Автореферат (1150328), страница 3
Текст из файла (страница 3)
б Выделенный продукт. в Продукт получен в виде замещенной бензойной кислоты после гид-ролизаорто-Эффект заместителя при этом определялся по региоселективности первой стадииреакции карбонилирования 1,3- и 1,4-дихлорбензолов, имеющих еще один заместитель вароматическом кольце. Один из атомов хлора в этих соединениях находится в орто-14положении к заместителю, а другой – в мета- или в пара-. Поэтому определение региоселективности реакции позволяет сравнить влияние заместителя, находящегося в различных положениях по отношению к атому хлора в пределах одного субстрата. Данныйметод имеет преимущество по сравнению с определением межсубстратной селективности, так как при этом сводятся к минимуму факторы, которые могут проявлять себя надругих стадиях многостадийного процесса, отличных от стадии активации галогенарена.Определение внутрисубстратной селективности проводили путем анализа методом ГЖХ реакционных смесей, полученных в результате проведения реакции до небольших конверсий.
Было обнаружено, что во всех исследованных субстратах карбонилированию подвергается, прежде всего, атом хлора в положении 2, что говорит об ускорении реакции карбонилирования орто-заместителем по сравнению с тем же заместителем, находящимся в мета- или пара-положении. Иными словами, все исследованныезаместители, независимо от своего электронного влияния, характеризуются положительным орто-эффектом.Наблюдаемый универсальный положительный орто-эффект имеет большое значение для использования реакции карбонилирования в органическом синтезе с цельюполучения различных бензойных кислот сложного строения. Он позволяет проводитькарбонилирование даже таких замещенных хлорбензолов, которые имеют несколькодонорных заместителей в бензольном кольце (Схема 2):Схема 2Причиной наблюдаемого влияния заместителя на региоселективность реакцииможет являться анион-радикальный механизм активации галогенаренов, включающийстадию образования анион-радикала и последующую стадию его фрагментации.
Припротекании реакции по стадийному механизму региоселективность замещения в арилдихлоридах определяется стадией фрагментации образующегося анион-радикала (Схема3). В соответствии с принципом Белла-Эванса-Поляни реакция будет предпочтительнопротекать с образованием более стабильного радикала.
Проведенные в нашей лаборатории методом DFT расчеты сравнительной стабильности соответствующих хлорфениль-15ных радикалов показали, что в изученных соединениях радикал в орто-положении к заместителю Х действительно является более стабильным.Схема 3Для экспериментальной проверки предположения об облегчении фрагментациианион-радикала заместителем в орто-положении в работе была изучена региоселективность анион-радикальных реакций замещенных дихлорбензолов (ДХБ) на примере восстановления дихлорбифенилов 33, 39, 53 комплексом натрия с нафталином до небольших конверсий (Таблица 6).Таблица 6. Реакция гидродехлорирования ДХБСубстратПродукты одноэлектронного(конверсия, %)6восстановления (мольные %)(мольные %)ОсновнойПобочный53 (4.8)54 (1.0)56 (<0.01)3.833 (6.0)55 (2.8)56 (<0.01)3.239 (4.2)54 (0.6)56 (<0.01)3.6Из представленных результатов видно, что в системе во всех случаях наряду смонохлорбифенилами образуется значительное количество незамещенного бифенила,являющегосяподаннымкинетическогомоделирования(программаCOPASI)результатом многоэлектронного восстановления без промежуточного образованиямонохлорбифенилов.
Принимая во внимание поправку на долю многоэлектронного16процесса,былаоцененарегиоселективностьодноэлектронноговосстановлениядихлорбифенилов (таблица 7):Таблица 7. Региоселективность одноэлектронного восстановления ДХБСубстратk1/k253<0.003533<0.01039<0.017Таким образом, сравнение данных по восстановлению дихлорбифенилов с приведенными выше результатами изучения региоселективности кобальт-катализируемогометоксикарбонилирования показывает, что наблюдаемый в реакции карбонилированияположительный орто-эффект обусловлен анион-радикальной природой стадии окислительного присоединения.2.3. Реакции аминирования, катализируемые комплексами медиИспользуя полученные данные о различном орто-эффекте метильной группы взависимости от природы стадии окислительного присоединения и места этой стадии вреакциях кросс-сочетания, мы изучили механизм C−N кросс-сочетания бромаренов саминами.
Известно, что основной вопрос механизма этой реакции в каждом конкретномслучае заключается в том, протекает ли стадия окислительного присоединения как согласованный трехцентровой процесс (OxIns), или через одноэлектронный перенос скомплекса меди на галогенарен (SET) (Схема 4). И для ответа на этот вопрос определение знака орто-эффекта представляется удобным критерием.Схема 4В качестве модельной реакции C−N кросс-сочетания была использована новаяэффективная каталитическая система для катализируемого медью N-арилирования гидразина, алифатических аминов и анилинов с использованием воды в качестве растворителя (Схема 5):17Схема 5Сравнение реакционной способности орто- и пара-бромтолуолов в реакции арилирования анилина показало, что орто-бромтолуол значительно менее реакционноспособен, чем пара-изомер (kотн = 0.14).
Подобные результаты были получены и для арилирования морфолина (kотн = 0.13). Учитывая, что электронное влияние метильной группыв орто- и пара-положениях почти одинаково, полученный результат свидетельствует озаметном ингибирующем пространственном влиянии и, следовательно, о том, что окислительное присоединение в данных случаях протекает не по анион-радикальному механизму, а через трехцентровое переходное состояние.Также для ответа на вопрос об орто-эффекте был применен разработанный вданной работе подход к изучению влияния заместителя путем определения региоселективности реакции с участием замещенных дигалогенбензолов.
Взаимодействие замещенных дихлорбензолов 35 и 36 с морфолином проводилось в стандартных условиях донизкой конверсии (33 % и 10 %, соответственно). Анализ реакционных смесей методамиГЖХ-МС и ЯМР 1H показал, что реакция протекает в обоих случаях, хотя во второмслучае наряду с аминированием наблюдается восстановление замещенного дихлорбензола 36 (Схема 6, выходы продуктов на основе данных ГЖХ).Схема 618Полученные замещенные N-арилморфолины 57‒59 были выделены, их структурыбыли определены с помощью комплекса физико-химических методов анализа.
Для обоих соединений 35 и 36 заместитель (независимо от знака его электронного влияния)направляет аминирование преимущественно в положение 4 (Схема 6). Таким образом,исследование региоселективности показало универсальное тормозящее влияние ортозаместителей (как донора, так и акцептора) и подтвердило протекание стадии окислительного присоединения через трехцентровое переходное состояние.Побочная реакция восстановления демонстрирует почти полное отсутствие региоселективности (по данным ГЖХ-МС, региоизомеры образуются в почти одинаковомколичестве). Это говорит о том, что восстановление в данной каталитической системепротекает по механизму, в котором стадия окислительного присоединения не являетсяскорость-определяющей.Основные результаты и выводы1.
орто-Эффект метильной группы в реакциях кросс-сочетания позволяет сделать выбор в пользу анион-радикального или согласованного механизма стадии активациигалогенарена и может служить критерием ее роли в каталитическом цикле.2. При катализе реакций кросс-сочетания замещенных иодбензолов ациклическимидиаминокарбеновыми комплексами палладия(II) стадия окислительного присоединения не является скорость-определяющей во всех изученных случаях.3.
Обнаружен необычный ускоряющий орто-эффект заместителя в реакции кобальткатализируемого метоксикарбонилирования галогенаренов, проявляющийся в случае как акцепторных, так и донорных заместителей. Наблюдаемый эффект позволяетуспешносинтезироватьорто-замещенныебензойныекислотыкобальт-катализируемым карбонилированием соответствующих замещенных бром- и дажехлорбензолов.4. Определение региоселективности реакций замещенных арилдигалогенидов являетсяболее удобным методом изучения влияния орто-заместителей на скорость окислительного присоединения, чем изучение межсубстратной селективности.5. В реакциях медь-катализируемого С–N кросс-сочетания с участием галогенареновнаблюдается значительное замедление реакции заместителями, находящимися в орто-положении к реакционному центру, что свидетельствует в пользу согласованногомеханизма стадии окислительного присоединения.19ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ1.Боярский, В.П.
Восстановление моно- и дихлорбифенилов комплексом натрия снафталином / В. П. Боярский, М. В. Сангаранараянан, Т. Ш. Хайбулова, И. А. Боярская// ЖОХ. − 2010. − Т. 80.− Вып. 4. − С. 639–647.2.Boyarskiy V.P. Chemoselectivity of cobalt-catalysed carbonylation – A reliable plat-form for the synthesis of fluorinated benzoic acids / V.
P. Boyarskiy, M. S. Fonari, T. S.Khaybulova, M. Gdaniec, Y. A. Simonov // J. Fluor. Chem. − 2010. − V. 131. − N 1. − P. 81–85.3.Хайбулова, Т.Ш. Стерический эффект заместителей в галогенаренах на скоростьреакции кросс-сочетания / Т. Ш. Хайбулова, И. А. Боярская, В. П. Боярский // ЖОрХ. −2013. − Т. 49. − Вып. 3. − С. 373–378.4.Khaybulova, T.S. Cobalt-catalyzed methoxycarbonylation of substituted dichloroben-zenes as an example of a facile radical anion nucleophilic substitution in chloroarenes / T. S.Khaibulova, I. A. Boyarskaya, E. Larionov, V. P. Boyarskiy // Molecules. − 2014. − V.
19.− N5. − Р. 5876−5897.5.Kurandina, D.V. Copper-catalyzed C–N bond cross-coupling of aryl halides and aminesin water in the presence of ligand derived from oxalyl dihydrazide: scope and limitation / D. V.Kurandina, E. V. Eliseenkov, T. S. Khaibulova, A. A. Petrov, V. P. Boyarskiy // Tetrahedron.− 2015. − V. 71.− N 41.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
