CC BY
43
УДК 547.322
А. У. Тахаутдинова (студ.), А. У. Ишбаева (асп.), А. Ш. Сунагатуллина (студ.), Р. Н. Шахмаев (к.х.н., доц.), В. В. Зорин (чл.-корр. АН РБ, д.х.н., проф., зав. каф.)
Реакции нуклеофильного замещения с участием (E)- и ^)-1,3-дихлорпропена
Уфимский государственный нефтяной технический университет кафедра биохимии и технологии микробиологических производств 450062, Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347) 2431935, e-mail: biochem@rusoil.net
A. U. Takhautdinova, А. U. Ishbaeva, A. Sh. Sunagatullina, R. N. Shahmaev, V. V. Zorin
Reactions of nucleophilic substitution of (E)- and (Z)-1,3-dichloropropene
Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str., 450062 Ufa, Russia; ph. (347) 2431935, e-mail: biochem@rusoil.net
На основе промышленно доступного 1,3-ди-хлорпропена исследована возможность получения некоторых замещенных стереохимически чистых транс- и цис-винилхлоридов — перспективных синтонов для различных реакций кросс-сочетания (реакции Негиши, Соногашира, Су-зуки, Стилле, Хека). Установлено, что при взаимодействии (Е)- и (2)-1,3-дихлорпропенов с нуклеофильными реагентами различной природы (циклогексиламином, водой, морфолином и тиоцианатом калия) в мягких условиях в присутствии К2СО3 образуются соответствующие транс- и цис-^(3-хлорпроп-2-ен-1-ил)цикло-гексиламины, 3-хлорпроп-2-ен-1-олы, 4-(3-хлорпроп-2-ен-1-ил)морфолины, 3-хлорпроп-2-ен-1-илтиоцианаты с хорошими выходами (77-93 %).
Ключевые слова: винилхлориды; 1,3-дихлор-пропен; нуклеофильное замещение.
Одним из наиболее мощных методов создания углерод-углеродной связи являются различные реакции кросс-сочетания на основе винилгалогенидов, протекающие с сохранением конфигурации двойной связи (реакции Негиши, Соногашира, Сузуки, Стилле, Хека) 1-5. В связи с этим разработка эффективных и удобных методов синтеза исходных функци-онализированных стереохимически чистых транс- и цис-винилгалогенидов на основе доступного сырья представляется важной задачей.
Нами исследована возможность получения некоторых замещенных винилхлоридов на основе промышленно доступного 1,3-дихлор-пропена — побочного продукта хлорирования пропилена. В связи с высокой токсичностью этого отхода разработка методов его утилизации также является актуальной задачей.
Дата поступления 20.04.10
The possibility of synthesis some substituted stereochemical^ pure trans- and cis-vinyl-chlorides, perspective syntons for various cross-coupling reactions (reactions of Negishi, Sono-gashira, Suzuki, Stille, Heck) was investigated using commercially available 1,3-dichloropro-pene. The interaction of (E)- and (Z)-1,3-di-chloropropene with nucleophilic reagents of various nature (cyclohexylamine, water, morfo-line and potassium thiocyanate) in mild conditions in presence K2CO3 afforded the corresponding trans- and cis-N-(3-chloroprop-2-ene-1-yl) cyclohexylamine, 3-chloroprop-2-ene-1-ol, 4-(3-chloroprop-2-ene-1-yl)morfoline, 3-chloro-prop-2-ene-1-yl thiocyanate in good yields (77-93 %).
Key words: vinylchlorides; 1,3-dichloropropene; nucleophilic substitution.
Цис- и транс-изомеры 1,3-дихлорпропена имеют высокую разницу в температурах кипения и легко разделяются ректификацией. Высокочистые стереоизомеры 1,3-дихлорпропе-на, имеющие в своей молекуле два активных атома хлора в винильном и аллильном положении с совершенно разной реакционной способностью, обладают высоким синтетическим потенциалом. Нами установлено, что при взаимодействии (E)- и ^)-1,3-дихлорпропенов 1 и 2 с нуклеофильными реагентами различной природы (циклогексиламином, водой, морфо-лином и тиоцианатом калия) в мягких условиях в присутствии K2CO3 образуются соответствующие транс- и ^ис-^(3-хлорпроп-2-ен-1-ил)циклогексиламины (3, 4), 3-хлорпроп-2-ен-1-олы (5, 6), 4-(3-хлорпроп-2-ен-1-ил)мор-фолины (7, 8), 3-хлорпроп-2-ен-1-илтиоциана-ты (9, 10) с хорошими выходами (77-93 %).
(Е)-5 или (Т)-6
Н20
К2СО3
(Е)-3 или (Т)-4
К2СО3 ТГФ
С1
(Е)-1 или (Т)-2 Н
К2С03 ■ К1 ^
СН3СК ч
(Е)-7 или (Т)-8
С1
КБСК
Ацетон
С1^ ^ ^БСК
(Е)-9 или (Т)-10
0
В этих условиях нуклеофильное замещение не сопровождается побочными реакциями элиминирования и изомеризации, и образуются стереохимически чистые продукты 3—10.
Стереохимическая индивидуальность полученных соединений была подтверждена ГЖХ-анализом на капиллярной колонке. Конфигурация двойной связи однозначно доказана данными ЯМР-спектроскопии. В спектре ЯМР константа спин-спинового взаимодействия (КССВ) терминального винильного протона в (£)-винилхлоридах составляет от 13 до 13.4 Гц, в то время как в цис-изомерах этот показатель не превышает 7.3 Гц (7.0—7.3 Гц). Кроме того, химический сдвиг аллильных С-атомов транс-соединений 3, 5, 7, 9 на 3—4 м.д. превышает химический сдвиг аналогичных атомов соответствующих цис-изомеров 4, 6, 8, 10. Такое характерное 6 смещение сигналов аллильных С-атомов транс-алкенов в более слабое поле также подтверждает пространственную конфигурацию этих непредельных соединений.
Экспериментальная часть
Спектры ЯМР 1Н и С записаны в CDClз на приборе Вгикег АМ-300 (рабочая частота
300 и 75.47 МГц соответственно), внутренний стандарт — ТМС. Хроматографический анализ проводили на аппаратно-программном комплексе Хроматэк—Кристалл 5000 с масс-селек-тивным детектором Finnigan DSQ (электронная ионизация при 70 эВ). Использовали капиллярную колонку Иев1ек Шх-5ш8 (5% дифе-нилполисилоксан, 95% диметилполисилоксан, длина 15 м), температура испарителя 250 0С, температура ионизационной камеры 250 0С. Анализ проводили в режиме программирования температуры от 50 до 250 0С со скоростью 10 0С/мин, газ-носитель — гелий (1.1 мл/мин).
N-[(2E)-3-хлорпроп-2-ен-1-ил]циклогек-силамин (3). К раствору 1.11 г (£)-1,3-дих-лорпропена (1) и 2 г К2С03 в 15 мл абсолютного ТГФ прибавляли 0.99 г циклогексиламина. Реакционную смесь перемешивали при комнатной температуре 1 ч и затем еще 2 ч при температуре кипения растворителя. После охлаждения приливали 5 мл воды, органический слой отделяли, а водный экстрагировали эфиром (3x10 мл). Объединенные органические слои промывали насыщенным раствором №С1 и сушили №^04. После удаления растворителя сырой продукт очищали колоночной хроматографией. Выход 1.48 г (85%). Спектр ЯМР *Н, 8, м. д.: 0.91-1.80 м (11Н, СН2, NH),
2.32-2.41 м (1Н, NCH), 3.20 д (2Н, СН^СН^ J 6.6 Гц), 5.89-5.99 м (1Н, СН2СН=), 6.06 5 (1Н, С1СН=, J 13.2 Гц). Спектр ЯМР 13С, 5, м.д.: 24.68 (2СН2), 25.85 (СН2), 33.28 (2СН2), 46.35 (СН2СН=), 55.92 №Н), 118.72 (С1СН=), 132.54 (СН2СН=).
N-[(2Z)-3-хлорпроп-2-ен-1-ил]циклогек-силамин (4). Получали из ^)-1,3-дихлорпро-пена (2) аналогично 3. Выход 1.46 г (84%). Спектр ЯМР *Н, 5, м. д.: 0.92-1.84 м (11Н, СН2, NH), 2.33-2.41 м (1Н, NCH), 3.39 д (2Н, СН2СН=, J 6.6 Гц), 5.77-5.84 м (1Н, СН2СН=), 6.02 5 (1Н, С1СН=, J 7.1 Гц). Спектр ЯМР 13С, 5, м.д.: 24.72 (2СН2), 25.86 (СН2), 33.20 (2СН2), 42.82 (СН2СН=), 55.94 (NCH), 118.91 (С1СН=), 130.60 (СН2СН=).
(2E)-3-хлорпроп-2-ен-1-ол (5). Смесь
1.11 г (£)-1,3-дихлорпропена (1), 2 г К2СО3 и 10 мл воды перемешивали 4 ч при 100 оС. После охлаждения добавляли 5 г №С1 и реакционную смесь экстрагировали эфиром (4x10 мл). Объединенные органические слои сушили №2БО4 и растворитель удалили при атмосферном давлении. Сырой продукт очищали колоночной хроматографией. Выход 0.73 г (79%). Спектр ЯМР *Н, 5, м. д.: 3.24 уш. с (1Н, ОН),
4.12 д (2Н, СН^СН^ J 5.5 Гц), 6.02-6.10 м (1Н, СН2СН=), 6.24 д (1Н, С1СН=, J 13.2 Гц). Спектр ЯМР 13С, 5, м.д.: 61.12 (СН2СН=), 120.38 (С1СН=), 132.15 (СН2СН=).
(2^)-3-хлорпроп-2-ен-1-ол (6). Получали из ^)-1,3-дихлорпропена (2) аналогично 5. Выход 0.71 г (77%). Спектр ЯМР *Н, 5, м. д.: 3.55 уш. с (1Н, ОН), 4.28 д (2Н, СН2СН=, J 6.1 Гц), 5.88-5.95 м (1Н, СН2СН=), 6.08 д (1Н, С1СН=, J 7.3 Гц). Спектр ЯМР 13С, 5, м.д.: 57.83 (СН2СН=), 119.24 (С1СН=), 130.62 (СН2СН=).
4-[(2E)-3-хлорпроп-2-ен-1-ил]морфолин (7). К раствору 1.11 г (£)-1,3-дихлорпропена (1), 2 г К2СО3 и 0.033 г К1 в 6 мл ацетонитрила прибавляли 1.05 г морфолина. Реакционную смесь перемешивали и нагревали с обратным холодильником 4 ч. После охлаждения приливали 2 мл воды, органический слой отделяли, а водный экстрагировали эфиром (3x5 мл). Объединенные органические слои промывали насыщенным раствором №С1 и сушили №2БО4. После удаления растворителя сырой продукт очищали колоночной хроматографией. Выход 1.49 г (92%). Спектр ЯМР *Н, 5, м. д.: 2.35 т (4Н, СН^, J 4.5 Гц), 2.89 д (2Н, СН2СН=, J 6.0 Гц), 3.61 т (4Н, СН2О, J 4.7 Гц), 5.82-5.91 м (1Н, СН2СН=), 6.07 д (1Н, С1СН=, J 13.4 Гц). Спектр ЯМР 13С, 5, м.д.:
53.14 (2CH2N), 58.42 (CH2CH=), 66.63 (2CH2O), 120.51 (ClCH=), 129.70 (CH2CH=).
4-[(2Z)-3-хлорпроп-2-ен-1-ил]морфолин (8). Получали из ^)-1,3-дихлорпропена (2) аналогично 7. Выход 1.45 г (90%). Спектр ЯМР *H, 5, м. д.: 2.38 т (4H, CH2N, J 4.5 Гц), 3.10 д (2H, CH^CH^ J 6.7 Гц), 3.60 т (4H, CH2O, J 4.6 Гц), 5.74-5.81 м (1H, CH2CH=), 6.10 д (1H, ClCH=, J 7.0 Гц). Спектр ЯМР 13С, 5, м.д.: 53.22 (2CH2N), 54.67 (CH2CH=), 66.66 (2CH2O), 120.71 (ClCH=), 127.62 (CH2CH=).
(2E)-3-хлорпроп-2-ен-1-илтиоцианат (9). Смесь 1.11 г (£)-1,3-дихлорпропена (1) и 1.16 г KSCN в 8 мл ацетона перемешивали и нагревали с обратным холодильником 4 ч. После охлаждения ацетон удаляли под вакуумом, добавляли 3 мл воды и реакционную смесь экстрагировали эфиром (3x10 мл). Объединенные органические слои сушили Na2SO4. После концентрирования сырой продукт очищали колоночной хроматографией. Выход 1.12 г (84%). Спектр ЯМР *H, 5, м. д.: 3.55 д (2H, CH2CH=, J 8.2 Гц), 5.96-6.05 м (1H, CH2CH=), 6.34 д (1H, ClCH=, J 13.3 Гц). Спектр ЯМР 13С, 5, м.д.: 33.71 (CH2CH=), 111.18 (SCN), 124.30 (ClCH=), 125.95 (CH2CH=).
(2Z)-3-хлорпроп-2-ен-1-илтиоцианат (10). Получали из ^)-1,3-дихлорпропена (2) аналогично 9. Выход 1.15 г (86%). Спектр ЯМР *H, 5, м. д.: 3.76 д (2H, CH2CH=, J 8.2 Гц), 5.96-6.03 м (1H, CH2CH=), 6.38 д (1H, ClCH=, J 7.0 Гц). Спектр ЯМР 13С, 5, м.д.: 29.45 (CH2CH=), 111.12 (SCN), 123.98 (ClCH=), 124.49 (CH2CH=).
Литература
1. Handbook of organopalladium chemistry for organic synthesis. Ed. E. Negishi.- N.-Y.: Wiley Interscience, 2002.- 3424 p.
2. de Meijere A., Diederich F. Metal-Catalyzed Cross-Coupling Reactions.- N.-Y.: Wiley-VCH, 2004.- 916 p.
3. Tsuji J. Palladium Reagents and Catalysts: Innovations in Organic Synthesis.- Chichester: Wiley, 1995.- 549 p.
4. Ишбаева А. У., Шахмаев Р. Н., Спирихин Л. В., Зорин В. В. // Баш. хим. ж.- 2009.- Т. 16, №1.- С. 30.
5. Ишбаева А. У., Тахаутдинова А.У., Шахмаев Р. Н., Спирихин Л. В., Зорин В. В. // Баш. хим. ж.-2009.- Т. 16, №4.- С. 51.
6. Одиноков В. Н., Бакеева Р. С., Галеева Р. И., Ахунова В. Р., Мухтаров Я. Г., Толстиков Г. А., Халилов Л. М., Панасенко А. А. // ЖОрХ.-1979.- Т. 15, №5.- С. 2017.
