Взаимодействие галогенацетиленов с азотсодержащими нуклеофилами

С.Г.Дьячкова, А.Н.Гришка, Н.И.Ушакова

Взаимодействие гадогенацетиденов с азотсодержащими нуклеофилами*

К настоящему времени реакции галоген ацетиленов с азотсодержащими нуклеофилами широко используются для получения разнообразных, ранее труднодоступных классов соединений: инаминов [1, 2-4, 5-12], аминоамидинов [4, 13, 14-19], кетениминов [1, 14, 19, 20], енаминов [13, 17, 18, 21-27], нитрилов органических кислот [1, 3-4, 13, 14, 16, 20, 28, 29], инаммониевых солей [3, 5, 20, 21, 30, 31], /^-содержащих гетероциклов [17, 23-27, 32],

Анализ многочисленных экспериментальных данных свидетельствует, что строение продуктов реакции зависит как от распределения электронной плотности в молекуле ацетилена, так и от природы заместителей у нуклеофильного центра (атома азота). При использовании /^-содержащего нуклеофила с подвижным атомом водорода реакция может протекать по двум направлениям: либо с образованием аддукта по тройной связи - енамина, либо как нуклеофильное замещение галогена в галогенацетилене, сопровождающееся перегруппировкой с перемещением водорода и кратных связей,

В [3, 4, 20] показано, что взаимодействие галогенацетиленов с газообразным аммиаком в среде эфира приводит к нитрилам соответствующих органических кислот, Механизм реакции заключается в нуклеофильном замещении атома галогена и последующей прототропной изомеризации промежуточно образующегося аминоацетилена:

Б1С=СХ + Шз(газ) -> [ЯС=СШ2] -* КСН2С1Ч

Х = С1 [3,4, 20], Вг [4];

Я = Н [4], С1 [4], СМ [3],

Газообразный аммиак - довольно слабый нуклеофил, поэтому не все галогенацетилены вступают с ним в реакцию, Так, с газообразным аммиаком не реагируют фторацетилен [13, 29] и органилтиохлорацетилены [1, 14]. Однако они легко вступают в реакцию с амидом натрия в жидком аммиаке, образуя с количественным выходом ацетонитрил и 2-(алкилтио)ацетонитрил, соответственно [1, 13, 14, 29].

ИаШ2 / Ш3 ж. Х Ге

КС=СХ -> С=с -> Н^СееСЯ —> КСН2СЫ

/ Хо -X" Н2М к

Я = Н [13, 29], А1к8 [1, 14]; X = Б [13, 29], С1 [1, 14].

В [29] предложен механизм реакции галогенацетиленов с амидом натрия, заключающийся в нуклеофильном присоединении амид-ионов по тройной связи с последующим элиминированием галогенид-аниона и прототропной изомеризацией (схема 2),

Атака галогенацетиленов /^-содержащими нуклеофилами может осуществляться не только по ацетиленовым атомам углерода, но и по галогену. Например, при взаимодействии фенилхлорацетилена с амидом натрия в жидком аммиаке и последующем разложении избытка МаЬ1Н2 водой в основном образуется фенилацетилен - продукт галогено-фильной атаки, наряду с которым в результате конкурентной реакции нуклеофильного замещения атома хлора при вр-гибридизованном атоме углерода образуется 2-фенилацетонитрил [28] (схема 3),

* Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования России

NH2 - Н20 PhC=CCl - PhC=C - PhC=CH

60%

nh2

PhCH2CN 16%

л СС1

рьс=с. -^ рьс=сын2

КН2 ~С1

С первичными аминами галогенацетидены взаимодействуют также по схеме нуклеофильного замещения. Так, ди-хлорацетилен реагирует с первичными алкиламинами, образуя с количественным выходом аминоамидины [4, 13].

N11

С1С=СС1 + ЗRNH2 -> КШ- СН2— С^

~2 не1 \

КШ.

На примере галогенацетиденов с акцепторными заместителями - органилтиохлорацетиленов [1, 14] и диалкил-2-хлорэтинилфосфонатов [19, 20] было показано, что в среде апротонных растворителей они легко вступают в реакцию с первичными аминами и приводят к образованию серу- и фосфорзамещенных кетениминов и аминоамидинов [1, 14, 19, 20]. При взаимодействии алкилтиохлорацетиленов с первичными аминами в среде диэтилового эфира получены А/-метил-1-(метилимино)-2-(алкилтио)этан-1-аммоний хлориды [1, 14], образование которых можно обьяснить последовательностью стадий нуклеофильного замещения атома хлора прототропной изомеризацией и присоединением второй молекулы амина по кратной связи кетенимина.

+

RSCeeeCCI + H2NMe —^ [RSC==CNH2Me -Cl] —> [RSCH—C^NMe - HCl]

N— Me

H2NMe, RSCH2-C^+

XNH2Me • C1

С предложенным механизмом согласуется тот факт, что в случае реакции алкилтиохлорацетиленов [1, 14] и диал-кил-2-хлорэтинилфосфонатов [19, 20] с пространственно-затрудненным грег-бутиламином единственными продуктами являются соответствующие кетенимины (схема 6). Присоединения второй молекулы грег-бутиламина по кратной связи кетениминов не происходит, по-видимому, вследствие стерических затруднений:

RC-CC1 + 2 H2NBu-/ ->RCH=C=NBu-t + HCl • H2NBiri

60-70%

R = w-PrS, Г-BuS [1, 14],

Вместе с тем, Л/-[2-(алкилтио)этинилиден]амины легко присоединяют метиламин, образуя Л/-алкил-/У'-трет-бутиламидины алкилтиоуксусных кислот [1,14]:

/№и-t

RS CH=C=NBu-/ + H2NMe -> RSCH2-C^

NHMe

R = Alk. (7j

Одним из подходов к получению труднодоступных ранее ен- и инаминов - перспективных синтонов и полупродуктов для тонкого органического синтеза - является реакция галогенацетиленов с вторичными аминами, общую схему взаимодействия которых можно представить следующим образом [21]:

С-СН*

Я2Ш

Я2Ш л Н20

Я2Ш

-С

в

+ - к.?мн

:СШ2

Н

Я2Ш мд" '

Я2№1

сн=от2)2

н2о

•СН2С(0)Ж2

А

Н20

СНС = ]Ж Ш2

'ж'

Из схемы (8) видно, что галогенацетидены могут реагировать с вторичными аминами как по пути нуклеофильного замещения атома галогена, приводя (через стадию инаммониевых солей) к инаминам (схема 8, путь «в-г»), так и с образованием аддуктов по тройной связи - енаминов (схема 8, путь «б»). Присоединение второй молекулы амина к ен-и инаминам дает А/-[1-диалкиламино)-2-(органил)винил]-Л/,/У-диалкиламины. В присутствии воды ен- и инамины легко гид-ролизуются с образованием амидов органических кислот. Галогенофильная атака молекулы галогенацетилена (схема 8, путь «а») в присутствии подвижных протонов приводит к терминальным ацетиленам.

К образованию продуктов замещения (инаминов) обычно приводят реакции вторичных аминов с галогенацетилена-ми, содержащими сильные электроноакцепторные заместители [5-11]. Так, 1-бром-3-алкил-бутадиины-1,3 [10], диалкил-2-хлорэтинилфосфонаты [5], органилтиохлорацетилены [11] и перхлорбутенины [6-9] легко в среде диэтилового эфира реагируют с вторичными алифатическими аминами, образуя в одну стадию с количественным выходом неизвестные либо труднодоступные ранее замещенные инамины:

кс-сх

2 Я^ЫН

к2 ш-нх

К = А1кС=С [10], АИй, АгЭ [11], (А1Ю)2Р(0) [5], С12С = С(С1) [6-9];

Я1 = Ме,Е^-СН2СН2ОСН2СН2 -СН2(СН2)3СН2-, -СН2СН2ШСН2СН2-;

X = С1 [5-9, 11], Вг [10].

Конкуренция за нуклеофил между атомом галогена и С5р-атомом в молекуле галогенацетилена наглядно иллюстрируется на примере реакций хлор- и бромфенилацетиленов с вторичными алифатическими аминами. Так, хлорфенил-ацетилен в апротонных растворителях (эфир, бензол, толуол) с диалкиламинами дает исключительно продукты нуклеофильного замещения атома хлора - М,А/-диалкил-/У-(2-фенилэтинил)амины (схема 8, путь «в-г») [11]. В то же время бромфенилацетилен с диэтиламином в сравнимых условиях дает фенилацетилен - продукт галогенофильной атаки молекулы ацетилена (схема 8, путь «а») [33], Различия в поведении бром- и хлорацетиленов объясняются тем, что атом брома более электрофилен, чем атом хлора, поэтому в бромацетиленах нуклеофил атакует атом брома, а в хлораце-тиленах - 5р-гибоидизованный атом углерода.

Х = С1

РЬСееСХ

А1к2Ш -И

-на

X = Вг

РЬС=СНА1к2

РЬСееСН

- ХЫА1к2

Следует отметить, что дихлорацетилен не реагирует с ароматическими аминами, по-видимому, вследствие их более низкой нуклеофильности по сравнению с вторичными алифатическими аминами [18, 24].

Основным направлением реакции пирролид-анионов с алкилтиохлорацетиленами в сверхосновной гетерофазной системе КОН - ДМСО является замещение атома хлора, приводящее к 1-(алкилтиоэтинил)пирролам, Кроме них образуются 2-алкилтио-1,1-бис(1-пирролил)- и 1-алкилтио-1,2-бис(1-пирролил)этены, причем при избытке пиррола первые становятся преобладающими продуктами реакции [32].

К2

Я1

КОН/ДМСО Ш + С1С=С8Я -->

Я2

М_С=С8К +

+

Я2

Я1

Я2

N Я1

чу

8Я

\ / с=с

/ \

ы

Я2

+

Я1 = Н, РИ; Я2 = Н;

Я^Я2 =

К ацетиленовым аминам (инаминам) приводят также реакции галогенацетиленов с третичными аминами [2, 12]. Реакция протекает через стадию неустойчивой инаммониевой соли, которая легко декватернизуется с выбросом ор-ганилгалогенида (схема 12):

яс=сх

Яз^

яс=скя3!

•X

яс=скя2

ях

Я = Г-Ви [2], С6Р5 [12]; X = С1 [2, 12], Вг [12], I [12];

Яз^ИМез^Шз.

Однако в некоторых случаях исследователям все же удалось получить с количественным выходом и охарактеризовать устойчивые инаммониевые соли [1, 3, 5, 20, 21, 30, 31] при реакции галогенацетиленов с третичными аминами:

ЯСееСХ + Яз^

ЯС=СИЯ3]

.X

Я = СООМе [31], РЬ [3, 21], (А1Ю)2Р(0) [5, 20], Л1к8 [1, 30, 31]; X = С1, Вг;

Я31К = ЫМе3,НЕ13, п-?г-ЫV

\-/ \-/

Необходимо отметить, что электроноакцепторные заместители в галогенацетиленах не только способствуют протеканию реакции с третичными аминами, но и стабилизируют образующиеся в результате инаммониевые соли [5, 20, 31].

В [5, 20] было показано, что на устойчивость инаммониевых солей значительное влияние оказывает природа заместителей в аминогруппе. Например, этиниламмониевая соль, образующаяся при взаимодействии диметил-2-хлорэтинилфосфоната с триэтиламином, разлагается с образованием инамина уже при комнатной температуре, в то време как триметиламин дает устойчивый продукт - хлорид 2-(диметоксифосфорил)-А/ДА/-триметилэтинил-1-аммония, выдерживающий нагревание до 150-160°С. По-видимому, с увеличением объема заместителей при атоме азота склонность инаммониевых солей к декватернизации повышается.

Получаемые в одну стадию из галогенацетиленов и промышленно доступных аминов устойчивые, водорастворимые инаммониевые соли нашли широкое практическое применение. Среди них выявлены соединения, проявляющие высокую антимикробную [34] и противоопухолевую активность [35], а также свойства эффективных комплексообразовате-лей [36].

Библиографический список

1. Mirskova А. N.. Seredkina S. G„ Voronkov М. G II Sulfur Rep. - 1989, - Vol, 9, № 2. - P, 75-94.

2. Вийе Г, Г. II M,: Химия, - 1973, - С, 88-137

3. Dickstein J. I., Miller S. I, // Ed, S. Patai (John Wiley, New York). - 1978, - P, 813-955.

4. Delavarenne S. Y., Viehe И, G. II New York, 1969. - Chapter 10, - P, 691-750.

5. Гарибина В, A„ Догадина А. В., Ионин Б. И., Петров А. А, II ЖОХ. - 1979. - Т. 49, вып. 10. - С. 2385-2386.

6. Feustel М„ Himbert G, Synthese von (1,3-aikadiinyljaminen // Lieb, Ann. Chem. - 1984. - Heft. 3. - S. 586-599,

7. Faul D„ Leber E., Himbert G. II Synthesis, - 1987. - № 1. - P, 73-74,

8. Faul D„ Himbert G II Chem. Ber. - 1988. - Bd, 121, Heft, 7, - S, 1367-1369.

9. Himbert G., Faul D. II Telrahedron Lett. - 1988. - Vol 29, № 42. - P 5355-5358,

10. Гусев Б, П., Цургозен А А„ Кучеров В, Ф II Изв, АН СССР. Сер. хим, - 1972, - № 5, - С. 1098-1102.

11. Мирскова А, Н„ Середкина С, Г., Воронков М. ГII ЖОрХ. - 1985, - Т. 21, вып. 12. - С. 2506-2510,

12. Богорадовский Е. Т., Завгородний В. С„ Мингалева К, С., Максимов В. А, Петров А, А, II ЖОХ, - 1978. - Т. 48, выл, 8. - С, 1754-1757.

13. Смирнов К, М„ Томилов А, П., Щекотихин А. И.. // Успехи химии 36, вып. 5, - С. 777-802,

14. Мирскова А. Н„ Середкина С. Г., Воронков М. Г, II Изв, АН СССР, Сер. хим, - 1987, - № 6, - С. 1415-1418,

15. Pielichowski J., Czub P. II Bull, Soc. Chim. Belg. - 1995. - Vol. 104, № 6. - P, 407-409.

16. Pielichowski J., Bogdal D, II Bull. Soc, Chim. Belg, - 1993, - Vol. 102, № 5, - P, 343-346,

17. Pielichowcki J„ Bogdal D. II Synthetic comm. - 1994. - Vol, 24, № 21, - P. 3091-3098.

18. Bogdal D„ Pielichowcki J. II Polish J, Chem, - 1994, - Vol, 68, - P. 2439-2449.

19. Леонов A. A„ Догадина A, B„ Ионин Б, И.. Петров А. А. II ЖОХ. - 1983. - Т. 53, вып. 1. - С. 233-234,

20. Петров А, А„ Догадина А, В., Ионин Б, И,, Гарибина В, А„ Лэонов А. А. II Успехи химии. - 1983, - Т, 52, вып, 11, - С, 1793-1802.

21. Tanaka R., Miller S, I. // J. Org. Chem, - 1971. - Vol. 36, № 25, - P. 3856-3861.

22. Pielichowski J„ Popielarz R. II Synthesis, - 1984, - № 5. - P, 433-434,

23. Pielichowski J„ Czub P. // Synthetic comm. - 1995. - Vol. 25, № 22. - P. 3647-3654,

24. Кабердин P. В., Поткин В. И. II Успехи химии. - 1994. - Т. 63, вып. 8, - С, 673-692,

25. Denis J-N„ Moyano A., Greene А. Е. II J. Org. Chem. - 1987. - Vol. 52, № 5. - P. 3461-3462.

26. Kende A. S., Fludzinski P. II Synt hesis, - 1982. - № 6. - P, 455-456.

27. Pielichowski J., Bogdal D, II Prakt. Chem, - 1989. - Bd. 331, Heft, 1. - S, 145-148.

28. Шварцберг M. С., Василевский С, Ф., Синяков А, Н, II Изв. АН СССР. Сер. хим. - 1976, - № 10. - С. 2292-2295.

29. Viehe Н. G„ Franchimont Е. II Chem, Ber, - 1962, - Bd, 95, Heft, 2. - P. 319-327.

30. Мирскова A, H„ Середкина С, Г., Калихман И, Д„ Банникова О. Б., Воронков М. Г, II ЖОрХ, - 1984, - Т, 20, вып. 3, - С, 657-658.

31. Лукьянов С, М„ Коблик А, В„ Мурадьян А А. II Успехи химии, - 1998, - 1, 67, вып, 10, - С. 899-939.

32. Собенина А Н„ Дьячкова С. Г„ Степанова 3. В., Торяшинова Д. -С, Д., Албанов А. И., Ушаков И. А„ Деменев А. П., Михалева А. И., Трофимов б. А. II ЖОрХ, - 1999, - Т, 35, вып. 6, - С. 941-945.

33. Wolf V„ Kowitz F. II Lieb, Ann, Chem, - 1960. - Bd. 638, Heft. 1. - S, 33-42,

34. Середкина С. Г., Мирскова А. Н„ Воронков М, Г„ Кузнецова Э, Э„ Козлова Г, В., Пушечкина Т, А II А. С, СССР № 1166472 (закрыто к опубликованию).

35. Мирскова А. Н„ Воронков М. Г., Федосеев А, П., Кирдей Е, Г, II А, С, СССР № 1345595 (закрыто к опубликованию),

36. Гарибина В, А„ Догадина А. В., Захаров В. И„ Ионин Б, И„ Петров А. А. II ЖОХ. - 1979, - Т. 49, вып, 9. - С. 1964-1973.

А.Н.Волков, К.Д.Волкова

Эфиры диацетиленовых спиртов и гликолей. Синтез и перспективы практического использования

В предыдущем обзоре [1] рассмотрены общие методы синтеза диацетиленовых спиртов (ДАС) и гликолей (ДАГ) -синтетически и практически значимых производных диацетилена. Существенный вклад в решение проблемы рационального использования промышленного диацетилена вносит исследование реакционной способности ДАС и ДАГ. Особый интерес представляет синтез различных эфиров ДАС и ДАГ, так как они находят применение в различных областях науки и техники. Например, на основе сложных эфиров ДАГ разработаны методы получения полимеров и пленок Ленгмюра-Блоджетт, состоящих из кристаллов вытянутых макромолекул с сопряженными связями в основной цепи, Такие полимеры обладают рядом интересных свойств, которые определяют области их практического применения (нелинейная оптика, одномерные полупроводники, фоточувствительные материалы и др,) [2],

Цель настоящего обзора - систематизировать имеющиеся литературные данные по синтезу и свойствам эфиров ДАС и ДАГ.