Диссертация (1150244), страница 9
Текст из файла (страница 9)
В качествемодельных субстратов для оптимизации условий реакции были выбраныдиметилцианамид и N-(дифенилметилен)метанамин оксид, Ph2C=N+(Me)O–. Нашаработа включала подбор соединения меди, загрузки катализатора, растворителей,времени, и температуры реакции. Все полученные результаты представлены вТаблице 1. Мы протестировали соединения меди (I и II), а именно[Cu(NCMe)4](BF4) и Cu(OTf)2 (строка 15), растворимые в используемыхорганических растоврителях. Было найдено, что комплекс [Cu(NCMe)4](BF4)является лучшим выбором, и без него реакция не протекает (строки 1, 2, и 14).Вариации загрузки катализатора (строки 3–6) показали, что более высокий выходдостигается при использовании 10 моль% комплекса [Cu(NCMe)4](BF4).
Реакцияпротекает в температурном интервале от 20 до 80°C (строки 7–11 и 17, в CH2Cl2или толуоле), и увеличение температуры приводит к увеличению скоростипротекания реакции. Также изучалось влияние концентрации (строка 12) имикроволнового излучения (строки 13 и 14), однако выяснилось, что онинезначительно влияют на скорость протекания реакции. Выход реакцииуменьшается при использовании 10-кратного избытка цианамида по отношению книтрону (строка 16) и оптимальное молярное соотношение между реагентамисоставляет1:1.ВариациирастворителейбылиизученыдлясистемыPh2C=N+(Me)O–:NCNMe2 в присутствии 10 моль% комплекса меди(I) (строки 4 и18–22). В некоторых случаях (Таблица 1 f) выходы 24 были оценены с помощью67ЯМР эксперимента (интегрирование сигналов в спектре ЯМР1Н с 1,4-диметоксибензолом взятом в качестве внутреннего стандарта).Строка12Кат-р,моль%––(цианамид 2кр.
изб.)210205010101010101010–10d101010101010Темп., °CВремя,ч4580234545454520–25604545454545c45c20–25458045707080222224261024240.50.52420.252222Раст-льВыход–aa–CH2Cl2толуолCH2Cl227CH2Cl260CH2Cl245CH2Cl214CH2Cl256CHCl356CH2Cl260CH2Cl263CH2Cl268bCH2Cl260CH2Cl2b60CH2Cl2b–aCH2Cl213aCH2Cl226толуол54MeCN16fEtCN3fMeNO212fN13fметилпирролидон10852диметоксиэтанНе выделено f22+Стандартные условия реакции: NCNMe2 (0.47 ммоль), Ph2C=N (Me)O– (0.47 ммоль),[Cu(NCMe)4](BF4) (катализатор, 10 моль%), CH2Cl2 (2 мл); гетероцикл был очищенметодомa)колоночной хроматографии наSiOиполученныйвыходреакцииприведен;былвыделен2b)c)d)e)исходный нитрон (60–90%);0.4мл;MWизлучение;катализаторCu(OTf)10-кратный2избыток цианамида; f) оценен с помощью 1H NMR.3456789101112131415e161718192021Таблица 1.
Оптимизация каталитической системы и условий реакции.Результатыоптимальныеэтихусловияпредварительныхдлямодельнойиспытанийреакциипоказывают,включаютчтоиспользование[Cu(NCMe)4](BF4) (10 моль%) в качестве катализатора, молярное соотношениемежду реагентами 1:1, температуру 45 °C и использование CH2Cl2 в качестверастворителя с проведением реакции в закрытой виале.68Схема 27. Циклоприсоединение кетонитронов к цианамидам, катализируемоемедью(I).Порядок добавления реагентов важен и наиболее высокие выходы (68%;45 °C, 24 ч) гетероцикла 24 были достигнуты, когда вначале к раствору[Cu(NCMe)4](BF4) был добавлен NCNMe2, за которым следовало добавлениеPh2C=N+(Me)O–.
Если вначале к раствору катализатора добавлять нитрон, а затемдиметилцианамид, выход целевого гетероцикла снижается примерно на 10%.Такое поведение можно объяснить, принимая во внимание конкуренциюкетонитрона и NCNMe2 за координационную вакансию медного центра. Мыизучили реакции кетонитронов с CuI в отдельном эксперименте и обнаружили,что взаимодействие комплекса [Cu(NCMe)4](BF4) с нитроном Ph2C=N+(Me)O–приводит к окислению меди(I) и координации нитрона атомом O, за которойследует разложение образовавшегося комплекса (см. раздел 4.4). Следовательно,к циклоприсоединению приводит сочетание координированного цианамида исвободного диполя,30,34ивышеуказанный порядок добавления реагентовявляется предпочтительным. Теоретические расчеты находятся в согласии сэкспериментальнымиданнымииониподдерживаютотнесениециклоприсоединения к I группе классификации по Сустману, когда реакцияпроисходит за счет взаимодействия ВЗМО диполя с НСМО диполярофила.173, 174(ii) Варьирование субстратов.
На следующем этапе работы мы расширилиряд субстратов до различных дизамещенных цианамидов NCNR2 (R2 = Me2, Et2,C5H10, C4H8O, C4H8, C3H6С6H4 , (CH2Ph)2, Me(Ph)) и двух арильных кетонитроновPh2C=N+(R’)O– (R’ = Me, CH2Ph) (Таблица 2). Для большинства вариацийцианамидов с кетонитронами были получены и выделены соответствующие 2,3-69дигидро-1,2,4-оксадиазолы с выходами 28–73%.
Из всех реакционных смесей былвыделеннепрореагировавшийкетонитрон,чтоуказываетнанеполноепревращение субстратов. Целевой продукт не был получен в реакционнойсистеме NCNR2/Ph2C=N+(CH2Ph)O– (R = Et), в то время как сигналысоответствующие гетероциклу 27 были детектированы с помощью HRESI+-MS вреакционной смеси. Это, вероятно, связано со стерической загруженностью NEt2группы, в результате чего циклоприсоединение затруднено.Нитрон, R’NCNR2, R2MeУсловия реакции CH2PhУсловия реакцииMe224 (68) 2 h, 45C25 (30)Et226 (30) 2 h, 45C27 следыa)C5H1028 (60) 2 h, 45C29 (50)2 h, 45CC4H8O30 (73) 2 h, 45C31 (55)2 h, 45CC4H832 (57) 2 h, 45C33 (34)2 h, 45CC9H1034 (45) 24 h, RT35 (28)24 h, RT(CH2Ph)236 (68) 2 h, 45C37 (53)24 h, 45 C(Me)Ph38 (45) 2 h, 45C39 (50)48 h, 45 C2 h, 45Ca) Нам не удалось выделить продукт при проведении реакции в оптимизированныхусловиях (2 ч, 45 °C), более длительной выдержке (24 ч, 45°C) и жестких условиях (MWизлучение,100 °C, 30 мин), мы только наблюдали пик соответсвующий циклоаддукту вHRESI+-MS реакционной смеси.Таблица 2.
Схема нумерации соединений и выходы продуктов реакций (%).Попытки провести реакцию с обычными нитрилами RCN (R = Me, Ph, 4-ClC6H4, 4-CF3C6H4) в оптимизированных условиях (Ph2C=N+(Me)O–, 10 моль%[Cu(NCMe)4](BF4), CH2Cl2, 45 °C) не привели к продуктам циклоприсоединениядаже при увеличении времени реакции до 2суток. Это наблюдениедополнительно демонстрирует бóльшую реакционную способность цианамидов в70циклоприсоединении по сравнению с обычными нитрилами; эта тендеция быларанее описана в обзоре. 147Альдонитрон 4-MeC6H4CH=N+(Me)O– не реагирует сNCNMe2 в ранееподобранных условиях (10 моль% [Cu(NCMe)4](BF4), CH2Cl2, 45 °C, 2 д), чтодополнительноподтверждаетбóльшуюреакционнуюспособностьC,C-диарильных кетонитронов относительно C-арильных альдонитронов.
42Схема 28. Конверсия гетероцикла, промотируемая медью(I).2,3-Дигидро-1,2,4-оксадиазолы нестабильны в присутствии меди(I) и нагреваниесоединения 24 с [Cu(NCMe)4](BF4) (50 моль%; нитрометан, 70 °C, 2 ч) приводит кполному разрушению гетероцикла и образованию смеси бензофенона (с выходом25%) и 3-(дифенилметилен)-1,1-диметилмочевины (с выходом 56%) (Схема 28).Вероятно, последние получаются по известной схеме раскрытия 2,3-дигидро1,2,4-оксадиазольного кольца.61 Гетероцикл 24 не разлагается при тех же самыхусловиях в отсутствие комплекса меди(I). Наблюдаемое металл-промотируемоераскрытие кольца 2,3-дигидро-1,2,4-оксадиазолов объясняет умеренные выходыреакции образования гетероциклов 24–39.4.3 Образование комплекса с нитроном [Cu{ON(R”)CPh2)}4](BF4)2 (40)Если реакция меди(I) с нитрилами хорошо известна, 106-110, 112-115 то реакция снитронами мало изучена.
Комплексы меди(II) с нитронами, представленные влитературе, содержат бидентатные координированные лиганды с фрагментаминитронов, 175-178 и монодентатный 2,5,5-триметил-1-пирролин-N-оксид (M3PO). 17771К ним можно отнести комплексы меди(II) типа CuL2•2H2O и CuL2•Py (L = α-(2гидрокси-l-нафтил)-N-R-нитрон; R = Me, Ph, p-C6H4Cl, p-C6H4Br, p-C6H4OH, pC6H4NHCOMe, C6H4NO2, m-C6H4Cl175 или L = α-(2-гидроксифенил)-N-(2нитроциклогексилнитрон176),гексафторацетилацетонатные(hfac)комплексымеди(II) с бидентатным N-трет-бутил-a-(2-пиридил)нитроном (2-PyBN) имонодентатным2,5,5-триметил-1-пирролин-N-оксидом(M3PO)177,атакжекомплексы меди(II) с 8-гидроксихинолин-2-карбальдегид-N-метилнитроном (HL1)(1) и пиридин-2-карбальдегид-N-метилнитроном (L2) (2).178Мы изучили реакцию между нитронами Ph2C=N+(R”)O– (R” = Me, CH2Ph) и[Cu(NCMe)4](BF4).
Четыре эквивалента каждого нитрона были добавлены краствору [Cu(NCMe)4](BF4) в CH2Cl2 и реакционная смесь перемешивалась прикомнатной температуре. Мониторинг HRESI+-MS реакционной смеси через 24 чпозволяет идентифицировать пики, соответствующие фрагментированным ионам,а именно для R” = Me: [MCl(нитрон)2]+ (m/z: 520.0979, рассч. 520.0973),[MCl(нитрон)3]+ (m/z: 731.1975, рассч. 731.1970) и [M(нитрон)2]+ (m/z: 485.1273,рассч 485.1284); для R” = CH2Ph: [MCl(нитрон)2]+ (m/z: 672.1594, рассч 672.1599),[MCl(нитрон)3]+ (m/z: 959.2915, рассч 959.2909) и [M(нитрон)2]+ (m/z: 637.1902,рассч 637.1911).ИК спектр реакционной смеси позволил наблюдать полосы поглощениясвязи C=N комплекса (нитрон)CuI при 1657 см–1 (R” = Me) и 1658 см–1 (R” = Ph),соответственно, в то время как свободные нитроны Ph2C=N+(R”)O– (R = Me, Ph)проявляют умеренно-слабые полосы колебаний при 1530–1520 см–1, относящиесяк CCAr и/или C=N связям.179-18172Рисунок 36.
Молекулярная структура комплекса [Cu{ON(Me)CPh2)4](BF4)2 (40)со схемой нумерации атомов.Реакционнаясмесь[Cu(NCMe)4](BF4)с4эквивалентаминитронаPh2C=N+(Me)O– в CH2Cl2 была разбавлена гексаном и упарена на вакуумнойустановкеприкомнатнойтемпературесобразованиемтемно-зеленогомаслянистого остатка, из которого на следующий день образовались несколькочерных игольчатых кристаллов, структура которых была установлена с помощьюРСА (40; Рисунок 36).Мы также обнаружили, что нитроны нестабильны в присутствиикаталитических количеств комплекса меди(I).
Нагревание Ph2C=N+(Me)O– с[Cu(NCMe)4](BF4) (10 моль%) при оптимизированных условиях (45 C, 2 ч)приводит к частичному гидролитическому расщеплению нитрона с образованиемPh2C=O (препаративный выход 22%).Такимобразом,взаимодействиекетонитроновсCuIприводиткобразованию продуктов окисления меди(I) и координации нитрона атомом O споследующим разложением образовавшегося комплекса. В контексте медь(I)катализируемогоциклоприсоединения,этисинтетическиеэкспериментыприводят к идее о том, что генерация 2,3-дигидро-1,2,4-оксадиазолов не73протекает через координацию нитрона к CuI, за которой следует реакция междуметалл-связанным нитроном и цианамидом.4.4 Кристаллическая структура комплекса меди(II) с нитрономМолекулярная структура 40 представлена одним бикатионным компексоммеди(II) [Cu{ON(Me)CPh2}4]2+ и двумя тетрафторборат-анионами. Катионныйкомплекс [Cu{ON(Me)CPh2}4]2+ имеет слегка искаженную плоско-квадратнуюгеометрию (4 = 0.12136), где углы O–Cu–O’ лежат в интервале 90.12(4)–90.54(4)°, ауглыO–Cu–Oблизкиклинейным(171.07–171.30°).РасстояниеCu–O,варьирующееся от 1.9286(9) до 1.9333(9) Å, меньше чем в хелатных комплексахмеди с нитронами Cu2L’2(NO3)2 и CuL”2(NO3)2 (L’ = 8-гидроксихинолин-2карбальдегид-N-метилнитрон; L” = 2-пиридил-N-метилнитрон; 1.942(2)–1.953(1)Å)178 и чем в комплексах с нитроксидами CuCl2(tempo) (tempo = 2,2,6,6тетраметил-1-пиперидинилоксил; 1.940(1) Å182), но больше, чем в комплексах сгидроксамовыми кислотами CuL2 (L = N-метилацетогидроксамовая кислота;1.917(3) Å183).Длины связей N–O (1.3439(14)–1.3509(14) Å) эквивалентны аналогичнымдлинам связей в комплексах с гидроксамовыми кислотами CuL2 (1.349(4) Å183), номеньше чем в хелатных комплексах меди с нитронами (1.314(2)–1.319(2) Å178) икомплексе CuCl2(tempo) (1.276(2) Å).182 Эти расстояния больше чем длины связейN–O в свободном нитроне Ph2C=N+(Me)O– (1.2961(16) Å).184 Длины связей N=C(1.2987(17)–1.3021(16) Å)близки к аналогичным величинам в хелатномкомплексе меди с нитронами (1.292(2)–1.297(3) Å)178и свободном 8-гидроксихинолин-2-карбальдегид-N-метилнитроне (1.302(2) Å),178но меньше,чем в некоординированном нитроне Ph2C=N+(Me)O– (1.3183(18) Å).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
