Трансанулярна фтороциклізація дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ

УДК 547.315.2 + 547.221

Пономаренко

Максим Володимирович

ТРАНСАНУЛЯРНА ФТОРОЦИКЛІЗАЦІЯ ДІЄНІВ БІЦИКЛО[3.3.1]НОНАНОВОГО РЯДУ

02.00.03 - органічна хімія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата хімічних наук

Київ-2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у відділі механізмів органічних реакцій Інституту органічної хімії НАН України.

Науковий керівник: доктор хімічних наук, професор

СЕРГУЧОВ Юрій Олексійович,

Інститут органічної хімії НАН України,

провідний науковий співробітник

Офіційні опоненти: доктор хімічних наук, професор

ЯГУПОЛЬСЬКИЙ Юрій Львович,

Інститут органічної хімії НАН України,

завідувач відділом

доктор хімічних наук, професор

ФОКІН Андрій Артурович,

Національний технічний університет України „КПІ”

Провідна установа: Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України (м. Київ)

Захист відбудеться “10 ” липня 2003 р. о 10.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.217.01 при Інституті органічної хімії НАН України (02094, Київ-94, вул. Мурманська, 5).

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці Інституту органічної хімії НАН України.

Автореферат розісланий 6 червня 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

доктор хімічних наук, професор Фещенко Н.Г.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Важливою проблемою органічної хімії є розробка нових селективних методів введення фтору і фторовмісних груп у молекули органічних сполук, яке модифікує їхні біологічні властивості, підвищує їх стабільність до метаболізму і збільшує тривалість дії лікарських препаратів на їх основі. Розробка селективних методів синтезу фторовмісних функціональнозаміщених похідних адамантану є актуальною задачею, поскільки останні є структурними блоками ряду фізіологічно активних сполук, тим більше, що прикладів трансанулярної циклізації (ТЦ) дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду при дії електрофільних фторуючих реагентів до початку даної роботи не було відомо.

Зв'язок роботи з науковими планами інституту. Робота є частиною науково-дослідної теми “Закономірності й механізм циклоутворення в реакціях просторовоспряжених дієнів й електронодефіцитних ацетиленів з новими електрофільними й нуклеофільними реагентами” (№ Держреєстрації 0100U002121), яка виконувалася в Інституті органічної хімії НАН України (І кв. 2000 - ІV кв. 2002 рр.).

Мета й задачі дослідження. Мета роботи полягала в пошуку й розробці селективних методів синтезу нових фторованих похідних адамантану, використовуючи реакцію трансанулярної циклізації дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду.

Для досягнення мети роботи були поставлені такі задачі:

проведення трансанулярної циклізації під дією електрофільних фторуючих N-F реагентів - 1-хлорометил-4-фторо-1,4-діазоніабіцикло[2.2.2] октану біс (тетрафтороборату) (F-TEDA-BF4) і N-фторобіс(фенілсульфоніл)іміну ((PhSO2)2NF) в присутності нуклеофільних частинок і молекул розчинника;

проведення трансанулярної циклізації при використанні як електрофільних реагентів N-галогеносукцинімідів у присутності різних донорів фторид-аніона й поліфторовмісних спиртів;

визначення регіоселективності взаємодії дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду з електрофільними реагентами;

установлення механізму реакцій.

Об'єкт дослідження - розробка селективних методів синтезу нових фторовмісних адамантанів.

Предмет дослідження - реакції трансанулярної циклізації дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду, в результаті яких у структуру адамантану вводиться фтор і фторовмісні замісники.

Методи дослідження:

органічний синтез, хроматографія на силікагелі, елементний аналіз, спектральні методи (ІЧ-, ЯМР-спектроскопія, мас-спектрометрія), рентгеноструктурний метод для виконання експериментальної частини;

напівемпіричний метод РМ3 для дослідження механізму електрофільної трансанулярної циклізації.

Наукова новизна одержаних результатів. Уперше проведена трансанулярна циклізація дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду під дією електрофільних фторуючих реагентів F-TEDA-BF4 і (PhSO2)2NF, у результаті чого з високими виходами одержані нові фторовмісні адамантани.

Виявлено, що F-TEDA-BF4 проявляє високу дифторуючу активність при проведенні трансанулярної циклізації в 1,2-диметоксіетані (моноглім), що приводить до утворення з високими виходами дифтороадамантанів.

Уперше знайдено, що при проведенні галогенофторування дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду з N-галогеносукцинімідами й донором фторид-аніона (C4H9)4N+H2F3- в середовищі кисневмісних циклічних розчинників у результаті залучення в реакцію молекул розчинника утворюються галогенофтороалкоксипохідні адамантану.

Виявлено, що при трансанулярній циклізації похідних 3,7-диметиленбіцикло[3.3.1]нонану з метильним і фенільним замісниками в одній з екзо-циклічних метиленових груп з N-бромосукцинімідом атом брому приєднується до незаміщеного подвійного зв'язку, а при дії електрофільного фторуючого реагенту F-TEDA-BF4 атом фтору приєднується до заміщеного подвійного зв'язку. Напівемпіричним квантовохімічним методом РМ3 встановлено, що кардинальні зміни в регіоселективності трансанулярної циклізації обумовлені перебігом реакції з

N-бромосукцинімідом за тримолекулярним донорно-акцепторним механізмом, а реакції з F-TEDA-BF4 - за механізмом одноелектронного переносу (SET).

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені зручні препаративні методи одержання функціональнозаміщених монофтороадамантанів, дифтороадамантанів, монофтороалкоксі- і поліфтороалкоксіадамантанів на основі реакцій трансанулярної циклізації дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду з N-F реагентами (F-TEDA-BF4, (PhSO2)2NF) і N-галогеносукцинімідами.

Синтезовані фтороадамантани є потенційними біологічно активними сполуками. Подальша функціоналізація одержаних фтороадамантанів відкриває перспективи цілеспрямованого синтезу сполук з конкретними практичними властивостями.

Апробація роботи. Основні результати роботи були представлені на XV Науковій конференції з біоорганічної хімії та нафтохімії (м. Київ, 1-2.03.2000 р.), Регіональній конференції молодих учених та студентів з актуальних питань хімії (м. Дніпропетровськ, 5-10.06.2000 р.), XXVII Конференції молодих учених з органічної та елементорганічної хімії (м. Київ, 17-18.05.2001 р.), XIII Європейському симпозіумі з хімії фторованих сполук (м. Бордо, Франція, 15-20.07.2001 р.), ХІХ Українскій конференції з органічної хімії (м. Львів, 10-14.09.2001 р.).

Публікації за темою дисертації. Матеріали дисертаційної роботи опубліковані в 4 статтях та тезах 3 доповідей.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, трьох розділів, висновків та списку використаних літературних джерел, що включає 173 найменувань. Робота викладена на 134 сторінках машинописного тексту і містить 96 схем, 3 таблиці, 9 малюнків.

У першому розділі узагальнені і систематизовані літературні дані з хімічних властивостей, реакційної здатності дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду й методів синтезу фторовмісних адамантанів. У наступних двох розділах розглянуті власні експериментальні дослідження нових реакцій трансанулярної циклізації дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду, в результаті яких одержані раніше невідомі похідні адамантану, що містять фтор і фторовані замісники.

Особистий внесок здобувача. Експериментальна частина роботи, аналіз спектральних даних та встановлення будови одержаних сполук виконані особисто здобувачем.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Реакції дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду з N-F-реагентами в умовах змішаного приєднання ТЦ дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду проводили з електрофільними N-F-реагентами двох типів. Як нейтральну сполуку типу R2N-F застосовували N-фторобензолсульфонімід ((PhSO2)2NF), а як іонну сполуку використовували один із найпопулярніших N-F-реагентів 1-хлорометил-4-фторо-1,4-діазоніабіцикло[2.2.2]октан біс(тетрафтороборат), так званий F-TEDA-BF4 (мал. 1).

При кип'ятінні реакційної суміші дієну 1а з F-TEDA-BF4 в метанолі утворюється 1-метокси-3-фторометиладамантан (2а) і продукт кислотної циклізації 3а: Схема 1. Утворення продукту 3а може здійснюватися за рахунок взаємодії 1а з аміном Н-N+(C2H4)3N+-CH2Cl (2BF4-), який є сильною кислотою, що утворюється в результаті реакції з F-TEDA-BF4. Для сполуки 2а характерними сигналами є триплет при -230,31 м.ч. в спектрі 19F ЯМР і дублет групи СН2F при 4,15 м.ч. у спектрі ПМР з константою спін-спінової взаємодії фтору з протонами ~ 48 Гц.

При проведенні реакції в етанолі й ізо-пропанолі вихід продуктів фторування збільшується, а вихід продуктів кислотної циклізації зменшується: Пониження виходу продуктів кислотної циклізації дієну 1а із збільшенням основності алкоголю в ряду: метанол етанол ізо-пропанол свідчить про те, що сольватація Н-N+(C2H4)3N+-CH2Cl (2BF4-) основним розчинником інгібує протонну циклізацію.

Помітне інгібування кислотної циклізації було здійснене додаванням у реакційне середовище ацетату натрію як зв'язуючої протон основи. В результаті проведення реакцій дієнів 1а-в з F-TEDA-BF4 в метанолі в присутності ацетату натрію відповідні фторометиладамантани утворюються з високими виходами, а продукти кислотної циклізації не утворюються: Схема 3.

Аналогічно реакціям у метанолі при проведенні реакції дієну 1а з F-TEDA-BF4 в етанолі й 2,2,2-трифтороетанолі в присутності ацетату натрію були одержані з високими виходами відповідні 1-алкокси-3-фторометиладамантани 9а і 4а: Схема 4.

При взаємодії дієну 1а з F-TEDA-BF4 в інших нуклеофільних середовищах також були одержані фторометиладамантани як основні продукти.

Так, при проведенні реакції дієну 1а з F-TEDA-BF4 в суміші НОАс : СH2Сl2 = 1:2,5 в присутності ацетату натрію основним продуктом є 1-ацетокси-3-фторометиладамантан (11а), а побічним - дифторид 8а: Схема 5.

У водному діоксані при взаємодії дієну 1а з F-TEDA-BF4 з препаративним виходом 83% виділений тільки один продукт - 1-гідрокси-3-фторометиладамантан (12а): Схема 6.

У водному ацетонітрилі взаємодія дієну 1а з F-TEDA-BF4 протікає при кімнатній температурі протягом 30 хвилин з утворенням продукту реакції Ріттера 1-(3-фторометил)-адамантилацетаміду (13а) (схема 7).

Будову продуктів 11а, 12а і 13а було підтверджено даними ІЧ, ПМР, 19F і 13С ЯМР спектроскопій. Схема 7.

Амід 13а був використаний для синтезу аналога відомого лікарського препарату мідантану - гідрохлориду 1-аміно-3-фторометиладамантану (14). За відомою методикою при гідролізі NaOH у діетиленгліколі з наступним пропусканням хлористого водню через розчин аміну 15 в діетиловому ефірі гідрохлорид 14 був виділений з виходом 67%: Схема 8.

При проведенні реакцій дієну 1а з (PhSO2)2NF також були отримані відповідні фторометиладамантани: Схема 9.

У реакціях (PhSO2)2NF з 1а теж спостерігається утворення продуктів кислотної циклізації, як і в реакціях з F-TEDA-BF4, яке можна пояснити утворенням в результаті реакції з (PhSO2)2NF кислого аміну (PhSO2)2NН.

В цілому можна відзначити досить високу селективність N-F-реагентів F-TEDA-BF4 і (PhSO2)2NF в реакціях ТЦ дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду, в результаті проведення яких був одержаний ряд нових фторовмісних похідних адамантану.

Дифторування дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду

З літератури відомо, що основними продуктами в реакціях олефінів з F-TEDA-BF4 є монофторопохідні. Як було показано в попередньому розділі, при проведенні ТЦ дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду з F-TEDA-BF4 основними продуктами є монофтороадамантани, лише в окремих реакціях утворюються побічні дифторопохідні.

Були знайдені умови, за яких у реакціях дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду з F-TEDA-BF4 дифториди є основними продуктами. При проведенні реакцій дієнів 1а-в з F-TEDA-BF4 в середовищі моногліму дифториди утворюються з високими виходами: Схема 10.

Для того, щоб з'ясувати, чи є моноглім специфічним розчинником, у якому F-TEDA-BF4 проявляє дифторуючі властивості, проводили реакцію в інших апротонних розчинниках. Виявилося, що ТЦ дієну 1а під дією F-TEDA-BF4 у малополярних хлороорганічних розчинниках СН2Cl2 і С2Н4Cl2 а також ТГФ не відбувається протягом багатьох днів. У діоксані й етилацетаті дифторид 8а був виділений з меншими виходами (60-69%), чим при проведенні реакції в моноглімі.

При проведенні ТЦ 1а з F-TEDA-BF4 в сильно полярному апротонному розчиннику - нітрометані при кімнатній температурі дієн зникає з реакційної суміші через 12 годин, але дифторид 8а при цьому утворюється лише з виходом до 20%. Основним продуктом виявився продукт приєднання залишку TEDA-BF4 до вузлового положення адамантану (А): Схема 11.

Нам не вдалося ізолювати проміжний продукт А з реакційної суміші, тому його утворення доводили наступним перетворенням у метоксизаміщене похідне адамантану 2а: Схема 12.

Аналогічно реакції з метанолом було проведено заміщення залишку TEDA-BF4 з оцтовою кислотою, в результаті чого був виділений продукт 11а з виходом 75%, з бромоводневою й соляною кислотами були виділені відповідні фторометиладамантани: Схема 13.

Таким чином, можна припустити, що високий вихід дифторидів 8а-в при ТЦ дієнів 1а-в з F-TEDA-BF4 характерний для реакцій, які протікають у моноглімі, специфічна роль якого полягає, очевидно, у зв'язуванні BF3, що виділяється під час реакції, у комплексний ефірат, що сприяє вивільненню фторид-аніона. Відомо, що прості ефіри утворюють досить міцні комплекси з BF3. Це полегшує взаємодію фторид-аніона з адамантильним катіоном на стадії, що визначає продукти реакції, забезпечуючи в такий спосіб високу селективність реакції дифторування.

Синтез галогенофторопохідних адамантану за допомогою ТЦ дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду при дії N-галогеносукцинімідів

З метою введення фтору і фторовмісних замісників у вузлове положення каркаса адамантану були проведені реакції ТЦ дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду при дії N-галогеносукцинімідів у присутності аніоноідної фторовмісної сполуки - (C4H9)4N+H2F3- й поліфторовмісних спиртів.

У результаті проведення реакцій дієну 1а з NHalS (Hal = I, Br, Cl) в середовищі хлористого метилену при 0 °С в присутності (C4H9)4N+H2F3- були виділені відповідні 3-галогенометил-1-фтороадамантани, а як побічні продукти - відповідні 3-галогенометил-1-гідроксіадамантани (схема 14).

Реакції з використанням N-йодосукциніміду (NIS) і N-бромосукциніміду (NBrS) протікають швидко при 0 °С з досить високим виходом продуктів фторування 20а і 21а. Навпаки, ТЦ дієну 1а з використанням N-хлоросукциніміду (NClS) протікає повільно з утворенням суміші продуктів, яку важко розділити. В чистому вигляді з неї вдалося виділити з виходом 25% тільки продукт 22а. Схема 14.

ТЦ дієнів 1б,в під дією NBrS в CH2Cl2 в присутності (C4H9)4N+H2F3- протікає регіоселективно з утворенням в основному 2-заміщених 3-бромометил-1-фтороадамантанів (21б,в) і 3-бромометил-1-гидроксіадамантанів (23б,в): Схема 15.

Регіоселективність утворення продуктів 21б,в і 23б,в була однозначно підтверджена спектрами ПМР і рентгеноструктурним дослідженням продукту 21в.

Каскадні реакції дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду з N-галогеносукцинімідами і (C4H9)4N+H2F3- у кисневмісних циклічних розчинниках

При проведенні ТЦ дієну 1а під дією NHalS (Hal = I, Br) в присутності (C4H9)4N+H2F3- в ТГФ був отриманий несподіваний результат. Виявилося, що крім електрофілу і фторид-аніона в реакцію залучається молекула ТГФ: Схема 16.

Аналогічно реакціям дієну 1а в ТГФ були проведені реакції заміщених дієнів 1б,в з NBrS і (C4H9)4N+H2F3-. В результаті були отримані в основному продукти, які містять метильний і фенільний замісники в метиленовому містку каркаса адамантану: Схема 17.

Для встановлення меж застосовування реакції галогеноалкоксифторування дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду з NнаlS і (C4H9)4N+H2F3- в інших циклічних ефірах були проведені реакції дієну 1а в тетрагідропірані, оксетані й етиленоксиді. У тетрагідропірані продукт приєднання-розкриття тетрагідропіранового кільця не утворюється, очевидно, внаслідок досить високої стабільності шестичленного циклу, реакція протікає аналогічно взаємодії в хлористому метилені. В оксетані монофторовмісний ефір 28а виділений як основний продукт, в етиленоксиді фторований ефір 29а утворюється з виходом 15%: Схема 18.

Контрольними дослідами встановлено, що ТГФ, оксетан й етиленоксид при взаємодії з (C4H9)4N+H2F3- не утворюють відповідних фторованих спиртів, тому механізм реакції галогеноалкоксифторування може бути поданий наступним чином: Схема 19.

На першій стадії відбувається приєднання атома галогену NнаlS до подвійного зв'язку дієну з утворенням адамантильного карбокатіона в результаті трансанулярної циклізації. З останнім рекомбінує молекула розчинника, утворюючи нестабільний оксонієвий іон Б, що розкривається в первинний карбокатіон, який взаємодіє з фторид-аніоном.

Знайдена реакція утворення 1-галогенометил-3-монофтороалкоксіадамантанів є простою у виконанні багатостадійною каскадною реакцією, що протікає в одному реакторі без проміжного додавання реагентів і відноситься до типу “доміно-реакцій”. У результаті цієї реакції вдається вводити у вузлове положення адамантану лінійні монофтороалкокси-групи (-O(CH2)nCH2F, де n = 1, 2, 3), що містять термінальний атом фтору.

Реакції галогенополіфтороалкоксилування дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду. У результаті проведення реакції дієну 1а з NНаlS (Hal= Cl, Br, I) в середовищі хлористого метилену при додаванні в реакційне середовище 2,2,2-трифторо-1-етанолу відповідні ефіри (31-33)а були виділені з виходами понад 50%: Схема 20.

У результаті проведення реакції дієну 1а з NBrS у середовищі хлористого метилену з додаванням поліфторовмісних спиртів RFCH2OH {RF = H(CF2)2, H(CF2)4} поліфторовмісні ефіри 36а і 37а також були виділені з виходами понад 50%: Схема 21.

У спектрах ПМР, 19F, 13С ЯМР отриманих ефірів (31-33)а, 36а і 37а, спостерігаються характерні мультиплети поліфтороалкоксильних груп.

Квантовохімічне дослідження механізму ТЦ дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду під дією F-TEDA-BF4 і NBrS

Для встановлення механізму взаємодії дієнів 1a-в з NHalS і F-TEDA-BF4 було проведене квантовохімічне дослідження цих реакцій. Усі розрахунки просторової й електронної будови молекул, іонів і радикалів проводилися в напівемпіричному наближенні РМ3.

Оскільки в процесі електрофільного приєднання з наступною ТЦ для дієнів 1а-в первинний і вторинний реакційні центри неминуче просторово віддалені один від одного, реакція повинна бути в принципі тримолекулярною, що раніше встановлено для ТЦ під дією галогенів і НCl. Згідно вищевикладеному для розрахунку реакції даного типу використовували тримолекулярну модель, у якій як третю частку було розглянуто ацетат-аніон.

Відповідно до отриманих даних кратні зв'язки в 1в істотно нееквівалентні й розрізняються за полярністю й формальними зарядами на атомах вуглецю: Мал. 2.

Виходячи із знайдених величин зарядів на атомах вуглецю кратних зв'язків дієну 1в, можна зробити висновок, що електрофільні реагенти з більшою ймовірністю будуть взаємодіяти з незаміщеним кратним зв'язком. Як і треба було очікувати, відповідно до розходжень у розподілі заряду на метиленовій й бензиліденовій групах, енергія комплексоутворення 1в з NBrS у присутності ацетат-аніона максимальна в тому випадку, коли NBrS взаємодіє із зв'язком C3=C10, утворюючи передреакційний комплекс I. Далі реакція протікає через основний перехідний стан (ПС) ПС1 з утворенням кінцевого продукту II, який містить фенільний замісник у метиленовому містку каркаса адамантану: Схема 22.

Можливість утворення продукту ІІ підтверджується експериментальними даними ТЦ заміщених дієнів 1б,в під дією NBrS в присутності (C4H9)4N+H2F3-.Низький потеціал іонізації дієну 1а (9,1 еВ, фотоелектронна спектроскопія) і висока спорідненість до електрона F-TEDA-BF4 (9,9 ев, РМ3) можуть відігравати істотну роль у перебігу реакції між ними по окиснювальному типу.

При проведенні розрахунків взаємодії дієнів 1а-в з F-TEDA-BF4 було виявлено, що вже на відстані 2,0-2,5Е між реагентами відбувається перерозподіл зарядів, що якісно відповідає одноелектронному переносу (SET) між молекулами, після чого утворюються катіон-радикали Іііа-в і IV: Схема 23.

Як показали отримані розрахункові дані, після одноелектронного переносу відбувається відносно швидкий процес ТЦ катіон-радикалів Іііа-в, що утворилися.

Процес ТЦ катіон-радикалу IІІa низькобар'єрний (Еа = 1,16 ккал/моль) і мало-екзотермічний (ДH = -2,45 ккал/моль).

Для катіон-радикалів IIIб і IIIв можливі два напрямки циклізації з утворенням катіон-радикалів Vб,в (шлях А) та VIб,в (шлях Б): Схема 24.

Було розглянуто обидва шляхи ТЦ катіон-радикалів IIIб,в. З результатів розрахунків (мал. 3) видно, що для процесу ТЦ катіон-радикалів IIIб,в шляхом А енергія активації набагато нижча, тому саме цей шлях циклізації повинен бути основним каналом реакції.

При ТЦ катіон-радикалів IIIб,в метильний і фенільний замісники дестабілізують ПС і кінцеві адамантильні катіон-радикали Vб,в, у результаті чого збільшується енергія активації цих реакцій, і процеси стають ендотермічними на відміну від циклізації катіон-радикалу IIIа.

Найбільший заряд і максимальна спінова густина в кінцевих адамантильних катіон-радикалах Va-в указують на локалізацію позитивного заряду на вузловому атомі вуглецю каркаса адамантану, а неспареного електрона - практично цілком на атомі вуглецю замісника, зв'язаного з вузловим положенням каркаса. Мал. 3.

Далі адамантильні катіон-радикали Vа-в легко приєднують атом фтору, наданий катіон-радикалом F-TEDA-BF4 IV, і утворюють адамантильні карбокатіони Vііа-в. Зв'язування останніх з нуклеофілом приводить до продуктів реакції, що містять фторометильний, фтороетильний і фторобензильний замісники відповідно біля третинного атома вуглецю адамантану: Схема 25.

Виняткове утворення продуктів ТЦ шляхом А підтверджується експериментальними даними реакцій дієнів 1б,в під дією F-TEDA-BF4, проведених у СН3ОН й моноглімі.

ВИСНОВКИ

Уперше проведена трансанулярна циклізація дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду під дією електрофільних фторуючих реагентів F-TEDA-BF4 і (PhSO2)2NF. Знайдено, що в протонних і нуклеофільних розчинниках з високим виходом утворюються функціоналізовані фтороалкіладамантани.

Виявлено, що F-TEDA-BF4 є селективним дифторуючим реагентом при проведенні трансанулярної циклізації дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду в моноглімі, в результаті чого з високими виходами утворюються 1-фторо-3-фтороалкіладамантани.

Установлено, що трансанулярна циклізація 3,7-диметиленбіцикло[3.3.1]нонану під дією

F-TEDA-BF4 в нітрометані протікає з проміжним утворенням аддукту залишку TEDA-BF4 з адамантильним карбокатіоном, розклад якого донорами протона (спирти, кислоти) приводить до утворення похідних фторометиладамантану, що містять функціональні групи у вузловому положенні адамантану.

Виявлено, що реакція галогенофторування дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду з

N-галогеносукцинімідами і (C4H9)4N+H2F3- в хлористому метилені служить зручним методом синтезу 3-бромометил- і 3-йодометил-1-фтороадамантанів.

Знайдено, що при проведенні галогенофторування дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду з N-бромо- і N-йодосукцинімідами і (C4H9)4N+H2F3- в середовищі кисневмісних циклічних розчинників (ТГФ, оксетан, оксид етилену) відбувається каскадна реакція за участю молекул розчинника й утворенням з високим виходом 3-галогеноалкіл-1-фтороалкоксипохідних адамантану, які містять термінальний атом фтору в алкоксильному заміснику.

При проведенні реакцій дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду з N-галогено-сукцинімідами в хлористому метилені в присутності поліфторовмісних спиртів були одержані з високими виходами 3-галогенометил-1-поліфтороалкоксіадамантани.

Виявлено, що ТЦ дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду з метильним і фенільним замісниками в одній з екзо-циклічних метиленових груп з N-бромосукцинімідом і F-TEDA-BF4 протікає з протилежною регіоселективністю. У реакціях з N-бромо-сукцинімідом утворюються адамантани, які містять відповідний замісник у метиленовому містку каркаса, а з F-TEDA-BF4 - адамантильні похідні з фтороетильним чи фторобензильним фрагментами в узловому положенні каркаса адамантану.

Напівемпіричним квантовохімічним методом РМ3 досліджені механізми протікання ТЦ дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду з N-бромосукцинімідом і F-TEDA-BF4. Виявлено, що різна регіоселективність ТЦ дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду з метильним і фенільним замісниками в одній із екзо-циклічних метиленових груп обумовлена протіканням реакції з N-бромосукцинімідом за тримолекулярним донорно-акцепторним механізмом, а реакції з F-TEDA-BF4 - за механізмом одноелектронного переносу (SET).

дієни біциклононановий ряд адамантан

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Serguchev Yu.A., Lourie L.F., Ponomarenko M.V. Selective transannular cyclization of 3,7-bismethylenebicyclo[3.3.1]nonane with F-TEDA-BF4 in protic solvents // Mendeleev Commun. - 2000. - № 3. - P. 121-123.

Тищенко О.В., Сергучев Ю.А., Лурье Л.Ф., Пономаренко М.В. Квантовохимическое исследование механизма переноса фтора в реакции F-TEDA-BF4 с 3,7-ди-метиленбицикло[3.3.1]нонаном // Теорет. и эксперим. химия. - 2000. - Т. 36. - № 5. - С. 281-286.

Serguchev Yu.A., Lourie L.F., Ponomarenko M.V. Difluorination ability F-TEDA-BF4 in the transannular cyclization of bicyclo[3.3.1]nonane dienes in monoglyme // Mendeleev Commun. - 2002. - № 1. - P. 23-25.

Нестеренко А.М., Пономаренко М.В., Лурье Л.Ф., Сергучев Ю.А. Квантовохимическое исследование механизма и региоселективности трансаннулярной циклизации диенов бицикло[3.3.1]нонанового ряда при действии бромсукцинимида и F-TEDA-BF4 // Теорет. и эксперим. химия. - 2002. - Т. 38. - № 3. - С. 153-158.

Пономаренко М.В., Тищенко О.В. Селективная трансанулярная циклизация 3,7-ди-метиленбицикло[3.3.1]нонана под действием F-TEDA-BF4 // Тези Регіональної конференції молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії. - Дніпропетровськ. - 2000. - С. 21.

Serguchev Yu.A., Lourie L.F., Ponomarenko M.V. Selective transannular cyclization of bicyclononane dienes with F-TEDA-BF4 // Abstr. 13th European Symposium on Fluorine Chemistry. - Bordeaux, France. - 2001. - 2-P64.

Сергучов Ю.О., Лур'є Л.Ф., Пономаренко М.В. Селективний синтез фторопохідних адамантану з допомогою електрофільної трансанулярної циклізації дієнів біциклононанового ряду // Тези ХІХ Української конференції з органічної хімії. - Львів. - 2001. - С. 49.

АНОТАЦІЇ

Пономаренко М.В. Трансанулярна фтороциклізація дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.03 - органічна хімія. Інститут органічної хімії Національної Академії наук України, Київ, 2003.

Вперше проведена трансанулярна циклізація дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду під дією електрофільних фторуючих реагентів F-TEDA-BF4 і (PhSO2)2NF, яка в протонних та нуклеофільних розчинниках проходить з селективним утворенням фторовмісних адамантанів. При дослідженні реакції дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду з N-галогеносукцинімідами (NHalS) в CH2Cl2 в присутності (C4H9)4N+H2F3- або поліфторовмісних спиртів розроблено зручний метод одержання 1-фторо- і 1-полі-фтороалкокси-3-галогеноалкіладамантанів. Встановлено, що реакція дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду з NHalS і (C4H9)4N+H2F3- в середовищі кисневмісних циклічних розчинників здійснюється по каскадному принципу за участю молекул розчинників з утворенням 3-галогеноалкіл-1-фтороалкоксіадамантанів. Напівемпіричним квантовохімічним методом РМ3 встановлено, що реакції дієнів біцикло[3.3.1]нонанового ряду з N-бромосукцинімідом протікають за тримолекулярним донорно-акцепторним механізмом, а з F-TEDA-BF4 за механізмом одноелектронного переносу.

Ключові слова: дієни біцикло[3.3.1]нонанового ряду, трансанулярна циклізація, похідні адамантану, електрофільні фторуючі N-F-реагенти, N-галогеносукциніміди, теоретична інтерпретація РМ3.

Пономаренко М.В. Трансаннулярная фторциклизация диенов бицикло[3.3.1]нонанового ряда. - Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.03 - органическая химия. Институт органической химии Национальной Академии Наук Украины, Киев, 2003.

Диссертация посвящена поиску и разработке селективных методов синтеза новых фторированных производных адамантана с помощью реакции электрофильной трансаннулярной циклизации диенов бицикло[3.3.1]нонанового ряда.

Впервые проведена трансаннулярная циклизация диенов бицикло[3.3.1]нонанового ряда при действии электрофильных фторирующих реагентов F-TEDA-BF4 и (PhSO2)2NF, в результате проведения которой в протонных и нуклеофильных растворителях с высокими выходами получены функционализированные фторалкиладамантаны.

При проведении трансаннулярной циклизации диенов бицикло[3.3.1]нонанового ряда в 1,2-диметоксиэтане (моноглим) установлено, что F-TEDA-BF4 проявляет высокую дифторирующую активность, в результате чего с высокими выходами образуются 1-фтор-3-фторалкиладамантаны.

Показано, что трансаннулярная циклизация 3,7-диметиленбицикло[3.3.1]нонана с F-TEDA-BF4 в нитрометане протекает с промежуточным образованием аддукта остатка TEDA-BF4 с адамантильным карбокатионом, разложение которого донорами протона (спирты, кислоты) приводит к образованию производных фторметиладамантана.

При проведении реакций диенов бицикло[3.3.1]нонанового ряда с N-галогенсукцинимидами (NHalS) в CH2Cl2 в присутствии (C4H9)4N+H2F3- или полифторсодержащих спиртов разработаны удобные методы синтеза 1-фтор- и 1-полифторалкоксиадамантанов.

При исследовании галогенфторирования диенов бицикло[3.3.1]нонанового ряда с NHalS (Hal = Br, I) и донором фторид-аниона (C4H9)4N+H2F3- в среде кислородсодержащих циклических растворителей (ТГФ, оксетан, окись этилена) установлено, что эти реакции протекают по каскадному принципу. В результате участия в реакции с диенами электрофила, молекулы растворителя и фторид-аниона образуются 3-галогенметил-1-фторалкоксиадамантаны, содержащие терминальный атом фтора в алкоксильном заместителе.

При проведении трансаннулярной циклизации производных 3,7-диметилен-бицикло[3.3.1]нонана с метильным и фенильным заместителями в одной из экзо-циклических метиленовых групп показано, что с N-бромсукцинимидом атом брома присоединяется к незамещенной двойной связи, а при действии электрофильного фторирующего реагента F-TEDA-BF4 фтор, связанный с атомом азота, присоединяется к замещенной двойной связи. Полуэмпирическим квантовохимическим методом РМ3 установлено, что кардинальные изменения в региоселективности трансаннулярной циклизации обусловлены протеканием реакции с N-бромсукцинимидом по тримолекулярному донорно-акцепторному механизму, а реакции с F-TEDA-BF4 - по механизму одноэлектронного переноса.

Ключевые слова: диены бицикло[3.3.1]нонанового ряда, трансаннулярная циклизация, производные адамантана, электрофильные фторирующие N-F-реагенты, N-галогенсукцинимиды, теоретическая интерпретация РМ3.

Ponomarenko M.V. Transannular fluorocyclization of bicyclo[3.3.1]nonane dienes. - Manuscript. The thesis for a candidate's degree in chemical science, speciality 02.00.03 - Organic chemistry. Institute of Organic Chemistry, National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, 2003.

Transannular cyclization of bicyclo[3.3.1]nonane dienes was accomplished for the first time with electrophilic fluorinating agents F-TEDA-BF4 and (PhSO2)2NF. In protic and nucleophilic solvents, the cyclization is selective and leads to fluorine-containing adamantanes. Based on the reaction of the dienes with N-halosuccinimides (NHalS) in CH2Cl2 in the presence of (C4H9)4N+H2F3- or polyfluorinated alcohols, a convenient preparative approach to 1-fluoro and 1-polyfluoroalkoxy-3-halogenoalkyladamantanes was developed. The interaction of the dienes with NHalS and (C4H9)4N+H2F3- in cyclic ethers proceeds in a cascade mode, with involvement of the solvent molecules and predominant formation of corresponding 1-fluoroalkoxy-3-halogenoalkyladamantanes. By using semiempirical quantum-chemical PM3 calculations, it was shown that the bicyclo[3.3.1]nonane dienes react with

N-bromosuccinimide by a trimolecular donor-acceptor mechanism and with F-TEDA-BF4 - via a single electron transfer.

Keywords: dienes of bicyclo[3.3.1]nonane series, transannular cyclization, adamantane derivatives, electrophilic fluorinating N-F agents, N-halosuccinimides, theoretical interpretation PM3.

Размещено на Allbest.ru

...