CC BY
7
УДК 547.99
Горлов Е.С., Виль В.А., Терентьев А.О.
ОКИСЛИТЕЛЬНАЯ ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДНЫХ КАРБОНИЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПЕРОКСИДАМИ
Горлов Евгений Сергеевич, студент 1 курса магистратуры факультета Химико-фармацевтических технологий и биомедицинских препаратов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва. E-mail: grlv.evgeny@gmail.com Виль Вера Андреевна, к. х. н., ИОХ им Н. Д. Зелинского РАН, Россия, Москва.
Терентьев Александр Олегович, д. х. н., член-корр. РАН, проф. РАН, проф. РХТУ, доцент, заведующий лаб. № 13 Исследования гемолитических реакций ИОХ им Н. Д. Зелинского РАН, Россия, Москва.
Исследован процесс окислительной функционализации производных карбонильных соединений органическими пероксидами. Важной особенностью обнаруженного процесса является участие пероксида одновременно в качестве окислителя и реагента для С-О сочетания. Было изучено влияние растворителя и времени протекания реакции на выход продукта.
Ключевые слова: окислительное С-О сочетание, пероксиды, карбонильные соединения.
OXIDATIVE FUNCTIONALIZATION OF DERIVATIVIES OF CARBONYL COMPOUNDS BY PEROXIDES
Gorlov Evgenii Sergeevich, Vil' Vera Andreevna, Terent'ev Alexander Olegovich
N.D. Zelinsky Institute of Organic Chemistry of Russian Academy of Sciences Moscow, Russia
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
An oxidative functionalization of derivatives of ketones by organic peroxides was developed. An important feature of new reaction concerns the role of the peroxide acting both as oxidant and reagent for C-O coupling. The influence of the solvent and reaction time on the product yield have been studied.
Key words: oxidative C-O cross-coupling, peroxides, carbonyl compounds.
Органические пероксиды находят широкое применение в современной химической промышленности. Они используются как инициаторы радикальных процессов полимеризации стирола, бутадиена, хлорвинила, акрилатов, этилена, тетрафторэтилена, а также для сшивки силиконовых каучуков, акрилонитрил-бутадиеновых каучуков, полиэтилена, сополимера этилена с пропиленом, фторкаучуков и других важных промышленных соединений. Кроме того, пероксиды - реагенты и полупродукты тонкого органического синтеза.
Построение химических связей с помощью реакций окислительного кросс-сочетания является перспективным направлением современной органической химии. Образование новой связи происходит с высокой атомной эффективностью и не требует ввода дополнительных функциональных групп [1-4]. Наиболее полно изучено окислительное С-С-сочетание [5]. Из других типов реакций сочетания (С-К С-Р и С-О) окислительное С-О сочетание является наиболее сложным [6, 7]. Причина заключается в том, что зачастую происходит окисление С-партнера до карбонильных
продуктов, вместо желаемого процесса селективного образования продукта сочетания [8-10].
Недавно был открыт эффективный метод окислительного С-О сочетания, в котором пероксид действует как в качестве О-компонента, так и в качестве окислителя двойной связи, которая образуется в 1,3-дикарбонильном соединении в результате енолизации. Реакция катализируется солями лантанидов [11]. Обычно при окислении двойной связи пероксидами происходит перенос активного атома кислорода на окисляемый субстрат [12, 13]. Особенностью открытой реакции является необычное химическое поведение пероксида: в этом процессе вместо переноса активного атома кислорода с пероксида образуется продукт С-О сочетания (Схема 1).
Также был разработан метод селективного окислительного С-О сочетания пиразолонов, изоксазолонов, пиразолидиндионов и барбитуровых кислот с пероксидами. Реакция проходит в мягких условиях в среде фторированного спирта, который повышает окислительную способность пероксида за счет образования с ним водородных связей [14] (Схема 1).
Ы-Ы
//
В5
Ы-Ы
//
В5
Р2Хн
о о
оо
р1Р>Ср3
о
Р2^н
о^он
о о о о
Р3 Р1^-"^3
н н
оо
но^о о^он
о-о о о
Р^о
о
о^он
ы-о
//
ы-о
//
р4 н
Р^о
о
РИ ри о^он
РИ РИ
/ \ Б^^-н о-
-о
о
о^он
р2 н
о
л
о
Р2
о
о^ч
Р 1 " А1к АГ _ оБ1 Р2 " н
_ А1к Р3 = А1к оБ1
о^он
Р4 ;
Р5
н
А1к
н
РИ
Схема 1. Окислительное С-О сочетание дикарбонильных и гетероциклических соединений с пероксидами.
Окисление монокарбонильных соединений является труднодостижимой целью. Это связано с тем, что енольная форма монокарбонильных соединений, содержащая окисляемую двойную связь, малоустойчива и практически отсутствует в реакционной среде. Селективное окисление а-углеродного атома монокарбонильных соединений -это интересная и нетривиальная задача, а продукты такого окисления а-гидроксикетоны (ацилоины) и их производные - важные соединения в органическом синтезе, различные биологически активные молекулы имеют в своей структуре фрагменты а-гидроксикетонов [15-18].
На примере взаимодействия ацетофенона с циклопропил малонил пероксидом было обнаружено, что монокарбонильные соединения не подвергаются окислению малонил пероксидами в присутствии различных катализаторов. В качестве катализаторов использовали кислоты Брёнстеда, различные кислоты Льюиса, такие как треххлористое железо, соли олова, эфират трехфтористого бора, соли лантанидов. Также варьировали растворители, использовались в том числе и фторированные
спирты, которые повышают окислительную способность пероксида.
Для осуществления окисления
монокарбонильных соединений пероксидами с образованием продукта С-О сочетания требуется их предварительная функционализация. Кроме того, при окислении самих кетонов могут происходить побочные процессы по типу реакции Байера-Виллигера. При переводе кетонов в производные, которые содержат двойную связь, схожую с двойной связью енольной формы кетосоединения, реакция окисления с образованием продукта С-О сочетания может быть возможной. При последующей дефункционализации окисленного субстрата селективно образуется продукт окислительной функционализации карбонильного соединения (Схема 2).
O
X
R
R
1
2 R2 1 2
XO ROOR
R
O
Ri->- у 2
з
R1 " Alk
Ar
R2 = H Alk
Схема 2. Окислительная функционализация монокарбонильных соединений органическими пероксидами.
В результате работы выбрана стратегия проведения окислительной функционализации монокарбонильных соединений с органическими пероксидами путем перевода монокарбонильных соединений в более реакционноспособные производные.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ 18-33-00651.
Список литературы
1. Li, C.-J. Cross-Dehydrogenative Coupling (CDC): Exploring C-C Bond Formations beyond Functional Group Transformations // Acc. Chem. Res. -2009. - Vol. 42. - P. 335-344.
2. Yeung, C. S.; Dong, V. M. Catalytic Dehydrogenative Cross-Coupling: Forming Carbon-Carbon Bonds by Oxidizing Two Carbon-Hydrogen Bonds // Chem. Rev. - 2011. - Vol. 111. - P. 1215-1292.
3. Girard, S. A.; Knauber, T.; Li, C.-J. The cross-dehydrogenative coupling of C(sp3)-H bonds: a versatile strategy for C-C bond formations. // Angew. Chem. Int. Ed. - 2013. - Vol. 52. - P. 2-27.
4. Krylov, I. B.; Vil', V. A.; Terent'ev, A. O. Cross-dehydrogenative coupling for the intermolecular C-O bond formation // Beilstein J. Org. Chem. - 2015. - Vol. 11. - P. 92-146.
5. Li, C.-J., Ed. From C-H to C-C Bonds: Cross-Dehydrogenative-Coupling // The Royal Society of Chemistry: Chembridge, U.K., - 2014. - P. 1-32.
6. Zhang, C.; Tanga, C.; Jiao, N. Recent advances in copper-catalyzed dehydrogenative functionalization via a single electron transfer (SET) process // Chem. Soc. Rev. - 2012. - Vol. 41. - P. 3464-3484.
7. Samanta, R.; Matcha, K.; Antonchick, A. Metal-Free Oxidative Carbon-Heteroatom Bond Formation Through C-H Bond Functionalization // P. Eur. J. Org. Chem. - 2013. - Vol. 26. - P. 5769-5804.
8. Melone, L.; Punta, C. Metal-free aerobic oxidations mediated by N-hydroxyphthalimide. A concise review // Beilstein J. Org. Chem. - 2013. - Vol. 9. - P. 1296-1310.
9. Han, B.; Liu, Q.; Liu, Z.; Mu, R.; Zhang, W.; Liu, Z.-L.; Yu, W. // Synlett - 2005. - Vol. 15. - P. 23332334.
10. Yang, G.; Zhang, Q.; Miao, H.; Tong, X.; Xu, Selective Organocatalytic Oxygenation of Hydrocarbons by Dioxygen Using Anthraquinones and N-Hydroxyphthalimide // J. Org. Lett. - 2005. - Vol. 7. -P. 263-266.
11. Terent'ev, A. O.; Vil', V. A.; Nikishin, G.I.; Adam, W. Lanthanide-Catalyzed Oxidative C-O Coupling of 1,3-Dicarbonyl Compounds with Diacyl Peroxides // Synlett - 2015. - Vol. 26. - P. 802-806.
12. Prileschajew, N. Über die Einwirkung von alkalischem Wasserstoffsuperoxyd auf ungesättigte Verbindungen // Ber. Dtsch. Chem. Ges. - 1909. - Vol. 42. - P. 4811-4828.
13. Durie, A. J.; Slawin, A. M. Z.; Lebl, T.; Kirsch, P.; O'Hagan, D. // Chem. Commun. - 2012. - Vol. 48. -P. 9643-9645.
14. A.O. Terent'ev, V.A. Vil', E.S. Gorlov, O.N. Rusina, A.A. Korlyukov, G.I. Nikishin, Waldemar Adam // Chemistry Select., - 2017. - Vol. 2. - P. 33343341.
15. Liu, R.; Lin, Z.; Zhu, T.; Fang, Y.; Gu, Q.; Zhu, W. // J. Nat. Prod. - 2008. - Vol. 71. - P. 1127-1132.
16. Wang, S.-K.; Huang, M.-J.; Duh, C.-Y. Cytotoxic Constituents from the Formosan Soft Coral Clavularia inflata var. luzoniana // J. Nat. Prod. - 2006. - Vol. 69. - P. 1411-1416.
17. Chen, F.-C.; Peng, C.-F.; Tasi, I.-L.; Chen, I.-S. Antitubercular Constituents from the Stem Wood of Cinnamomum kotoense // J. Nat. Prod. - 2005. - Vol. 68. - P. 1318-1323.
18. Liu, Y.-B.; Su, E.-N.; Li, J.-L.; Yu, S.-S.; Qu, J.; Liu, J.; Li, Y. // J. Nat. Prod. - 2009. - Vol. 72. - P. 229-233.
2
2
