Диссертация (1150398), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Эти данные указывают на трансориентацию арильных заместителей в положениях 1 и 3 индановой системы.49R2R2HHF3C123F3CHb H123HaH HHb HHaH HR1R1R3R311119Рис. 3 Корреляции H, H NOESY (слева) и H, F NOESY (справа), подтверждающиестереохимическое строение инданов 2a-n, имеющих транс-расположение арильных групп.2a2b2h2j2k13Рис. 4 Строение соединений 2a, 2b, 2h, 2j, 2k, 13 по данным РСА.Бутенон 1а в реакциях с орто-ксилолом в TfOH (20C, 1 ч) и FSO3H(-60C, 3 ч) образовал индан 2b, аналогичный структуре 2а (табл.
5, опыты 1,2). Взаимодействие при -60C указывает на то, что в отличие от реакции сбензолом (см. табл. 4) О-протонированная форма А1 вещества 1а реагирует сболее -нуклеофильным орто-ксилолом.50В реакции бутенона 1а с вератролом в TfOH (20C, 1 ч) был получениндан 2с (табл. 5, опыт 3).Пара-метилзамещенный бутенон 1с в реакции с бензолом дал индан 2g(табл.
5, опыт 5). При пониженной температуре -20С соединение 1с (табл. 5,опыт 6) не реагирует с бензолом. При этой температуре в TfOH бутенон 1ссуществует в виде стабильной монопротонированной формы А3 (см. раздел2). Следовательно, катион А3 недостаточно электрофилен для реакции сбензолом, и индан 2g образуется при более высокой температуре 20С врезультате реакции либо дипротонированной формы В3, либо для частицыА3 при 20С преодолевается барьер активации в этом превращении.Более π-нуклеофильный, чем бензол, тиофен участвует в реакции сгенерированным из бутенона 1с катионом А3 в FSO3H при -80С (табл.
5,опыт 7). При этом образуется бутанон 3а в результате присоединениятиенильной группы в положение 4 исходного бутенон 1с. Что указывает нато, что в О-протонированных формах А реакционным центром является атомС4.Пара-хлорзамещенное соединение 1d с разными аренами (бензолом, о- им-ксилолом, вератролом) в TfOH при 20С за 1 ч превращалось в инданы 2hk (табл. 5, опыты 8-11).Соединения 1b и 1е, содержащие в мета-положении арильного кольцадонорную метильную или метоксильную группу, в реакции с бензолом(TfOH, 20С, 1 ч) дали смеси изомерных инданов 2d-f и 2l-n, соответственно(табл. 5, опыты 4 и 12).
Строение продуктов этих реакции для смесейизомеров установлено на основе данных ЯМР 1Н, 1H-19F NOESY, ГХ-МС имасс-спектрометрии высокого разрешения, с учетом наиболее вероятныхнаправлений электрофильного замещения в самые активные положенияарильных колец.Бутенон 1е при -60С в FSO3H способен вступать в реакцию с бензоломпо атому С4, давая бутанон 3b (табл. 5, опыт 13). Следовательно, катион А5,51генерируемый из бутенона 1е, намного более электрофилен, чем катионыА1-4, А6 (см. значения в табл 2) которые в подобных условиях невзаимодействуют с бензолом.
Индивидуально выделенное соединение 3b вTFOH при 20С селективно циклизуется в присутствии бензола только виндан 2l (табл. 5, опыт 16).В случае бутенонов 1f и 1h реакция протекала с обменом анизильного(табл. 5, опыт 14) или бутоксильного (табл. 5, опыт 15) заместителя,соответственно, на фенильную группу, приводя к получению инданов 2а иcis-2а. Примеры таких обменов арильных заместителей в присутствии кислотБренстеда и Льюиса известны для производных коричных кислот [40, 96,119-121].Таблица 5.
Реакции бутенонов 1a-f,h и бутанона 3b с аренами всуперкислотах TfOH или FSO3H.№опытаИсходноесоединение1MeOPhАренCF3Условия реакцииКислота Т, t, чCTfOH201Продукты реакции (выход, %)MeF3CMe1aMeMePhMe21aMe31aOMeFSO3H-603TfOH2012b (77%)2b (52%)MeOMeOMeF3COMeMeOPhMeO2c (75%)4TfOHO201F3 CPh2dPh+PhMe1bF3C+CF3MeMePh2e52F3CPhMe2fОбщий выход 2d + 2e + 2f = 74%Соотн. 2d : 2e : 2f=2.5 : 1.7 : 15TfOHO201F3 CCF3PhMeMe1c61c71cPhTfOH-201FSO3H-8022g (35%)1c (100%)SSOCF3Me3a (77%)8TfOHO201F3CPhCF3Cl1dCl2h (80%)91dMeTfOH201MeF3 CMeMeMeMeCl2i (57%)101dTfOHMe201MeF3CMeMeMeMeCl2j (54%)111dOMeTfOH201OMeF3 COMeOMeMeOMeOCl2k (73%)5312TfOHO201F3CPhMeOF3CPh++CF3PhMeOPh2lOMe2mF3C1ePhOMe2nОбщий выход 2l + 2m + 2n == 82%Соотн.
2l : 2m : 2n =8 : 3 : 113FSO3H1e-602OPhCF3OMe3b (68%)14TfOHO202.5F3CPhF3CPhCF3MeO1fPhPh2a +(40%)15TfOHOBuO201F3Ccis-2a(40%)PhCF31hPh2a (48%)16PhTfOHO201F3CPhCF3MeOOMe3bPh2l (76%)Образование инданов 2 показывает, что CF3-еноны участвуют вреакциях с аренами как 1,3-диэлектрофилы. В отличие от них, другиееноновые структуры реагируют с аренами только по атому С4 [95-101].Введение группы CF3 в еноновую структуру дополнительно активируеткарбонильную группу бутенонов 1, делая ее реакционным центром.Для пяти инданов 2a,b,h,j,k получены данные РСА. Такой наборструктурных сведений позволяет отметить некоторые общие закономерностистроения этих соединений.
Согласно данным РСА (рис. 4), пятичленное54кольцо инданов представляет собой конверт с атомами С 1, С3, С4, С5 в виде«основы» и треугольником С1, С2, С3 как «крышкой». Угол междуплоскостями «основы» и «крышки» меняется в пределах от 35.66(9) (2g) до32.0(1) (2с). CF3-группа отклоняется в сторону атома С2, угол отклонениясоставляет 110.6(1) (2h) – 119.1(1) (2g). Плоскость ароматического кольцаиндановой системы практически не отклоняется от базовой плоскостинасыщенного цикла (углы от 0.3(1) для 2b до 3.1(1)° для 2j).
Плоскостиарильных заместителей наклонены к атому С 1 от 72.33(6)° (2j) до 77.1(1)°(2a) и от 66.74(9)° (2k) до 76.90(6)° (2b) к атому С3. Анализ конформацийэтих пяти незамещенных у атома С2 индановых структур 2a,b,h,j,k иконформаций ранее опубликованных структурно близких соединений [117,118] показывает, что варьирование заместителей у атомов С 1 и С3 индановыхсистем в целом слабо влияет на геометрию инданового остова.Таким образом, из проведенной серии реакций можно сделатьследующие выводы.1) Бутеноны 1a-f,h с аренами в TfOH при 20С за 1 ч стереоселективнообразуют транс-1,3-диарил-1-трифторметилинданы 2а-n.2) Монопротонированые формы А бутенонов 1 могут реагировать сдостаточно сильными -донорными аренами, такими как о-ксилол и тиофен.Реакционным центром в катионах А является атом С4. Более электрофильныечастицы А способны реагировать с бензолом.3) В тех случаях, когда катионы А не взаимодействуют с аренами при низкихтемпературах (-80…-20С) повышение температуры до 20С способствуетпротеканию реакции, приводящей к инданам 2.
При этом имеет место илипреодоление барьера активации для превращения частиц А, или участие вреакции О,С-дипротонированных форм В бутенонов 1.552.4 Обсуждение механизма реакцииПроведенные исследования по квантово-химическим расчетам частицА и В (табл. 1, 2), данные ЯМР по протонированию бутенонов А всуперкислотах (табл. 3) и результаты препаративных реакций бутенонов 1 саренами (табл. 4, 5) указывают на то, что частицы А первоначальнореагируют с молекулой арена по атому С4, а дикатионы В – по атому С2.Основываясь на этой гипотезе, можно предположить следующие путитрансформации бутенонов 1 в инданы 2 (схема 3).1) Путь А.
Арен реагирует с атомом C4 катиона А, давая бутанон 3. Этосоединение протонируется с образованием катиона D, который затемциклизуется в инданол 5. Последний протонируется по атому кислородагруппы ОН с последующим отщеплением молекулы воды, образуя катион G,который взаимодействует еще с одной молекулой арена, превращаясь виндан 2.2) Путь В.
Протонирование катиона А дает дикатион В, которыйреагирует с ареном по атому C2, приводя к частице Е. Последняя циклизуетсяв инданол 5, который далее через катион G переходит в индан 2.3) Пути С и D. Катионы D и E могут атаковать молекулу арена собразованием бутанола 4, который затем протонируется по атому кислородагруппы ОН с последующим отщеплением молекулы воды, давая катион F,претерпевающий циклизацию в индан 2.Чтобы проверить выдвинутые предположения по поводу механизмареакции, были синтезированы соединения 3c, 4a, 5a (схема 4), которые могутлежать на пути превращений бутенонов 1 в инданы 2.
Для моделированиязамещенной1-трифторметилаллильнойсистемытакжесинтезированысоединения 6a и 14 (схема 4).56OArCF3241H+OAr'ArCF33OHOHAr'HAr-H+4ArCF32A2ArCF342BA'F3C-H+4OHH+CF3OHR-H+5ArH+-H2OF3CПуть АRПуть BArG-H+HF3COHAr'+ArAr'HCF3DAr'OHArREAr2CF3Ar'Ar'H-H+-H+CF3Ar'ArAr'FПуть СПуть DH+-H2O-H+OHAr'Ar'HAr4CF3Ar'Ar'H-H+Схема 3. Возможные пути превращений бутенонов 1 в инданы 2.57Схема 4. Синтез веществ 3c, 4a, 5a, 6a, 14.Соединения 3c, 5a в реакции с бензолом в TfOH при 20С привели кобразованию индана 2а (схема 5). Это значит, что пути превращения А и Вдействительно могут реализовываться.Спирт 4а дал смесь олигомерных веществ (схема 6).
По-видимому,пути реакции С и D, проходящие через промежуточное образованиесоединения 4, не приводят к инданам, и их можно исключить израссмотрения. Аллиловый спирт 6а также образовал в реакции с бензоломиндан 2а (схема 5).Схема 558Схема 6Соединение 14 с аллильной системой, родственной веществу 6а,образует в реакциях с аренами (бензолом, орто- и мета-ксилолами,вератролом) под действием TfOH или FeCl3 алкены 15a-d с выходами 4875%.При протонировании группы ОН в исходном соединении споследующим отщеплением воды образуется катион Н, родственныйгенерируемым из бутенонов 1 катионам А.
Электрофильный центр С4частицы Н реагирует с аренами (схема 7).Схема 7Итак, выделяется два наиболее вероятных направления превращениябутенонов 1 в инданы 2: пути А и В. Катион G оказывается ключевыминтермедиатом для обоих предполагаемых путей реакции, и присоединение кнему молекулы арена ведет к транс-ориентации арильных групп в конечныхинданах 2, вероятно, по стерическим причинам.
Похожий процесспрослеживается и в стереохимии трифторметилирования 3-фенилиндан-1-она11 (см. схему 4). В этом случае тоже образуется только один диастереомер 12из-за того, что объемный трифторметилирующий агент может подойти ккарбонильной группе только со стороны, противоположной фенильномузаместителю.Дополнительным свидетельством в пользу стерической затрудненностикатионов G является пример реакции бутенона 1d с мета-ксилолом (табл. 5,опыт 10). Хотя в молекуле мета-ксилола по совокупности электронных истерических эффектов заместителей наиболее предпочтительным дляэлектрофильных реакций является положение 4, присоединение второй59молекулы арена идет по наиболее стерически доступному положению 5 (см.данные РСА на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
