Синтез бис(дифенилфосфорилметил)кетона и его производных в реакции Дэйкин-Веста

АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОСТИ

УДК 547-316

Ш. А. Фаттахов, О. В. Воскресенская, Р. И. Тарасова,

М. Б. Газизов, Р. З. Мусин

СИНТЕЗ БИС(ДИФЕНИЛФОСФОРИЛМЕТИЛ)КЕТОНА И ЕГО ПРОИЗВОДНЫХ В РЕАКЦИИ ДЭЙКИН-ВЕСТА

Ключевые слова: дифенилфосфорилуксусная кислота, бис(дифенилфосфорилметил)кетон,

ангидрид уксусной кислоты, ангидрид трифторуксусной кислоты, пиридин.

Реакцией дифенилфосфорилуксусной кислоты с ангидридами уксусной и трифторуксусной кислот в присутствии пиридина синтезирован бис(дифенилфосфорилметил)кетон. Процесс сопровождается образованием высокоплавкого продукта ацилирования образующегося кетона по двум Р(О)СН2 группам, выход которого зависит от температуры, длительности нагрева и ацилирующей способности ангидрида.

Keywords: diphenylphosphorylacetic acid, bis(diphenylphosphorylmethyl)ketone, acetic acid anhydride, trifluoroacetic acid anhydride, pyridine.

Bis(diphenylphosphorylmethyl)ketone was synthesized using the reaction of diphenylphosphorylacetic acid with acetic and trifluoroacetic anhydrides in the presence of pyridine. The process is accompanied with the formation of high melting product of acylation of ketone on two P(0)CH2 groups. Its yield depends on temperature, heating length and acylation ability of anhydride.

Ранее при взаимодействии аминокислот с уксусным ангидридом в присутствии пиридина были выделены соответствующие аминокетоны [1]. Аналогичная реакция получения дибензилкетона из фенилуксусной кислоты и уксусного ангидрида в присутствии ацетата калия описана в работе [2].

В реакции Дэйкин-Веста вместо аминокислоты нами использована дифенилфосфорилуксусная кислота (ДФУК), при взаимодействии которой с ангидридами уксусной (АУК) и трифторуксусной (АТФУК) кислот наблюдается образование бис(дифенилфосфорилметил)кетона (II). В настоящей работе более детально изучен процесс образования кетона(11) на основе реакции ДФУК с указанными ангидридами в присутствии пиридина

Взаимодействие ДФУК с АТФУК проводилось как при нагревании до 50-600С, так и при охлаждении до 00С. Как показали ЯМР 1Н-спектральные исследования первоначально образующийся смешанный ангидрид (1а) медленно при комнатной температуре и быстро при 50-600C подвергается диспропорционированию с образованием симметричного ангидрида (1б) (Схема 1). При этом выделяющаяся трифторуксусная кислота связывается в прочные комплексы с ангидридами (1а) и (1б).

2РП2РСН2С0И+2[СРзС(0)]20--»2[РЬ2РОН2СОССРз]»СРзООН -[ор3с(0)]20»

ОО О О О , О

Іа

-----[Р1п2РСН2СОССН2РР1'12]*2СРзСОН

1 2|| 211 II 211 2 311

о о о о о

16

С целью разрушения комплексов ангидридов ^а,б) с трифторуксусной кислотой проводилась обработка реакционной смеси пиридином. После обработки по данным спектра ЯМР 1Н реакционная смесь содержала 70% кетона (II) и 7,5% более высокоплавкого продукта (III) (табл. 1).

Таблица 1 - Характеристика продуктов реакции

№ Т 0С  пл* ^ Выход, % Спектральные характеристики

про- дукта Реакц. с АТ-ФУК Реакц. с АУК ЯМР 5, м.д., (I, Гц) (СРОіз) ИК, см-1 (КВг) Масс- спектр, т/е найд./ вы- числ.

13С 1Н 31р

II 175-176 44 (70*) 34 (64) 48.58 д (РСН2, 56,30), 128,69 д (м-РИ, 12,60), 130,77 д (о-РИ, 10,08), 131.58 д (РРИ, 103,28), 132,24 с (п-РИ), 195,55 т (С=0, 5,29) 4,11 д (4Н, 2РСН2, 15) 7,508,10 м (20Н, 4РИ) 1192 (Р=О) 1695 (О=О) 458/458

III 234-236 5 (7,5) 13,5 (27) 33,85 д (РСН2, 58,19), 118,54 д (РС=, 101,01), 131.67 с, С-1 (РИ), 132,15 с, С-1’ (РИ), 127,89 д, С-2 (РИ, 13,48), 128.68 д, С-2’ (РИ, 12,22), 131,41 д, С-3 (РИ, 9,70), 131,86 д, С-3’ (РИ, 10,83), 131,14 д, С-4 (РИ, 36,53), 132,00 д, С-4’ (РИ, 25,44), 169,78 т (=С=, 11,08), 176,72 т (С=О, 4,41) 4,92 д (4Н, 2РСН2, 15) 7,508,10 м (40 Н, 8РИ) 29,78; 28,92 (1:1) 1177 (Р=О) 1623 (О=О) 925/924

-------1---------1--------1--------1-------------------------1--1---------1--

* В скобках приведен выход продукта по данным ЯМР Н спектров.

** Лит. данные [3]: ЯМР 1Н (СРС!з), 5, м.д.: 4,1 д (4Н, РСН2, J 15 Гц).

[Ph2PCH2COCCH2PPh2].2CF3COH г,2пР'Упн<Ри> Pl^PChhCChhPPI^ + III

O O O O O -CO2 O .. O O

I6 11

Кетон (II) выделен с выходом 44%, а продукт (III) - с выходом 5%. Взаимодействие ДФУК с АУК, в отличие от реакции с фторированным аналогом, требует более жестких условий (температура 80-900С). Процесс также приводит к образованию симметричного кетона (II) (выход 48%) и высокоплавкого продукта (III) (выход 13,5%). В отсутствие пиридина взаимодействие ДФУК с АУК протекает в более жестких условиях (1240С) и помимо образования кетона (II) и продукта (III) сопровождается декарбоксилированием исходной ДФУК с выделением дифенилметилфосфиноксида (IV).

Схема 3

PI^PC^COH^co^ Ph2PCH3

O O O

Структура кетона (II) подтверждена спектральными данными (ИК-, ЯМР-, масс-спектры) и данными элементного анализа (табл.). При взаимодействии кетона (II) с гидра-зидом дифенилфосфорилуксусной кислоты выделен гидразон (V) (схема 4).

Схема 4

O O

CHCl Л 11 11

Ph2PCH2CCH2PPh2+H2NNHCCH2PPh2 HO * Ph2PCH2CCH2PPh2

II II и II II - H2O ^ ^|| ^ ^

O O O O O NNHCCH2PPh2

II II II

V O O

Во всех изученных реакциях процесс получения кетона (II) сопровождается образованием побочного продукта (III), выход которого зависит от температуры, длительности нагрева и ацилирующей способности ангидрида.

На основании спектральных данных нами предложены 2 варианта структуры (III а, б):

O O / 2 3 \ O O O O

Ріі2РСН2ч РРИ2 і'^^"ЬРСН2С ССН2РРИ2

С-СН-ССН2РРІі2 ' / 2' С\ С-С-ОРРи

РИ РО^ 11 " 2 Л-Х^3ч4\ /О 0 ОРРИ2

РИ2р0Н2 он о о ГСНр о

0 ІІІа \ / О ІІІб

Образование и структуру продукта (III) можно объяснить двумя альтернативными схемами 5 и 6. По схеме 5 первоначально образующийся кетон (II) далее может претерпевать альдольную конденсацию с выделением продукта (Ша).

Схема 5

О О

II рри

ри2рсн2 РРП2

2РЬ2РСН2ССН2РРИ2---------- С-СН-ССН2РРІі2

11 11 11 Dh Dru / I

O O O Ph2PCH2 O

OH O O

0 IIIa

Согласно схеме 6 в процессе образования кетона (II) может проходить последующее ацилирование его ангидридом (1б).

Схема 6

РГ^Н^Н^^ +[Ph2PCH2COCCH2PPh2]•2CFэCOH ___

OOO ОООО О - 2 Н2О

О О О О ОООО

............. О О О О

р|12рсн2С СС1_|2РР|12 Ph2PCH2C CCH2PPh2

1 ~ __ ____ I I 2 2

ph2pнс—C—снpph2 - Н2О Ph2PC=C=CPPh2

ООО О О

1116

Характеристики спектров ЯМР 13С, 31Р и масс-спектров (табл.) соответствуют структуре продукта ацилирования кетона (II) по активным метиленовым группам с последующей дегидратацией (Шб).

Экспериментальная часть

Взаимодействие ДФУК с ангидридом трифторуксусной кислоты в присутствии пиридина

К смеси 2,2 г (0,0085 моль) ДФУК и 2 мл (1,96 г, 0,025 моль) пиридина в 4 мл хлороформа при температуре -50С в течение 1 часа в токе азота добавляли по каплям раствор 3,4 мл (5,33 г, 0,025 моль) ангидрида трифторуксусной кислоты в 4 мл хлороформа. Реакционную смесь выдерживали 2 часа при 00С, а затем довели до комнатной температуры. Полученный раствор реакционной смеси промывали последовательно 1%-м раствором соляной кислоты, затем 5%-м раствором гидрокарбоната натрия до щелочной реакции среды и водой, выдерживали над Ыа23О4 в течение 1 суток и вакуумировали при 30400С (20-30 мм рт.ст). Полученная темная смола (1,85 г) по спектрам ЯМР 1Н содержит 70% бис(дифенилфосфорилметил)кетона (II) и 7,5% соединения (Шб). ЯМР 1Н ^00^, 5, м.д.: 3,65 д (ДФУК, 2Н, РСН2, I 15 Гц), 4,10 д (II, 4Н, РСН2, I 15 Гц), 4,92 д (Шб, 4Н, РСН2, I 14 Гц).

Обработкой смолообразной смеси ацетоном выделено 0,85 г желтоватых кристаллов кетона (II) с т.пл. 175-1760С, выход 44%. Найдено, %: Р 13,25, 13,35. C27H24OэP2. Вычислено, %: Р 13,54.

Из раствора выдерживанием при низкой температуре выделяли 0,1 г порошкообразного продукта (Шб) с т.пл. 234-2360С, выход 5%. Найдено, %: Р 12,45, 12,75. С55Н44О6Р4 Вычислено, %: Р 13,42.

Взаимодействие ДФУК с ангидридом уксусной кислоты в присутствии пиридина

К 10,4 г (0,04 моль) ДФУК прибавляли 7,5 мл (8,16 г, 0,08 моль) АУК и 6,4 мл (6,32 г, 0,08 моль) пиридина, и смесь выдерживали 1,5 ч при 80-850С. Затем реакционную смесь растворяли в 20 мл хлороформа и обрабатывали последовательно 50 мл воды и 135 мл 5%-го раствора гидрокарбоната натрия, промывали 75 мл воды, сушили и вакуумировали (р 30 мм рт.ст.) при 50-700С до постоянной массы. Полученный остаток (масса 8,35 г) по данным спектров ЯМР 1Н содержит 64% бис(дифенилфосфорилметил)кетона (II), 27% высокоплавкого продукта (Шб) и 9% дифенилметил-фосфиноксида. ЯМР 1Н ^0^), 5, м.д.: 4,11 д (II, 4Н, РСН2, I 14 Гц), 4,94 (Шб, 4Н, РСН2, I 15 Гц), 2,18 д (IV, 3Н, РСНэ, I 15 Гц).

Обработкой реакционной смеси 8 мл диоксана выделяли 2,5 г порошкообразного осадка, состоявшего из бис(дифенилфосфорилметил)кетона (II) и высокоплавкого продукта(Шб). Смесь разделяли кипячением в ацетоне с обратным холодильником. После фильтрования и вакуумирова-ния получено 1,25 г фосфорилированного кетона (II), выход 13.5%, и 1,25 г высокоплавкого продукта (Шб) с т.пл. 234-2360С, выход 13,5%. Найдено, %: Р 12,60, 13,00. С55Н44О6Р4 Вычислено, %: Р 13,42.

Из диоксанового раствора на холоду (0-50С) высаживали дополнительно 1,65 г кетона (II), раствор после фильтрования разделяли с помощью колоночной хроматографии. Всего выделено 2,75 г бис(дифенилфосфорилметил)кетона (II) с т.пл. 175-1760С, суммарный выход 48%. Найдено, %: Р 13,31, 13,41. C27H24O3P2. Вычислено, %: Р 13,54.

Взаимодействие бис(дифенилфосфорилметил)кетона (II) с гидразидом дифенилфосфо-рилуксусной кислоты

Взвесь 0,4 г (0,00087 моль) бис(дифенилфосфорилметил)кетона (II) в 2 мл хлороформа смешивали с 0,25 г (0,00087 моль) гидразида дифенилфосфорилуксусной кислоты. Смесь кипятили с обратным холодильником в течение 9 часов. Полученную реакционную смесь вакуумировали, добавляли 2-3 капли уксусной кислоты и выдерживали ее при 90-1000С в течение 3 часов. Наблюдалось разделение реакционной массы. Из смолообразного нижнего слоя ацетонитрилом высаживали 0,4 г порошкообразного дифенилфосфорилацетилгидразона

бис(дифенилфосфорилметил)кетона (V), т.пл. 133-1350С, выход 63%. Найдено, %: N 4,25, 4,30; Р 12,30, 12,75. C41H37N2O4P3. Вычислено, %: N 3,83; Р 12,70. ЯМР 1Н (CDCI3), 5, м.д.: 3,26 д (2Н, РСН2, J 15 Гц), 3,56 д (4Н, РСН2, J 15 Гц), 7,50-8,48 м (30Н, СаНа), 9,93 с (1Н, NH).

Спектры ЯМР 1Н записаны на спектрометре Tesla BS-567A (100 МГц), химические сдвиги протонов указаны относительно (CH3)4Si. Масс-спектры выполнены на масс-спектрометре MALDI-TOF Dynamo Finnigan.

Работа выполнена при финансовой поддержке Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» (гос-контракт № П-1108).

Литература

1. Dakin, H. D. A general reaction of amino acids / H.D.Dakin, R.West // J. Biol. Chem. - 1928. - V. 78 - №1. - Р. 91.

2. Hurd, Th. Preparation of Dibenzyl Ketone and Phenylacetone / C.D.Hurd, C.L.Thomas // JACS. -1936. - V. 58. - Р. 1240.

3. Corbel B. An efficient synthesis of dialkyl 2-oxoalkanephosphonates and diphenyl-2-oxoalkylphosphine oxides from 1-chloralkyl ketones / B.Corbel, L.Medinger, J.P.Haelters, G.Sturtz // Synthesis. - 1985. - Р. 1048-1051.

© Ш. А. Фаттахов - асп. каф. органической химии КГТУ, shamilf@yandex.ru; О. В. Воскресенская -канд. хим. наук, доц. той же кафедры, tarasova_raisa@mail.ru; Р. И. Тарасова - канд. хим. наук, вед. науч. сотр. той же кафедры; М. Б. Газизов - д-р хим. наук, проф. зам. зав. каф. органической химии КГТУ; Р. З. Мусин - канд. хим. наук, ст. науч. сотр., доц. лаб. физико-химического анализа ИОФХ им. А.Е.Арбузова КНЦ РАН, musin@iopc.knc.ru.