Дизайн и синтез металлоценов 4 группы - эффективных прекатализаторов гомо - и сополимеризации алкенов (1098265), страница 32
Текст из файла (страница 32)
В то жевремя известно, что гомолог индана - тетралин - образует в тех же условиях преимущественноизомерный продукт 3.XIII [214] (схема 3.6).Схема 3.6. Взаимодействие тетралина с метакрилоилхлоридом.O+OCOCl AlCl33.XIII+2:13.XIVСоединение 3.XI представляет собой удобный субстрат для синтеза замещенных инденов3.XV, являющихся структурными аналогами лигандов 3.XVI, при получении которых у нашихколлег возникли серьезные затруднения (схема 3.7)Схема 3.7.
Тетрагидроиндацен - структурный аналог 4,5-диалкилиндена.ArAr3.XV3.XVIСинтез 3.XV был осуществлен нами, исходя из индана, согласно схеме 3.8.2Приведенный в работе выход воспроизвести не удалось. Кроме того, авторами [C_474] не было зафиксированообразование изомерного инданона XII.174Глава 3Схема 3.8. Синтез 3.XV.BrBr2Me2CBrCOBrAlCl3/CH2Cl2AlCl3/CH2Cl2XIArВместоO3.2, Ar=Ph3.3, Ar=4-MeC6H43.4, Ar=4-tBuC6H43.5, Ar=2,5-Me2C6H33.6, Ar=4-PhC6H4метакрилоилхлоридадляOAr1.
LiAlH4, Et2Oили NaBH4, EtOH2. Δ, C6H6ArB(OH)2/Na2CO3Pd(OAc)2, PPh3DME/H2O3.1O3.7, Ar=Ph3.8, Ar=4-MeC6H43.9, Ar=4-tBuC6H43.10, Ar=2,5-Me2C6H33.11, Ar=4-PhC6H4синтезаXIможетбытьиспользован2-бромоизобутирилбромид, как указано на схеме (без изменения выхода). Также мы установили,что реакцию ацилирования индана, приводящую к XI, и бромирование можно проводить последовательно, в одном реакционном сосуде. На выход продукта это не влияет.Мытакжерешилирасширитькругвновьполученных2-метил-4-арилтетрагидроиндаценов синтезом аналогов, содержащих алкильные заместители в триметиленовом фрагменте.
Для этого были получены ранее описанные замещенные инданы 3.XVII,3.XVIII и 3.XIX [435], взаимодействие которых с метакрилоилхлоридом и последующее добавлениеодногоэквивалентабромавреакционнуюсмесьпривелок4-бромгексагидроиндаценонам 3.12-3.14.Схема 3.9. Синтез замещенных тетрагидроиндацен-1-онов.Br3.XVIIAlCl3+ClOBr2CH2Cl2RRO3.12; R = Me3.13; R,R=(CH2)43.XVIIIBrO+Cl3.XIXAlCl3Br2CH2Cl23.14OАрилированием по Сузуки были получены арилкетоны, восстановлением и дегидратациейкоторых были синтезированы 4-арилтетрагидроиндацены 3.18-3.20 (схема 3.10).175Глава 3Схема 3.10. Синтез замещенных тетрагидроиндаценов.3.12-3.14RRRRArB(OH)2/Pd(OAc)2, PPh3Na2CO3/DME/H2O3.15; R = Me O3.16; R,R=(CH2)43.17LiAlH4p-TSA/C6H6Et2O3.18; R = Me3.19; R,R=(CH2)4O3.20Минорный продукт ацилирования тетралина - 3.XIV - может быть отделен кристаллизацией, что позволило нам использовать его для синтеза лиганда 3.23, который был осуществленпо слегка видоизмененной схеме: арилирование по Сузуки проводили на стадии замещенногоиндена, снижение активности субстрата компенсировали использованием три(о-толил)фосфинавместо PPh3:Схема 3.11.
Получение аналога 3.9 на основе тетралина.3.XIVBr2/AlCl3CH2Cl2Br1. NaBH4/EtOH2. TSA/C6H6BrNa[B(tBuC6H4)4], Na2CO3, DME-H2OPd(OAc)2, P(o-Tolyl)33.213.22O3.23Бромирование 3.XI протекает селективно, с образованием 3.1. Тем не менее прибавлениедвух эквивалентов брома позволяет осуществить исчерпывающее бромирование. Полученноедибромпроизводное 3.24 было введено в реакцию с избытком фенилборной кислоты, восстановление и дегидратация продукта этой реакции привели к соединению 3.26:Схема 3.12. Синтез 4,8-дифенилтетрагидроиндацена 3.26.Br3.XI1. LiAlH4, Et2O2.
Δ, C6H6PhB(OH)2/Na2CO3Br2AlCl3/CH2Cl2BrOPd(OAc)2, PPh3DME/H2OO3.243.253.26176Глава 3Таким образом, был синтезирован ряд доступных лигандов - структурных аналогов замещенного индена 3.XVI. Оценка суммарного выхода (по 4 стадиям) на уровне 50% позволяет отнести лиганды на основе индана - тетрагидроиндацены 3.7-3.11 - к синтетически доступным(для сравнения, суммарный выход индена 3.XVI, в аналогичной последовательности реакций,исходя из орто-ксилола, составляет 7.4%).3.2.3.
Региоселективность при образовании тетрагидроиндаценонов по реакции Назарова возможные причины и следствия.Синтетическая доступность лигандов 3.7-3.11 на основе индана обусловлена, в первуюочередь, высокой региоселективностью при образовании гексагидроиндаценона 3.XI. Помимоэтого аспекта, несомненно имеющего большое практическое значение, наше внимание привлекла и значительная разница в химическом поведении индана и тетралина, ацилирование/циклизация которых приводят к различным основным продуктам (схема 3.13).Схема 3.13.
Основные продукты реакции индана и тетралина с метакрилоилхлоридом.O+COCl AlCl33.XI+OCOCl AlCl33.XIIIВместо производных непредельных кислот в реакции могут быть использованы галогенангидриды галогенкарбоновых кислот, в простейшем случае - хлорангидрид 3-хлорпропионовой кислоты. Продукт ацилирования 3.XX под действием H2SO4 через промежуточноеобразование арилвинилкетона 3.XXI превращается в смесь индаценонов 3.XXII и 3.XXIII.Схема 3.14. Индан: ацилирование/циклизация по Назарову под действием акрилоилхлорида и его синтетического эквивалента - 3-хлорпропионилхлорида.OOHO3.XXICl3.XXII+HOOClO3.XXIIIClClосновной продукт3.XX177Глава 3Ключевой стадией обсуждаемых процессов является реакция Назарова - кислотно катализируемая циклизация арилвинилкетонов в инданоны.
Кетон 3.XXI циклизуется с образованием смеси продуктов с преодладанием продукта β-циклизации 3.XXIII. Тетралин реагирует подругому: основным направлением реакции является α-циклизация. Причины наблюдаемой разницы в реакционной способности инданона и тетралина неясны и с очевидностью не могутбыть объяснены из общих соображений, с учетом только ориентирующих эффектов заместителей.Учитывая интерес к направленному синтезу замещенных инданонов и инденов, мыпредприняли отдельное исследование с целью найти причины таких различий в реакционнойспособности. Для этого мы изучили кислотно катализируемую циклизацию ряда 1-(3,4диалкиларил)-3-хлорпропанонов-1 3.XXIV-3.XXVII.
Для интерпретации полученных данныхмы промоделировали данный процесс методом DFT и теоретически оценили соотношение α- иβ- изомеров.Схема 3.15. Продукты ацилирования 1,2-диалкилбензола 3-хлорпропионилхлоридом.OOCl3.XXIVCl3.XXVOOCl3.XXVICl3.XXVII1-(3,4-Диалкиларил)-3-хлорпропаноны-1 3.XXIV-3.XXVII являются описанными соединениями [436, 437]; они были синтезированы взаимодействием соответствующих аренов с 3хлорпропионилхлоридом в присутствии AlCl3. Для 3.XXIV-3.XXVI в качестве растворителябыл использован CH2Cl2.
Попытка получения 3.XXVII в этом растворителе привела к осмолению; продукт был получен с выходом 63% при проведении реакции в нитрометане. Выходыпродуктов (за исключением 3.XXVII) высокие. Умеренный выход 3.XXVII обусловлен, повидимому, протеканием побочных электрофильных реакций, сопровождающихся раскрытиемнапряженного четырехчленного цикла. Следует отметить, что во всех случаях ацилированиепротекает селективно, в положение 4.Циклизацию 3.XXIV-3.XXVII в инданоны проводили при нагревании в серной кислоте.Приведенные на схеме соотношения продуктов реакции получены анализом спектров ЯМР реакционных смесей.
Также была приблизительно оценена скорость протекания реакции, уменьшающаяся в ряду 3.XXVII > 3.XXVI > 3.XXIV > 3.XXV. Соединение 3.XXV наименее реакционноспособно, хотя в ряду конденсированных алифатических циклов шестичленный конденсированный фрагмент является наиболее электронодонорным [438] (схема 3.16).178Глава 3Схема 3.16. Двухстадийная реакция: ацилирование и кислотно-катализируемая циклизация в ряду 1,2диалкилбензолов.OCOClR+RClAlCl3RRH2SO4Cl3.XXIV, R, R = CH3, CH3; 98%3.XXV, R, R = (CH2)4; 98%3.XXVI, R, R = (CH2)3; 94%3.XXVII, R, R = (CH2)2; 63%RO+ORR3.XXVIII3.XXII3.XXX3.XXXIIR1:21 : 0.71 : 4.51 : 133.XXIX3.XXIII3.XXXI3.XXXIIIЭти данные предполагалось использовать для верификации результатов компьютерногомоделирования.Реакция, приводящая к образованию изомерных диалкилинданонов-1, протекает по механизму, изображенному на рисунке 3.7.
На первой стадии из 1-арил-3-хлорпропанонов-1 поддействием H2SO4 образуются арилвинилкетоны 3.XXXIV-3.XXXVII и соответствующие протонированные формы 3.XXXVIII-3.XLI, претерпевающие циклизацию по механизму реакции Назарова с образованием катионных интермедиатов 3.XLII-3.XLIX, которые затем отщепляютпротон с образованием енольных форм 3.L-3.LVII. Изомеризация последних приводит к образованию инданонов 3.XXII, 3.XXIII, 3.XXVIII-XXXIII.Ключевая стадия реакции - циклизация протонированных по кислороду арилвинилкетонов 3.XXXVIII-3.XLI (рисунок 3.7).
Кетоны 3.XXXVIII-3.XLI могут существовать в виде различных конформеров. На рисунке 3.7 изображены конформеры, вступающие в реакцию Назарова. Циклизация α-3.XXXVIII-3.XLI приводит к образованию инданонов 3.XXVIII, 3.XXII,3.XXX и 3.XXXII, β-3.XXXVIII-3.XLI циклизуются с образованием изомерных инданонов3.XXIX, 3.XXIII, 3.XXXI и 3.XXXIII.Были произведены расчеты структур и энергий интермедиатов 3.XXXVIII-3.XLI, а также переходных состояний 3.XLII≠-3.XLIX≠. Для расчетов была использована оригинальнаяпрограмма PRIRODA [439], функционал PBE [440], включающий градиент электронной плотности и расширенные базисные наборы функций гауссова типа3.3Полная оптимизация геометрии структур (как интермедиатов, так и переходных состояний) выполнена без ограничений на симметрию молекулы и с использованием аналитических градиентов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
