Диссертация (1091990), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Представленная работа развивает одно из самых сложныхнаправлений химии пероксидов, селективную трансформацию их в органическиесоединения через распад с использованием металлов переменной валентности[185-187]. Препаративное применение распада пероксидов под действием такихсолей представлено ограниченным рядом примеров, известны например процессыβ-распадапероксидовциклическихкетоновсполучениемомега-функционализированных [188-189], непредельных [190] и дикарбоновых кислот[191], процессы образования С-центрированных радикалов из пероксидов кетонови присоединения их к алкенам [192] и солям диазония [193]. Распадгидропероксидов под действием солей металлов позволяет получать макроциклы[194-197], а также кетоны [198, 199], галогенкетоны [200-202], и дикетоны [203].Главнойпроблемойинициированногосолямиметалловразложенияпероксидов является низкая селективность реакций.
В настоящей работе удалось58найти нетривиальный пример процесса, в котором сложный трициклическиймонопероксид под действием ионов железа с высоким выходом превращается вгидроксидикетон. Это превращение является удобным подходом к получению 1,5дикетонов, общие методы синтеза которых ограничены в основном окислением1,6-диенов (Вакер-процесс) [204], окислением 1,6-алкинов [205], реакциейхлорангидрида глутаровой кислоты с магний [206, 207] и литийорганическимиреагентами [208], окислением различных соединений с циклопентановым циклом[209-214].3.1.
Синтез 2-гидрокси-1,5-дикетонов из трициклических монопероксидовТрициклические монопероксиды 1a-h подвергали воздействию солями Fe2+, врезультате селективно получались 2-гидрокси-1,5-дикетоны 2a-h (Рисунок 3.1.1).R'R''OOOOORFe2+R''OHR'OCH3CN / H2O2a-h1a-ha: R' = H, R'' = CH3; b: R' = CH3, R'' = CH3;c: R' = Bu, R'' = CH3; d: R' = CH2CH2COOEt, R'' = CH3;e: R' = CH2Ph, R'' = CH3; f: R' = 4-MePhCH2, R'' = CH3;g: R' = 4-NO2PhCH2, R'' = CH3; h: R' = H, R'' = PhРисунок 3.1.1.
Синтез 2-гидрокси-1,5-дикетонов 2a-h из трициклическихпероксидов 1a-h под действием солей железа.Трансформацию пероксидов проводили под действием ряда солей железа:FeSO4•7H2O, Fe(ClO4)2, FeCl2, Fe(acac)2, FeBr2, в водном ацетонитриле, чтообеспечивает растворимость одновременно и трициклического монопероксида инеорганическойсоли.Оптимизациюусловийсинтезагидроксидикетоновпроводили на примере получения 3-бензил-3-гидроксигептан-2,6-диона 2e из 3a-59бензил-3,6,7a-триметил-тетрагидро-3H,4H-3,6-эпокси[1,2]-диоксоло[3,4-b]пирана1e; определяли влияние типа катализатора, времени реакции, добавления сернойкислоты на выход гидроксидикетона 2e (Таблица 3.1.1).Таблица 3.1.1. Результаты оптимизации синтеза 2e из трициклическогопероксида 1eaPhOHFe2+OOOOCH3CN / H2O (3.5 / 1)OPh2e1eaПероксидO№Соль металлаВремя, чВыход 2e, %1FeSO4•7H2O1842bFeSO4•7H2O1923FeSO4•7H2O3854FeSO4•7H2O24855Fe(ClO4)21906FeCl21887Fe(acac)236558FeBr22401d(300.0 мг,1.09 ммоль)растворяливCH3CN(7 мл),полученный раствор при 20-25 °С добавляли к раствору FeSO4•7H2O, Fe(ClO4)2,FeCl2, Fe(acac)2, FeBr2 и (1.5 моль Fe2+ / 1 моль 1e) в 2 мл H2O.
bК растворуFeSO4•7H2O в H2O дополнительно добавляли H2SO4 (195.0 мг, 1.99 ммоль, впересчете на 100% H2SO4).Лучшиерезультатыполученывопытах1-6сиспользованиемполуторакратного мольного избытка FeSO4•7H2O, Fe(ClO4)2 и FeCl2. Выходдикетона 2e был наиболее высоким в опыте 2 с добавлением H2SO4. СолиFe(acac)2 и FeBr2 менее эффективны в синтезе дикетона 2e (опыты 7 и 8). Прираспаде трициклического пероксида 1e под действием других солей металловпеременной валентности, CuBr, CuBr2, CoBr2, Mn(OAc)3•2H2O и Mn(OAc)2•4H2O,часто используемых в реакциях с пероксидами, получить целевой дикетон 2e не60удалось.Согласнорезультатамопытов1-6важнымипараметрами,определяющими хороший выход дикетона 2e, являются полуторакратныймольный избыток FeSO4 и использование серной кислоты.В условиях опыта 2 (таблица 3.1.1) был осуществлен синтез рядагидроксидикетонов 2a-h, содержащих различные функциональные группы ифрагменты: сложноэфирный 2d, нитро- 2g, и ароматическое ядро 2e-h (Таблица3.1.2).Таблица 3.1.2.
Структура и выход гидроксидикетонов 2a-h.Структура, выход, %2a, 282b, 632c, 842d, 582h, 832e, 922f, 832g, 75Общие условия реакции: пероксид 1a-h (300.0 мг, 0.94-1.61 ммоль)растворяли в МеCN (7 мл), полученный раствор при 20-25 °С добавляли краствору FeSO4•7H2O (392.0-671.0 мг, 1.41-2.42 ммоль, 1.5 моль FeSO4•7H2O /1 моль 1a-h) в 2 мл H2O, содержащему H2SO4 (195.0 мг, 1.99 ммоль, в пересчетеан 100% H2SO4).
Перемешивали в течение 1 часа при 20-25 °С.При распаде монопероксидов 1a-h с выходом от умеренного 28% довысокого 92% образовались гидроксидикетоны 2a-h. Наилучший результатнаблюдался для гидроксидикетонов 2c-h c объемным заместителем междукетогруппами, с меньшим выходом получены гидроксидикетоны 2a, b беззаместителя или с метильной группой.613.2 One-pot синтез 2-гидрокси-1,5-дикетонов из β,δ-трикетоновОбнаружено, что 2-гидрокси-1,5-дикетоны можно получать по one-potреакции без выделения трициклического монопероксида непосредственно изсоответствующих β,δ-трикетонов.
На Рисунке 3.2.1 показано превращениеβ,δ-трикетонов 3a-h в 2-гидрокси-1,5-дикетоны 2a-h. Выход целевых веществнаходится в диапазоне от 22 до 77 %.Рисунок 3.2.1. Синтез 2-гидрокси-1,5-дикетонов 2a-h из β,δ-трикетонов 3ah (значения R’ и R’’ те же, что в 1a-h и 2a-h на рис.3.1.1).Такой подход является удобным в исполнении и практичным способомполучениятруднодоступных2-гидрокси-1,5-дикетоновизβ,δ-трикетонов,которые в свою очередь легко получаются по реакции Михаэля β-дикетонов сметилвинил кетоном.3.3. Предполагаемый механизм превращения трициклическихмонопероксидовПредполагаемый механизм образования продуктов (на примере 2e)включает на первой стадии окисление пероксидом 1e ионов Fe2+ до Fe3+ cобразованиеманион-радикала(A),которыйперегруппировываетсявстабилизированный третичный С-центрированный радикал (B).
Радикал (B)окисляется Fe3+ с образованием катиона (C), который при контакте с водой62превращается в полупродукт (D), и затем в результате гидролиза двух ацетальныхфрагментов образуется целевой гидроксидикетон 2e (Рисунок 3.3.1).OOPhPhPhFe2+OO- Fe 3+OOHOOOPhOOCOOOHH2O-HOOPhHOOH- Fe2+BA1eFe3+OHOHOPhOOO2eDРисунок 3.3.1. Предполагаемый механизм образования 2-гидрокси-1,5-дикетонов из трициклических монопероксидов на примере превращения 1e в 2eпод действием солей железа.Похожие механизмы представлены в литературе по распаду пероксидовкетонов с получением омега-функционализированных [215-218] и непредельных[219] кислот.3.4.
Общие методики экспериментовДоказательство строения полученных соединений 2a-h. Строение продуктов 2a-hустановлено на основании данных 1H и13C ЯМР спектроскопии. В 1H ЯМР-спектрах имеются сигналы, характерные для открытой 2a-h и циклической формы2a’-h’ (Рисунок 3.4.1.).Рисунок 3.4.1. Равновесие линейной формы 2a-h с циклической 2a’-h’.63Доля циклической формы варьируется от 3% в случае 2-гидрокси-1,5дикетона 2a до 30% в случае 2-гидрокси-1,5-дикетона 2g. Вероятно, это связано стем, что объемный заместитель в большей степени способствует циклизации.Отнесения сигналов, соответствующих структурам, образующим равновеснуюсмесь, сделаны на основании данных 2D ЯМР-экспериментов [1H,1H]-COSY,NOESY (EXSY) и [1H,13C]-HSQC, HMBC. Для открытой формы 2a-h в 1H ЯМРхарактерны сигналы ацетильных групп в области 2.1-2.3 м.д.
а такжеспецифическое расщепление сигналов CH2-CH2 групп. В13C ЯМР-спектрахприсутствует сигнал атома углерода фрагмента COH в области 75.6-81.5 м.д. Вциклической форме в ЯМР-спектрах наблюдаются характерные сигналы протоновметильной группы в области 1.4-1.6 м.д. (1H), сигналы атомов углеродафрагментов CH3COCO в области 91.4-91.9 м.д. и кетального атома углерода вобласти 106.6-106.9 м.д. (13С).Общая методика синтеза 3-бензил-3-гидроксигептан-2,6-диона 2e из 3aбензил-3,6,7a-триметил-тетрагидро-3H,4H-3,6-эпокси[1,2]-диоксоло[3,4-b]пирана1e (таблица 3.1.1, опыты 1-8).
Пероксид 1e (300 мг, 1.09 ммоль) растворяли вCH3CN (7 мл), затем раствор при перемешивании и комнатной температуре(20-25°С) добавляли к раствору FeSO4•7H2O, Fe(ClO4)2•6H2O, FeCl2,Fe(acac)2, или FeBr2 (1.64 ммоль) в H2O (2 мл). В опыте 2 (таблица 3.1.1)дополнительно добавляли H2SO4 (0.2 г, 1.99 ммоль) к раствору FeSO4•7H2O вH2O. Реакционную смесь перемешивали при 20-25°С в течение 1-36 часов.Далее приливали CH2Cl2 (20 мл) и добавляли NaHCO3 для нейтрализациикислоты. Образовавшийся бурый осадок отфильтровывали.
К фильтратудобавляли воду (10 мл) и экстрагировали CH2Cl2 (3×20 мл). Объединенныеорганические экстракты промывали водой (2×10 мл), сушили над Na2SO4 иотфильтровывали. Растворитель удаляли в вакууме водоструйного насоса.Гидроксидикетон 2e выделяли методом колоночной хроматографии сиспользованиемградиентногометода(элюентпетролейныйэфир-этилацетат, с повышением доли последнего от 10 до 50 % об.). В64экспериментах с использованием CuBr, CuBr2, CoBr2, Mn(OAc)3•2H2O, andMn(OAc)2•4H2O в качестве катализаторов распада образования целевогогидроксидикетона 2e не наблюдали.Общая методика синтеза 2-гидрокси-1,5-дикетонов 2a-h из трициклическихмонопероксидов 1a-h (таблица 3.1.2). Пероксид 1a-h (300 мг, 0.94-1.61 ммоль)растворяли в CH3CN (7 мл), затем раствор при перемешивании и комнатнойтемпературе (20-25°С) добавляли к раствору FeSO4•7H2O (392-673 мг, 1.412.42 ммоль, 1.5 моль FeSO4•7H2O / 1 моль 1a-h) в H2O (2 мл), содержащемуH2SO4 (0.2 г, 1.99 ммоль).
Реакционную смесь перемешивали при 20-25°С втечение 1-36 часов. Далее приливали CH2Cl2 (20 мл) и добавляли NaHCO3длянейтрализациикислоты.Образовавшийсябурыйосадокотфильтровывали. К фильтрату добавляли воду (10 мл) и экстрагировалиCH2Cl2 (3×20 мл). Объединенные органические экстракты промывали водой(2×10 мл), сушили над Na2SO4 и отфильтровывали. Растворитель удаляли ввакууме водоструйного насоса. Гидроксидикетоны 2a-h выделяли методомколоночной хроматографии с использованием градиентного метода (элюентпетролейный эфир-этилацетат, с повышением доли последнего от 10 до50% об.).Общая методика синтеза трициклических монопероксидов 1a-h3-Гидроксигептан-2,6-дион, 2a (1-(5-гидрокси-5-метил тетрагидро-2фуранил) этанон, 2a’)65Желтое масло.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
