WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Pages:   || 2 |

«НОВЫЕ РЕАКЦИИ Al- И Mg-ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ С ОЛЕФИНАМИ, АЛЛЕНАМИ И АЦЕТИЛЕНАМИ, КАТАЛИЗИРУЕМЫЕ КОМПЛЕКСАМИ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ ...»

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Дьяконов Владимир Анатольевич

НОВЫЕ РЕАКЦИИ Al- И Mg-ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ С

ОЛЕФИНАМИ, АЛЛЕНАМИ И АЦЕТИЛЕНАМИ,

КАТАЛИЗИРУЕМЫЕ КОМПЛЕКСАМИ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ

02.00.03 – органическая химия

02.00.15 – кинетика и катализ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук

УФА – 2012

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте нефтехимии и катализа РАН

Научный консультант:

доктор химических наук, профессор, член-корреспондент РАН Джемилев Усеин Меметович

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор, член-корреспондент РАН Анаников Валентин Павлович доктор химических наук, профессор Докичев Владимир Анатольевич доктор химических наук, профессор Зорин Владимир Викторович

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН

Защита диссертации состоится 14 марта 2012 года в 10.00 ч на заседании диссертационного совета Д.002.062.01 в Учреждении Российской академии наук Институте нефтехимии и катализа РАН по адресу: 450075, Уфа, проспект Октября, 141. Тел./ факс: (347)2842750. E-mail: ink@anrb.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Учреждения Российской академии наук Института нефтехимии и катализа РАН и с авторефератом - на сайте ВАК Министерства образования и науки РФ.

Автореферат разослан « » февраля 2012г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор химических наук Шарипов Г.Л.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Внедрение методов металлокомплексного катализа в практику металлоорганического синтеза кардинально изменило вектор развития этой неуклонно развивающейся области химии, позволило ускорить медленно идущие реакции и воплотить в жизнь превращения, возможность осуществления которых, в рамках классической органической и металлоорганической химии, не представлялось возможным.





Одним из ярких достижений последних 1520 лет в области металлоорганического синтеза является разработка реакции каталитического циклометаллирования -олефинов, терминальных алленов и дизамещенных ацетиленов с помощью простейших алкильных и алкилгалогенидных производных Mg и Al в присутствии комплексов на основе переходных металлов (Ti, Co, Zr), позволяющей в мягких условиях осуществлять регио- и стереоселективный синтез ранее неописанных классов циклических Mg- и Al-органических соединений (MOC и АОС) – алюминациклопропанов, алюминациклопропенов, алюминациклопентанов, алюминациклопентенов, алюмина- и магнезациклопента-2,4диенов, содержащих в своей структуре высокореакционноспособные Al–C- и Mg–C-связи.

Разработанные реакции каталитического этилмагнирования, цикломагнирования, циклоалюминирования получили статус именных и упоминаются в мировой литературе как реакции Джемилева.

Активные исследования в данной области химии и изучение свойств указанных выше металлакарбоциклов на основе Mg и Al привели к разработке оригинальных, однореакторных методов синтеза широкого круга ранее труднодоступных карбо-, гетеро- и макрокарбоциклов заданной структуры, а исследование механизмов этих реакций - к открытию феномена каталитической замены атомов переходных металлов (Zr, Ti, Co) в металлакарбоциклах на атомы непереходных металлов (Al, Mg, Zn, Ga, In, B), с получением упомянутых выше классов металлоорганических соединений непереходных металлов.

Вместе с тем, к началу наших исследований, в литературе полностью отсутствовали сведения о возможности осуществления реакции каталитического гомо- и смешанного цикломагнирования и циклоалюминирования функционально-замещенных циклических и ациклических олефинов, ацетиленов и алленов с целью получения новых классов малых, средних и макроциклических металлакарбоциклов различной структуры.

Как мы полагаем, практическая реализация указанных выше реакций, а также изучение физико-химических свойств полученных металлациклов приведет к разработке новой методологии и стратегии органического и металлоорганического синтеза широкого ассортимента полезных веществ и материалов, необходимых для промышленности.

Доступность новых циклических металлорганических соединений, высокая реакционная способность металл-углеродной связи в последних, а также их высокая стабильность в инертной атмосфере делают эти реагенты исключительно перспективными с точки зрения создания на их основе нетрадиционных технологий для электронной, фармацевтической промышленности, а также авиационной и космической техники.

В связи с вышеизложенным осуществление реакции гомо- и смешанного цикломагнирования и циклоалюминирования циклических и ациклических ацетиленов, алленов, метиленалканов, в том числе функционально-замещенных, с целью получения новых классов пяти- и макроциклических металлакарбоциклов различной структуры, а также разработка на основе новых реакций и металлоорганических реагентов перспективных для практического применения схем синтеза природных феромонов, лекарственных препаратов и макроциклических кетонов является важной и актуальной задачей.





Цель и задачи исследования. Целью исследования является развитие новых направлений использования реакций каталитического цикломагнирования и циклоалюминирования на примере циклических и ациклических ацетиленов, алленов и метиленалканов, в том числе функционально-замещенных, для создания методов синтеза пяти-, макро- и гигантских карбо- и металлакарбоциклов, представляющих практический интерес в синтезе важных природных феромонов насекомых, лекарственных препаратов, макроциклических кетонов и гетероциклов.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

1. Поиск и разработка новых каталитических систем на основе комплексов Ti и Zr, позволяющих проводить регио- и стереоселективное циклометаллирование алкенов, алкинов, 1,2-диенов различной структуры с помощью доступных алюминий- и магнийорганических соединений.

2. Разработать перспективные методы синтеза новых классов непредельных моно-, бии трициклических металлакарбоциклов на основе Mg и Al циклометаллированием моно- и диацетиленов, циклических и ациклических алленов с помощью Mg- и Al-органических соединений под действием катализаторов на основе соединений Zr.

3. Осуществить межмолекулярное циклометаллирование,-диалленов и,диацетиленов с помощью реагентов Гриньяра или алкилгалогеналанов в присутствии катализаторов на основе комплексов Ti и Zr с целью разработки однореакторных методов конструирования гигантских карбо- и металлакарбоциклов.

4. Разработать однореакторные методы синтеза несимметричных би-, три- и полициклических алюмина- и магнезакарбоциклов перекрестным межмолекулярным циклометаллированием циклических 1,2-диенов и ацетиленов с -олефинами, норборненами, терминальными алленами и дизамещенными ацетиленами с помощью RMgHlg или RnAlCl3-n, катализируемым комплексами Ti и Zr.

5. Распространить реакции каталитического цикломагнирования и циклоалюминирования на напряженные метилиденциклоалканы с целью разработки однореакторных методов синтеза алюминаспирокарбоциклов, перспективных для превращения последних в углеводороды и гетероциклы спирановой структуры.

6. Разработанные реакции и металлоорганические реагенты использовать для получения высокосортных душистых веществ, практически важных феромонов насекомых и лекарственных препаратов.

Научная новизна. Впервые показана возможность цикло- и карбомагнирования 1,2диенов циклической и ациклической структуры, в том числе функционально замещенных с помощью EtMgX (X = Et, Cl, Br) в присутствии катализатора Сp2ZrCl2 с получением новых типов непредельных моно- и бициклических магнезациклопентанов.

Впервые осуществлено цикломагнирование олефинов с помощью EtMgR (R = Et, Br) под действием катализатора Сp2TiCl2, приводящее к получению продуктов цикло-, карбо- и гидромагнирования исходных непредельных соединений.

Разработана каталитическая система на основе Сp2TiCl2-Mg-RMgHlg, позволяющая проводить строго регио- и стереоселективное цикломагнирование алленов различной структуры с получением ранее неописанных 2,5-диалкилиденмагнезациклопентанов и трициклических магнийорганических соединений с высокими выходами (75-90 %).

Впервые разработан “оne pot” метод синтеза гигантских макроциклов с выходами более 90%, межмолекулярным цикломагнированием,-диалленов с помощью RMgHal, с использованием в качестве катализатора Сp2TiCl2–Mg в растворе ТГФ, построенных из пяти молекул,-диаллена и пяти атомов магния, что открывает перспективы одностадийного конструирования практически полезных гигантских углеводородных и металлсодержащих макроциклов, в том числе функционально-замещенных.

Впервые осуществлено цикломагнирование дизамещенных ацетиленов и,-диинов с помощью диалкил- и алкилмагнийгалогенидов с участием Zr-содержащих металлокомплексных катализаторов с получением нового класса непредельных циклических МОС – 2,3,4,5-тетразамещенных магнезациклопента-2,4-диенов.

На основе реакций циклоалюминирования циклоалкадиинов с помощью Et3Al, катализируемых Cp2ZrCl2, разработаны эффективные однореакторные методы синтеза макрокарбоциклов с аннелироваными циклопентеноновыми, сера- и селенафановыми фрагментами, а также содержащих две и четыре спироциклопропановые группы с высокими выходами.

Разработан новый эффективный однореакторный метод конструирования макроциклических кетонов, основанный на проведении последовательных реакций межмолекулярного цикломагнирования циклоалкинов, катализируемых Cp2ZrCl2, кросссочетания и окислительного расщепления двойных связей в полученных три- и тетрациклических непредельных соединениях, позволяющий получать макроциклические поликетоны С20–С28 с высокими выходами и селективностью.

Впервые осуществлено циклоалюминирование напряженных метилиденциклоалканов с помощью Et3Al под действием катализаторов на основе комплексов Zr с получением новых классов АОС – алюминаспиро[2.4]гептанов и алюминаспиро[3.4]октанов. На основе осуществленных реакций разработаны эффективные методы введения в молекулу метилиденциклопропанов и метилиденциклобутанов спирогидроксициклопентанового, тиофанового или селенофанового фрагментов.

Разработан принципиально новый «однореакторный» метод синтеза спиро[2.3]гексанов и спиро[3.3]гептанов с выходами 85%, основанный на проведении в одну препаративную стадию последовательных реакций каталитического циклоалюминирования метилиденциклопропанов или метилиденциклобутанов различной структуры, под действием катализатора Сp2ZrCl2 и последующей карбоциклизации, образующихся in situ алюминаспиро[2.4]гептанов и алюминаспиро[3.4]октанов, с помощью аллилхлорида в присутствии каталитических количеств Pd(acac)2.

Подробно обсуждены вероятные схемы образования целевых металлакарбоциклов разработанных каталитических реакций циклометаллирования непредельных соединений с помощью алкильных- и алкилгалогенидных производных Mg и Al под действием комплексов Ti и Zr.

С использованием новых Mg- и Al-органических регентов разработаны перспективные схемы синтеза ряда важнейших феромонов насекомых, биологически активных веществ, выделенных из растений семейства Annonaceae, проявляющих противоопухолевую, противомалярийную и иммуносупрессорную активности (например, cis-Solamin), а также высокосортных душистых веществ для парфюмерной промышленности и практически важных синтонов цис,цис-1,5-диенов различной структуры.

Системный подход к изучению реакций каталитического циклометаллирования циклических и ациклических ацетиленов, алленов и метилиденалканов, в том числе функционально-замещенных позволил сформулировать новое научное направление – металлациклы непереходных металлов в органическом и металлоорганическом синтезе.

Практическая значимость работы. В рамках работ по государственному контракту № 02.442.11.7324 (Федеральная целевая научно-техническая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002-2006 годы») разработаны Ti и Zr-содержащие металлокомплексные катализаторы для однореакторного конструирования практически важных гигантских макрокарбоциклов.

В результате проведенных исследований разработаны новые высокоэффективные каталитические системы на основе соединений Ti и Zr, способные активировать связь металл-углерод в реакциях простейших ациклических алюминий- и магнийорганических соединений с олефинами, диенами, и ацетиленами различной структуры, в том числе содержащих функциональные группы с получением практически важных циклических металлоорганических соединений заданной структуры.

Разработаны универсальные методы синтеза ранее труднодоступных карбо- и гетероциклических спиро[2.3]гексанов, спиро[3.3]гептанов, спиро[3.4]октанов, гигантских углеводородных макрокарбоциклов со строго чередующимися цис,цис-1,5-диеновыми фрагментами, макроциклических поликетонов С20–С28 и макроциклов, содержащих четыре спироциклопропановых фрагмента.

Разработаны эффективные методы синтеза феромона восточной персиковой листовертки Grafolita molesta, полового феромона комнатной мухи, контактного феромона Drosophila melanogaster, аттрактанта розового коробочного червя хлопчатника Pectinophora gossypiella, а также высокосортных душистых веществ – rac-мускона и экзальтона.

Публикации и апробация работы. Результаты исследования были представлены на международных и российских конференциях: V Российская конференция с участием стран СНГ «Научные основы приготовления и технологии катализаторов», IV Российская конференция «Проблемы дезактивации катализаторов», (Новосибирск-Омск, 2004); 4-ая Международная конференция молодых ученых «Современные тенденции в органическом синтезе и проблемы химического образования» InterCOS-2005, (St.Petersburg, 2005); VIII Молодежная научная школа-конференция по органической химии, (Казань, 2005); XVI FECHEM Conference on Organometallic Chemistry, (Budapest, 2005); IX Научная школаконференция по органической химии, (Москва, 2006); 4th EFCATS School on Catalysis.

Catalyst Design – from Molecular to Industrial Level. (St. Peterburg, 2006); III International Conference «Catalysis: Fundamentals and Application» (Novosibirsk, 2007); Eighth Tetrahedron Symposium «Challenges in Organic Chemistry», (Berlin, 2007); XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, (Москва, 2007); IX Конференция молодых ученых по нефтехимии, (Звенигород, 2008); Всероссийская конференция по органической химии, посвященная 75-летию со дня основания ИОХ им. Н.Д.Зелинского, (Москва, 2009); III Российская конференция «Актуальные проблемы нефтехимии», (Звенигород, 2009); The CRC International Symposium in Moscow, (Moscow, 2009); Международный симпозиум по органической химии «Advanced Science in Organic Chemistry», (Miskhor, Crimea, 2010); XIXМенделеевский съезд по общей и прикладной химии, (Волгоград, 2011); International Congress on Organic Chemistry (Butlerov congress), (Kazan, 2011); I Всероссийская научная конференция «Успехи синтеза и комплексообразования», (Москва, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликованa 104 работы, из которых монография, 1 глава в зарубежной монографии, 30 статей в центральных российских и зарубежных академических журналах, 50 патентов РФ на изобретения, 22 публикации в виде тезисов международных и российских научно-практических конференций.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора на тему «Реакции каталитического циклометаллирования в синтезе алюмина- и магнезакарбоциклов», обсуждения результатов, экспериментальной части и выводов.

Материал диссертации изложен на 448 страницах компьютерного набора (формат А4), включает 36 таблиц, 18 рисунков, 1 приложение и список литературы (318 наименований).

Работа выполнена в лаборатории каталитического синтеза Учреждения Российской академии наук Института нефтехимии и катализа РАН в соответствии с научным направлением Института по бюджетным темам «Металлокомплексный катализ в химии металлорганических соединений и непереходных металлов» (№ Гос. регистрации 01.200. 04378) и «Комплексные катализаторы в химии непредельных, металлорганических и кластерных соединений» (№ Гос. регистрации 0120.0 850048), а также в рамках Программы Президиума РАН «Разработка методов получения химических веществ и создание новых материалов».

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

1. Реакции циклометаллирования 1,2-диенов и ацетиленов с помощью алкильных и алкилгалогенидных производных Mg и Al, катализируемые комплексами Zr Обзор литературы по синтезу алюмина- и магнезакарбоциклов свидетельствует о том, что указанные классы уникальных металлоорганических реагентов имеют не только фундаментальный интерес, как новые представители металлоорганических соединений, но и большой потенциал в качестве эффективных интермедиатов для органического синтеза, так как, имея в своей структуре по два высокореакционноспособных центра (две Mg-C или Al-C связи), позволяют получать ранее труднодоступные карбо- и гетероциклические соединения, а также бифункциональные углеводороды заданного строения.

Несмотря на то, что реакции каталитического цикломагнирования и циклоалюминирования, позволяющие получать металлакарбоциклы на основе Al и Mg в одну препаративную стадию, хорошо изучены на примере простейших -олефинов, арилэтиленов и норборненов, к моменту начала наших исследований в литературе имелись лишь единичные примеры циклоалюминирования дизамещенных ацетиленов и терминальных алленов. Между тем, последние два класса соединений заслуживают, по нашему мнению, особого внимания, так как получаемые на их основе металлациклы на ряду с металл-углеродными связями имеют дополнительный реакционный центр в виде кратной углерод-углеродной связи, что открывает большой простор для их применения в качестве промежуточных соединений в синтезе большого ассортимента важных веществ.

Кроме того, если из литературных источников было известно, что терминальные 1,2диены активны в реакции циклоалюминирования с помощью Et3Al под действием Zrсодержащих катализаторов, приводя к алкилиденалюминациклопентанам, то сведения о возможности проведения реакции каталитического цикломагнирования алленов в литературе полностью отсутствовали.

Катализируемое Zr цикломагнирование и циклоалюминирование 1,2-диенов с 1.1.

По аналогии с ранее известной реакцией цикломагнирования -олефинов в соответствующие магнезациклопентаны мы попытались распространить этот метод на 1,2диены, в том числе содержащие функциональные группы, с помощью EtMgR' (R'= Et, Hal), под действием катализаторов, на основе комплексов Zr, проявивших наибольшую активность и селективность действия в реакциях цикломагнирования олефинов.

Обнаружено, что значительное влияние на хемоселективность реакции цикломагнирования алленов оказывает температура реакции, природа исходного магнийорганического соединения и структура эфирного растворителя. Показано, что взаимодействие терминальных алифатических 1,2-диенов с двукратным избытком Et2Mg в присутствии мол. % Cp2ZrCl2 в диэтиловом эфире при ~0 С за 8 часов приводит к образованию региоизомерных магнезациклопентанов 1–3 и продуктов карбомагнирования 4–6, в соотношении ~ 6:1 (по данным хроматомасс-спектрометрии продуктов дейтеролиза) с общим выходом ~80 % (схема 1). Региоизомеры находятся в соотношении 1:2:3 и 4:5:6 ~ 6:3:1.

Реакция 1,2-диенов с EtMgBr (1:4) в ТГФ при ~ 40 С в присутствии катализатора Cp2ZrCl2 (5 мол. %) за 10 ч приводит, преимущественно, к продуктам карбомагнирования 4Ациклические и циклические МОС находятся в соотношении ~ 8:1 с общим выходом ~ В продолжение исследования указанной реакции и распространения её на циклические аллены, а также синтеза новых классов непредельных бициклических МОС установили, что все обнаруженные ранее закономерности на примере ациклических алленов соблюдаются и для циклических 1,2-диенов, при этом реакция проходит с высокой региоселективностью.

Так, при взаимодействии 1,2-циклононадиена или 1,2-тридекадиена с Et2Mg в Et2O, в условиях (0оС, 8ч, соотношении исходных реагентов 1,2-циклоалкадиен:Et2Mg:Cp2ZrCl2 = 10:20:0.05), образуется МОС 7 и 8 в соотношении 91:9 с общим выходом ~ 79 %. Реакция 1,2-циклоалкадианов с EtMgBr в ТГФ при 20 оС приводит, в основном, к ациклическим МОС 8. В этом случае при дейтеролизе реакционной массы образуется смесь ди- 9 и монодейтерированных 10 углеводородов в соотношении 5:95 с общим выходом ~ 56 %.

(Схема 2).

Наблюдаемая высокая региоселективность реакции, вероятно, связана с повышенной электронной плотностью на sp-гибридизованном углеродном атоме 1,2-циклоалкадиена или -d-взаимодействием двойной связи аллена с вакантной d-орбиталью атома Zr, что может способствовать определенной пространственной ориентации 1,2-циклоалкадиена на центральном атоме катализатора и его последующему внедрению по связи Zr–C с промежуточным образованием цирконациклопентанового комплекса с двойной связью, находящейся в винильном положении к атому Zr в циклоалкеновом фрагменте.

Цикломагнирование N-, O-содержащих 1,2-диенов в условиях (Cp2ZrCl2 (5 мол.%), Et2O, 2022 оС, 8 ч) приводит к получению исключительно циклических МОС 11 с выходами 68-79%. Наличие заместителя при алленовой группе оказывает заметное влияние на стереоселективность реакции. Например, 3,3-дизамещенные N-содержащие 1,2-диены в разработанных условиях вступают в реакцию с Et2Mg в присутствии 10 мол.% Cp2ZrCl2, давая после гидролиза реакционной массы соответствующие непредельные амины в виде цис- 13 и транс-изомеров 14 с выходами 81-84%. С увеличением длины алкильного заместителя при алленовой группе наблюдается увеличение содержания транс-изомеров по отношению к цис-изомерам (схема 3).

[Zr] = Cp2ZrCl2; R = Et, R' = H (Z = 100%); R = -C2H4-O-C2H4-, R' = H (Z = 100%); R = -C2H4-O-C2H4-, R' = Me (Z:E = 10:1); R = -C2H4-O-C2H4-, R' = Et (Z:E = 3:1); R = -C2H4-O-C2H4-, R' = Bu (Z:E = 1:1).

Опираясь на литературные и собственные экспериментальные данные, мы предположили, что образование циклических и ациклических магнийорганических соединений включает формирование в качестве ключевых интермедиатов цирконациклопропановых 15 и цирконациклопентановых комплексов 16, последовательные трансформации которых под действием EtMgR (R = Et, Hlg) приводят, в зависимости от условий реакции, к продуктам цикло- 7 или карбомагнирования 8 по схеме 4.

До начала наших исследований в литературе полностью отсутствовали сведения о циклоалюминировании циклических 1,2-диенов с триалкил- и алкилгалогеналанами в присутствии солей и комплексов на основе переходных металлов.

Установлено, что при взаимодействии циклических 1,2-диенов с Et3Al (1:1.2) в присутствии Cp2ZrCl2 (5 мол.%) за 4 часа в гексане, с высокой региоселективностью (95%), 12-этил-12-алюминабицикло[7.3.01,9]додец-1(2)-ен алюминабицикло[11.3.0 ]-гексадец-1(2)-ен 17b с выходом 85% (схема 5).

........

Образование пятичленных АОС можно объяснить формированием в качестве интермедиатов пяти- и семичленных биметаллических Zr – Al-комплексов 18 и 19, последовательные трансформации которых приводят к получению целевых непредельных алюминациклопентанов 17 по схеме 6.

.......

магнийорганических соединений 7 и 17 проведены некоторые химические трансформации последних с использованием реакций кросс-сочетания и деметаллирования с помощью элементной серы (схема 7).

Вероятно, из-за меньшей поляризации AlC связи по сравнению с MgC-связью, реакция алюминациклопентана 17 с S8 проходит при 80 oC с образованием тиофана 20 с выходом 69%, а магнезациклопентан 7 реагирует с S8 при комнатной температуре с образованием тиофана 20 с выходом 73%. Кросс-сочетание магнезациклопентана 7 с аллилхлоридом или триметилхлорсиланом приводит к образованию соответствующих углеводородов 21 и 22 с выходами 69 и 74%, при этом реакция циклического АОС проходит с образованием соответствующих бифункциональных соединений с выходом ~10%.

Высокие выходы целевых соединений удается достичь в результате предварительного получения ат-комплекса АЦП 17 с эквимольным количеством n-BuLi, при этом выходы 21 и 22 составили 62 и 81%, соответстенно.

.........

Таким образом, реакцию циклических и ациклических алленов с EtMgR (R = Et, Br), в присутствии катализатора Cp2ZrCl2, в зависимости от условий проведения реакции, можно направить в сторону карбо-, либо цикломагнирования с высокой регио- (96%) (в случае циклических алленов) и хемоселективностью (75%) с получением соответствующих циклических и ациклических МОС заданной структуры. В тоже время, циклические 1,2диены вступают в реакцию каталитического циклоалюминирования с помощью Et3Al под действием комплексов на основе Zr, приводя к новому классу непредельных циклических АОС с высокими выходами (85%) и селективностью (98%).

1.2. Межмолекулярное циклоалюминирование циклических 1,2-диенов с помощью В развитие исследования реакции каталитического циклоалюминирования циклических 1,2-диенов, а также с целью синтеза новых типов непредельных трициклических алюминакарбоциклов, изучено взаимодействие 1,2-циклоалкадиенов с различными моно- и дигалогенидными производными алюминия RAlCl2 (R = Et, MeO, BuO, i-Pr2N) и Et2AlCl в реакциях межмолекулярной циклизации в присутствии катализаторов на основе комплексов Ti и Zr.

Реакция циклических 1,2-диенов с EtAlCl2 в присутствии Mg (акцептор ионов галогена) и катализатора Cp2ZrCl2 (1,2-циклононадиен:[Al]:Mg:[Zr] = 20:26:24:1) в ТГФ приводит за 8-10 ч к трициклическим АОС 23a, 24a с выходами 63-71% (схема 8). Изучение реакции циклоалюминирования циклических 1,2-диенов под действием комплексов Zr и Ti c помощью различных моно- и дигалогеналанов показало, что в разработанных условиях (ТГФ, 20 oС, 8-10 ч) могут быть получены трициклические АОС 23, 24 или 1,4диалюминиевые соединения 25, 26 с выходами 15-84%.

[M] = Cp2ZrCl2, Cp2TiCl2; n = 1 (23, 24), 5 (24, 25); R = Et (a), Cl (b), MeO (c), BuO (d), i-Pr2N (e) Кипячением в бензоле полученного in situ АОС 23a с S8 и Se получены 2тиатрицикло[10.7.01,12.03,11]нонадека-3(4),1(19)-диен 27 и 2-селенатрицикло[10.7.01,12.03,11]нонадека-3(4),19-диен 28 с выходами ~84% и ~80%, а кросс-сочетанием с аллилхлоридом получили 2,2’-диаллил-1,1’-би(циклонон-2-ен-1-ил) 29 с выходом ~73% (схема 9).

...

Вероятная схема реакции циклоалюминирования циклических 1,2-диенов с помощью RAlCl2 в присутствии Cp2ZrCl2 или Cp2TiCl2, включает генерацию металлацена “Cp2M” (M=Zr, Ti) и последующего образования в ходе реакции циркона(титана)циклопропановых 30 и циркона(титана)циклопентановых 31 интермедиатов. Переметаллирование последних с помощью RAlCl2 на завершающем этапе приводит к целевым трициклическим АОС 23, 24 с регенерацией Cp2МCl2 (M=Zr, Ti) (схема 10).

.......

В результате проведенных исследований впервые удалось осуществить катализируемое Cp2ZrCl2 и Cp2TiCl2 межмолекулярное циклоалюминирование циклических 1,2-диенов с помощью RnAlCl3-n, с получением новых классов непредельных трициклических и 1,4-диалюминиевых АОС с высокими выходами и селективностью.

К началу наших исследований в мировой литературе отсутствовали сведения о возможности цикломагнирования ацетиленов. Осуществление данной реакции, как мы предполагали, могло привести к разработке простого метода синтеза ранее неописанных классов циклических МОС замещенных магнезациклопента-2,4-диенов, перспективных синтонов для получения широкого круга замещенных 1,4-диенов и гетероциклических соединений.

С целью расширения области приложения реакции цикломагнирования непредельных соединений, катализируемой комплексами переходных металлов и распространения ее на дизамещенные ацетилены различной структуры, изучено взаимодействие последних с реактивами Гриньяра под действием Zr-содержащих катализаторов, наиболее активных в реакциях циклометаллирования непредельных соединений.

В качестве объектов исследования были выбраны дизамещенные ацетилены (гекс-3ин, окт-4-ин, дец-5-ин, 1-гексинилтриметилсилан), доступные диалкильные и алкилгалогенидные производные магния RMgR' (R=Et, Bu, i-Pr, R'=Et, Bu, Br, Cl).

Установили, что при взаимодействии выше перечисленных алкинов с RMgR' (1:2) в присутствии катализатора Cp2ZrCl2 (10 мол.%) при ~20–22 °С в Et2O за 2 ч образуется соответствующие 2,3,4,5-тетразамещенные магнезациклопента-2,4-диены 32 с выходом 41– 58% по схеме 11.

.......

[Zr] = Cp2ZrCl2; X = Cl, Br; R = R' = Et (a); Pr (b); Bu (c); R = Me3Si, R' = Bu (d) Строение образующихся в ходе реакции магнезациклопента-2,4-диенов установлены с помощью спектральных методов анализа (1Н и 13С ЯМР и хромато-массспектрометрии) соединений 33, полученных дейтеролизом реакционной массы, а также на основе их трансформаций с участием элементной серы, тионилхлорида, иода и аллилхлорида.

В продолжение исследования указанной выше реакции и распространения её на циклические ацетилены, а также синтеза новых классов аннелированых непредельных трициклических магнийорганических соединений, исследовано взаимодействие циклоалкинов (циклооктин, циклододецин) с диалкильными и алкилгалогенидными производными магния (EtMgBr, n-BuMgBr, Et2Mg, n-Bu2Mg) в присутствии комплексов на основе Zr.

Показано, что циклооктин вступает в реакцию с n-BuMgBr в ТГФ (~20 оС, 3ч, циклооктин:n-BuMgBr:Cp2ZrCl2, 10:20:0.05) с образованием магнезациклопентадиена 38a, с выходом 68%, наряду с ациклическими МОС 39a, 40a, а также гомоциклотримера 41a, суммарный выход которых не превышает 15% (Схема 13).

Циклододецин подобно циклооктину, в выбранных условиях, вступает в катализируемую Cp2ZrCl2 реакцию межмолекулярного цикломагнирования с помощью BuMgX (X= Bu, Br) с образованием 2-магнезатрицикло[13.10.01,15.03,14]пентакозадиена 38b с выходом 46–56 %. Образования продуктов карбомагнирования в этих опытах не наблюдается.

магнезациклопентадиенов 38, а также разработки новых “one-pot” методов синтеза труднодоступных карбо- и гетероциклических соединений, мы осуществили ряд превращений, на примере МОС 36a, с участием элементной серы и,'-дибром-о-ксилола с 2-тиатрицикло[9.6.01,11.03,10]гептадека-1(11),3(10)-диена [Zr] = Cp2ZrCl2, [Cu] = CuCl Таким образом, впервые удалось осуществить катализируемое Cp2ZrCl цикломагнирование ацетиленов циклической и ациклической структуры с помощью BuMgR (R = Bu, Br, Cl) и получить ранее неописанные магнийорганические соединения – тетразамещенные магнезациклопента-2,4-диены и трициклические магнийорганические соединения, обладающие широким синтетическим потенциалом и представляющие интерес в качестве реагентов для органического синтеза.

1.4. Циклоалюминирование циклических моно- и диацетиленов с помощью Et3Al в В 1989 году было показано, что реакция дизамещенных ацетиленов с Et3Al, катализируемая Cp2ZrCl2, приводит к 2,3-диалкилалюминациклопент-2-енам с выходом ~90%. Сведения о возможности проведения указанной реакции с участием циклических моно- и диацетиленов в литературе отсутствовали.

В продолжение исследования реакции циклоалюминирования непредельных соединений, а также c целью выяснения возможности синтеза алюминациклопентенов исходя из циклоалкинов, нами изучена реакция ряда циклических ацетиленов (циклооктин, циклодецин, циклододецин, циклотридецин) с Et3Al в присутствии катализатора Cp2ZrCl2.

Первоначально, в качестве объекта исследования выбрали циклооктин. В результате проведенных экспериментов установили, что в разработанных ранее условиях для циклоалюминирования дизамещенных ацетиленов (циклооктин:Et3Al:[Cp2ZrCl2] = 10:30:0.5, гексан, 2025 оС, 6 ч) образуется смесь циклических и ациклических алюминийорганических соединений 4446 и гомоциклотример циклооктина – трис(гексаметилен)бензол 41a, содержание целевого алюминациклопентена 44 в которой не превышает ~10% (схема 15).

В ходе изучения различных факторов, влияющих на выход и состав продуктов реакции обнаружили, что при взаимодействии циклооктина с Et3Al в алифатических или ароматических растворителях в отсутствие катализатора наблюдается лишь образование алюминийорганических соединений ациклической структуры, полученных в результате некаталитического 1,2-карбоалюминирования исходного ацетилена с помощью Et3Al – соединение 45 и продукта межмолекулярного карбоалюминирования 46, который может быть получен реакцией 45 с циклооктином (схема 16), а также гомоциклотримера циклооктина 41a.

В случае использования пассивированного Et3Al за счет комплексообразования с эквимольным количеством Et3N или ТГФ в присутствии Cp2ZrCl2 (10 мол.%) удается добиться значительного увеличения содержания 9-этил-9-алюминабицикло[6.3.01,8]ундецена 44 (~35%) в реакционной смеси и избежать образования побочных продуктов 46, 41a.

Низкая селективность образования алюминациклопентена 44, по-видимому, связана с высокой реакционной способностью тройной связи циклооктина, поэтому было высказано предположение, что увеличение размера цикла исходного ацетилена приведет к увеличению доли целевых бициклических АОС по отношению к побочным продуктам реакции некаталитического карбоалюминирования.

......

В результате обнаружено, что циклоалкины (циклодецин, циклододецин, циклотридецин) реагируют с Et3Al (1:3) в присутствии каталитических количеств Cp2ZrCl (5 мол.%) в алифатических или ароматических растворителях, приводя к неописанным ранее бициклическим алюминациклопентенам 47 с выходами 87–92% (схема 17) без образования побочных ациклических АОС.

На основе непредельных бициклических АОС разработаны эффективные однореакторные методы синтеза бифункциональных, а также карбо- и гетероциклических соединений, в том числе спирановой структуры, реакциями замещения, кросс-сочетания и карбоциклизации (схема 18).

......

В продолжение этих исследований осуществлены реакции циклических алкадиинов с Et3Al в присутствии катализатора Cp2ZrCl2.

С учетом полученных результатов по каталитическому циклоалюминированию дизамещенных ацетиленов на примере циклододека-1,7-диина, циклотетрадека-1,8-диина и циклогексадека-1,9-диина разработаны условия (циклоалкадиин:Et3Al:[Zr] = 1:6:0.1, гексан, 2022 оС, 6ч), в которых указанные циклоалкадиины вступают в реакцию циклоалюминирования с Et3Al в присутствии Cp2ZrCl2 по двум тройным связям с получением изомерных трициклических АОС 53 и 54 в соотношении 1:1 с выходом 6591% (схема 19).

Для идентификации структуры новых алюминийорганических соединений 53 и выполнены одномерные (1H, 13C, Dept 135) и двумерные (HSQC, HMBC и HH COSY) эксперименты ЯМР.

Для более надежного доказательства структуры АОС 53 и 54, а также установления возможности синтеза на их основе труднодоступных или ранее неописанных непредельных карбо- и гетероциклов, осуществлен ряд превращений синтезированных in situ трициклических АОС 53b и 54b с участием селена и диметилсульфата (схема 20).

Для соединения 58 удалось вырастить монокристалл и провести рентгеноструктурное исследование. Кристалл принадлежит орто-ромбической системе с пространственной группой симметрии Рbca. На рис. 1 приведена структура региоизомера 58.

стабилизирована в конформации «ванна-ваннаванна-ванна» относительно зеркально-поворотной Рисунок 1. Структура соединения 58 в кристалле.

Таким образом, впервые осуществлено циклоалюминирование циклических моно- и диацетиленов с помощью Et3Al, катализируемое Cp2ZrCl2. Разработаны эффективные методы получения новых классов замещенных алюминациклопентенов, которые могут быть использованы в синтезе практически важных карбо- и гетероциклических, а также бифункциональных соединений.

1.5. Межмолекулярное цикло- и 1,4-диалюминирование циклоалкинов моно- и Ранее было показано, что дизамещенные ацетилены вступают в реакцию с EtAlCl2 в присутствии металлического Mg и катализатора Cp2ZrCl2 с образованием тетразамещенных алюминациклопента-2,4-диенов.

С использованием данной реакции из диалкил-, диарил-, алкиларил-, арилаллилацетиленов были синтезированы соответствующие 2,3,4,5-тетразамещенные алюминациклопента-2,4-диены. Оставалось неясным, как поведут себя в данной реакции циклические ацетилены, поэтому для выяснения возможности циклоалюминирования циклоалкинов, а также с целью синтеза новых типов непредельных трициклических АОС, исследовали взаимодействие циклических ацетиленов с RAlCl2 (R = Et, R'O, R'2N) в присутствии Cp2ZrCl2, широко применяемого в качестве эффективного катализатора реакции каталитического циклоалюминирования непредельных соединений (реакция Джемилева).

Установлено, что в разработанных условиях (20С, ТГФ, 6 ч) реакция циклооктина с EtAlCl2 в присутствии Cp2ZrCl2 и Mg (порошок), взятых в соотношении циклооктин : [Al] :

Mg : [Zr] = 10:7:25:1, приводит к трициклическому АОС 59a с выходом 59% (схема 21).

.....

Аналогично, циклодецин и циклододецин вступают в катализируемую Cp2ZrCl реакцию межмолекулярного циклоалюминирования с помощью RAlCl2, в разработанных выше условиях, с образованием 2-этил-2-алюминатрицикло[8.11.01,13.03,12]-ункозадиена 60a и 2-этил-2-алюминатрицикло[10.13.01,15.03,14]пентакоза-1(15),3(14)диена 61a с выходами 60-80%.

Применение i-BuAlCl2, а также амидов и алкоксидов алюминия RAlCl2 (где R = OMe, OBu, Pri2N) вместо EtAlCl2 в реакции межмолекулярного циклоалюминирования позволяет получать соответствующие циклические АОС 59-61 с выходами 69-82% (схема 21).

Замена дигалогеналкилаланов на моногалогеналаны [R2AlCl (R = Et, Bui), (RO)2AlCl, (R2N)2AlCl] в присутствии металлического Mg и каталитических количеств Cp2ZrCl приводит к соответствующим 1,4-диалюминиевым соединениям (62-64).

Для надежного доказательства структуры синтезированных алюминийорганических соединений, а также изучения реакционной способности полученных алюминациклопентадиенов на примере АОС 59b, осуществлены трансформации с участием I2, метилиодида и аллилхлорида в присутствии каталитических количеств CuCl (10 мол.%) (схема 22).

Вероятный механизм циклоалюминирования циклоалкинов с помощью RnAlCl3-n и металлического Mg в присутствии Cp2ZrCl2 включает генерацию цирконоцена "Cp2Zr", с образованием цирконациклопропенового и цирконациклопентадиенового интермедиатов.

Каталитический цикл завершается переметаллированием цирконациклопентадиена с помощью R2AlCl или RAlCl2 с получением целевых трициклических АОС 59-61 или 1,4димагниевых соединений 62-64 и регенерацией Cp2ZrCl2.

На основании полученных результатов можно сделать вывод, что разработанная реакция межмолекулярного циклоалюминирования и 1,4-диалюминирования циклических ацетиленов в присутствии катализатора Cp2ZrCl2 имеет общий характер и в эту реакцию наряду с RAlCl2 или R2AlCl (R = Et, Bui) могут быть вовлечены галогеналкильные производные амидов и алкоксидов алюминия.

1.6. Катализируемое Zr циклометаллирование,-диацетиленов В развитие исследований по межмолекулярному циклоалюминированию ацетиленов, а также для изучения возможности проведения внутри- и межмолекулярного циклометаллирования,-диацетиленов с получением би- и макроциклических МОС, нами изучены реакции каталитического циклоалюминирования и цикломагнирования,диацетиленов с помощью RnAlCl3-n и RMgR' в присутствии Cp2ZrCl2.

В качестве объектов исследования были выбраны,-бис(триметилсилил, метил, фенил)диацетилены, а также доступные алкильные и алкилгалогенидные производные Mg и Al.

На начальном этапе, на примере,-бис(триметилсилил)диацетиленов, исследовали циклоалюминирование и цикломагнирование с помощью алкилгалогеналанов и реактивов Гриньяра, катализируемых Cp2ZrCl2.

Установили, что в результате реакции 1,8-бис(триметилсилил)окта-1,7-диина с EtAlCl в присутствии 10 мол.% Cp2ZrCl2 в условиях (диин:EtAlCl2:Mg:Cp2ZrCl2 = 10:40:80:1, 22 С, ТГФ, 872 ч) происходит внутримолекулярная циклизация по двум ацетиленовым связям с 8-этил-7,9-бис(триметилсилил)-8-алюминабицикло[4.3.01,6]-нона-1(9),6(7)образованием бис(триметилсилилдейтерометилиден)циклогексан 70b с выходами ~79% (схема 23).

Аналогичный результат получен при циклоалюминировании 1,8бис(триметилсилил)окта-1,7-диина с помощью Et3Al в присутствии 5 мол.% Cp2ZrCl2. В этих опытах целевой алюминациклопентадиен 68b образуется с выходом 34%.

Исходя из собственных экспериментальных и имеющихся в литературе данных предположили, что образование бициклических АОС 68, в зависимости от исходных реагентов, может быть представлено двумя вероятными маршрутами (схема 24). Так, циклоалюминирование,-диинов (А) с помощью EtAlCl2 или AlCl3, предполагает восстановление цирконоцендихлорида с помощью Mg до цирконоцена 72, который, в свою очередь, способен координировать две ацетиленовые группы молекулы исходного диина с получением соответствующего цирконациклопентадиенового интермедиата 73.

Переметаллирование последнего EtnAlCl3-n (n = 0, 1) приводит к АОС 68 с одновременной регенерацией Cp2ZrCl2.

Второй путь (В), реализующийся в случае использования Et3Al, основан на предположении о первоначальном образовании в ходе реакции Zr,Al-биметаллического комплекса 74, который при взаимодействии с исходным диином дает семичленный комплекс с мостиковой связью ZrClAl 75, последующие внутримолекулярные трансформации которого приводят к целевым бициклическим алюминациклопентадиенам 68 с регенерацией цирконоценэтилхлорида 76, который, вступая в реакцию с Et3Al, дает исходный биметаллический комплекс 74.

Взаимодействие 1,8-бис(триметилсилил)окта-1,7-диина с RMgBr (R = Et, Bu) в условиях реакции каталитического цикломагнирования дизамещенных ацетиленов (диин:RMgBr:Cp2ZrCl2 = 10:40:1, 22 С, Et2O) за 72 часа проходит с образованием 7,9бис(триметилсилил)-8-магнезабицикло[4.3.01,6]-нона-1(9),6(7)-диена 69b с выходом 72% (схема 6). Образование магнезациклопентадиена 69b, вероятно, проходит с первоначальным формированием в условиях реакции циклического Zr-содержащего интермедиата по схеме, предложенной для цикломагнирования дизамещенных ацетиленов (см. схема 2).

Полученные металлациклы 68b и 69b удалось вовлечь в реакции кросс-сочетания и переметаллирования с целью разработки новых «one-pot» методов синтеза труднодоступных карбо- и гетероциклических соединений. В частности, осуществлен ряд превращений соединений 68b и 69b с участием I2, аллилбромида и элементной серы (схема 25).

В разработанных выше условиях циклометаллирования с помощью BuMgBr или EtAlCl2 исследованы диацетиленовые производные бензола. Установлено, что 1,2-дигепт-2ин-1-илбензол 80a и 1,2-бис(3-триметилсилил-2-пропинил)бензол 80b, так же как и алифатические,-диины вступают в реакцию циклоалюминирования, катализируемую Cp2ZrCl2, с образованием соответствующих трициклических алюминакарбоциклов 81a (61%), 81b (54%) (схема 26). В реакциях цикломагнирования продукты внутримолекулярной циклизации 82a,b диина 80а,b образуются с меньшим выходом ~35%.

В отличие от рассмотренных выше алифатических,-диацетиленов и ароматических 1,2-диацетиленов, сопряженные алифатические 1,3-диацетилены R–CCCC–R, а также 1,4-бис-алкинилбензолы RССС6Н4ССR не образуют соответствующих алюмина(магнеза)циклопентадиенов в указанных выше реакциях.

Как следует из приведенных в этой главе результатов,,-диины вступают в реакцию внутримолекулярного циклометаллирования с помощью RMgR' или RnAlCl3-n в присутствии катализатора Cp2ZrCl2 с получением непредельных ди- и трициклических (магнеза)алюминакарбоциклов с высокими выходами, представляющих исключительный интерес при разработке методов синтеза би- и трициклических карбо- и гетероциклов.

2. Синтез функционально-замещенных макрокарбоциклов на основе реакций циклометаллирования циклических моно- и диацетиленов Природные макроциклические антибиотики, ионофоры, душистые вещества и другие гетероатомные макроциклические соединения находят широкое применение в медицине, парфюмерной промышленности, супрамолекулярной и синтетической органической химии.

Опираясь на полученные результаты по каталитическому циклометаллированию циклических моно-и диацетиленов, нами разработаны схемы синтеза ряда функциональнозамещенных макрокарбоциклов, в том числе спирановой структуры.

2.1. Каталитическое циклометаллирование циклоалкинов в синтезе Предлагаемый подход основан на разработанных нами новых реакциях межмолекулярного циклометаллирования циклоалкинов с помощью BuMgX (X = Cl, Br) и EtnAlCl3-n в присутствии Cp2ZrCl2 (гл. 1.3 и 1.5).

Предположили, что в результате взаимодействия in situ магнезациклопента-2,4-диенов, образующихся в упомянутых выше реакциях, с различными органическими,дигалогеналканами, могут быть получены соответствующие непредельные три- и тетрациклические соединения с аннелироваными фрагментами, последующее окислительное расщепление которых по двойным связям и приведет к образованию макроциклических поликетонов по приведенной ниже схеме (Схема 27).

Показано, что при взаимодействии in situ 2-магнезатрицикло[9.6.01,11.03,10]гептадекадиена 38a, полученного цикломагнированием циклооктина с помощью BuMgBr в разработанных условиях (Сp2ZrCl2 (10 мол.%), ТГФ, 20–23оС, 4ч), с эквимольным количеством,'-дибром-о-ксилола в присутствии катализатора CuCl (20 мол.%) образуется 3,4-бензотрицикло[12.6.01,14.06,13]эйкоза-1(14),6(13)-диен 43 с выходом 74%. Реакцией последнего с O3 в CCl4, c последующей обработкой Me2S, получен макроциклический С поликетон 85 с выходом ~ 68 % (Схема 28).

......

O O OH OH

В развитие этих исследований разработан еще один подход к конструированию макрокарбоциклических тетракетонов с использованием реакции циклометаллирования циклоалкинов. В основу метода положена катализируемая Cp2ZrCl2 реакция внутримолекулярного цикломагнирования 2,2'-диаллил-1,1'-бис(циклоалк-1-ен-1-илов) 67, полученных реакцией кросс-сочетания магнезациклопента-2,4-диенов с аллилгалогенидами, приводящая к получению 8-магнезабицикло[6.3.06,10]ундека-1,3-диенов с аннелироваными непредельными циклическими фрагментами. Кислотный гидролиз синтезированных тетрациклических магнезациклопентанов и последующее расщепление двойных связей с помощью О3 приводит к целевым макроциклическим поликетонам (Схема 29).

Так, 2,2'-диаллил-1,1'-би(циклоокт-1-ен-1-ил) 67a вступает в реакцию с избытком ВuMgBr (Et2O, 20–23 оС, 7–8 ч) в присутствии катализатора Cp2ZrCl2 (5 мол.%), давая магнезабицикло[6.3.06,10]ундека-1,3-диен 88, который после кислотного гидролиза превращается в 3,4-диметилтрицикло[12.6.01,14.06,13]эйкоза-1(14),6(13)-диен 89 с выходом 89%. Реакцией последнего с озоном в разработанных ранее условиях получен макроциклический тетракетон – 11,12-диметилциклоэйкоза-1,2,9,14-тетраон 90.

.....

Таким образом, на основе последовательных реакций межмолекулярного циклометаллирования циклоалкинов, катализируемых Cp2ZrCl2, кросс-сочетания и окислительного расщепления двойных связей в полученных три- и тетрациклических непредельных соединениях, разработаны новые эффективные однореакторные методы синтеза макрокарбоциклических С20–С28 кетонов.

2.2. Каталитическое циклоалюминирование циклических диинов в синтезе трициклических дикетонов и тетраспироциклопропановых макрокарбоциклов Циклопентеноны, большое число представителей которых часто встречается в качестве душистых и лекарственных веществ, получают циклизацией по Назарову, реакцией Паусона-Ханда или внутримолекулярной циклизацией диенов, енинов и диинов, катализируемой комплексами Ru, Ir, Rh, Au, Pd, Ni, а также взаимодействием алюминациклопентенов, синтезированных in situ, с СО и СО2.

С целью разработки препаративного, однореакторного метода синтеза трициклических дикетонов, представляющих интерес в качестве исходных соединений для получения ансаметаллоценов,1 проведена карбоциклизация циклических диалюминиевых соединений 53, 54 с помощью СО2 и ClC(O)OEt. На примере циклотетрадека-1,8-диина показано, что смесь алюминациклопентенов 53b и 54b, полученная циклоалюминированием данного диацетилена с помощью Et3Al в присутствии 10 мол.% Cp2ZrCl2, вступает в реакцию с СО H.H. Brintzinger et. al. Angew. Chem., Int. Ed., 1995, 34, 1143–1170.

или 6 экв. ClC(O)OEt при комнатной температуре за 12ч с образованием эквимольной смеси региоизомерных дициклопентенонов 91b и 92b с общим выходами 48-72% (схема 30).

[Zr] = Cp2ZrCl2, (I): Et3Al, [Zr], (II): CO2, ClCOOEt n = 2 (a), n = 3 (b), n = 4 (c), n = 5 (d), n = 7 (e) Проанализировав структуру новых трициклических АОС 53, 54 предположили, что эти соединения могут быть использованы для синтеза макрокарбоциклов, содержащих в своей структуре спироциклопропановые фрагменты.

В результате проведенных экспериментов установлено, что полученные трициклические диалюминиевые соединения 53, 54, реагируя с эквимольным количеством диметилендиспироцикло-пропановых соединений 94 и 95 с общим выходом 89-93% (схема 31). Обработкой последних циклопропанирующим реагентом Et3AlCH2I22 с количественным выходом получены тетраспиро[2.0.24.5.212.0.215.53]докозан 97b и тетраспиро[2.0.2.6.2.0.2.6]тетракозан 97с.

n, m = 2, 3, 4; (I): Et3Al, Cp2ZrCl2; (II): BrCH2OMe; (III): Et3Al, CH2I2; n, m = 3 (b); n, m = 4 (c); n = 2, m = 3 (f); n = 3, m = 4 (g) В отличие от симметричных диацетиленов несимметричные диины в реакции циклоалюминирования образуют эквимолярную смесь трех региоизомеров 53f,g, 54f,g, и 93f,g, тем самым, усложняя выделение и анализ продуктов карбоциклизации.

Доказательством образования диметилидендиспироциклопропановых макрокарбоциклов 94f,g 95f,g 96f,g в этих реакциях служат продукты циклопропанирования реагентом Et3AlCH2I2 тетраспиро-[2.0.2.4.2.0.2.5]генэйкозан и тетраспиро[2.0.2.5.2.0.2.6]трикозана 97g.

I.R. Ramazanov et. al. Tetrahedron Lett., 2010, 51, 6268.

Полученные результаты позволяют сделать вывод, что реакция каталитического циклометаллирования является одним из универсальных и эффективных способов синтеза практически важных бис-циклопентенонов, а также конструирования макроциклов со спироциклопропановыми фрагментами путем карбоциклизации новых трициклических АОС, полученных in situ при взаимодействии соответствующих циклических диацетиленов с Et3Al в присутствии каталитических количеств Cp2ZrCl2.

Катализируемое Ti цикломагнирование олефинов и 1,2-диенов различной На протяжении длительного промежутка времени с момента разработки реакции каталитического этилмагнирования в 1983 году, а затем каталитического цикломагнирования олефинов 1989 году, -комплексы на основе Zr рассматривались как единственные соединения, способные катализировать упомянутые выше реакции.

С целью расширения области применения каталитического цикломагнирования непредельных соединений с помощью магнийорганических реагентов, а также поиска новых катализаторов, способных проводить эту реакцию, исследовано взаимодействие EtMgR (R=Br, Et) с олефинами (октен-1, аллилбензол, стирол, эндо-дициклопентадиен) в присутствии каталитических систем на основе Тi, Hf, Fe, Co, Ni, Pd и Rh, широко используемых для превращений олефинов, диенов и ацетиленов. В предварительных экспериментах было показано, что наиболее высокие выходы продуктов цикломагнирования олефинов проявляют комплексы Тi, в частности, Cр2ТiCl2. В связи с этим, последующие эксперименты по изучению реакции цикломагнирования упомянутых выше олефинов проводили с применением в качестве катализатора Cp2TiCl2.

3.1. Карбо- и цикломагнирование -олефинов, стирола и норборненов с помощью Нами установлено, что при взаимодействии EtMgBr или Et2Mg с олефинами в присутствии катализатора Cp2TiCl2, в зависимости от природы олефина, образуются продукты цикло-, карбо- и гидромагнирования. Так, стирол вступает в реакцию с избытком EtMgBr в присутствии катализатора Cp2TiCl2 (20 оС, 20 ч, ТГФ, PhCH=CH2 : EtMgBr : [Ti] = 1 : 2 : 0.05) с образованием смеси моно- и дифенилзамещенных магнезациклопентанов 98в соотношении ~ 3:2:1, с общим выходом ~75 %. Применение Et2Mg в тех же условиях приводит к магнезациклопентанам 98:99:100 ~ 5:1:2, c выходом ~54 % (схема 32).

Взаимодействие эндо-дициклопентадиена с EtMgBr в условиях (20 оС, 50 ч, ТГФ, ДЦПД:EtMgBr:[Ti] = 10:20:0.5) идет по норборненовой двойной связи с образованием региоизомерных (~1:1) по положению двойной связи продуктов карбомагнирования 102а,b с выходом 70 %. Показано, что в присутствии химически активированного магния (ДЦПД:EtMgBr:Mg:[Ti] = 10:20:24:0.5) изменяется хемоселективность реакции и, наряду с продуктами карбомагнирования 102а,b, образуются продукты цикло- 101а,b и гидромагнирования 103а,b с общим выходом ~75 % в соотношении 101а,b:102а,b:103а,b ~ 5:2:2, с сохранением эндо-конфигурации циклопентенового фрагмента (схема 33). Реакция норборнена с EtMgBr в разработанных условиях приводит к образованию циклических и ациклических соединений с общим выходом 82% при соотношении 104:105:106 ~ 6:1:2.

При взаимодействии октена-1 или аллилбензола с EtMgBr в присутствии Cp2TiCl (мольное соотношение олефин:EtMgBr:Mg:[Ti] = 10:40:60:0.5) при температуре ~20 оС в течение 20 ч в ТГФ образуются продукты цикло- 107, карбо- 108 и гидромагнирования в соотношении 107:108:109 = 2:5:6 (схема 34).

Не вступивший в реакцию аллилбензол (~30%) изомеризуется под действием катализатора в проп-1-енилбензол с менее активной дизамещенной двойной связью.

При использовании Et2Mg в этой реакции соотношение продуктов гидро-, карбо- и цикломагнирования, а также дейтеролиза 107а:108а:109а составляет 4:7:1.

На основании литературных и собственных экспериментальных данных, образование циклических и ациклических МОС можно представить вероятной схемой 35, согласно которой взаимодействие EtMgR с олефинами в присутствии Cp2TiCl2 проходит с формированием таких ключевых интермедиатов, как титанациклопропаны, титанациклопентаны, а также алкильных и гидридных производных титана, переметаллирование которых исходным EtMgX приводит к целевым продуктам.

Таким образом, -олефины и норборнены реагируют с EtMgBr или Et2Mg в ТГФ в присутствии катализатора Cp2TiCl2 с образованием продуктов цикло-, карбо- и гидромагнирования, выход и соотношение которых зависят от структуры исходных реагентов и условий реакции.

3.2. Межмолекулярное цикломагнирование циклических и ациклических 1,2-диенов К началу наших исследований в литературе отсутствовали сведения по каталитическому цикломагнированию алленов с помощью алкилмагнийгалогенидов с участием в качестве катализаторов комплексов Ti и других переходных металлов. В связи с этим, нами было изучено цикломагнирование алленов под действием доступных реагентов Гриньяра и комплексов Ti.

В ходе проведенных экспериментов было установлено, что при цикломагнировании терминальных алленов с помощью EtMgBr в присутствии химически активированного магния и катализатора Cp2ZrСl2, традиционно применяющегося для этих целей, (ТГФ, ~ С) образуются 2,5-диалкилиденмагнезациклопентаны (5-8%), 2алкилиденмагнезациклопентаны (~30-35%) и продукты карбомагнирования (~30-35%).

Реакция идет неселективно и все попытки повлиять на ход реакции путем изменения температуры, природы растворителя и соотношения исходных реагентов оказались безуспешными. Положительные результаты по селективному цикломагнированию алленов удалось получить лишь при замене катализатора Cp2ZrСl2 на Cp2TiСl2.

Взаимодействие 1,2-алкадиенов с двукратным избытком EtMgBr в присутствии химически активированного Mg и каталитических количеств (5 мол. %) Cp2TiСl2 в условиях (ТГФ, ~ 20 oC, 8 ч) приводит к 2,5-диалкилиденмагнезациклопентанам 110, дейтеролиз которого приводит к 1,6-дидизамещенным-2,5-дидейтеро-1Z,5Z-диенам 111 с выходом 90% (схема 36).

.....

Селективность и направление цикломагнирования в значительной степени зависят от структуры исходных алленов и эфирного растворителя. Например, реакция EtMgBr с фенилалленом или 3,3-дизамещенными алленами, в присутствии активированного магния и катализатора Cp2TiСl2, в условиях (ТГФ, 20 C, 8 ч) проходит с образованием региоизомерной смеси МОС 112a-114a с выходами, не превышающими 10-15%. Показано, что применение Et2O в качестве растворителя позволяет осуществить цикломагнирование с получением соответствующих 2,5-диалкилиденмагнезациклопентанов 112 с выходами 81и селективностью 95% (схема 37).

Аналогично алифатическим алленам, N- и O-содержащие 1,2-диены способны вступать в реакцию каталитического цикломагнирования с EtMgBr в присутствии металлического Mg (акцептор галогенид ионов) и 5 % мол. Cp2TiCl2 в условиях (аллен:EtMgBr:Mg:Cp2TiCl2, 10:20:24:0.5, 2022 oC, Et2O, 8 ч) с образованием соответствующих функционально-замещенных 2,5-диалкилиденмагнезациклопентанов 113.

Гидролиз и дейтеролиз магнезациклопентанов 113 приводит к образованию соответствующих непредельных диаминов 114, 115 с цис,цис-конфигурации с выходами 6882 % (схема 38).

X = H (114), D (115); R = Et (a), Pr i (b), -(CH2)4- (c), -C2H4-O-C2H4- (d); R = -C2H4-O-C2H4-, R' = Me (e).

Синтезированные 2,5-диалкилиденмагнезациклопентаны содержат высокоактивные Mg-C связи и двойные связи с цис-конфигурацией в алкилиденовом фрагменте, что делает их чрезвычайно перспективными для получения практически важных 1Z,5Z-диенов. С целью изучения возможности получения 1,5-диенов с заданной конфигурацией заместителей при двойных связях на основе полученных магнезациклопентанов, последние ввели в реакции кросс-сочетания с алкил(арил,аллил)галогенидами под действием солей одновалентной меди Cu(I). В результате образуются соответствующие ди- 116, 117 и тетраены 118–120 с выходами ~75схема 39).

Для выяснения возможности осуществления описанных выше реакций с участием циклических 1,2-диенов с целью синтеза непредельных трициклических магнийорганических соединений изучено цикломагнирование циклических алленов с помощью реагентов Гриньяра, катализируемое Cp2TiCl2.

Нами установлено, что циклические 1,2-диены, например, 1,2-циклононадиен, вступают в реакцию с EtMgBr в присутствии металлического магния и 5 мол.% катализатора Cp2TiCl2 (Et2O, 4ч, с образованием 2магнезатрицикло[10.7.0.0 ]нонадека-3(4),1(19)-диена 121. Кислотный гидролиз и дейтеролиз МОС 121 приводит к образованию 3-(2-циклононенил)-1-циклононена 122 и 2дейтеро-3-(2-дейтеро-2-циклононенил)-1-циклононена 123 с выходами более 85 % (Схема 40).

......

На основе магнезациклопентана 121 мы разработали ряд перспективных методов синтеза полициклических углеводородов 124, 125 и гетероциклических соединений 128, (Схема 41).

Таким образом, нами впервые осуществлено межмолекулярное цикломагнирование циклических и ациклических 1,2-диенов, в том числе функционально-замещенных, с помощью реагентов Гриньяра, катализируемое Cp2TiCl2. В результате, с высокими выходами и селективностью, получены ранее неописаные моно- и трициклические МОС, которые, как показано на ряде примеров, могут быть с успехом использованы в синтезе карбо- и гетероциклических, а также бифункциональных соединений заданной структуры и конфигурацией заместителей при двойных связях, исходя из доступных исходных мономеров и реагентов в одну препаративную стадию.

3.3. Межмолекулярное цикломагнирование,-диалленов в синтезе гигантских С целью разработки нового, перспективного для практического применения метода синтеза гигантских магнийсодержащих и углеводородных макроциклов впервые исследовали реакцию межмолекулярного цикломагнирования,-диалленов с помощью EtMgX (X = Cl, Br), катализируемую комплексами Ti.

Мы исходили из предпосылки, что при цикломагнировании,-диалленов реактивами Гриньяра под действием катализатора Cp2TiCl2 возможно осуществление межмолекулярного цикломагнирования одновременно двух или более молекул исходного диаллена с получением макроциклических магнийорганических соединений, содержащих магнезациклопентановые фрагменты.

При выборе метода синтеза углеводородных макроциклов опирались на открытую нами реакцию каталитического цикломагнирования монозамещенных алленов c помощью RMgX в присутствии катализатора Cp2TiCl2 в 2,5-диалкилиденмагнезациклопентаны 112.

Выбрав в качестве исходных,-диалленов 1,2,8,9-декатетраен, 1,2,9,10ундекатетраен, 1,2,10,11-додекатетраен, провели цикломагнирование последних с помощью EtMgBr (аллен:EtMgBr = 1:1) в присутствии катализатора Cp2TiCl2 (~10 мол.%) и химически активированного магния (ТГФ, ~20 оС, 1012 ч).

В этих условиях реакция,-диалленов с EtMgBr приводит к макроциклическим МОС 130, состоящим из пяти молекул исходного аллена. Гидролизом и дейтеролизом МОС 130 с помощью HCl/H2O или DCl/D2O получены углеводородные макроциклы 131, 132, содержащие чередующиеся Z-двойные связи. Гидрирование непредельных макроциклов 131 молекулярным водородом (5 % Pd/C) дает циклопарафин 133 (схема 42).

H XX H H XX H

Надо полагать, что образование макроциклов 130a-c проходит путем межмолекулярного цикломагнирования,-диалленов с помощью RMgX в присутствии “титаноцена”, генерируемого из Cp2TiCl2 под действием активированного Mg. При этом, в каждом опыте преимущественно образуются магнийорганические макроциклы, построенные из пяти молекул исходного диаллена и пяти атомов магния.

Эти результаты свидетельствуют о том, что в формировании гигантских магнийорганических макроциклов участвуют полиядерные каталитически активные центры, способные координировать и активировать одновременно пять молекул,диаллена, что и приводит к целевым гигантским металлакарбо- и макрокарбоциклам.

4. Синтез пятичленных металлакарбоциклов на основе Al и Mg перекрестным каталитическим циклометаллированием алленов и ацетиленов с непредельными Механистические представления о реакциях межмолекулярного цикломагнирования и циклоалюминирования в присутствии цирконоцена или титаноцена сводятся к координации двух молекул непредельного соединения на центральном атоме катализатора с промежуточным образованием трех- и пятичленных металлакарбоциклов на основе переходных металлов, находящихся в состоянии непрерывного лигандного обмена до момента переметаллирования атома переходного металла на непереходный с образованием целевых магнеза- и алюминакарбоциклов.

В то же время, из общих представлений о координационном связывании непредельных соединений с центральным атомом катализатора известно, что олефины, аллены и ацетилены имеют различную степень связывания с металлом и способность к вытеснению из координационной сферы металла, как между перечисленными классами соединений, так и внутри каждого класса, в зависимости от природы заместителей.

Исходя из этих предпосылок нами была выдвинута идея о возможности конструирования металлакарбоциклов путем перекрестного циклометаллирования смеси двух непредельных соединений в условиях реакций гомо-цикломагнирования или циклоалюминирования непредельных соединений с помощью реактивов Гриньяра или алкилкалогеналанов, катализируемых комплексами Ti и Zr.

4.1. Перекрестное цикломагнирование дизамещенных алкинов с алленами и Для проверки выдвинутой идеи о возможности синтеза несимметричных металлакарбоциклов путем совместного циклометаллирования различных классов непредельных соединений, первоначально исследовали на примере межмолекулярного цикломагнирования эквимольных количеств дизамещенных ацетиленов циклической и ациклической структуры с алленами или алкинам с помощью BuMgHlg (Hlg = Cl, Br) в присутствии катализатора Cp2ZrCl2. В разработанных для гомоцикломагнирования дизамещенных ацетиленов условиях реакция смеси дизамещенного ацетилена (гексин-3, октин-4) и 1,2-диена (1,2-октадиена, 3-фенил-1,2-пропадиена) с избытком BuMgBr (ацетилен:аллен:BuMgBr = 1:1:4) в Et2O в присутствии 10 мол.% Cp2ZrCl2 за 2 ч позволяет получать 2,3-диалкил-5-гексил(бензил)иденмагнезациклопент-2-ены 134 с выходами 46схема 43). В минорных количествах (до 5%) образуется 2,3,4,5тетраалкилмагнезациклопента-2,4-диены 32.

........

Смешанное межмолекулярное цикломагнирование циклических ацетиленов с ациклическими дизамещенными ацетиленами в условиях (циклоалкин:дизамещенный ацетилен:BuMgBr:[Zr] = 10:11:22:1, 20-22 oC, 4 ч, ТГФ) приводит к новому классу бициклических магнезациклопента-2,4-диенов 136 с выходами 56–86% (Схема 44).

R = R' = Pr (b, 59%); R = R' = (c, 55%); R = Bu, R' = TMS (d, 56%); n = 6: R = R' = Et (e, 45%).

Таким образом, межмолекулярное гомоцикломагнирование алкинов с алленами или дизамещенными ацетиленами с помощью алкилгалогенидных производных магния в присутствии комплексов на основе Zr можно использовать для синтеза новых типов моно- и бициклических 5-алкилиденмагнезациклопентенов и магнезациклопента-2,4-диенов.

Межмолекулярное каталитическое цикломагнирование циклических и Основываясь на положительных результатах по межмолекулярному цикломагнированию циклических 1,2-диенов осуществлено перекрестное цикломагнирование циклических и ациклических 1,2-диенов с помощью реагентов Гриньяра под действием катализатора Cp2TiCl2, приводящее к неописанным ранее бициклическим алкилиденмагнезациклопентанам.

Взаимодействием 1,2-циклононадиена и 1,2-алкадиенов с избытком EtMgBr в присутствии Mg и катализатора Cp2TiCl2 в соотношении (1,2-циклононадиен:1,2алкадиен:EtMgBr:Mg:Cp2TiCl2 равном 10:10:40:24:1) в условиях (Et2O, 4ч, ~ 20–22 oC) получены бициклические 11-алкил(бензил)иден-12-магнезабицикло[7.3.01,9]додец-1(2)-ены 137 с выходами 70-88% (Схема 45). В качестве минорной компоненты ~8–10 %, наблюдается образование продуктов гомоцикломагнирования исходных субстратов 112, 121.

Нами осуществлены некоторые синтетические превращения полученных новых бициклических алкилиденмагнезациклопентанов 137 с использованием реакций кросссочетания с различными органическими галогеналканами и S8. Показано, что указанные выше реакции проходят одновременно по двум активным Mg–C-связям с образованием бифункциональных, а также гетероциклических соединений 138–141 (Схема 46).

Межмолекулярное цикломагнирование циклических и ациклических 1,2-диенов с помощью реактивов Гриньяра, катализируемое Cp2TiCl2, с высокой селективностью приводит к непредельным бициклическим МОС, которые в одну препаративную стадию могут быть трансформированы в практически важные карбо- и гетероциклические, а также бифункциональные соединения заданной структуры.

4.3. Цикло- и 1,4-диалюминирование циклических алленов и ацетиленов с помощью RnAlCl3-n, 1,2-дигалогенэтана или этилена, катализируемое комплексами Ti и Zr циклоалюминирование дизамещенных ацетиленов с этиленом, который генерируется in situ в условиях реакции из дихлорэтана и активированного Mg, является эффективным методом синтеза пятичленных алюминакарбоциклов, свободным от использования крайне пирофорного Et3Al. При этом, последний удается заменить на менее пирофорные EtAlCl2, AlCl3 или соответствующие амиды и алкоксиды алюминия.

В результате проведенных экспериментов осуществлено совместное циклоалюминирование циклических 1,2-диенов (циклонона-1,2-диен, циклотридека-1,2диен) или циклоалкинов (циклооктин, циклодецин, циклотридецин) и этилена с помощью EtAlCl2 в присутствии металлического Mg и катализатора Cp2ZrCl2, приводящее к бициклическим АОС 17, 47 с выходами до 85 %. В этих опытах наблюдается образование в минорных количествах продуктов межмолекулярного гомоциклоалюминирования исходных соединений (схема 47).

.......

При изучении влияния природы переходного металла в этих реакциях обнаружено, что замена Cp2ZrCl2 на Cp2TiCl2 способствует изменению региоселективности реакции. Так, при проведении реакции межмолекулярного циклоалюминирования циклических 1,2-диенов и этилена с помощью EtnAlCl3-n в присутствии Мg и катализатора Cp2TiCl2 (5 мол. %) в ТГФ в мягких условиях за 3–4 ч образуется 10-этил-10-алюминабицикло[7.3.01,9]додец-1(2)-ен или 1,4-диалюминиевое соединение 147 с выходом более 80% (схема 47).

Показано, что наряду с EtAlCl2 или Et2AlCl указанные выше реакции могут быть осуществлены с помощью различных дигалогеналанов общего вида RAlCl2 (R= MeO, nU. M. Dzhemilev, A.G. Ibragimov. Catalytic Cyclometalation Reaction of Unsaturated Compounds in Synthesis of Magnesa- and Aluminacarbocycles, J. Organomet. Chem., 2010, 695, 1085-1110.

BuO, i-Pr2N) с выходами 40–81%. Описанные выше реакции проводились с подачей газообразного этилена в реакционную массу, так и генерированием этилена in situ из 1,2дигалогенэтана и магния.

Так, перекрестное межмолекулярное циклоалюминирование циклических 1,2-диенов или алкинов и этилена с помощью алкилгалогенидных производных алюминия в присутствии комплексов на основе Zr и Ti позволяет получать непредельные бициклические алюминациклопентаны или алюминациклопентены, а также соответствующие 1,4-диалюминиевые соединения с достаточно высокими выходами.

Катализируемое Zr и Ti перекрестное циклоалюминирование циклических 1,2диенов и алкинов с олефинами, терминальными алленами и дизамещенными Опираясь на успешно реализованную идею синтеза бициклических АОС с использованием реакции совместного межмолекулярного циклоалюминирования циклических 1,2-диенов или алкинов и этилена с помощью RnAlCl3-n в присутствии комплексов Ti и Zr, нами было выдвинуто предположение о возможности конструирования би- и полициклических АОС путем совместного циклоалюминирования циклических алленов с непредельными соединениями различной структуры.

В результате проведенных исследований впервые осуществлено межмолекулярное циклоалюминирование циклических алленов с -олефинами или норборненом с помощью EtAlCl2, катализируемое Cp2ZrCl2 (аллен:олефин:[Al]:Mg:[Zr] = 10:12:24:36:1.1), приводящее за 3 часа к непредельные би- 148 и полициклическим АОС 149 с выходом 70% (схема 49).

Показано, что совместное межмолекулярное циклоалюминирование циклических 1,2диенов с дизамещенными ацетиленами (аллен:алкин:[Al]:Mg:[Zr] = 10:11:15:22:2, 20-22 oC, ТГФ, 8ч) или терминальными алленами (циклический аллен:терминальный 1,2диен:[Al]:Mg:[Ti] = 10:10:12:24:1, 20-22 oC, ТГФ, 4 ч) с помощью EtAlCl2, катализируемое комплексами Zr и Ti, приводит к получению новых классов непредельных бициклических алюминациклопентанов 151, алюминациклопентенов 150-152 с выходом ~70-80% (схема 48).

На основании полученных результатов можно сделать вывод, что впервые осуществлено перекрестное циклоалюминирование циклических 1,2-диенов с -олефинами, норборненами, дизамещенными ацетиленами и терминальными алленами с помощью EtAlCl2, катализируемое комплексами Zr и Ti. Разработаны эффективные методы получения новых классов непредельных бициклических алюминациклопентанов, алюминациклопентенов и алюминациклопентадиенов заданной структуры.

Разрабатываемая концепция конструирования пятичленных металлакарбоциклов заданной структуры путем межмолекулярного циклоалюминирования различных классов непредельных соединений позволила получать труднодоступные или ранее неописанные алюминациклопентаны, алюминациклопентены и алюминациклопентадиены.

В развитие этих исследований осуществлены реакции межмолекулярного циклоалюминирования циклоалкинов с -олефинами, дизамещенными ацетиленами и 1,2диенами различной структуры с применением новых классов АОС – би- и полициклических алюминиациклопента-2,4-диенов 153-156.

циклоалюминирование циклических алленов или ацетиленов с -олефинами, норборненом, дизамещенными ациклическими ацетиленами и терминальными алленами с помощью EtAlCl2, катализируемое комплексами Ti и Zr. Разработаны эффективные методы получения ранее неописанных классов непредельных би- и полициклических алюминациклопентанов, алюминациклопентенов и алюминациклопентадиенов, в том числе алкилидензамещенных.

5. Реакция каталитического циклометаллирования напряженных метилиденциклоалканов с синтезе спиросоединений Исследования реакции каталитического циклоалюминирования, проведенные в последние 10-15 лет, показали, что она имеет общий характер и может быть распространена на -олефины, аллены, ацетилены и норборнены. В результате впервые удалось разработать оригинальные методы синтеза различных классов АОС – алюминациклопропаны, алюминациклопропены, алюминациклопентаны, алюминациклопентены, алюминациклопентадиены, алюминамакрокарбоциклы.

К моменту начала наших исследований было известно, что ациклические и циклические 1,3-диены, а также 1,1- и 1,2-дизамещенные олефины в реакцию с Et3Al вовлечь не удается.

Нами было высказано предположение о том, что в отличие от ациклических олефинов с малоактивной 1,1-дизамещенной двойной связью, напряженные циклические непредельные соединения с активированной метилиденовой связью, например, метилиденциклобутаны или метилиденциклопропаны, удастся вовлечь в реакцию с Et3Al, катализируемую комплексами переходных металлов с получением соответствующих спироалюминациклопентанов. Кроме того, при успешном осуществлении данной реакции, как мы полагали, можно будет получать алюминациклопентаны со спироциклобутановыми или спироциклопропановым фрагментами, которые потенциально могут быть использованы в синтезе напряженных спирокарбо- и гетероциклов.

5.1. Циклоалюминирование замещенных метилиден- и алкилиденциклопропанов с С целью синтеза новых классов алюминийорганических соединений спирановой структуры и разработки на их основе эффективных «однореакторных» методов конструирования спиро[2.3]гексанов и спиро[2.4]гептанов нами исследовано взаимодействие метилиденциклопропанов различной структуры с Et3Al в присутствии Cp2ZrCl2.

Установили, что при циклоалюминировании 2-пентил- и 2-гептил-1метилиденциклопропанов 157а,b с помощью Et3Al (1:2) в присутствии 5 мол.% Cp2ZrCl2 в гексане за 4 часа в каждом опыте образуется смесь из двух региоизомерных алюминациклопентанов со спироциклопропановыми фрагментами в - 158а,b и положении 159аb к атому алюминия с выходами ~75% (схема 55).

В результате изучения влияния природы заместителей в метилиденциклопропанах обнаружили, что 2-фенил- 157c, 2-метил-2-фенилметилиденциклопропаны 157d в разработанных условиях (метилиденциклопропан:Et3Al:[Zr]=10:20:0.5, 4ч, 2022 oC) вступают в реакцию каталитического циклоалюминирования с образованием единственного региоизомера, в котором соответствующий спироциклопропановый заместитель находится в -положении к атому алюминия 158с,d (Схема 56).

........

Наряду с фенилзамещенными циклопропанами, высокая региоселективность циклоалюминирования метилиденциклопропанов, аннелированных к циклоалкану – 7метилиденбицикло[4.1.0]гептана 157e и 9-метилиден-бицикло[6.1.0]нонана 157f (схема 57).

В развитие исследований по изучению реакции катализируемого Cp2ZrCl циклоалюминирования метилиденциклопропанов с помощью Et3Al, нам представлялось интересным изучить влияние заместителей на выход и селективность реакции не только по циклопропановому фрагменту, но и при метилиденовой связи. Кроме того, в литературе отсутствовали сведения о возможности циклоалюминирования тризамещенных олефинов.

бензилиденциклопропаны 162а-с, осуществили синтез в условиях (МЦП:Et3Al:[Zr] = 10:12:0.5, гексан, 2022 oC, 4 ч) 4-этил-7-алкил(бензил)-4-алюминаспиро[2.4]гептанов 163ас с выходами 9094%, которые в результате кислотного гидролиза и дейтеролиза превращаются в углеводороды 164а-св и частично дейтерированные 165а-с замещенные циклопропаны (Схема 58).

Таким образом, нами впервые осуществлено циклоалюминирование метилиден- и алкилиденциклопропанов с помощью Et3Al в присутствии катализатора Cp2ZrCl2 с получением неописанных ранее АОС спирановой структуры – замещенных алюминаспиро[2.4]октанов с выходами 65-95%.

5.2. Взаимодействие метилиденциклобутанов с Et3Al, катализируемое Cp2ZrCl Показав возможность циклоалюминирования 1,1-дизамещенной двойной связи на примере взаимодействия метилиде- и алкилиденциклопропанов с Et3Al в присутствии Cp2ZrCl2 мы обратили свое внимание на следующую группу соединений метилиденциклобутаны.

В результате проведенных исследований установили, что при взаимодействии метилиденциклобутана с двукратным избытком Et3Al в условиях (10 мол.% Cp2ZrCl2, 4 ч, гексан), образуется АОС 166, которое после кислотного гидролиза и дейтеролиза реакционной массы дает 1-метил-1-этилциклобутан 167 и 1-дейтерометил-1-(2дейтероэтил)циклобутан 168 с выходом ~93% (Схема 59).

........

Для дополнительного подтверждения структуры полученного АОС 166 и демонстрации возможностей разработанной реакции в синтезе спиранов, содержащих циклобутановый фрагмент, нами осуществлен ряд трансформаций 6-этил-6алюминаспиро[3.4]октана 166 в реакциях кросс-сочетания, карбоциклизации и переметаллирования (схема 60).

На следующем этапе мы осуществили циклоалюминирование замещенных метилиденциклобутанов. На примере 3-пентил-, 3-гептил-, 3-фенил- и 3бензилметилиденциклобутанов 174a-d показано, что разработанная реакция имеет общий характер и может быть использована в синтезе замещенных алюминаспиро[3.4]октанов В продолжение исследований циклоалюминирования замещенных 175a-d.

метилиденциклобутанов в реакцию с Et3Al, катализируемую Cp2ZrCl2, вовлекли метилиденциклобутаны, аннелированные к циклоалканам 176a,b или каркасным углеводородам 177, 178 (схема 61).

Таким образом, нами впервые показано, что метилиденциклобутаны способны вступать в реакцию каталитического циклоалюминирования с помощью Et3Al в присутствии Cp2ZrCl2 с образованием замещенных 6-этил-6-алюминаспиро[3.4]октанов с высокими выходами. Полученные металлакарбоциклы без предварительного выделения могут быть превращены в карбо- и гетероциклические соединения спирановой структуры и бифункциональные углеводороды, содержащие циклобутановый фрагмент.

5.3. Разработка метода синтеза спиро[2.3]гексанов и спиро[3.3]гептанов с применением реакции циклоалюминирования метилиденциклоалканов В развитие проводимых нами исследований по синтезу алюминийорганических соединений спирановой структуры разработали принципиально новый однореакторный метод синтеза спиро[2.3]гексанов и спиро[3.3]гептанов с выходами до 95%. Метод основан на проведении в одну препаративную стадию последовательных реакций каталитического циклоалюминирования метилиденциклопропанов или метилиденциклобутанов различной структуры, взятых в соотношении метилиденциклоалкан:AlEt3, равном 1:1.2, под действием катализатора Сp2ZrCl2 (5 мол.%) в условиях (20–22оС, 4 ч, гексан) и последующей карбоциклизации образующихся алюминаспиро[2.4]гептанов или алюминаспиро[3.4]октанов с помощью аллилхлорида в присутствии каталитических количеств Pd(acac)2 (2–3 мол %) в диэтиловом эфире при температуре 20–22оС и продолжительности реакции 6 часов (Схема 62).

[Zr] = Cp2ZrCl2, [Pd] = Pd(acac)2, R = alkyl, aryl Таким образом, нами показано, что реакция циклоалюминирования метилиденциклопропанов и метилиденциклобутанов с помощью Et3Al, катализируемая Cp2ZrCl2, может быть с успехом использована в «однореакторном» синтезе труднодоступных замещенных спиро[2.3]гексанов и спиро[3.3]гептанов.



Pages:   || 2 |
 
Похожие работы:

«Бредихин Роман Андреевич РЕАКЦИИ ПОЛИФТОРАРЕНТИОЛОВ С БРОМОМ И ГАЛОИДАЛКАНАМИ. ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛИФТОРАРЕНСУЛЬФОНИЛБРОМИДОВ И ИЗУЧЕНИЕ ИХ НЕКОТОРЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ (02.00.03 – Органическая химия) Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата химических наук Новосибирск – 2013 1 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность. Полифторароматические серосодержащие соединения находят применение в оптике, электронике, технике, биохимии, медицине и сельском хозяйстве. Одним из...»

«Евстигнеева Мария Александровна СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СМЕШАННЫХ ТЕЛЛУРАТОВ (АНТИМОНАТОВ) ЩЕЛОЧНЫХ И ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ Специальность 02.00.04 – Физическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Ростов-на-Дону 2014 Работа выполнена на кафедре общей и неорганической химии Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования Южный федеральный университет. Научный руководитель :...»

«АЛЕКСЕЕВ Алексей Владимирович РАЗВИТИЕ МЕТОДА ДЕБАЯ–ШЕРРЕРА ДЛЯ ХАРАКТЕРИЗАЦИИ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ФАЗ, ПРЕДСТАВЛЕННЫХ В МИКРОКОЛИЧЕСТВАХ 02.00.04 – физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Новосибирск 2010 1 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения РАН Научный руководитель доктор физико-математических наук Громилов Сергей Александрович...»

«РАГУЛИН Валерий Владимирович Двойная реакция Арбузова и развитие методологии синтеза фосфоизостеров аминокислот и пептидов 02.00.03 – Органическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук Черноголовка, 2014 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте физиологически активных веществ Российской академии наук (ИФАВ РАН) Официальные оппоненты : доктор химических наук, профессор, Гололобов Юрий...»

«ШУВАЕВА Татьяна Маратовна НОВЫЕ БЕЛКИ ОБОНЯТЕЛЬНОГО ЭПИТЕЛИЯ МЛЕКОПИТАЮЩИХ. СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 02.00.10-биоорганическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук МОСКВА-2008 Работа выполнена в лаборатории белков гормональной регуляции Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова...»

«УЛИХИН Артем Сергеевич ТРАНСПОРТНЫЕ СВОЙСТВА ПЕРХЛОРАТОВ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ И КОМПОЗИЦИОННЫХ ТВЕРДЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НА ИХ ОСНОВЕ 02.00.21 – химия твердого тела АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Новосибирск – 2009 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН Научный руководитель : доктор химических наук Уваров Николай Фавстович Учреждение Российской академии...»

«КАРЛИНСКИЙ ДАВИД МИХАЙЛОВИЧ ИЗУЧЕНИЕ СВЯЗЫВАНИЯ ПЕРВОГО КОМПОНЕНТА СИСТЕМЫ КОМПЛЕМЕНТА С НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ МЕТОДАМИ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ 02.00.10. – Биоорганическая химия 03.00.04. – Биохимия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва – 2009 1 Работа выполнена на кафедре биотехнологии и бионанотехнологии Московской государственной академии тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова и лаборатории химии...»

«Дмитриев Максим Эдуардович АМИНО- И АМИДОАЛКИЛИРОВАНИЕ ГИДРОФОСФОРИЛЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 02.00.03 – органическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Черноголовка – 2014 Работа выполнена в Лаборатории элементоорганических биоизостеров Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института физиологически активных веществ Российской академии наук (ИФАВ РАН) Научный руководитель : Рагулин Валерий Владимирович кандидат...»

«ВОЛОДИН Алексей Александрович УГЛЕРОДНЫЕ НАНОВОЛОКНА И НАНОТРУБКИ: КАТАЛИТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ, СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА 02.00.04 – физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Черноголовка – 2006 Работа выполнена в Институте проблем химической физики РАН. кандидат химических наук, Научный руководитель : старший научный сотрудник Тарасов Борис Петрович доктор химических наук, Официальные оппоненты : профессор Клюев Михаил Васильевич...»

«Невидимов Александр Владимирович Исследование строения обратных мицелл методом молекулярной динамики. 02.00.04 – физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата химических наук Черноголовка – 2010 Работа выполнена в Институте проблем химической физики РАН Научный руководитель : Доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, профессор Разумов Владимир Фёдорович Официальные оппоненты : доктор химических наук, профессор Немухин...»

«Абакаров Гасан Магомедович БЕНЗОТЕЛЛУРАЗОЛЫ И БЕНЗОТЕЛЛУРАЗИНЫ: СИНТЕЗ, СТРОЕНИЕ И РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ 02.00.03 – органическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук Ростов-на-Дону 2008 2 Работа выполнена в Научно-исследовательском институте физической и органической химии Южного федерального университета, г. Ростов-на-Дону и Дагестанском государственном техническом университете, г. Махачкала. доктор химических наук Научный...»

«Казакова Анна Владимировна НОВЫЕ НИЗКОРАЗМЕРНЫЕ МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ПРОВОДНИКИ И СВЕРХПРОВОДНИКИ НА ОСНОВЕ КАТИОН-РАДИКАЛЬНЫХ СОЛЕЙ 02.00.04-физическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Черноголовка 2008 Работа выполнена в Институте проблем химической физики РАН Научный руководитель : доктор химических наук, профессор Ягубский Эдуард Борисович Официальные оппоненты : доктор химических наук, профессор Абашев Георгий Георгиевич...»

«ИОЩЕНКО ЮЛИЯ ПАВЛОВНА ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛИМОЛЕКУЛЯРНЫХ КОМПЛЕКСОВ ХИТОЗАНА С БЕЛКАМИ И ГИДРОКСИЛСОДЕРЖАЩИМИ ПОЛИМЕРАМИ Специальность 02.00.06 – Высокомолекулярные соединения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Волгоград – 2006 2 Работа выполнена на кафедре Химическая технология полимеров и промышленная экология Волжского политехнического института (филиал) Волгоградского государственного технического университета. Научный...»

«Астахов Александр Владимирович СИНТЕЗ 1,2,4-ТРИАЗОЛОПИРИМИДИНОВ НА ОСНОВЕ РЕАКЦИЙ 1-ЗАМЕЩЕННЫХ 3,5-ДИАМИНО-1,2,4-ТРИАЗОЛОВ С 1,3-БИЭЛЕКТРОФИЛЬНЫМИ РЕАГЕНТАМИ Специальность 02.00.03 – “Органическая химия” АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Ростов-на-Дону - 2011 2 Работа выполнена в Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте) на кафедре Технология неорганических и органических...»

«БАРАНОВ ЕВГЕНИЙ ВЛАДИМИРОВИЧ МОЛЕКУЛЯРНОЕ, КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ, ЭЛЕКТРОННОЕ СТРОЕНИЕ о-ХИНОНОВЫХ И о-ИМИНОХИНОНОВЫХ КОМПЛЕКСОВ СУРЬМЫ(V) И ОЛОВА(IV). 02.00.04 – физическая химия (химические наук и) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Нижний Новгород 2011 Работа выполнена в лаборатории Наноразмерных систем и структурной химии Учреждения Российской академии наук Института металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева РАН. Научный...»

«Авдеева Надежда Михайловна Пробоподготовка QuEChERS и дисперсионная жидкостно-жидкостная микроэкстракция при одновременном определении микотоксинов различных классов хроматографическими методами 02.00.02 – аналитическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Саратов 2013 2 Работа выполнена на кафедре химии ФГБОУ ВПО Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых доктор...»

«ТАЛИПОВ МАРАТ РИФКАТОВИЧ ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТРОЕНИЯ И СВОЙСТВ НИТРОЗООКСИДОВ 02.00.17 – Математическая и квантовая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук УФА 2006 2 Работа выполнена в Институте органической химии Уфимского научного центра Российской Академии Наук Научный руководитель : доктор химических наук Сафиуллин Рустам Лутфуллович Официальные оппоненты : доктор химических наук Кузнецов Валерий Владимирович доктор...»

«ЛИ ВИТАЛИЙ МОЕСЕЕВИЧ СИНТЕЗ АЗА-ДИАРИЛЭТИЛЕНОВ ДЛЯ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ФОТОПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЕЙ И ЛОГИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ 02.00.03 – органическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Черноголовка – 2011 Работа выполнена в лаборатории органической и супрамолекулярной фотохимии отдела нанофотоники Института проблем химической физики РАН Научный руководитель : доктор химических наук Будыка Михаил Федорович Официальные оппоненты : доктор химических...»

«Ковальчук Антон Алексеевич НОВЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ СТЕРЕОИЗОМЕРОВ ПОЛИПРОПИЛЕНА И УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБ, ПОЛУЧЕННЫЕ МЕТОДОМ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ IN SITU 02.00.06 – Высокомолекулярные соединения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва – 2008 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте химической физики им. Н.Н. Семенова РАН Научный руководитель : кандидат химических наук Аладышев Александр Михайлович...»

«ПАХОМОВА Виктория Александровна РАДИАЦИОННО-ХИМИЧЕСКОЕ МОДИФИЦИРОВАНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ 02.00.04 – физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Черноголовка – 2006 Работа выполнена в Институте проблем химической физики РАН. доктор химических наук Научный руководитель : профессор Михайлов Альфа Иванович доктор физико-математических наук Официальные оппоненты : Харитонов Александр Павлович доктор...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.