 2nd ed. Hoboken, Wiley-Interscience, 2008. 850 p.
7. Olah G. A., Klumpp D. A. Superelectrophiles and their chemistry. Hoboken, Wiley-Interscience, 2007. 312 p.
8. Sandzhieva M., Ryabukhin D. S., Muzalevskiy V. M., Grinenko E. V., Nenajdenko V. G., Vasilyev A. V. Hydroarylation of 1-aryl-2-halogeno-3,3,3-trifluoropropenes in CF3SO3H: Regioselective approach to trifluoromethylated diarylethanes and ethenes. Tetrahedron Lett., 2016, vol. 57, no 10, pp. 1129-1132.
9. Sandzhieva M. A., Kazakova A. N., Boyarskaya I. A., Nenajdenko V. G., Vasilyev A. V. Frie-del — Crafts alkylation of arenes with 2-halogeno-2-CF3-styrenes under superacidic conditions. Access to trifluoromethylated ethanes and ethenes. J. Org. Chem., 2016, vol. 81, no 12, pp. 5032-5045.
10. Koltunov K.Y., Walspurger S., Sommer J. Superacidic activation of a, ^-unsaturated amides and their electrophilic reactions. Eur. J. Org. Chem., 2004, vol. 19, pp. 4039-4047.
11. Zakusilo D. N., Ryabukhin D. S., Boyarskaya I. A., Yuzikhin O. S., Vasilyev A. V. Tandem superelec-trophilic hydroarylation of CC bond and carbonyl reduction in cinnamides: synthetic route to 3,3-diaryl-propylamines, valuable pharmaceuticals. Tetrahedron, 2015, vol. 71, no 1, pp. 102-108.
Статья поступила в редакцию 30 октября 2017 г.
Контактная информация
Санджиева Мария Алексеевна — e-mail: [email protected] Музалевский Василий Михайлович — e-mail: [email protected] Ненайденко Валентин Георгиевич — e-mail: [email protected]
Васильев Александр Викторович — доктор химических наук, профессор; e-mail: [email protected]
Sandzhieva Maria Alekseevna — e-mail: [email protected] Muzalevskiy Vasiliy Michailovich — e-mail: [email protected] Nenajdenko Valentine Georgievich — e-mail: [email protected]
Vasilyev Aleksander Viktorovich — Doctor of Chemistry, Professor; e-mail: [email protected]
