Диссертация (Образование и превращения циклических азометиниминов), страница 12

Термолиз несимметричных 6-арил-1,5-диазабицикло[3.1.0]гексановДля несимметрично монозамещенных в триметиленовом мостике 1,5-диазабицикло[3.1.0]гексанов возможно два пути (А и Б) термического раскрытия трехчленного цикла по связям уг-68лерод–азот – а или б – с образованием соответствующих региоизомерных азометиниминов. Такдля 2-монозамещенных соединений 11a-c,f продуктами реакции должны быть 2-пиразолины44a-d и 45a-d (схема 22).Схема 22XАXбN[1,4-H]HN NN NHRR44a-dаXNRXXБ[1,4-H]11a-c,fN NHHN NRR45a-d11f, X = H, R = Ph; 44, 45, X = Br, R = Me (a), X = MeO, R = Me (b), X = Br, R = Ph (c), X = H, R = Ph (d)В результате термолиза несимметричных 2-монозамещенных 6-арил-1,5-диазабицикло[3.1.0]гексанов 11a-c,f в условиях аналогичных использованным для симметричных соединений– в кипящем п- или о-ксилоле (Ткип.

138 или 144°C соответственно) – и также происходившегоза 25-30 мин были получены смеси изомерных пиразолинов 44a-d и 45a-d в соотношении~45:55 для 11a,b, ~52:48 для 11c и ~55:45 для 11f (данные ЯМР 1Н реакционных смесей вCDCl3). Соотношение продуктов определялось по сигналам бензильных протонов, которые визомерах 44a-d наблюдались как синглеты при δ 4.08 м.д. (44a, b), 4.29 м.д. (44c) и 4.39 м.д.(44d) (в 1-бензил-3-метил-4,5-дигидро-1H-пиразоле аналогичный сигнал имел сдвиг δ 4.10 м.д.[217]), а в изомерах 45a-d – как дублеты при δ 4.01/4.21 м.д.

(45a, b) (J 13.9 и 14.5 Гц соответственно), 3.79/4.23 м.д. (45c) (J 14.0 Гц) и 3.87/4.37 м.д. (45d) (J 13.7 Гц). Никаких иных продуктов в спектрах ЯМР 1H реакционных смесей в заметных количествах не наблюдалось.Низкая региоселективность раскрытия диазиридинового цикла может быть объяснена индуктивным влиянием метильной или фенильной групп во втором положении диазабициклогексанов 11a-c,f. Донорная метильная группа при поляризации С–N связи а в диазиридинах 11a,bнесколько дестабилизировала переходное состояние, уменьшая долю соединений 45a-d.

Тогдакак акцепторная фенильная группа соединений 11c,f, наоборот, стабилизировала переходноесостояние при возникновении частично отрицательного заряда на атоме азота, приводя к преобладанию пиразолинов 44c,d.69Особый интерес для нас представляли тризамещенные в триметиленовом мостике диазабициклогексаны 11d,e, для которых раскрытие диазиридинового цикла также могло происходить по разным С–N связям а или б, приводя к первоначальному образованию региоизомерныхазометиниминов 47 и 48. При этом у азометиниминов 48, генерируемых по пути Б, отсутствуютпротоны на атоме углерода соседнем с атомом азота, из-за чего стабилизация образующегосяазометинимина за счет формального [1,4-Н]-сдвига оказывалась невозможной (схема 23). Согласно данным анализа спектров ЯМР 1Н реакционных смесей, получаемых при термолизе диазиридинов 11d,e, в них в каждом случае наблюдаются сигналы протонов одного основного продукта – пиразолинов 49a,b (>85-90% всего состава смеси), отвечающих раскрытию диазиридинового фрагмента исключительно по пути А (в спектрах ЯМР 1Н реакционных смесей наблюдаются только синглетные сигналы эквивалентных бензильных протонов в областях  3.90-3.95м.д.

(2H)). Причем продуктов реакции, отвечающих раскрытию диазиридинового цикла по пути Б, обнаружено не было, но в спектрах ЯМР 1Н реакционных смесей присутствовали небольшие количества (до 10%) пара-замещенных бензальдегидов, которые могли быть возможнымипродуктами гидролиза азометиниминов, получающихся при разрыве связи б в исходном диазиридине.Схема 23XАXбN[1,4-H]HMeMeаMeN N47MeMeN NMe49a,bБ11d,eX = Br (a), MeO (b)HMeXNMeMeXMeMeN NH?Me483.2.3. Кинетика термолиза 1,5-диазабицикло[3.1.0]гексановКинетические исследования термолиза незамещенного 1,5-диазабицикло[3.1.0]гексана 1aв п-ксилолепроводились методом газожидкостной хроматографии при температурах 140–170°C (запаянные ампулы) в атмосфере аргона.

Полученные данные обрабатывались по методунаименьших квадратов для определения типа кинетической зависимости и порядка реакции.70Как показал анализ полученной зависимости ln(C/C0) от времени t (где С0 - исходная концентрация 1,5-диазабицикло[3.1.0]гексана, С - концентрация в момент времени t), эта зависимостьпрактически линейна (коэффициент корреляции r ~ 0.995-0.996), что позволяет характеризоватьпроцесс термического разложения 1,5-диазабицикло[3.1.0]гексана 1a как реакцию первого порядка, подчиняющуюся кинетическому уравнению:-ktС=С0e .Из найденных графиков зависимости lgk от 1/T и lg(k/T) от 1/T в соответствии с уравнениями Аррениуса и Эйринга были определены активационные параметры Ea и H , S и Gсоответственно, которые приведены в таблице 1.Таблица 1.

Активационные параметры термолиза 1,5-диазабицикло[3.1.0]гексана 1at1/2 (мин)k10-5, с-1G (ккал/моль)t (°C)16.67034.001706.318333.971602.447633.931501.1105233.89140Ea = 33.1 ккал/моль, H = 32.3 ккал/моль, S = -4.0 э.е.Примечание: расчет параметров уравнения Эйринга проведен по уравнению:lg(k/T) = (-7046.94±335.46)1/T + (9.451±0.784), коэффициент корреляции r = 0.998, что дает ошибку определения энтальпии активации ~ ±5%.Подстановка найденных параметров в уравнение Эйринга позволяет определить константу скорости k (и соответственно время полупревращения t1/2) для любой температуры. Напри-8-1мер, расчет для температуры 80°C дает величину k = 1.110 сек , откуда время полупревращения для реакции 1-го порядка (t1/2 = 0.693/k) составляет ~17515 часов, а конверсия за 5 часов –0.02%.

По данным ГЖХ анализа конверсия 1,5-диазабицикло[3.1.0]гексана в этих условиях необнаруживается, что согласуется с расчетными данными, поскольку погрешность хроматографических измерений превышает рассчитанную величину. Аналогичный расчет для других температур подтверждает предположение, что 1,5-диазабицикло[3.1.0]гексан практически стабиленпри температурах 100°C (конверсия за 10 ч не превышает 0.5%). Следует также отметить, чтоприведенные выше выводы сделаны без учета влияния растворителя (ГЖХ-стандарта) на переходное состояние реакции.Исследование кинетики термического разложения 1,5-диазабицикло[3.1.0]гексана 1a не винертной, а в воздушной атмосфере показало отсутствие принципиальных изменений (в пределах погрешности метода).Изучение кинетики термического раскрытия С–N связи диазиридинового кольца в 6-арил1,5-диазабицикло[3.1.0]гексанах 3a-d,l проводилось в п-ксилоле при температуре 110°C методом жидкостной хроматографии.

В отличие от 6-алкилзамещенных или незамещенного 1,5-71диазабицикло[3.1.0]гексанов, при указанной температуре (110°C) термолиз 6-арил-1,5-диазабицикло[3.1.0]гексанов требовал заметно меньшего времени и полная конверсия исходных соединений наблюдалась уже за 2-2.5 ч. Степень конверсии исходных соединений определялась методом внутреннего стандарта.

Найденные константы скорости термолиза представлены в таблице 2.Таблица 2. Константы скорости термолиза 6-арил-1,5-диазабицикло[3.1.0]гексанов 3a-d,l1,5-ДАБЦГKср10-4, с-1t1/2, сек3a3b3c3d3l5.5 ± 0.25.4 ± 0.14.2 ± 0.13.7 ± 0.12.5 ± 0.112601284165018732773Степень конверсии, %(за 90 мин.)9390878170R0.9980.9970.9990.9990.998Термолиз 6-фенил-1,5-диазабицикло[3.1.0]гексана 3c проводили как в отсутствие диполярофила, так и в присутствии N-фенилмалеимида или фенилизоцианата.

Было установлено, чтотермолиз 1,5-диазабицикло[3.1.0]гексана 3c, как и незамещенного 1,5-диазабицикло[3.1.0]гексана 1a, является реакцией 1-го порядка, и его скорость не зависит от присутствия в реакционной смеси диполярофила: константа скорости kср = (4.2±0.1)10-4 с-1 (в отсутствие диполярофила) и kср = (4.2±0.6)10-4 с-1 (в присутствии диполярофила – N-фенилмалеимида) и kср =(4.1±0.2)10-4 с-1 (в присутствии диполярофила – фенилизоцианата).Предложенный в литературе механизм взаимодействия 1,2-диалкилзамещенных диазиридинов с соединениями имеющими активированные кратные связи (например, с кетенами, арилили ароилизоцианатами) включает первичную нуклеофильную атаку атома азота диазиридинапо углеродному атому диполярофила с наименьшей электронной плотностью [218]. Однако,установленный1-йпорядокпроцессатермическогопревращения6-арил-1,5-диазаби-цикло[3.1.0]гексанов и постоянство константы скорости реакции при проведении реакции термолиза в присутствии N-арилмалеимида или фенилизоцианата указывает на то, что 6арилдиазабициклогексаны 3a-r непосредственно с диполярофилом не взаимодействуют.

А реакция циклоприсоединения происходит только после образования биполярного интермедиата(азометинимина).По-видимому, отсутствие присоединения 1,5-диазабицикло[3.1.0]гексанов к диполярофилам за счет нуклеофильной атаки атома азота бициклического диазиридина по активированнойкратной связи объясняется пространственным экранированием арильным заместителем в 6арил-1,5-диазабицикло[3.1.0]гексана неподеленных электронных пар атомов азота. Поскольку,как было сказано выше (раздел 3.1.1.1), по данным РСА арильная группа в этих соединениях72имеет экзо-расположение, что значительно затрудняет нуклеофильную атаку с участием неподеленных электронных пар атомов азота.Из данных, представленных в таблице 2, следует, что электронодонорные заместители вароматическом ядре ускоряют, а электроноакцепторные – замедляют реакцию.

При этом наилучшая корреляция наблюдается для -констант Гаммета с величиной  –0.36 (рис. 4).lg kR/kH = –(0.36 0.03) + (0.025 0.009), n=5, R=0.990lgkX4-MeOC6H40.75 = -0.364-MeC6H40.70k ~ 2.5-5.510-4 s-10.65C6H50.604-ClC6H40.550.500.453-NO2C6H40.400.35-0.4-0.20.00.20.40.60.8Рис. 4. Зависимость констант скорости раскрытия диазиридинового цикла в 1,5-диазабицикло[3.1.0]гексанах 3a-d,l от -констант Гаммета.Как указывалось в работе [219], константы скорости термического раскрытия диазиридинового фрагмента в 1,5-диазабицикло[3.1.0]гексан-2-онах коррелируют с +-константами привеличине  ~ –2. Наблюдаемое в нашем случае снижение чувствительности к смене заместителяв 6-арил-1,5-диазабицикло[3.1.0]гексанах, по-видимому, объясняется отсутствием стабилизирующих факторов – например, электроноакцепторных групп рядом с отрицательно заряженныматомом азота.