Диссертация (1150113), страница 9
Текст из файла (страница 9)
А. Ф. Хлебниковым.68Рисунок 3. Энергетический профиль превращения арилвинильного катиона 24e.Относительные свободные энергии Гиббса (в ккал моль–1, 298 K, модель PCM для H2SO4 илиH2O (в скобках)) рассчитаны в приближении B3LYP/6-31+g(d,p).Меньшее значение барьера для ипсо-циклизации 24е в 26е, чем для ортоциклизациив25епредполагает,чтоспироцикл26еявляетсякинетическиконтролируемым продуктом. При последующем гидролизе этот путь реакции являетсяглавным. Однако, изомерный катион 25е значительно стабильнее, чем 26е (примерно на15 ккал/моль), т.е. орто-атака термодинамически более выгодна.
В соответствии с этим,в спектре ЯМР 1Н пиримидина 5е в TfOH обнаружен только дипротонированныйбензохиназолин 21е (рис. 2, слева), тогда как в серной кислоте под действием водыобразуется спиросоединение 22f. Результат реакции в 90% трифторметансульфоновойкислоте также подтверждает наши предположения.Интересно,чтоипсо-циклизациявинильногокатиона24fизметокси-замещенного пиримидина 5f в спиро-катион 26f является безбарьерным процессом, авыигрыш в энергии составляет около 14 ккал/моль. Эти расчеты согласуются снаблюдаемым в спектрах ЯМР в TfOH образованием стабильного спиро-катиона изпиримидина 5f (рис.2, справа) и выделением единственного продукта реакции циклогексадиенона 22f.
Таким образом, образование спироцикла 22f являетсякинетически и термодинамически выгодным, что объясняет его получение в TfOH иH2SO4 как единственного продукта.69Рисунок 4. Энергетический профиль превращения катиона 24f. Относительные свободныеэнергии Гиббса (в ккал моль–1, 298 K, модель PCM для воды) рассчитаны в приближенииB3LYP/6-31+g(d,p).2.2.2 Электрофильная циклоизомеризация (фенилэтинил)пиридиновЭлектрофильная циклоизомеризация 2-арил-3-(фенилэтинил)пиридинов 11, восновном, протекала аналогично реакции пиримидинов.
Данные субстраты должныбыть более активными, так как их центральное ядро менее электронодефицитное.Однако на примере соединения 11а установлено, что они, как и пиримидины 5, инертнык действию трифторуксусной кислоты – реакция не протекала даже при нагревании.Обработкапиридина11аTfOHприкомнатнойтемпературевызывалаегоколичественную конверсию в соответствующий бензохинолин 28а всего за 15 минут,что подтверждает повышенную реакционную способность производных пиридина.Хинолины 28b-e,h,i,k также были получены с отличными выходами, при этом такиеакцепторные заместители как F или CF3 не препятствовали протеканию реакции.2-(4-Метоксифенил)-3-(фенилэтинил)пиридин 11f, в отличие от пиримидиновогоаналога 5f, реагировал с образованием смеси продуктов, главным из которых былхинолин 28f, а не спиросоединение 29.
Интересно, что понижение температурыпроведения реакции смещало направление циклизации в сторону спироцикла 29, чтопозволило получить его с выходом 93%. Из диметиламинозамещенного пиридина 11g вTfOH по данным спектроскопии ЯМР 1Н была получена смесь неидентифицированныхсоединений, в которой отсутствовал ожидаемый продукт циклизации – бензохинолин7028g. Очевидно, что в TfOH происходило протонирование Me2N-группы, что делало еесильно электроноакцепторной и препятствовало атаке винильного катиона на арильноекольцо.
Пиридин 11j, содержащий во втором положении несимметрично замещенныйфенильный фрагмент, давал смесь изомеров. Соотношение изомеров явно определялосьне стерическими факторами, поскольку главным оказался продукт циклизации в ортоположение к атому хлора в арильном заместителе 28j, которого образовалось в 2.5 разабольше, чем хинолина 28j’ (Таблица 8).Таблица 8. Электрофильная циклоизомеризация 2-арил-3-(фенилэтинил)пиридинов 11aПри 0 °C из этинилпиридина 21f с выходом 93% получено только соединение 29.Для дальнейшего сравнения поведения при электрофильной циклоизомеризациипиридинов 11 и пиримидинов 5 изучены превращения галогенсодержащих субстратов11d,e в серной кислоте.
Пиридин 11d образовал смесь продуктов 28d и 29 в71соотношении 2.5:1 и общим выходом 73%, тогда как единственным продуктомциклизации хлорзамещенного пиридина 11е, в отличие от пиримидинового аналога 5е,оказался бензохинолин 28е, а не спироцикл 29. Атом фтора по сравнению с хлоромобладает более сильным +М эффектом, способствуя стабилизации положительногозаряда при ипсо-циклизации, а также легче подвергается нуклеофильному замещению,что содействовало образованию спиро продукта (Схема 2.11).Схема 2.11Направление циклизации пиридинов с +М заместителями смещено в сторонуформирования более термодинамически устойчивой сопряженной конденсированнойсистемы бензохинолинов 28, а не спироциклогексадиенона 29, что хорошо видно как пореакциям метоксизамещенного субстрата 11f в TfOH, так и по превращениямгалогенсодержащих пиридинов 11d,e в серной кислоте.Диметиламинозамещенный пиридин 11g, не циклизовавшийся в TfOH, в сернойкислоте дал продукт гидратации тройной связи 30 с отличным выходом.
По-видимому,также как и в TfOH, происходило протонирование не только ацетиленовой связи, но игруппы Me2N, что приводило к дезактивации арильного заместителя, препятствующейэлектрофильной атаки на него. Однако присутствие нуклеофильного агента, легкоприсоединявшегося к винильному катиону, позволило получить единственный продукт.В отличие от подобного превращения пиримидина 5с, здесь кетоформа продуктагидратации оказалась стабильнее, чем енольная (Схема 2.12).Схема 2.12722.2.3 Электрофильная циклоизомеризация (фенилэтинил)хинолиновЦиклизация замещенных бензаннелированных аналогов пиридина – хинолинов17a,b протекала гладко, хотя требовала для полной конверсии субстратов большеговремени – одного часа.
Выходы бензо[c]акридинов 31a,b оказались близки кколичественным (Схема 2.13).Схема 2.13Поскольку результаты реакций пиридинов 11 и хинолинов 17, в общем,совпадают с таковыми для пиримидинов 5, можно предположить, что циклизациипротекают по одинаковым механизмам (Схема 2.10). Также можно отметить бóльшуюреакционную способность субстратов с одним гетероатомом в центральном ядре - времяих полной конверсии составляло от 15 минут до одного часа, вместо 2 часов дляпиримидинов 5.2.2.4 Циклоизомеризация пиридинов с терминальной тройной связьюНашей следующей целью было проведение циклоизомеризации субстратов стерминальной тройной связью.
Как и ожидалось, предварительные эксперименты напримере 2-фенил-3-этинилпиридина 13а показали, что данные соединения нециклизуются при электрофильной активации. Его обработка TfOH не приводила ккакой-либо реакции, что может быть объяснено отсутствием при ацетиленовомфрагменте группы, стабилизирующей положительный заряд. Поэтому далее мыперешли к использованию эффективных по литературным данным условий циклизацииорто-алкинилбифенилов при действии кислот Льюиса [66]. Бензо[h]хинолин 32аудалось получить нагреванием пиридина 13а с 10 % мол PtCl2 в толуоле при 80 °С втечение 20 часов, однако выход составил только 17%. Повышение температуры до110 °С привело к увеличению выхода до 67%.
Проведение реакции при 130 °С неулучшило результат, а соли других металлов, такие как InCl3, GaCl3 и Yb(OTf)3,оказались неэффективными катализаторами (Таблица 9).73Таблица 9. Подбор катализатора для циклизации 13a в 32a№Катализатор (10мол%)РастворительT, °Ct, чВыход, %1PtCl2Толуол8020172PtCl2Толуол11020673InCl3Толуол11020-4GaCl3Толуол11020-5Yb(OTf)3Толуол11020146PtCl2C6H5Cl13012657в TfOH-204-С учётом этого, циклизация пиридинов 11b-k с различными заместителями быладалее проведена на PtCl2 в толуоле при 110 °С.
Умеренно донорная алкильная группа впара-положении фенильного кольца способствовала реакции, выход соответствующего8-этилбензо[h]хинолина 32b составил 80%, тогда как конверсия субстратов сэлектроноакцепторными заместителями через 20 часов составила только ~50 %, длязавершения их циклизации потребовалось 48 часов, а продукты 32с-е были выделены свыходами 58-67%. Электронодонорная метоксигруппа не оказывала заметного влиянияна реакцию.
Но диметиламинозамещенный субстрат 32g в этих условиях оказалсяпрактически инертен, его циклизация протекала только при 130 °С. Это могло бытьвызвано сильной координацией PtCl2 c группой Me2N, что фактически приводило куменьшению количества активного катализатора. С другой стороны, хлорид платиныможно рассматривать как кислоту Льюиса, тогда взаимодействие соли металла саминогруппой делало ее электроноакцепторной, подобно протонированию в TfOH иH2SO4.Вданномслучаекоординирование,по-видимому,удалосьнарушитьповышением температуры, что позволило осуществить циклизацию.
Для успешной74реакции стерически загруженных субстратов 13h,i также потребовалось нагревание до130 °С, так как при 110 °С изомеризация или практически не шла (13h), или конверсияне превышала 40% (13i). Циклизация несимметрично замещенного пиридина 13jприводила к образованию только одного продукта 32j, соответствующего атакеобъемистого комплекса PtCl2-тройная связь на менее стерически затрудненное ортоположение мета-хлорзамещенного фенильного кольца.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
