· prace naukowe akademii im. jana długosza w częstochowie seria: chemia i ochrona Środowiska...
TRANSCRIPT
PRACE NAUKOWE SCIENTIFIC ISSUES
CHEMIA I OCHRONA RODOWISKA
CHEMISTRY AND
ENVIRONMENTAL PROTECTION
XII
pod redakcj Czesawa PUCHAY i Wandy LIWY
AKADEMIA im. JANA DUGOSZA
CZSTOCHOWA 2008
BG AJD
283831
Recenzenci B a r b a r a G o d z i k
J a n i n a U j m a W i t o l d Wacawek Stanisaw W i t c z a k
Redaktor Przemysaw L a s o t a
Korekta Czesaw Puchaa
W a n d a liwa
amanie W o j c i e c h C i e s i e l s k i
Projekt okadki Sawomir S a d o w s k i
C o p y r i g h t b y A k a d e m i a i m . J a n a Dugosza w Czstochowie
Czstochowa 2 0 0 8
ISBN 9 7 8 - 8 3 - 7 4 5 5 - 1 0 2 - 1
W y d a w n i c t w o A k a d e m i i i m . J a n a Dugosza w Czstochowie, 4 2 - 2 0 0 Czstochowa, u l . W a s z y n g t o n a 4 / 8
t e l . ( 0 3 4 ) 3 7 8 4 3 2 9 , f a x ( 0 3 4 ) 3 7 8 4 3 1 9 e - m a i l : w y d a w n i c t w o @ a j d . c z e s t . p l
w w w . a j d . c z e s t . p l W y d a n i e I . Objto 1 4 , 0 a r k . d r u k . ( 8 5 )
mailto:[email protected]://www.ajd.czest.pl
P R A C E N A U K O W E A k a d e m i i i m . J a n a Dugosza w Czstochowie S e r i a : C H E M I A I O C H R O N A RODOWISKA 2 0 0 8 , X I I , 3
SPIS TRECI
V I I N T E R N A T I O N A L S Y M P O S I U M O N S E L E C T E D P R O B L E M S O F C H E M I S T R Y O F A C Y C L I C A N D C Y C L I C H E T E R O O R G A N I C C O M P O U N D S , 2 4 N O V E M B E R 2 0 0 6 5
V I N T E R N A T I O N A L S Y M P O S I U M O N S E L E C T E D P R O B L E M S O F C H E M I S T R Y O F A C Y C L I C A N D C Y C L I C H E T E R O O R G A N I C C O M P O U N D S , 2 5 N O V E M B E R 2 0 0 5 7
J. Drabowicz, T. Girek, M. Makles R e a k c j e a r y l o w a n i a p r z y uyciu pocze oowio-
i b i z m u t o o r g a n i c z n y c h 9
A. Zajc, T. Girek, J. Drabowicz
S y n t e t y c z n i e uyteczne r e a k c j e p o c h o d n y c h c y k l o p r o p e n u 35
A. Zajc, T. Girek, S y n t e t y c z n i e uyteczne r e a k c j e p o c h o d n y c h c y k l o p r o p e n o n u 53 A. Zajc, J. Drabowicz
H e t e r o a t o m o w e a n a l o g i c y k l o p r o p e n o n u 83
M. Deska, W. liwa U V s p e c t r a l a n a l y s i s o f N - a n d C- s u b s t i t u t e d d i a z a p h e n a n t h r e n e s 91 B. Dondela, L. Chrzstek
A M l C l a n d D F T B-3 LYP s t u d y o f d i a z a p h e n a n t h r e n e s u l f o n a m i d e s 103
M. Deska C a l c u l a t i o n s o f r e a c t i v i t y o f i s o m e r i c 1 , 5 - , 1 , 6 -
a n d 4 , 6 - d i a z a p h e n a n t h r e n e s 113
Cz. Puchaa P r o b l e m a t y k a rodowiskowa w ksztaceniu c h e m i c z n y m a wiadomo e k o l o g i c z n a 125 J. Markowski I g n a c y ukasiewicz-twrca owietlenia n a f t o w e g o i p r e k u r s o r przemysu p e t r o c h e m i c z n e g o 135
Ewa Stronka-Lewkowska C h r o m a t o g r a f i a w yciu c o d z i e n n y m . S c e n a r i u s z e k s p e r y m e n t a l n e j l e k c j i c h e m i i z z a s t o s o w a n i e m s u b s t a n c j i uywanych w yciu c o d z i e n n y m 145
B. Mianowska, W. liwa C y c l o d e x t r i n s a s d r u g c a r r i e r s 155
J. Karlikowska, A. Karpiska-Rzepa S o i l a n d u n s a t u r a t e d z o n e a s stor o f t h e c o n t a m i n a n t s a n d p r o t e c t i v e b a r r i e r f o r g r o u n d w a t e r 163
A. Bbelewska Z a k w a s z e n i e k o r y d r z e w j a k o m e t o d a b i o i n d y k a c y j n a o c e n y z a n i e c z y s z c z e n i a rodowiska 175
P R A C E N A U K O W E A k a d e m i i i m . J a n a Dugosza w Czstochowie S e r i a : C H E M I A I O C H R O N A RODOWISKA 2 0 0 8 , X I I , 5
VI INTERNATIONAL SYMPOSIUM SELECTED PROBLEMS OF CHEMISTRY OF ACYCLIC AND
CYCLIC HETEROORGANIC COMPOUNDS
24 November 2006, Czstochowa o r g a n i z e d b y D e p a r t m e n t o f O r g a n i e C h e m i s t r y , i n s t i t u t e o f C h e m i s t r y a n d E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n , J a n Dugosz U n i v e r s i t y o f Czstochowa D e p a r t m e n t o f H e t e r o o r g a n i c C h e m i s t r y , C e n t e r o f M o l e c u l a r a n d M a c r o m o i e c u l a r S t u d i e s , P o l i s h A c a d e m y o f S c i e n c e s
S e c t i o n o f H e t e r o o r g a n i c C h e m i s t r y , P o l i s h C h e m i c a l S o c i e t y
ORGANIZING COMMITTEE p r o f . d r h a b . Jzef D R A B O W I C Z ( P o l i s h C h e m i c a l S o c i e t y ) p r o f . d r h a b . W a n d a LIWA ( J a n Dugosz U n i v e r s i t y o f Czstochowa) d r T o m a s z G I R E K ( J a n Dugosz U n i v e r s i t y o f Czstochowa) d r W o j c i e c h C I E S I E L S K I ( J a n Dugosz U n i v e r s i t y o f Czstochowa) PROGRAM
Patrick METZNER L a b o r a t o i r e d e C h i m i e M o l e c u l a i r e e t T h i o - o r g a n i q u e E N S I C A E N - U n i v e r s i t e , 6, b o u l e v a r d d u M a r e c h a l J u i n , 1 4 0 5 0 C a e n , FRANCE NEW SULFUR REAGENTS FOR BOTH CHEMO- AND ENANTIOSELECTIVE ORGANIC SYNTHESIS
C.V. STEVENS S y n B i o C R e s e a r c h G r o u p , D e p a r t m e n t o f O r g a n i e C h e m i s t r y , F a c u i t y o f B i o s c i e n c e E n g i n e e r i n g , G h e n t U n i v e r s i t y , C o u p u r e L inks 6 5 3 , B - 9 0 0 0 G e n t , B E L G I U M
AZABICYCLIC AND AZATRICYCLIC AMINO ACIDSAND THEIR BIOLOGICAL ACTIVITY
HIroshI NAKAZAWA D e p a r t m e n t o f C h e m i s t r y , G r a d u a t e S c h o o i o f S c i e n c e , O s a k a C i t y U n i v e r s i t y , S u g i m o t o , 3 - 3 - 1 3 8 , S u m i y o s h i - k u , O s a k a 5 5 8 - 8 5 8 5 , J A P A N CHEMISTRY OF COMPLEKES WITH A THREE-MEMBERED RING CONSISTING OF MOLYBDENUM, PHOSPHORUS, AND CARBON Jerzy PESZKE', Leszek STOBISKI^ Hong-MIng LIN' ' i. Dugosz U n i v e r s i t y , 4 2 - 2 0 1 Czstochowa, I n s t i t u t e o f C h e m i s t r y a n d E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n , R O L A N D
P o l i s h A c a d e m y o f S c i e n c e , W a r s a w , R O L A N D ' T a t u n g U n i v e r s i t y , T a i p e i , T A I W A N DERIVATIZATION OF CARBON NANOTUBES, THEORETICAL APPROACH AND APPLICATION
P R A C E N A U K O W E A k a d e m i i i m . J a n a Dugosza w Czstochowie S e r i a : C H E M I A I O C H R O N A RODOWISKA 2 0 0 8 , X I I , 7
V INTERNATIONAL SYMPOSIUM SELECTED PROBLEMS OF CHEMISTRY OF ACYCLIC AND CYCLIC
HETEROORGANIC COMPOUNDS
25 November 2005, Czstochowa o r g a n i z e d b y D e p a r t m e n t o f O r g a n i e C h e m i s t r y , I n s t i t u t e o f C h e m i s t r y a n d E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n , J a n Dugosz U n i v e r s i t y o f Czstochowa D e p a r t m e n t o f H e t e r o o r g a n i c C h e m i s t r y , C e n t e r o f M o l e c u l a r a n d M a c r o m o i e c u l a r S t u d i e s , P o l i s h A c a d e m y o f S c i e n c e s
S e c t i o n o f H e t e r o o r g a n i c C h e m i s t r y , P o l i s h C h e m i c a l S o c i e t y
ORGANIZING COMMITTEE p r o f . d r h a b . Jzef D R A B O W I C Z ( P o l i s h C h e m i c a l S o c i e t y ) p r o f . d r h a b . W a n d a LIWA ( J a n Dugosz U n i v e r s i t y o f Czstochowa) d r T o m a s z G I R E K ( J a n Dugosz U n i v e r s i t y o f Czstochowa) d r W o j c i e c h C I E S I E L S K I ( J a n Dugosz U n i v e r s i t y o f Czstochowa) PROGRAM
Toshiakl YOSHIMURA D e p a r t m e n t o f M a t e r i a ! S y s t e m s E n g i n e e r i n g a n d L i fe S c i e n c e , F a c u i t y o f E n g i n e e r i n g , T h e U n i v e r s i t y o f T o y a m a , G o f u k u T o y a m a , 9 3 0 - 8 5 5 5 , J A P A N SYNTHESIS A N D REACTIONS O F O R G A N I C X^-SULFANENITRILES
Waldemar IWANEK Pedagog ica l U n i v e r s i t y o f K ie lce , C h e m i s t r y I n s t i t u t e , Chciska 5 S t r e e t , 2 5 - 0 0 0 K ie lce , P O L A N D SYNTHESIS O F CHIRAL HETEROCYCLIC DERIVATIVES O F RESORCARENES
Piotr BACZEWSKI"'*, Aldona SZADOWIAK", Tomasz BIAAS", Wanda M. WIECZOREK *, Agnieszka BALISKA ^ C e n t e r o f M o l e c u l a r a n d M a c r o m o i e c u l a r S t u d i e s , P o l i s h A c a d e m y o f Sc iences ,
D e p a r t m e n t o f H e t e r o o r g a n i c C h e m i s t r y , 9 0 - 3 6 3 d, S i e n k i e w i c z a 1 1 2 , P O L A N D ''Jan Dugosz U n i v e r s i t y , 4 2 - 2 0 1 Czstochowa, I n s t i t u t e o f C h e m i s t r y a n d E n v i r o n m e n t a l P r o t e c t i o n , P O L A N D SYNTHESIS O F T H E NONIMMOBIL IZED A N D A R G 0 G E L " - 0 H IMMOBILIZED
P-CHIRAL METHYLPHOSPHONATES DERIVED F R O M a-HYDROXYACIDS
Maciej F IEDOROWICZ D e p a r t m e n t o f C h e m i s t r y , U n i v e r s i t y o f A g r i c u l t u r e , 2 1 M i c k i e w i c z a A v e . , 3 1 - 1 2 0 Krakw, P O L A N D EFFECT OF THE ACTION OF LINEARLY POLARIZED VISIBLE LIGHT ON PHYSICOCHEMICAL PROPERTIES OF 5TARCH GRANULES
PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Dugosza w Czstochowie
Seria: CHEMIA I OCHRONA RODOWISKA 2008, XII, 9-33
Jzef Drabowicza,b Tomasz Gireka Marzena Maklesa
aInstytut Chemii i Ochrony rodowiska, Katedra Chemii Organicznej
Akademia im. Jana Dugosza, 42-200 Czstochowa, Al. Armii Krajowej 13/15, [email protected] bCentrum Bada Molekularnych i Makromolekularnych PAN
Zakad Chemii Heteroorganicznej, 90-363 d, ul. Sienkiewicza 112, [email protected]
Reakcje arylowania przy uyciu pocze oowio- i bizmutoorganicznych
Streszczenie: W artykule omwiono podstawowe metody syntezy trj- i piciowartociowych pocze oowio- i bizmutoorganicznych oraz ich wyko-rzystanie w reakcjach arylowania wybranych grup acyklicznych i cyklicznych pocze wglowych i struktur heteroatomowych. Sowa kluczowe: C-arylowanie; N-arylowanie; reakcja sprzgania; triarylo-oowiowe poczenia; triarylobizmutowe poczenia; pentaarylobizmutowe poczenia; kataliza; katalizatory metaloorganiczne.
1. Wstp
Tworzenie wizania sp2sp3 poprzez bezporedni reakcj arylowania za pomoc pocze oowio- i bizmutoorganicznych odpowiednio funkcjonalizowanych substratw posiadajcych elektrofilowy atom wegla o hybrydyzacji sp3 nie byo przez wiele lat uyteczn metodologi w syntezie struktur organicznych o rozbudowanej architekturze molekularnej. W ostatnich latach poczenia te znalazy jednak zastosowania syntetyczne. Ich wykorzystanie do tych celw zostao omwione w artykuach przegldowych z serii Tetrahedron Reports [2].
W obecnym przegldzie przedstawiono zastosowanie ukadw oowio-organicznych do C- i N-arylowania oraz ukadw bizmutoorganicznych do C-, N- i O-arylowania. Dla reakcji N-arylowania obydwie grupy pocze metaloorganicznych mog by wykorzystane w obecnoci katalitycznych iloci soli miedziowych. Podobnie reakcje arylowania z poczeniami bizmutoorganicznymi wymagaj katalizy solami miedzi. Niewielki fragment tego
10 Jzef Drabowicz, Tomasz Girek, Marzena Makles
opracowania omawia rwnie katalizowane palladem reakcje arylowania przy uyciu odczynnikw arylooowiowych.
Reakcje te przebiegaj wedug mechanizmu, ktry zosta okrelony jako sprzganie ligandw. Jego szczegy nie bd dyskutowane w tym przegldzie, mona je znale w doskonaym opracowaniu monograficznym powiconym tej reakcji [3].
2. Chemia pocze oowioorganicznych
Jakakolwiek dyskusja nad chemi odczynnikw oowioorganicznych musi uwzgldni doniosy wkad grupy Pinheya [5], zosta on omwiony szczegowo w wielu artykuach [47] i stanowi cigle inspiracj dla nowych pomysw. Zainteresowanie chemikw organikw, szczeglnie prowadzcych badania nad syntez totaln, wynika z wysokich wydajnoci obserwowanych dla wielu reakcji, w ktrych wykorzystuje si te odczynniki [8]. 2.1. Tworzenie pocze oowioorganicznych
W celu syntezy pocze oowioorganicznych mona wykorzysta dwa gwne podejcia: transmetalacj i bezporednie oowiowanie (rys. 1):
Pb(OAc)4
ArPb(OAc)3
Transmetalacja
Reakcja bezporedniego
olowiowania
CO2Bn
NHBoc
OMe
Pb(OAc)3
Pb(OAc)3
Boc Boc = butoksykarbonyl Bn=CH2Ph 1 2
Rysunek 1. Metodologia transmetalacji jest najbardziej oglna i pozwala na wiksze
zmiany podstawnikw piercieni aromatycznych. Ta metodyka jest take najbardziej uyteczna w syntezie substratw o rozbudowanej architekturze molekularnej uywanych w syntezach totalnych. Tyrozynopochodna 1 [9] i indol 2 [10] s przykadami produktw porednich przy wykorzystaniu tej metodologii.
Reakcje arylowania przy uyciu pocze oowio- i bizmutoorganicznych 11
Do syntez pocze oowioorganicznych opartych na reakcjach transmetalacji najczciej wykorzystuje si zwizki cyny [10] lub boru [11] w obecnoci katalitycznych iloci soli rtci (II); rzadziej stosuje si diarylort [12]. Bezporednie oowiowanie (rys. 1) prowadzi do otrzymania licznych arylotrikarboksylanw oowiowych [13]; metoda ta jest jednak ograniczona do bogatych w elektrony zwizkw aromatycznych.
2.2. C-Arylowanie przy uyciu pocze oowioorganicznych
Stwierdzono, e cyjanooctan etylowy nie reaguje z arylooowio-
trioctanami w warunkach standardowych, natomiast podstawione pochodne 3 reaguj bardzo atwo (rys. 2) [14].
Me
EtO2C CN
Pb(OAc)3
R R
Me
EtO2C
CN
+4 R=OMe5 R=Me
6 R=F 3
Rysunek 2.
Wydajnoci reakcji s od zadowalajcych do dobrych. W oparciu o t reakcj otrzymano zwizki 46 z wydajnociami do 72%. Gdy rozpuszczalnik zosta zmieniony z chloroformu na dimetylosulfotlenek (DMSO) wydajno wzrosa do 78%. Prawdopodobnie DMSO jest zdolny do koordynacyjnych oddziaywa z octanem oowiu, zachowuje si wic jak ligand dla oowiu w tej reakcji podobnie jak pirydyna w standardowych warunkach [14].
W celu wykazania zakresu arylowania odczynnikami oowioorganicznymi, Barton i wsppracownicy przeprowadzili reakcj 3,5- di-t-butylofenolu 7 z 2,4,6-trimetoksyfenolooowiotrioctanem 8 (rys. 3) [15].
12 Jzef Drabowicz, Tomasz Girek, Marzena Makles
OH
But But
Pb(OAc)3
OMe
OMeMeO
OH
But But
MeO OMe
OMe
MeO OMe
OMe
+
78 9
Rysunek 3.
Wybrane poaczenia heterocykliczne zostay uyte rwnie jako substraty oowioorganicznych reakcji arylowania. Na przykad rnorodne dihydroindole ulegaj reakcji arylowania z bogatymi w elektrony arylowanymi pochodnymi oowioorganicznymi [16]. Reakcj mona prowadzi bez zabezpieczenia grupy aminowej indolu (rys. 4).
N
R1
R3
R2
O
N
R1
R3
R2
O
ArArPb(OAc)3
R1 = R2 = H; R3 = CO2Me; Ar = p-MeO-C6H4 , 98% R1 = R2 = H; R3 = CO2Me; Ar = 2,4-MeO-C6H4 , 68% R1 = OMe; R2 =COMe; R3 =H; Ar =2,4 -MeO-C6H4 , 81% R1 = H; R2 =SO2Ph; R3 =H; Ar = 2,4-MeO-C6H4 , 60% Rysunek 4.
Podobnie mona arylowa -ketoestry benzofuranw, np zwizek 10 ulega arylowaniu za pomoc pochodnej 8 w standardowych warunkach (rys. 5) [17].
Pb(OAc)3
OMe
OMeMeO
CO2Allyl
O
OO
O
CO2Allyl
MeO
OMe
OMe+
10
118
Rysunek 5.
Reakcje arylowania przy uyciu pocze oowio- i bizmutoorganicznych 13
Arylowanie 5-oksazolonu 12 z arylooowiotrioctanami i nastpna hydroliza oraz dekarboksylacja daje aryloglicyny z dobrymi wydajnociami (81-93%) (rys. 6), zarwno dla pochodnych estrowych, jak i wolnych kwasw [18].
Warto doda, e opracowano warunki usuwania nadmiaru odczynnikw oowioorganicznych poprzez dziaanie kwasem mrwkowym [19] oraz izolacji pocze optycznie czynnych w warunkach enzymatycznego rozdziau heterocyklicznego ketoestru 13.
Ar
AcN CO2RO
N
OH
Me
CO2Et
O
N
O
Me
CO2Et
Ar
ArPb(OAc)3
CHCl3, pirydyna
H
12 13 R = Et, H
Rysunek 6. 2.3. N-Arylowanie przy uyciu pocze oowioorganicznych
W serii prac Barton i jego wsppracownicy wykazali, e pochodne aniliny mog by Narylowane trioctanami arylooowiowymi w obecnoci katalizatorw miedziowych (rys. 7) [2023].
NH2
X
Pb(OAc)3
Y N
H
X Y
Cu(OAc)2
+0.1 (10% mol)
Rysunek 7.
Reakcje przebiegaj w CH2Cl2 w obecnoci octanu miedzi (II) (10% mol). p-Nitroanilina nie ulega arylowaniu wedug tej procedury [23], natomiast mona w ten sposb arylowa aniliny funkcjonalizowane podstawnikiem o duych wymaganiach sterycznych, np mezytyloamin 14. Dwa przykady zostay przedstawione na rysunku 8.
14 Jzef Drabowicz, Tomasz Girek, Marzena Makles
NH2
Me Me
Me Pb(OAc)3
R1MeO
OMe
NH
R1
Me
Me
Me
MeO
OMe
Cu(OAc)2
+
14 15 R1=HR1=OMe8
14+15 74%
14+8 18%
10% mol
Rysunek 8.
Z pochodn 2,4-dimetoksyfenylow 15 wydajno reakcji wynosia 74%, natomiast w reakcji z trioctanem 2,4,6-trimetoksyfenylooowiowym 8 oczekiwany produkt otrzymano tylko z 18% wydajnoci.
Wybrane aminy cykliczne ulegaj Narylowane z niskimi wydajnociami, (rys. 9) [21, 22, 24].
NH
R
Pb(OAc)3
N R
Cu(OAc)2
+
16 R=H 30%R=OM e 43%
10%molmol
N HN Ts
P b(O Ac)3
M eO
O M e
NN Ts O M e
M eO
+
17 1918 Ts = p-Tol-SO2 Rysunek 9.
Azole s rwnie dobrymi substratami w procedurze arylowania (rys. 10) [25, 26]. Benzimidazol 20 ulega arylowaniu z 98% wydajnoci w reakcji z oowiopochodn 5. Heteroaromatyczne pochodne 21 i 22 arylowano z bardzo dobr wydajnoci na anilinowym atomie azotu [27, 29]. W kluczowym eksperymencie zaobserwowano chemoselektywno dla pochodnej amino-benzimidazolu 21 (R1 = H). Tylko anilinowy atom azotu ulega arylowaniu dajc produkt z 50% wydajnoci [26]. Arylowanie aminobenzopirazolu 22 trioctanem p-metoksyfenylooowiowym 4 przebiega z 56% wydajnoci [28].
Reakcje arylowania przy uyciu pocze oowio- i bizmutoorganicznych 15
N
NH
R1
Me
Pb(OAc)3
N N
R1
Me
N
NHNH2
R1
N
NHN
HMe
R1
NMe
N
NH2
Pb(OAc)3
OMe
NMe
N
NH
MeO
Cu(OAc)2
Cu(OAc)2
Cu(OAc)2
+
+5
+
20
5
98%
21
22
4 56%
10%mol
10%mol
10%mol
Rysunek 10.
Dua grupa amidw reaguje z odczynnikami oowioorganicznymi w obecnoci katalizatorw miedziowych (II). Wrd nich s zarwno proste amidy, jak i bardziej rozbudowane struktury, takie jak sulfonamidy 23, imid 24 i hydantoina 25 (rys. 11). Wydajnoci s od dobrych do doskonaych. W reakcjach z prostymi aminami, wymagajcymi drastyczniejszych warunkw, obserwuje si niekiedy produkty diarylowania. Zauwaono, e wstpne tworzenie soli sodowych znacznie poprawia wydajno reakcji [29, 30].
S
N Na+
O
O O
Me
Pb(OAc)3
S
N
O
O O
Me
NH
O
O
N Me
O
O
NHNH
O
O
C6H
5
C6H
5 N Me
NH
O
O
C6H
5
C6H
5
Cu(OAc)2
Cu(OAc)2
Cu(OAc)2
+
+5
+5
5
23
24
2526
98%
86%
75%
10%mol
10%mol
10%mol
Rysunek 11.
16 Jzef Drabowicz, Tomasz Girek, Marzena Makles
Regiokontrol niektrych reakcji N-arylowania ilustruje rysunek 12 [32], opisujcy reakcj arylowania 4-metyloimidazolu [32].
NHN
Me
Pb(OAc)3
R2
NN
Me
R1
R2R1
+
27
28 R1=R2=H 80%
4 R1=OMe;R2=H 85%
4a R1=H; R2=OMe 61% Rysunek 12.
Histydyna 29 odpowiednio zabezpieczona grupami ochronnymi zostaa wybrana jako substrat w celu ocenienia poziomu regiokontroli i protekcji chiralnego centrum w katalizowanym miedzi N-arylowaniu imidazolowego atomu azotu.
R2
R 1
R 3
Pb(O Ac)3
ZH N
NHN
H
C O2Me
ZH N
NN
H
R 2
R1
R3
C O2Me
+
29
4 R1=R3=H ; R 2=O M e 68%
30 R1=R2=H ; R 3=O M e 48%
31 R1=R2=H ; R 3=O - allil 49%
Z - grupa ochronna Rysunek 13.
Histydyna 29 reaguje ze zwizkiem oowioorganicznym 4, dajc jako podany produkt N 1 izomer z 68% wydajnoci. Pochodne z podstawnikiem alkoksylowym w piercieniu aromatycznym 30 i 31 otrzymano analogicznie w reakcji histydyny 29 z poczeniami oowioorganicznymi z wydajnociami wynoszcymi odpowiednio 48% i 49% (rys. 13). Badania NMR produktw reakcji wykazay, e tworz si one bez ladw racemizacji. 2.4. Katalizowane palladem reakcje sprzgania pocze oowioorganicznych
Reakcje katalizowane palladem stanowi grup przemian o najwikszym
potencjale syntetycznym, a zatem podjto badania nad wykorzystaniem
Reakcje arylowania przy uyciu pocze oowio- i bizmutoorganicznych 17
pocze oowioorganicznych jako substratw w reakcjach katalizowanych palladem i jego zwizkami.
Reakcj sprzgania pocze oowioorganicznych katalizowan poczeniami palladu lub miedzi przebadali po raz pierwszy Kang i jego wsppracownicy (rys. 14) [33]. Uzyskane wydajnoci oczekiwanych produktw byy dobre z obydwoma katalizatorami, ale zaleay od rodzaju rozpuszczalnika i iloci uytego katalizatora. Obydwie reakcje przebiegay ju w temperaturze pokojowej.
ArPb(OAc)3
Ar-ArPd
2(dba)
3*CHCl
3 (5%mol)
CuI (10%mol) Ar = Ph; 68% Ar = Ph; 68% Ar = p MeC6H4; 65% Ar = p MeC6H4; 62% Ar = p MeOC6H4; 75% Ar = p MeOC6H4; 80% dba = dibenzoiloaceton Rysunek 14.
Reakcje typu Stille (reakcje sprzgania pochodnych organocynowych i halogenkw aromatycznych) obserwuje si take dla pochodnych oowioorganicznych. Reakcje te wymagaj udziau jodku palladu lub miedzi (I) jako kokatalizatorw [34]. Powszechnie akceptowany jest pogld, e mied (I) spowalnia konkurencyjn reakcj homosprzgania. Dodatkowo 5 rwnowanikw metanolanu sodowego byo niezbdne, aby reakcja dostarczaa oczekiwane produkty z dobrymi wydajnociami. W tych warunkach trioctan fenylooowiowy reagowa z winylotributylocyn z 80% wydajnoci i z utworzeniem ladowych iloci produktu homosprzgania (rys. 15).
ArPb(OAc)3
Pd2(dba)
3*CHCl
3
RSnBu3 Ar - R Ar - Ar
(5%mol)
Cul (10%), NaOMe (5% mol)
+ +
Ar R
Ph winyl 80% lad p MeOC6H4 2 furyl 32% 10% p MeOC6H4 3 fury 70% lad
Rysunek 15.
Reakcja typu Suzuki jest take moliwa z poczeniami oowioorganicznymi [35]. Rwnie w tym przypadku potrzebny jest dwuskadnikowy katalizator oraz
18 Jzef Drabowicz, Tomasz Girek, Marzena Makles
6 rwnowanikw zasady, aby oczekiwane produkty heterosprzgania powstay z wydajnoci blisk 70%. Oglno metody wykazano prowadzc reakcje pocze triacetoksyarylooowiowych z kwasem pmetoksyfenoloborowym (rys. 16).
ArPb(OAc)3
Pd2(dba)
3*CHCl
3
Ar'B(OH)2 Ar - Ar'
(5%mol)
Cul (10%), NaOMe (6 moli)
+
Ar Ar'
Ph p MeOC6H4 75% p MeOC6H4 Ph 76% 2,4 MeOC6H3 p CH3C6H4 74%
Rysunek 16.
Reakcja sprzgania odczynnikw oowioorganicznych z ukadami olefinowymi katalizowana zwizkami palladu (reakcja typu Hecka) zostaa rwnie ostatnio wykorzystana do syntezy interesujcych ukadw heterocyklicznych funkcjonalizowanych podstawnikami arylowymi (rys.17).
PhPb(O Ac)3
O Pd2(dba)
3*C HCl
3O
PhPh
O Pd2(dba)
3*C HCl
3 O
O Me
O
O O
BnO
Pd2(dba)
3*C HCl
3
O
O O
BnO
O Me
+(5%mol)
N aO M e (4 mole)
+
4+
N aO M e (4 mole)
(5% mol)
4+
N aO M e (4 mole)
(5% mol)
68% 10%
80%
75%
Rysunek 17.
Opisano rwnie reakcje sprzgania krzyowego pomidzy solami jodoniowymi i odczynnikami oowioorganicznymi w obecnoci katalizatorw palladowych (rys. 18) [37]. W przypadku dwch rwnowanikw zasady udao
Reakcje arylowania przy uyciu pocze oowio- i bizmutoorganicznych 19
si unikn konkurencyjnego homosprzgania, a wydajnoci oczekiwanych produktw byy umiarkowane.
ArPb(OAc)3
Pd2(dba)
3*CHCl
3Ar'I Ph BF4 Ar - Ar' Ar - Ar
(5%)
NaOMe (2 mole)
+
Ar Ar'
++ -
Ph p MeOC6H4 75% 10%
p MeOC6H4 Ph 62% 20% p MeOC6H4 2 tiofen 72% 10%
Rysunek 18.
3. Chemia pocze bizmutoorganicznych
Chemia pocze bizmutoorganicznych obejmuje dwie grupy pochodnych o dwu rnych stopniach utlenienia metalu (III) i (V). Selektywno w reakcjach arylowania zaley od stopnia utlenienia metalu. Reakcje pocze bizmutoorganicznych byy przedmiotem kilku przegldw [1, 2, 3840]. Poniej omwiono kolejno reakcje arylowania na centrach wglowych, tlenowych lub azotowych i przedyskutowano ich selektywno. 3.1. Tworzenie organicznych pocze bizmutu
Synteza odczynnikw bizmutoorganicznych z trj- i piciowartociowymi atomami bizmutu jest bardzo prosta. Najbardziej oglne podejcie do syntezy odczynnikw triarylobizmutowych 32 oparte jest na reakcji trichlorku bizmutu z pochodnymi arylolitowymi lub arylomagnezowymi (rys. 19).
BiCl3 + 3 YAr BiAr3 X2BiAr3
X
Y = Li, MgBr X = halogen lub RCOO
32
Rysunek 19.
Zwizki triarylobizmutowe ulegaj utlenieniu do zwizkw piciowartociowego atomu bizmutu. Istniej rne sposoby realizacji tego
20 Jzef Drabowicz, Tomasz Girek, Marzena Makles
etapu [40]. Niektre nowe metody wykorzystuj nadtlenoboran sodu w kwasie octowym [41] lub dioctan jodobenzenu [42], by otrzyma dioctany triarylobizmutowe. Te dwie oglne procedury maj istotne ograniczenia. Po pierwsze, uycie pocze metaloorganicznych ogranicza liczb grup funkcyjnych, ktre mog by obecne w czsteczce. Po drugie, odczynniki bizmutoorganiczne posiadaj trzy identyczne grupy arylowe i tylko jedna z nich jest wykorzystywana w reakcji arylowania. Taka strata materiau podwysza znacznie koszty syntezy. Ze wzgldu na unikaln reaktywno zwizkw bizmutoorganicznych, naley wzi pod uwag te obydwa ograniczenia. 3.2. Reakcje C-arylowania
Arylowanie fenyloacetylenu 33 dziaaniem difluorotrifenylobizmutu 34 daje z wysok wydajnoci difenyloacetylen 35 (rys. 20) [43].
PhC CR Ph3BiF
2
C6H
6
PhC CPh+
CuCl,
, 1h
3435
33 R = H 87%
59% 36 R = TMS Rysunek 20.
Produkt ten tworzy si rwnie przy uyciu trimetylosililowej 36 jako substratu.
Reakcja , -nienasyconych ketonw z ukadem LDA/HMPA i dichlorkiem trifenylobizmutu prowadzi do regioselektywnego fenylowania z dekoniugacj wyjciowego ukadu sprzonego (rys. 21) [44].
Krotonian etylu 37 tworzy w tych warunkach produkt z 63% wydajnoci,
natomiast feromon 38 przeprowadzono w monoarylopochodn z 89% wydajnoci. Produkty bisarylowania powstaj z wydajnoci poniej 5%.
Reakcje arylowania przy uyciu pocze oowio- i bizmutoorganicznych 21
O
OEt
O
OEt
Ph
O
Ph3BiCl
2
Ph3BiCl
2
O
Ph
63%
LDA/HMPA
LDA/HMPA
89%
37
38
LDA = LiN(iPr)2 HMPA = [Me2N]3P(O) Rysunek 21.
Monoarylowanie pochodnej glicyny 39 przebiega przy uyciu 5,5 moli wglanu trifenylobizmutu. Nastpna hydroliza pozwolia uzyska racemiczn fenyloalanin 40 z 60% cakowit wydajnoci (rys. 22) [45].
N CH2CO
2EtPh
2C
NH3+
H
Ph
CO2Et
Cl
Ph3BiCO
3
39
(5,5 moli)1)
2) hydroliza
40
DMF,
DMF= (N,N-dimetyloformamid)
Rysunek 22.
Selektywno powyszego monoarylowania jest interesujca, poniewa utworzony produkt 40 ma bardziej kwasowy proton ni substrat 39.
Montgomery i wsppracownicy opisali reakcje nitropochodnej 41
z Ph3BiCl2 (rys. 23) [46].
22 Jzef Drabowicz, Tomasz Girek, Marzena Makles
O
Me
NO2
MeO2C
O
Me
NO2
MeO2CPh
3BiCl
2zasada
toluen
zasada = TMG 52% (1:1 dr)
zasada = DBU 77% (11:1 dr)
41
dr=sklad diastereoizomeryczny
TMG = tetrametyloguanidyna DBU = diazabicykloundekan Rysunek 23.
Przy uyciu jako zasady TMG lub DBU powstaje mieszanina diastereoizomerw w stosunku odpowiednio 1:1 lub 11:1. Opracowano rwnie syntez wsplnego produktu przejciowego przy otrzymywaniu izoflawononw i izoflawanw stosujc wglan trifenylobizmutu (rys. 24) [47].
O
R SO2Ph
O
O
R SO2Ph
O
Ph3BiCO
3
1) KH, THF
, 3h
2)
79 - 88%
THF=tetrahydrofuran
Rysunek 24.
Allilosilany mona uy do bezporedniego allilowania piercienia arenowego (rys. 25) [48]. Poczenia allilobizmutowe generowane in situ w reakcji difluorotrifenylobizmutu z allilotrimetylosilanem wykorzystano do bezporedniego allilowania piercieni aromatycznych (rys. 25) [48].
Reakcje arylowania przy uyciu pocze oowio- i bizmutoorganicznych 23
MeSi Ph3BiF
2BF
3OEt
2
CH2Cl
2
Bi+
Ph3
Ph
OMe
OMe
-78oC temp. pok.
+ +
Rysunek 25.
Finet i jego wsppracownicy zbadali wpyw efektw sterycznych w reakcjach odczynnikw arylobizmutowych z naftolem (rys. 26) [49].
R2
R1
R3
BiCl2
H
OH
Ar
OH
+TM G
R1=R2=R3=H C6H6 , temp. pok., 4,5h; 90% R1=R2=R3=Me temp. pok., 17h, potem 10h i 500 C nad N2; 61% TMG=tetrametyloguanidyna Rysunek 26.
Jak oczekiwano, wydajnoci obniaj si zarwno w bezporednim C-arylowaniu, jak i O- i N-arylacji, gdy zawada steryczna jest dua. Na przykad reakcja Ph3BiCl2 z 2-naftolem daje oczekiwany produkt z 90% wydajnoci po 4,5 godzinach w temperaturze pokojowej, podczas gdy trimezyto-lodichlorobizmut tworzy oczekiwany produkt z 61% wydajnoci po dziesiciogodzinnej reakcji w temperaturze 50oC [50]. 3.3. Reakcje Oarylowania
Harada i wsppracownicy opisali stereoselektywne arylowanie 2,2, 6,6-
bifenyltetrolu czciowo zablokowanego enancjomerycznie czystym mentonem. Difenylowanie tak otrzymanego ketalu 42 z 4 rwnowanikami dioctanu trifenylobizmutu i 1,3 rwnowanikiem pyu miedziowego prowadzi do poredniego ketalu z 48% wydajnoci (rys. 27) [51]. Po jego hydrolizie
24 Jzef Drabowicz, Tomasz Girek, Marzena Makles
usuwajcej chiralny pomocnik uzyskano optycznie aktywny zwizek 43 z 96% nadmiarem enancjomerycznym.
O
OH
O
OHOPh
OH OPh
OHPh3Bi(OAc)2
Cu py, 48%
2) HCl, 96%
1)
42 43 Rysunek 27.
Interesujcym przykadem enancjoselektywnego O-fenylowania z wykorzystaniem pocze bizmutoorganicznych jest reakcja opisana na rysunku 28 [52].
OH
OH OH
OPhN
N
OR1
R3
R2
R4
Ph3Bi(OAc)
2
Cu(OAc)2
ligand =
44
ligand
Rysunek 28.
Najwyszy nadmiar enancjomeryczny wynosi 50% dla reakcji mezodiolu 44 z ligandem otrzymanym z waliny (R1 = R2 = R3 = H; R4 = izopropyl).
Odczynniki bizmutoorganiczne o piciowartociowym atomie metalu
otrzymane poprzez utlenienie oksonem pochodnych trjwartociowych wykorzystano do bezporedniego transferu grupy arylowej (rys. 29) [53].
Reakcje arylowania przy uyciu pocze oowio- i bizmutoorganicznych 25
O HO
OC H
3O
O P hO
O
C H3
O
O C H3
O C H3
P h3
B i/o ks o n/ C u( O2
C C M e3)
2
O HO
C H3
C H3
O
C H3O
OO
C H3
4 5
a c e to n , , 1 6 h , 6 5 %
a c e to n , , 1 6 h , 3 7 %
4 6
(4 -P h P h )3 B i/o k s o n /C u (O 2 C C M e 3 )2
Rysunek 29. 3.4. Reakcje N-arylowania przy uyciu triarylobizmutw
NArylamoftalimidy 47 ulegaj arylowaniu przy uyciu dwch moli trifenylobizmutu i stechiometrycznych iloci octanu miedzi (II) i trietyloaminy (rys. 30) [54].
N
O
N
O
HX X
N
O
N
O
Ph3Bi, Cu(OAc)
2
NEt3
8 2-99%47
Rysunek 30.
Triarylobizmuty aryluj zabezpieczon trzema grupami ochronnymi hydrazyn z doskonaymi wydajnociami (rys. 31) [55].
N N
H
R1
R2
R3
Ar3Bi Cu(OAc)2 NEt3 N N
Ar
R1
R2
R3
+ + +
Rysunek 31.
26 Jzef Drabowicz, Tomasz Girek, Marzena Makles
Arylowanie 4-piperydonu za pomoc serii meta podstawionych triarylobizmutw przebiega z wydajnociami od umiarkowanych do dobrych (rys. 32) [56].
N
H
O
B i
X
N
O
X
C u ( O A c )2
C H2
C l2
+
3
X = CF3 67% X = F 41% X = Cl 45% X = OMe 41% Rysunek 32.
Stosujc t metod przeprowadzono rwnie arylowanie innych
piperydonw [57]. Podobnie przebiega N-arylowanie podstawionych piperazyn [58] (rys. 33).
N N HR A r B i 3C u ( O A c )
2
C H2
C l2
OO
N NR
O
O
+
A r =
R = CH3 25%, C6H11 24%, C6H5 36% Rysunek 33.
Chan opisa arylowanie amidw, imidw, mocznikw, karbaminianw, sulfonamidw i aniliny w reakcjach z trifenylobizmutem i octanem miedzi (II) jako katalizatorem (rys. 34) [59].
Reakcje arylowania przy uyciu pocze oowio- i bizmutoorganicznych 27
N
H
O
Ph N
Me
O
Ph
NH
O
O
N
O
O
Me
S
NH
Me
O O
Me
S
N
Me
O O
Ph3Bi
Ph3Bi
Ph3Bi
NEt3
NEt3
NEt3
81%
pirydyna 44%
pirydyna
pirydyna
63%
99%
82%
99%
zasada
zasada
zasada
Me
Rysunek 34.
Ostatnio opisano rwnie selektywne N-arylowanie aminobenzanilidw (rys. 35) [60].
28 Jzef Drabowicz, Tomasz Girek, Marzena Makles
Rysunek 35.
Reakcje aminobenzanilidu 48, cyklopropyloamidu 50 i metyloamidu 52 z trifenylobizmutem przebiegaj z wydajnociami 47, 96 i 73%. 3.5. Reakcje N-arylowania zwizkami piciowartociowego bizmutu
Imidazol i inne heteroareny N-arylowano z umiarkowanymi do doskonaych wydajnociami w reakcjach z dioctanem trifenylobizmutu i katalitycznymi ilociami octanu miedzi (II) (rys. 36) [61].
NHN
NN
N
N
NN
N
NH
N
NHN
N
N
NH
N
N
Ph3Bi(O Ac)
2
Ph3Bi(O Ac)
2
Ph3Bi(O Ac)
2
Ph3Bi(O Ac)
2
Cu(O Ac)2
Cu(O Ac)2
Cu(O Ac)2
Cu(O Ac)2
1.2 m ola
0.1 m ola
1.1 mola
0.1 mola
1.1 mola
0.2 m ola
1.2 m ola
0,1 mola
2.0 mole
3.0 mole
87%
44%
TM G
TM G
55
5460%
93% Rysunek 36.
Bardziej zoone ukady heteroaromatyczne byy rwnie przedmiotem bada. Reakcja sprzgania aminochinoliny 56 z dioctanem trifenylobizmutu w obecnoci metalicznej miedzi prowadzi z doskona wydajnoci do
Reakcje arylowania przy uyciu pocze oowio- i bizmutoorganicznych 29
N-fenylowej pochodnej (rys. 37) [62]. Natomiast arylowanie aminobenzodiazoli 57 i 58 wykonano z uyciem dioctanu trifenylobizmutu i katalitycznych iloci octanu miedzi [63].
Ph3Bi(OAc)
2
Ph3Bi(OAc)
2
Cu(OAc)2
N
NH2
N
NH
N
N
CH3
NH2
N
N
CH3
NH
N
N NH2
CH3
Ph3Bi(OAc)
2
Cu(OAc)2
N
N NH
CH3
Cu
94%
66%
74%
56
57
58 Rysunek 37.
W podobnym arylowaniu otrzymano nowy, interesujcy ukad
cyklopropyloindolu (CPI) [64]. Naley zauway, e zmiana katalizatora z dioctanu do piwalinianu miedzi (II) zwikszya wydajno i skrcia cakowity czas reakcji fenylowania wybranych amin alifatycznych i aromatycznych (rys. 38) [65].
NH2
iPr
iPr
Ph3Bi(OAc)
2
Cu(OPiv)2
NH
iPr
iPr
Ph3Bi(OAc)
2
Cu(OPiv)2
NH
n - Bu2NH
Ph3Bi(OAc)
2
Cu(OPiv)2
n - Bu2N
NH2
59
60
61 Rysunek 38.
30 Jzef Drabowicz, Tomasz Girek, Marzena Makles
Ilociowe fenylowanie 2,6 diizopropyloaniliny 59 dioctanem trifenylobizmutu wobec katalitycznej iloci piwalonianu miedzi przebiega w przecigu 5 minut. Podobnie pierwszorzdowa cykloheksyloamina 60 ulega ilociowemu arylowaniu przy wykorzystaniu katalizatora miedziowego i wodorotlenku sodu. Dla reakcji prowadzonej bez wodorotlenku sodu wydajno wynosia tylko 66%. Fenylowanie drugorzdowej aminy 61 przebiega ilociowo. Pochodne aminokwasw mog ulega N-arylowaniu jako wolne aminoestry albo jako sole aminoestrw (rys. 39), jednak reakcje soli aminoestrw przebiegaj z niskimi wydajnociami [66].
Ph
3Bi(OAc)
2
CuNH
2CO
2Et N
HCO
2Et N CO
2Et
NH2
CO2Bn
CH2Ph
Ph3Bi(OAc)
2
CuNH
CO2Bn
CH2Ph
N CO2Bn
CH2Ph
Ph3Bi(OAc)
2
Ph3Bi(OAc)
2
Ph3Bi(OAc)
2
Ph3Bi(OAc)
2
0%
+
+
1 mol
2.2 mola
1 mol
2.2 mola
81% 4%
85%
80%
90%
4%
8%
Rysunek 39.
Podsumowanie
W artykule przedstawiono chemi pocze oowio- i bizmutoorganicznych. Omawiajc chemi pocze oowioorganicznych scharakteryzowano tworzenie tych zwizkw oraz podano przykady reakcji C- i N- arylowania przebiegajcych przy ich uyciu. Ponadto opisano katalizowane palladem reakcje sprzgania pocze oowioorganicznych. Omawiajc chemi pocze bizmutoorganicznych przedstawiono ich tworzenie, a w dalszym cigu scharakteryzowano prowadzone przy ich uyciu reakcje C-, O- i N-arylowania.
Reakcje arylowania przy uyciu pocze oowio- i bizmutoorganicznych 31
Literatura 1. Elliott G.I.; Konopelski J.P. Tetrahedron 2001, 57, 56835705. 2. Abramovitch, R.A.; Barton, D. H. R.; Finet, J. P. Tetrahedron 1988, 44, 30393071. 3. Finet, J.P. Ligand Coupling Reactions with Heteroatomic Compounds, Pergamon
Press: Oxford, 1998. 4. Ridley, D.A. Tribute to Professor J. T. Pinhey. Aust. J. Chem. 1999, 52, 997. 5. Pinhey, J.T. Pure Appl. Chem. 1996, 68, 819-824. 6. Pinhey, J.T. Lead. Comprehensive Organometallic Chemistry II, Abel, E. W., Stone, F.
G. A., Wilkinson, G., Eds.; Pergamon Press: Oxford, 1995; 11, pp 461485. 7. Morgan, J.; Pinhey, J.T. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 1993, 16731676. 8. (a) Corey, E.J.; Guzman-Perez, A. Angew. Chem.. Int. Ed. Engl. 1998, 37, 388401. (b)
Fuji, K. Chem..Rev. 1993, 93, 2037-2066. (c) Martin, S. F. Tetrahedron 1980, 36, 419460.
9. Donnelly, D.M.X.; Fitzpatrick, B.M.; Finet, J.P. J. Chem.. Soc., Perkin Trans. 1 1994, 17911795.
10. Kozyrod, R.P.; Morgan, J.; Pinhey, J.T. Aust. J. Chem. 1985, 38, 11471153. 11. Morgan, J.; Pinhey, J.T. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 1990. 715720. 12. Kozyrod, R.P.; Pinhey, J.T. Aust. J. Chem. 1985, 38, 11551161. 13. (a) Kozyrod, R.P.; Pinhey, J.T. Org. Synth. 1984, 62, 2430. (b) Bell, H. C.; Kalman, J.
R.; Pinhey, J.T.; Sternhell, S. Aust. J. Chem. 1979, 32, 15211530. 14. Kozyrod, R.P.; Morgan, J.; Pinhey, J.T. Aust. J. Chem. 1991, 44, 369376 15. Barton, D.H.R.; Donnelly, D.M.X.; Finet, J.P.; Guiry, J.P.; Reibenspies, J.H. J. Chem.
Soc., Chem Commun 1990. 11101111. 16. Mrour, J.Y.; Chicheraeu, L.; Finet, J.P. Tetrahedron Lett. 1992, 33, 38573870. 17. Donnelly, D.M.X.; Finet, J.P.; Kielty, J.M. Tetrahedron Lett. 1991, 32, 38353836. 18. Morgan, J.; Pinhey, J.T. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 1997. 613619. 19. Koen, M.J.; Morgan, J.; Pinhey, J.T.; Sherry J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1 1997. 487
491. 20. Barton, D.H.R.; Donnelly, D.M.X.; Finet, J.P.; Guiry, J.P. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1
1991. 20952102. 21. Barton, D.H.R.; Donnelly, D.M.X.; Finet, J.P.; Guiry, J.P. Tetrahedron Lett. 1989, 30,
13771380. 22. Barton, D.H.R.; Yadva-Bhatnagar, N.; Finet, J.P.; Khamsi, J. Tetrahedron Lett. 1987,
28, 31113114. 23. Schneider, R.; Hosseini, M.W.; Planeix, J. M. Tetrahedron Lett. 1996, 37, 47214724. 24. Lpez-Alvarado, P.; Avendao, C.; Menndez, J.C. Tetrahedron Lett. 1992, 33, 659
662. 25. Lpez-Alvarado, P.; Avendao, C.; Menndez, J.C. J. Org. Chem. 1995, 60, 5678
5682. 26. Lpez-Alvarado, P.; Avendao, C.; Menndez, J.C. Heterocycles 1991, 32, 1003
1012. 27. Morel, S.; Boyer, G.; Coullet, F.; Galy, J.-P. Synth. Commun. 1996, 26, 24432447.
32 Jzef Drabowicz, Tomasz Girek, Marzena Makles
28. Lpez-Alvarado, P.; Avendao, C.; Menndez, J.C. Tetrahedron Lett. 1992, 33, 68756878.
29. Lpez-Alvarado, P.; Avendao, C.; Menndez, J.C. J. Org. Chem. 1996, 61, 58655870.
30. Elliott, G.I.; Konopelski, J.P. Org. Lett. 2000, 2, 30553057. 31. Collman, J.P.; Hong, M. Org. Lett. 2000, 2, 12333057. 32. Kang, S.K.; Shivkumar, U.; Ahn, C.; Choi, S. C.; Kim, J. S. Synth. Commun. 1997, 27,
18931897. 33. Kang, S.K.; Ryu, H. C.; Kim, J. S. Chem Commun. 1998, 13171318. 43. Kang, S.K.; Ryu, H. C.; Kim, J. S. Synlett 1998, 771773. 35. Kang, S.K.; Choi, S. C.; Ryu, H. C.; Yamaguchi, T. J. Org. Chem. 1998, 63, 57485749. 36. Kang, S.K.; Choi, S. C.; Baik, T. E. Synth. Commun. 1999, 29, 24932499. 37. Barton, D.H.R.; Finet, J. P. Pure Appl. Chem. 1987, 59, 937946. 38. Finet, J.P. Chem. Rev. 1989, 89, 14871501. 39. Suzuki, H.; Ikegami, T.; Matano, Y. Synthesis 1997, 249267. 40. Friedman, L. D.; Doak, G. O. Chem. Rev. 1982, 82, 1557. 41. Combes, S.; Finet, J.P. Synth. Commun. 1996, 26, 45694575. 42. Combes, S.; Finet, J.P. Tetrahedron 1998, 54, 43134318. 43. Lermontov, S.A.; Rakov, I.G.; Zefirov, N.S.; Stang, P.J. Tetrahedron Lett. 1996, 37,
40514054. 44. Arnauld, T.; Barton, D.H.R.; Normant, J.-F.; Doris, E. J. Org. Chem. 1999, 64, 6915
6917. 46. ODonnell, M.J.; Bennett, W.D.; Jacobsen, W.N.; Ma, Y.; Huffman, J. C. Tetrahedron
Lett. 1989, 30, 39093912. 46. Fornicola, R.S.; Oblinger, E.; Montgomery, J. J. Org. Chem. 1998, 63, 35283529. 47. Santhosh, K.C.; Balasubramanian, K.K. J. Chem. Soc., Chem Commun. 1992, 224225. 48. Matano, Y.; Yoshimune, M.; Suzuki, H. Tetrahedron Lett. 1995, 36, 74757578. 49. Fedorov, A.; Combes, S.; Finet, J. P. Tetrahedron 1999, 55, 13411352. 50. Vilardo, J.S.; Thorn, M.G.; Fanwick, P.E.; Rothwell, I.P. Chem Commun. 1998, 2425
2426. 51. Harada, T.; Ueda, S.; Yoshida, T.; Inoue, A.; Takeuchi, M.; Ogawa, N.; Oku, A.; Shiro,
M. J. Org. Chem. 1994, 59, 75757576. 52. Brunner, H.; Chuard, T. Monatsh. Chem. 1994, 125, 12931300. 53. Sheppard, G.S. Synlett 1999, 12071210. 54. Aoki, Y.; Saito, T.; Sakamoto, T.; Kikugawa, Y. Synth. Commun. 2000, 31, 131140. 55. Loog, O.; Maeorg, U.; Ragnarsson, U. Synthesis 2000, 15911597. 56. Banfi, A.; Bartoletti, E.; Bignotti, M.; Turconi, M. Synthesis 1994, 775776. 57. Naito, R.; Takeuchi, M.; Morihira, K.; Hayakawa, M.; Ikeda, K.; Shibanuma, T.;
Isomura, Y. Chem. Pharm. Bull. 1998, 46, 12741285. 58. Vassileva, E.; Shopova, M.; Fugier, C.; Henry-Basch, E. Synth. Commun. 1997, 27,
16691679. 59. Chan, D.M.T. Tetrahedron Lett. 1996, 37, 90139016. 60. Sorenson, R.J.J. J. Org. Chem. 2000, 65, 77477749. 61. Fedorov, A.; Finet, J.P. Tetrahedron 1999, 40, 27472748. 62. Fan, P.; Ablordeppey, S.Y. J. Heterocyclic Chem. 1997, 34, 17891794.
Reakcje arylowania przy uyciu pocze oowio- i bizmutoorganicznych 33
63. Boyer, G.; Galy, J.P.; Barbe, J. Heterocycles 1995, 41, 487496. 64. Fukuda, Y.; Furuta, H.; Kusama, Y.; Bisu, H.; Oomori, Y.; Terashima, S. Heterocycles
1998, 49, 5358. 65. Arnauld, T.; Barton, D.H.R.; Doris, E. Tetrahedron 1997, 53, 41674144. 66. Barton, D.H.R.; Finet, J. P.; Khamsi, J. Tetrahedron Lett. 1989, 30, 937940.
Jzef Drabowicz Tomasz Girek Marzena Makles
Arylation with organolead and organobismuth reagents
Abstract: Basic procedures commonly used for the preparation of tri- and pentavalent organolead and organobismuth derivatives are presented. Their use for the arylation of the selected acyclic, cyclic and heteroorganic structures is also discussed. Keywords: C-arylation; N-arylation; coupling reaction; triaryllead compounds; triarylbismuth compounds; pentaaryllead compounds; pentaarylbismuth compounds; catalysis; organometallic catalysts.
PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Dugosza w Czstochowie
Seria: CHEMIA I OCHRONA RODOWISKA 2008, XII, 35-52
Adrian Zajc a,b Tomasz Girek a Jzef Drabowicz a,b aInstytut Chemii i Ochrony rodowiska, Akademia im. Jana Dugosza,
42 200 Czstochowa, Al. Armii Krajowej 13/15, [email protected] bCentrum Bada Molekularnych i Makromolekularnych, Polska Akademia Nauk, Zakad Chemii
Heteroorganicznej 90 363 d, ul. Sienkiewicza 112, [email protected]
Syntetycznie uyteczne reakcje pochodnych cyklopropenu
Streszczenie: Omwiono metody syntezy i reaktywno pochodnych cyklopropenu posiadajcych boczne acuchy wglowe, podstawniki metaloorganiczne i podstawniki chinonowe. Przedyskutowano rwnie niektre ich waciwoci. Sowa kluczowe: cyklopropen, cyklopropenon, ferrocenylocyklopropen, chinocyklopropen, cykloaddycja.
Cyklopropen, stanowicy najmniejsz znan struktur pord
nienasyconych pocze karbocyklicznych, zosta po raz pierwszy otrzymany przez Demajnova i Dojarenko jako produkt reakcji eliminacji Hofmanna wodorotlenku trimetylocyklopropyloamoniowego [1]. Jest on bardzo reaktywnym gazem, gwatownie polimeryzuje i nie moe by przechowywany nawet w temperaturze -780C; z bromem reaguje z utworzeniem 1,2-dibromocyklopropanu [1,2]. Cyklopropen i jego pochodne stosuje si czsto jako dienofile [3].
1. Pochodne cyklopropenu zawierajce boczne grupy wglowodorowe Od opisania 1-metylocyklopropenu (1-MCP) jako inhibitora dziaania
etylenu ukazao si ponad 100 prac przedstawiajcych jego zastosowania oraz dyskutujcych mechanizm hamowania aktywnoci etylenu. 1-MCP jest uwaany za czynnik blokujcy receptory etylenu w organizmach rolinnych. Powinowactwo 1-MCP do receptora jest ok. 10 razy wiksze ni etylenu [4].
Wglowodory cyklopropenyloetylenowe mona otrzyma dwiema oglnymi metodami. Pierwsza z nich oparta jest na dehydratacji alkoholi drugorzdowych uzyskanych z ketonw cyklopropenyloalkilowych dziaaniem zwizkw Grignarda. Alternatywna procedura wykorzystuje metod hydrazynow Kishnera podwjnie nienasyconych ketonw jako substratw [1].
36 Adrian Zajc, Tomasz Girek, Jzef Drabowicz
Alkenylo- i alkinylocyklopropeny otrzymano z wybranych pochodnych cyklopropanu funkcjonalizowanych podstawnikami krzemoorganicznymi i halogenami dziaaniem pochodnych metaloorganicznych, nastpnie przeksztacajc powstae ukady cyklopropanowe w struktury nienasycone w oparciu o reakcje eliminacji (Schemat 1 i 2, Rwn. 1) [5].
Kluczowym produktem porednim w syntezie 3-monopodstawionych alkenylo- i alkinylopochodnych by aldehyd 1, otrzymany z (E)-3-trimetylosililo-2-propen-1--olu 2. Alkohol allilowy 2 po addycji chlorokarbenu tworzy cyklopropan 3, ktry po hydrolizie i nastpnym utlenieniu przechodzi w aldehyd 1 stanowiacy do trwa ciecz. Aldehyd 1 przeksztacono atwo w kilka nienasyconych analogw:
1) termoliza aldehydu 1 we wrzcym THF w obecnoci katalizatora tytanowego prowadzi do winylocyklopropanu 4 (Schemat 1);
2) olefinacja Wittiga z chlorometylenotrifenylofosforanem daje pochodn etylenow 5 jako mieszanin izomerw (Schemat 1);
3) uycie procedury Coreya Fucha prowadzi w atwy sposb do alkinu 6, ktry przeksztacono w mieszanin izomerw bromoalkenu 7 w trzyetapowej reakcji Browna Gupta. Alkin 6 poddano oksydacyjnej dimeryzacji Haya, otrzymujc 8 (Schemat 1) [5].
Wspomagane fluorkiem tetrabutyloamoniowym przeksztacenie zwizkw 46 prowadzio do cyklopropenw 911. Niespodziewanie w tych samych warunkach eliminacja zwiazku 7 dawaa wycznie cyklopropen 11. Jednak po ochodzeniu ukadu reakcyjnego do -20C dominujcym produktem sta si 12 (Rwn. 1). Eliminacja 8 w DMSO za pomoc CsF prowadzia do otrzymania maych iloci bis-acetylenu 13 (Schemat 1). Prby jego wyizolowania przebiegay z utworzeniem produktw polimerycznych, ktre zapalay si na szpatelce podczas wydzielania ze rodowiska reakcji [5].
Gdy 2-trimetylosililo-2-propen-1-ol 14 poddawano takiej samej sekwencji reakcji, otrzymano odpowiednie 1-etenylo- 15 i 1-etynylo-2-chlorocyklopropylosilany 16, przechodzce po dehalogenosililowaniu w cyklopropeny 17 i 18 (Schemat 2).
W przeciwiestwie do zwizkw 912 cyklopropeny 17 i 18 byy bardzo reaktywne, nawet w temperaturze -78C [5].
Syntetycznie uyteczne reakcje pochodnych cyklopropenu 37
(1)
Me3Si OTHP
2 Me3Si Cl
CH2OTHP
3
Me3Si Cl
CHO
1Me3Si Cl
HC
4
CH2
Me3Si Cl
HC
5 (X = Cl)7 (X = Br)
CHX
Me3Si Cl
C
6
CH
Me3Si Cl
C
8
C
2
13 Schemat 1
SiMe3
OH
Cl
Cl
SiMe3
HC
SiMe3
C
CH2
CH
14
15
16
CH
CH2
17
C CH
18
Schemat 2
Y
Me3Si Cl
Y
4 (Y = CH=CH2) 9
5 (Y = CH=CHCl) 10
6 (Y = C CH) 11
7 (Y = CH=CHBr) 12
Bu4NF
38 Adrian Zajc, Tomasz Girek, Jzef Drabowicz
Znane jest otwieranie piercienia cyklopropenw prowadzce do tworzenia odpowiednich enonw w reakcji z tlenem, w ten sposb indenon 19 przechodzi w enon 20 (Rwn. 2) [3].
O
19
[O]
O
20O
(2)
Jak wspomniano wczeniej, istnieje wiele przykadw cykloaddycji cyklopropenw do dienw, w wielu przypadkach przebiegajcej nawet w temperaturze pokojowej lub niszej. Np. w reakcji podstawionych cyklopropenw 21 z enonami: metylowinyloketonem lub akrolein, w 20C powstaj cykloaddukty 22 (Rwn. 3) [3].
oktyl Y
21
+
O
R
O
R
oktyl Y
22Y = H, Br, SiMe3R = H, Me
(3)
Reakcja 4,5-dicyjanopirydazyny 23 z 1,2,3-trifenylocyklopropenem 24 prowadzi w wyniku [4+2] cykloaddycji do bicyklicznego zwizku 25; jest to produkt poredni, ktry ulega ekspansji piercienia, z utworzeniem 3,4-dicyjano-1,6,7-trifenylocyklohepta-1,3,5-trienu 26 (Rwn. 4) [6].
Syntetycznie uyteczne reakcje pochodnych cyklopropenu 39
-N2N
NNC
NC
23
+
24
NC
NC
25
NC
NC
26
(4)
2. Pochodne cyklopropenu funkcjonalizowane podstawnikami metaloorganicznymi
Podczas trzytygodniowego przechowywania pod prni 1-fenylo-2-
trimetylosililocyklopropen 27 przeksztaca si w krystaliczny tetramer 28 z dobr wydajnoci. Zaobserwowano rwnie, e przy przechowywaniu zwizku 27 w temperaturze 50C przez duszy czas na powietrzu, otrzymywano inn substancj krystaliczn. Jej budowa zostaa potwierdzona jako 29 dziki badaniom rentgenowskim [3].
Zwizek 29 jest najprawdopodobniej produktem [4+2]cykloaddycji cyklopropenu 27 i enonu 30, tworzcego si przez utlenianie zwizku 27 tlenem zaabsorbowanym z powietrza [3].
40 Adrian Zajc, Tomasz Girek, Jzef Drabowicz
SiMe3
27Me3Si Ph Ph SiMe3
SiMe3Ph Ph
SiMe3
28
O
Me3Si
SiMe3
29
O
Me3Si
30
Opisano take sze trimetylosililopodstawionych cyklopropenw 31, ktre
przeksztacono w odpowiednie allenylosilany 32 z wydajnoci powyej 90% w wyniku bezporedniej fotolizy (Rwn. 5). Ta konwersja cyklopropenu do allenu charakteryzuje si interesujc fotochemi i stanowi potencjaln drog otrzymywania uytecznych allenylosilanw [7].
Me3Si R
hC C C
SiMe3
R
3231
R = SMe
O
OCMe3
O
Me Me
O
CMe3
; ;;; ;
(5)
Syntetycznie uyteczne reakcje pochodnych cyklopropenu 41
Ostatnio opisano rwnie syntez krystalicznych 3-fenylo-, 3-(1-naftylo)- i 3-izopropylo-3-ferrocenylocyklopropenw (odpowiednio 33, 34 i 35) oraz ich budow przestrzenn i charakterystyczne przemiany chemiczne [8, 9].
Oddziaywania przestrzenne orbitali molekularnych fragmentw etylenowych i arylowych w zwizkach 33 i 34 decyduj o stereoselektywnoci ich wewntrzczsteczkowych przeksztace. Zwizki te ulegaj atwo pod wpywem kwasw lub podwyszonej temperatury otwarciu piercienia trjczonowego, tworzc odpowiednio kationy ferrocenyloallilowe 36 i 37 lub karbenoidowe produkty porednie 38 i 39, ktre przeksztacaj si w pochodne 40, 41 i 42 (Schematy 3 i 4) [8, 9].
W zwizku 35 orbitale molekularne fragmentu etylenowego trjczonowego piercienia nie mog oddziaywa z orbitalem cyklopentadienowego piercienia ferrocenu; brak tego oddziaywania jest powodem powstawania liniowych produktw 43 ac w trakcie wewntrzczsteczkowego przeksztacenia (Schemat 5). Godne uwagi jest jednak to, e 3-izopropylo-1H-cyklopentaferrocen 44 tworzy si jako produkt uboczny [9].
Fe
33
H+
Fe
36
Fe
38
Fe
40
Schemat 3.
42 Adrian Zajc, Tomasz Girek, Jzef Drabowicz
Fe
34
H+
Fe
37
Fe
39
Fe
41
Fe
42
Schemat 4.
Fe
35
H+
Fe
Fe
Fc
Fc
Fc
43a
43b
43c
Fe
44
+
Fc = ferrocenyl
Schemat 5.
Syntetycznie uyteczne reakcje pochodnych cyklopropenu 43
Ferrocenylopodstawione cyklopropenony nie byy, jak dotd, dokadnie zbadane. Syntez 2,3-diferrocenylocyklopropenonu 45 przeprowadzono po raz pierwszy z nisk wydajnoci w 1975 roku stosujc niskotemperaturowe alkilowanie ferrocenu tetrachlorocyklopropenem w obecnoci AlCl3 [10].
Dostpno i trwao 2,3-diferrocenylocyklopropenonu 45 pozwolia zbada jego przeksztacenia chemiczne. Okazao si, e zwizek ten pod wpywem odczynnika nukleofilowego atwo ulega otwarciu trjczonowego piercienia, z utworzeniem pochodnych kwasu cis-2,3-diferrocenyloakrylowego 46 (Rwn. 6) [10].
O
FcFc
Nu
H
Fc Fc
O
Nu
45 46Fc = ferrocenyl
Nu = NH2NH2; OH ; i-PrO ; HN
(6)
Stwierdzono rwnie, e 45 reaguje z nadmiarem metylolitu dajc mieszanin produktw, ktrej gwnymi skadnikami byy: alkohol 47, 3,4-diferrocenylobut-3-en-2-on 48 i 2,3,4-triferrocenylo-4-(1-ferrocenylo-2-oksopropylo)cyklobutenon 49 (Rwn. 7) [10].
O
FcFc
45
MeLi
Fc Fc
H
OH
47
Fc Fc
H
48
O
Fc
Fc O
Fc
O
Fc
49
++
Fc = ferrocenyl
(7)
Zwizki 46 i 47 s interesujce ze wzgldu na ich reaktywno
chemiczni potencjaln moliwo uycia jako molekularnych blokw budulcowych oraz w dziedzinie chemii supramolekularnej jako przecznikw redoksowych [10].
Rwnie reakcja 2,3-diferrocenylocyklopropenonu 45 z fenylolitem daje kilka produktw, midzy innymi keton 50, alkohol 51, 2,3-diferrocenyloindan-1-on 52 i 2,3-diferrocenylo-2-hydroksyindan-1-on 53 (Rwn. 8) [10].
44 Adrian Zajc, Tomasz Girek, Jzef Drabowicz
O
FcFc
45
PhLi
Fc Fc
H
OH
Ph
Ph
51
Fc Fc
H
50
O
Ph ++
Fc = ferrocenyl
OO
Fc
Fc Fc
OH
Fc
52 53
++
(8)
W odrnieniu od nieaktywnych wiza podwjnych wgiel wgiel,
wizanie podwjne cyklopropenu atwo ulega reakcjom karbometalowania, przykadem moe by reakcja allilogalowania seskwibromkiem allilogalu (Rwn. 9-11) [11].
Cyklopropeny 54 w reakcji allilogalowania tworz z dobr wydajnoci produkty 55, z pen regio- i stereoselektywnoci (Rwn. 9). Z 3-hydroksy-metylocyklopropenu 56 w wyniku otwarcia piercienia powstaje, oprcz analogicznego produktu 57, take produkt 58 (Rwn. 10). Reakcja (2-hydroksy-etylo) cyklopropenu 59 prowadzi do dwch interesujcych produktw 60 i 61 (Rwn. 11) [11].
C6H13
H
R
H
Ga2Br3
3 C6H13
H
R
H
H
54 55R = CO2Et; CH2OAc
(9)
C6H13
H
CH2OH
H
Ga2Br3
3
H
CH2OH
H
H
5657
C6H13
+
C6H13 OH
58
(10)
Syntetycznie uyteczne reakcje pochodnych cyklopropenu 45
HCO2Et
H
Ga2Br3
3
H
5960
H+
HO
O
OEt
HO
Ga
Cl ClH
Ga
CO2Et
H
61
HO
Cl Cl
HCl
(11)
3. Chinonowe pochodne cyklopropenu Chinocykloalkeny wykazuj intensywne, niskoenergetyczne przejcia
elektronowe i s potencjalnie uyteczne jako barwniki, fotoprzewodniki i materiay fotograficzne [12].
Antrylofenol 64 zosta uyty do syntezy zwizku 66.W tym celu jon trichlorocyklopropeniowy 62 poddano reakcji z 2,6-di-t-butylofenolem otrzymujc sl 63. Nastpnie dziaaniem antrylofenolu 64 otrzymano i wyizolowano stosujc chromatografi kolumnow zwizek 66. Ta ostatnia reakcja przebiega poprzez produkt poredni 65 (Schemat 6) [12].
Zwizek 66 istnieje w trzech formach tautomerycznych: dwch rwnowanych formach chinonowych 66 a, b i w formie antrachinonowej 66c (Schemat 6) [12].
Cl
Cl Cl
AlCl4
62
OH
2
Cl
AlCl4
63
OH
HO
46 Adrian Zajc, Tomasz Girek, Jzef Drabowicz
OH
64AlCl4
65
OH
HO
OH
H2O
Et3N
66a
OH
O
OH
Syntetycznie uyteczne reakcje pochodnych cyklopropenu 47
66b
O
HO
OH
66c
OH
HO
O
Schemat 6.
48 Adrian Zajc, Tomasz Girek, Jzef Drabowicz
Syntez zwizku 68, zawierajcego dwie grupy antrylofenolowe, przeprowadzono poprzez przyczenie dwch czsteczek antrylofenolu 64 do kationu 62, a nastpnie hydroliz w rodowisku zasadowym poredniego zwizku 67 (Schemat 7). Cyklopropenon 68 jest pomaraczowym proszkiem, rozkadajcym si w temperaturze 195C [12].
Cl
67
OH
622 64
HO
AlCl4
H2O
Et3N
O
68
OHHO
Schemat 7.
Tris(9-antrono-10-ylideno)cyklopropan 69c otrzymano w reakcji Friedela Craftsa 9-metoksyantracenu z tetrachloroglinianem trichloropropeniowym, nastpnie demetylujc i utleniajc uzyskany bis(9-hydroksy-10-antrylo)-cyklopropenylidenoantron. Odpowiednie trichinocyklopropeny z jedn lub dwiema grupami antrachinonowymi zastpionymi przez grupy 4-okso-3,5-di-t-butylo-2,5--cykloheksadieno-1-ylidenowe 69a,b uzyskano w wyniku jednoetapowej addycji 9-metoksyantracenu i 2,6-di-t-butylofenolu [13].
Syntetycznie uyteczne reakcje pochodnych cyklopropenu 49
W analogicznej reakcji 9-metoksyantracenu z tetrachloroglinianem trichloropropeniowym powstaje 2,3-bis(9-antrono-10-ylideno)cyklopropanon 70 [13].
Q2 Q1
O
69
a: Q1 = Q2 = 4-okso-3,5-di-tert-butylo-2,5-cykloheksadieno-1-yliden,
b: Q1 = 9-antrono-10-yliden, Q2 = 4-okso-3,5-di-tert-butylo-2,5-cykloheksadieno-1-yliden,
c: Q1 = Q2 = 9-antrono-10-yliden.
O
O O
70
W celu otrzymania zwizku 73 fenylomalononitryl 72 potraktowano
diarylocyklopropenonem 71 we wrzcym bezwodniku octowym w obecnoci katalitycznej iloci amfoterycznej -alaniny (Rwn. 12). Zwizek 73 jest pomaraczowym ciaem staym, rozkadajcym si powyej 250C, a istnieje, podobnie jak 66, w trzech formach tautomerycznych [14].
O
HO OH
71
+
NC CN
72
Ac2O, -alanina
(12)
50 Adrian Zajc, Tomasz Girek, Jzef Drabowicz
HO OH
73
NC CN
Pochodn 75 otrzymano, uywajc 6-(dicyjanometylo)antracen 74 zamiast fenylomalononitrylu (Rwn. 13), jako czerwone krysztay o temperaturze rozkadu powyej 270oC. Pochodna 75 wykazuje tautomeri podobnie jak zwizki 66 i 73 [14].
71 +
NC CN
74
Ac2O, -alanina
HO OH
75
NC CN
(13)
W podobny sposb otrzymano zwizki nitrylowe 78. Tienylomalononitryl 77 reaguje z jednym rwnowanikiem cyklopropenonu 76 w bezwodniku octowym zawierajcym -alanin tworzc pochodne 3-tia[1.5.3]chinarenu 78 z wysok wydajnoci. Zwizki 78 utleniano nastpnie za pomoc PbO2 uzyskujc [3] radialeny 79 z bardzo dobr wydajnoci (Schemat 8). Zwizek 79 (X = S,
Syntetycznie uyteczne reakcje pochodnych cyklopropenu 51
R = t-Bu) jest do stabilny zarwno w fazie staej, jak i w roztworze w temperaturze pokojowej. Tetrametylowa pochodna 79 (X = S, R = Me) nie zostaa wyizolowana jako ciao stae, ale jest trwaa w temperaturze pokojowej w roztworze [15].
O
R
HO
R R
OH
R
76R = t-Bu, MeX = S, Se, Te
X
CN
CN77
R
HO
R R
OH
R
78
X
CNNC
PbO2
R
O
R R
O
R
79
X
CNNC
Te
CN
CN
80
Schemat 8
W podobnym postpowaniu zsyntezowano rwnie analogiczne zwizki zawierajce w miejscu siarki selen 78 (X = Se, R = t-Bu) i 79 (X = Se, R = Me), a take zwizki posiadajce w miejscu siarki tellur 78 (X = Te, R = t-Bu) i 79 (X = Te, R = Me). W przypadku pochodnej tellurowej zamiast zwizku 77 do syntezy uyto poczenia 80 [16].
Zwizki 79 s potencjalnymi akceptorami elektronw dla przewodnikw organicznych [15,16].
Podsumowanie W artykule omwiono syntetycznie uyteczne pochodne cyklopropenu, przedstawiajc pochodne cyklopropenu zawierajace boczne acuchy wglowodorowe, pochodne cyklopropanu funkcjonalizowane podstawnikami
52 Adrian Zajc, Tomasz Girek, Jzef Drabowicz
metaloorganicznymi oraz chinonowe pochodne cyklopropanu; scharakteryzowano ich syntezy i reaktywno oraz moliwoci zastosowa.
Literatura 1. H. E. Rodd, Chemistry of Carbon Compounds, vol. II, part A Alicyclic Compounds,
Elsevier Publishing Company, Amsterdam 1953; 2. M. C. McKenna, R. J. Kim, C. E. McKenna, Tetrahedron Lett. 1995, 36, 2223; 3. J. R. Al Dulayymi, M. S. Bard, H. H. Hussain, B. J. Alhourani, A. M. Y. Alhabashna, S.
J. Coles, M. B. Hursthouse, Tetrahedron Lett. 2000, 41, 4205; 4. S. M. Blankenship, J. M. Dole, Postharvest Biology and Technology 2003, 28, 1; 5. M. M. Haley, B. Biggs, W. A. Looney, R. D. Gilbertson, Tetrahedron Lett. 1995, 36,
3457; 6. S. Turchi, D. Giomi, C. Capaccioli, R. Nesi, Tetrahedron 1997, 53, 11711; 7. M. A. Kirms, S. L. Salcido, L. M. Kirms, Tetrahedron Lett. 1995, 36, 7979; 8. E. I. Klimova, M. M. Garcia, T. Klimova, C. A. Toledano, R. A. Toscano, L. R. Ramirez,
J. Organomet. Chem. 2000, 598, 254; 9. E. I. Klimova, M. M. Garcia, T. Klimova, J. M. M. Stivalet, S. H. Ortega, L. R. Ramirez,
J. Organomet. Chem. 2002, 659, 56; 10. E. I. Klimova, T. Klimova, S. H. Ortega, M. E. Rabell, L. R. Ramirez, M. M. Garcia, J.
Organomet. Chem. 2004, 689, 2395; 11. S. Araki, T. Tanaka, T. Hirashita, J. Setsune, Tetrahedron Lett. 2003, 44, 8001; 12. D. E. Wellman, K. R. Lassila, R. West, J. Org. Chem. 1984, 49, 965; 13. J. L. Benham, R. West, J. A. T. Norman, J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 5047; 14. D. E. Wellman, R. West, J. Am. Chem. Soc. 1984, 106, 355; 15. K. Takahashi, S. Tarutani, J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1994, 519; 16. S. Tarutani, T. Mori, H. Mori, S. Tanaka, K. Takahashi, Chem. Lett. 1997, 627;
Adrian Zajc Tomasz Girek Jzef Drabowicz
Synthetically useful reactions of cyclopropene derivatives
Abstract: Syntheses and reactivity of cyclopropene derivatives bearing side carbon chains, metalloorganic substituents and quinone-like substituents are presented. The selected properties of these compounds are also described.
Keywords: cyclopropene, cyclopropenone, ferrocenylcyclopropene, quinocyclopropene, cycloaddition.
PRACE NAUKOWE Akademii im. Jana Dugosza w Czstochowie
Seria: CHEMIA I OCHRONA RODOWISKA 2008, XII, 53-82
Adrian Zajc a,b Tomasz Girek a aInstytut Chemii i Ochrony rodowiska, Akademia im. Jana Dugosza,
42200 Czstochowa, Al. Armii Krajowej 13/15, [email protected] bCentrum Bada Molekularnych i Makromolekularnych, Polska Akademia Nauk, Zakad Chemii
Heteroorganicznej 90 363 Ld, ul. Sienkiewicza 112.
Syntetycznie uyteczne reakcje pochodnych cyklopropenonu
Streszczenie: Omwiono metody syntezy i reaktywno cyklopropenonu i jego wybranych pochodnych, opisano rwnie ich niektre waciwoci fizykochemiczne.
Sowa kluczowe: cyklopropenon, difenylocyklopropenon, cykloaddycja, ekspansja piercienia, redukcja, podstawienie elektrofilowe.
Pierwszy zwizek zawierajcy ukad cyklopropenonu, 2,3-difenylocyklo-propenon, otrzymali niezalenie w 1959 r. Breslow [1a] oraz Volpin [1b] ze wsppracownikami [1a-c]. Po raz pierwszy cyklopropenon zosta otrzymany i scharakteryzowany w roztworze w zespole Breslowa [2a] w 1967 roku, a nastpnie wyizolowany [2b].
Cyklopropenon jest bezbarwn ciecz o temperaturze topnienia -28oC. W temperaturze -78C i nieobecnoci powietrza jest trway przez wiele miesicy, ale w temperaturze pokojowej szybko polimeryzuje. W roztworze, szczeglnie w polarnych rozpuszczalnikach organicznych, jest duo bardziej stabilny. Naley podkreli, e cyklopropenon, mimo napronej budowy czsteczki jest bardzo trway [2c].
Interesujca chemia cyklopropenonu i jego pochodnych niewtpliwie wie si z faktem, e ich paskie, naprone struktury s opisane przez dwie formy mezomeryczne 1 2 (Rwn. 1), co powoduje, e pochodne cyklopro-penonowe wykazuj wielokierunkow reaktywno [3], cho ich aromatyczno jest cigle dyskusyjna [4].
54 Adrian Zajc, Tomasz Girek
O O
1 2RR RR
(1)
Wzrost zainteresowania pochodnymi cyklopropenonu jest zwizany
rwnie z ich dziaaniem biologicznym. Midzy innymi struktur tak posiada antybiotyk penitrycyna. Ostatnio zsyntetyzowany, zawierajcy cyklopropenon peptyd okaza si by inhibitorem proteinaz, m.in. papainy [5-7].
1. Otrzymywanie pochodnych cyklopropenonu Typowe syntezy cyklopropenonw wykorzystuj nastpujce reakcje:
a) addycja dihalogenokarbenw do pochodnych acetylenu (dihalogenocyklopropanowanie), z towarzyszc jej hydroliz porednich gem-dihalogenocyklopropenw;
b) wprowadzenie podstawnikw w pozycje 2 i 3 acetalu cyklopropenonu z nastpn jego deprotekcj;
c) arylowanie i alkilowanie metod FriedelaCraftsa zwizkw aromatycznych jonem trichlorocyklopropenyliowym;
d) zasadowa cyklizacja 1,3-dibromoketonw; e) metalowanie acetali cyklopropenonu [8].
Ulepszon metod generowania gem-difluorocyklopropanw zastosowano
rwnie ostatnio z powodzeniem do syntezy gem-difluorocyklopropenw [9]. Dla licznych alkinw wydajnoci byy bliskie ilociowej. Stwierdzono, e gem-difluorocyklopropeny otrzymywane t metod byy analitycznie czyste i dlatego mona je byo przechowywa przez nieokrelony czas bez dostpu wilgoci, jednake w jej obecnoci gwatownie hydrolizoway z utworzeniem cyklopro-penonw 3a f. Metod t zastosowano z powodzeniem do konwersji zwizku 4 do cyklopropenonu 5 (Rwn. 2) [9].
Syntetycznie uyteczne reakcje pochodnych cyklopropenonu 55
R1 R2
3
a: R1 = Ph, R2 = H
b: R1 = C6H13, R2 = H
c: R1 = C8H17, R2 = H
d: R1 = C3H7, R2 = CH3
e: R1 = C3H7, R2 = C3H7
f: R1 = Ph, R2 = CH3
4
(CH2)7 (CH2)7H3C COOCH3
5
O
(CH2)7 (CH2)7
F F
H3C COOCH3
O
(2)
Dialkilocyklopropenony 8 (R, R = Me, Et, n-Pr, n-pentyl lub RR = -(CH2)6-, -(CH2)10-, -(CH2)13-) tworzyy si w jednoetapowej reakcji alkinw 6 z agodnym reagentem karbenoidowym LiCCl33THF (powstaym in situ w reakcji n-BuLi, CHCl3 i THF), ktrej towarzyszya kwasowa hydroliza przejciowych zwizkw 7 (Schemat 1). Jako produkty uboczne uzyskano niewielkie iloci ynonw 9 [7].
R R'
6
n-BuLi
CHCl3
THFR R'
Cl Cl
7
R R'
8
O
R
9
O
R'
+
THF =
O
Schemat 1
Za pomoc tego samego ukadu karbenoidowego moliwe byo rwnie przeprowadzenie regioselektywnego cyklopropanowania o-dialkinylo-podstawionego benzenu 10 w cyklopropenon 11 (Schemat 2). Niestety, konwersja na etapie cyklopropanowania bya niewielka (9%), a o-alkinylo-fenylocyklopropenon 11 okaza si nietrway [1].
56 Adrian Zajc, Tomasz Girek
Me
SiMe310
n-BuLi/CHCl3THF
SiMe3
Me
Cl Cl
st. HCl
SiMe3
Me
11
O
Schemat 2
Chlorofluorokarben, otrzymany w warunkach katalizy przeniesienia fazowego moe suy jako czynnik cyklopropanujcy; przycza si on do alkinw duo atwiej ni dichlorokarben. Niektre wielopodstawione lub charakteryzujce si du zawad przestrzenn acetyleny, ktre nie ulegaj addycji z :CCl2, reaguj z :CClF [10]. Jednak dobre wydajnoci osignito dla alkinw, takich jak 12d i 12m, zawierajcych grupy aromatyczne i alifatyczne o umiarkowanych rozmiarach przestrzennych. Natomiast dla pochodnych z grupami o duej zawadzie przestrzennej lub zawierajcymi halogeny zaobserwowano spadek wydajnoci (12b, 12c, 12g, 12j, 12l, 12p) (Rwn. 3) [10].
Syntetycznie uyteczne reakcje pochodnych cyklopropenonu 57
R1 R2
O
R1 R21213
a 1-adamantyl
R1
1-(1-t-butylo)cyklopropyl
R2
b 1-adamantyl 1-(1-t-butylo-2,2-dichloro)cyklopropyl
c 1-adamantyl 1-(1-t-butylo-2-chloro-2-fluoro)cyklopropyl
d 1-adamantyl mezytyl
e 1-t-butyl 1-(1-metylo)cyklopropyl
f mezytyl mezytyl
g mezytyl 1-(1-t-butylo-2,2-dichloro)cyklopropyl
h mezytyl 1-(1-t-butylo-2-chloro-2-fluoro)cyklopropyl
i mezytyl 2-(2-metoksypropyl)
j mezytyl 2-(2-metoksy-3,3-dimetylo)butyl
k mezytyl 2-(2-tetrahydropiranyloksy)propyl
l 1-adamantyl 2-(2-tetrahydropiranyloksy)propyl
m mezytyl (1-tetrahydropiranyloksy)etyl
n mezytyl 1-(1-tetrahydropiranyloksy-2,2-dimetylo)propyl
o mezytyl dietoksymetylp mezytyl trietoksymetyl
(3)
Alternatywna metoda otrzymywania pochodnych cyklopropenonu
wykorzystuje reakcj wprowadzania podstawnikw w pozycj 2 i 3 piercienia cyklopropenowego acetalu cyklopropenonu. I tak 1,3-dichloroaceton 14 przeprowadzono w acetal 15. Reakcja 15 z amidkiem sodu w ciekym amoniaku prowadzia do soli sodowej acetalu cyklopropenonu 16. W reakcji tej soli z bromkiem n-butylowym lub n-amylowym otrzymano odpowiednie acetale 2-alkilocyklopropenonu 17a i 17b (wydajno ok. 80%). Acetal 17b deprotonowano za pomoc n-BuLi uzyskujc sl 18, ktra z kolei reagowaa z jodkiem metylu tworzc acetal 2-butylo-3-metylocyklopropenonu 17c (wydajno 64%). Sl litow 18 transmetalowano rwnie chlorkiem cynku do pochodnej cynkoorganicznej 19, ktra ulegaa katalizowanemu palladem sprzganiu z jodobenzenem, tworzc acetal 2-butylo-3-fenylocyklopropenonu 17d (wydajno 59%) (Schemat 3). Poniewa cyklopropenony s wraliwe na dziaanie kwasw, deprotekcj acetali 17 prowadzono w agodnych warunkach.
58 Adrian Zajc, Tomasz Girek
Stwierdzono, e w wyniku transacetalizacji w acetonie, katalizowanej ywic jonowymienn Amberlit 15 uzyskano najlepsze wydajnoci pochodnych cyklopropenonw 20 (Rwn. 4) [1, 8].
Cl Cl
O
14
OH OH
Me Me
/TsOH
Cl Cl15
O O
Me Me
NaNH2/NH3
16
O O
Me Me
Na
n-C5H11Br/Et2O
lub n-C4H9Br/Et2O
17
O O
Me Me
R
a: R = n-C5H11b: R = n-C4H9
n-BuLi/HMPA
THF
18
O O
Me Me
Bu Li
MeI/THF
17c
O O
Me Me
Bu Me
ZnCl2/THF
19
O O
Me Me
Bu2 Zn
Pd(PPh3)4/PhI
17d
O O
Me Me
Bu Ph
HMPA =
P
O
NN
NMe
MeMe Me
Me
Me
TsOH =
Me
S OO
OH
Schemat 3
OO
Me Me
Bu R
17a - d
Amberlit 15/aceton
Bu R
20a - d
O
(4)
Syntetycznie uyteczne reakcje pochodnych cyklopropenonu 59
Metod acetalow zastosowano rwnie w syntezie nowej klasy silnych, nieodwracalnych inhibitorw proteinaz cysteinowych 26, zawierajcych czsteczk cyklopropenonu. Acetal cyklopropenonu 21 litowano w obecnoci N,N,N,N--tetrametyloetylenodiaminy (TMEDA), a nastpnie transmetalowano do soli dichlorocerowej i poddano reakcji z N-Boc-aminoaldehydami 22, otrzymujc alkohole 23. W nastpnym etapie dokonano ich deacetalizacji, otrzymujc aminy 24 jako sole z TsOH lub HCl (Schemat 4). Czsteczk kwasu karboksylowego (S)-N-cykloheksylometoksykarbonyloleucyny 25 aktywowano chloromrwczanem izobutylu w obecnoci trietyloaminy, a otrzymany bezwodnik poddano reakcji z aminami 24, co dao oczekiwane zwizki 26 (Rwn. 5) [11].
OO
Me Me
R2
21
R1 = alkil
R2 = H, alkil, winyl, aryl
1. TMEDA, CeCl3
BocHN
R1
H
O22
2.
OO
Me Me
R2
23
BocHN
OH
R1
O
R2H2N
OH
R1
HX X = OTs lub Cl
24N
NMe
Me
Me
Me
TMEDA =Boc =O
O
Me
MeMe
MeS
O
O
Ts =
Schemat 4
60 Adrian Zajc, Tomasz Girek
OHN
O
Me
Me
OH
O
25
1. ClCOOi-Bu/Et3N
2. 24
OHN
O
Me
Me
NH
O
26
R1
OH
R2
O(5)
Arylowanie i acylowanie metod Friedela Craftsa wykorzystywano
rwnie do otrzymywania podstawionych cyklopropenonw. Reakcja tetrachlorocyklopropenu 28 z bezwodnym chlorkiem glinu prowadzi do utworzenia kationu trichlorocyklopropeniowego. Wykorzystano go nastpnie jako czynnik elektrofilowy w alkilowaniu zwizkw aromatycznych 27, ktre z kolei prowadzio do otrzymania kationu arylodichlorocyklopropeniowego 29.
W wyniku jego kontrolowanej hydrolizy w mieszaninie acetonu i wody uzyskano arylohydroksycyklopropenon 30 ze redni wydajnoci. W reakcji soli 29 z metanolem i po nastpnej hydrolizie stonym kwasem solnym powstaje arylometoksycyklopropenon 33. Zwizek 33 otrzymano alternatywnie poprzez estryfikacj arylohydroksycyklopropenonu 30 diazometanem. Traktowanie fenylohydroksycyklopropenonu 30 chlorkiem tionylu przeksztaca go w niestabilny arylochlorocyklopropenon, ktry z anilin tworzy 2-fenylo3-N-fenyloaminocyklopropenon 31. Reakcja soli arylocyklopropeniowej 29 z drug czsteczk zwizku aromatycznego prowadzi do produktw 32 (Schemat 5) [1c].
Syntetycznie uyteczne reakcje pochodnych cyklopropenonu 61
R
27
Cl Cl
Cl Cl
AlCl3
28
Cl
Cl
R
AlCl4
29
1. ArH2. H2O
O
R 32 R
1. MeOH2. HCl
O
OMe
33
MeO Br
aceton/H2O
O
OH
R 30
CH2N2
1. SOCl22. PhNH2
O
NHPh
31
Schemat 5
Metod t otrzymano rwnie symetrycznie podstawione diarylocyklopropenony 34 [12].
Ar Ar
O
34
Ar = 4-tert-butylofenyl 2,4-dimetylofenyl 2,5-dimetylofenyl mezytyl
Cyklizacja dibromoketonw, bdca kolejn metod syntezy
podstawionych cyklopropenonw, polega na otrzymaniu odpowiedniego dibromoketonu, a nastpnie na jego debromowaniu w obecnoci zasad [13 a, b].
Metod t otrzymano difenylocyklopropenon 37 wychodzc z 1,3-difenyloacetonu 35, poprzez trway, wyizolowany produkt poredni 36 (Schemat 6) [13 a, b].
62 Adrian Zajc, Tomasz Girek
O
35
Br2/AcOH
O
36
Br Br
Et3N
- Et3N HBr
O
37 Schemat 6
Ponadto opracowano niekonwencjonaln metod syntezy
difluorocyklopropenonu 39. Otrzymano go z wydajnoci 21% poprzez fotoliz w fazie gazowej bezwodnika difluoromaleinowego 38 (Rwn. 6). Zwizek okaza si nietrway w temperaturze pokojowej, ale mg by przechowywany przez duszy czas w temperaturze -78oC [14].
O
O
O
F
F
38
h
F
F
O
39
+ CO2 (6)
2. Reaktywno pochodnych cyklopropenonu 2.1. Cykloaddycja difenylocyklopropenonu
Intensywno bada nad reaktywnoci difenylocyklopropenonu zwizana
jest niewtpliwie z jego aktywnoci biologiczn [15-17]. Opisano wiele reakcji difenylocyklopropenonu ze zwizkami
azaaromatycznymi. Ze wzgldu na obecno sprzonego ukadu elektronw difenylocyklopropenon zachowywa si w tych reakcjach jak typowy elektrofil
Syntetycznie uyteczne reakcje pochodnych cyklopropenonu 63
i ulega cykloaddycji do piercienia heterocyklicznego, zawierajcego woln par elektronow na atomie azotu.
Przykadami tego typu cykloaddycji mog by wysokowydajne syntezy rnych 2,3-difenylo-1-hydroksyindolizyn 41 i ich estrw 42, wykorzystujce podstawione pirydyny 40 (R = H, Me, Et, CN, CHO, COOH, MeOCO, t-Bu, H2NCO, MeCO) i difenylocyklopropenon 37 (Schemat 7), oraz nowa bezrozpuszczalnikowa metoda syntezy 1,2-difenylo-3-hydroksyindolizyn 44 i ich estrw 45 (Schemat 8) [18].
Stwierdzono przy tym, e w reakcji 4-cyjanopirydyny 43 (R = CN) z 37 w dichloroetylenie (DCE) w podwyszonej temperaturze powstawa zwizek 41 (R = 4-CN); jego estrowe pochodne inhibituj dziaanie 15-lipoksygenazy (15-LO), ktra uczestniczy w utlenianiu lipoprotein o niskiej gstoci (LDL) i moe by jednym z czynnikw wywoujcych arterioskleroz [19].
N
R
40
+ 37
N
R
41
OH (R'CO)O lub R'COCl
pirydyna
N
R
42
OCOR'
Schemat 7
N
43
+ 37
N
44
R'COClN
45
R'COO
R
HO
+ 41
R R
+ 42
Schemat 8
64 Adrian Zajc, Tomasz Girek
Podobnie przebiega reakcja cyklizacji pirydazyny 46
z diefenylocyklopropenonem 37 prowadzca do pirolo[1,2-b]pirydazyn-5-olu 47. Funkcjonalizacja grupy hydroksylowej w 47 za pomoc chlorkw kwasowych lub bezwodnikw, halogenkw alkilowych, chloromrwczanw lub izocyjanianw w obecnoci odpowiedniej zasady umoliwia uzyskanie pirolo[1,2-b]pirydazyn 48, bdcych aktywnymi inhibitorami utleniania lipidw in vitro (Schemat 9) [20].
NN
46
+ 37DCE
NN
47
OHN
N
48
OR
R = MeCO-, Me(CH2)14CO-, Me-, Et-, MeOCO-, PhNHCO-,
CF3SO2-, p-Me-C6H4-SO2-, Cl2OP-, (EtO)2OP-,N
N OCO(CH2)4CO-
Schemat 9
Natomiast reakcja 2-alkiloamino-1-azaazulenw 49 z 37 powstaje 1,2-
difenylo-3H-9-azacyklopent[a]azulen-3-on 50 i mieszanina izomerw N-(1-azaazulen-2-ylo)-N-etylo-2,3-difenylo-2-propenamidu 51 (Rwn. 7) [21].
Syntetycznie uyteczne reakcje pochodnych cyklopropenonu 65
N
NHR
49
37+
N
50
O
+
N
N
51
R O
H
R = Et lub i-Pr (7)
Difenylocyklopropenon ulega rwnie cykloaddycji z rnego rodzaju
ylidami. I tak, w reakcji ylidu azotowego 52 ze zwizkiem 37 uzyskano dwa produkty. Jednym z nich bya 5,7-dimetylo[1,2,4]triazolo[1,5-a]pirymidyna 53 (wydajno 74,5%), a drugim 6-(4-bromofenylo)-3,4-difenylo-2H-piran-2-on 54 (wydajno 62,5%) (Rwn. 8) [22].
N
N
N
N
Me
Me
O
Br
52
37
N
N
N
N
Me
Me
53
+
O O
Br 54
(8)
Podobnie reakcja acylometylidenw pirymidyniowych 55 (X = CR) i ich
azotowych analogw, acyloimidw 55 (X = N) z 37 przebiega z utworzeniem odpowiednio pironw 56 (X = CR) lub oksazynonw 56 (X = N), ktrym towarzyszy pirydyna (Rwn. 9) [23].
W analogicznej reakcji ylidw 57 dziaaaniem 37 samorzutnie powstaje pirymidon 58 i siarczek dimetylowy (Rwn. 10) [23].
66 Adrian Zajc, Tomasz Girek
N
X
R
O
55
+ 37
N
+
X
O
O
R
56
(9)
SN
Me
Me
N 37
57
N
N
O
58
+ S
Me
Me
(10)
Ylidy siarkowe 59, otrzymane in situ z odpowiednich soli sulfoniowych,
poddane reakcji z 37 tworz 3,4,6-trifenylo--pirony 60, odznaczajce si zielonkawot lub czerwonaw fluorescencj (Rwn. 11) [24].
Y
O
S
Me
Me
37/THF
O
O
Y
59
60Y = H, Cl, Ph, MeO, NO2, Et2N
(11)
Badano take reakcj tiaazafenantrenw [25] i tianaftalenw [26] z 37
w rnych rozpuszczalnikach. W wyniku reakcji 61 (R = Me, Et, Pr) z 37 w etanolu uzyskano uzyskano ester etylowy 62 (wydajno 16-34%) (Schemat 10), natomiast ta sama reakcja prowadzona w benzenie przebiega z utworzeniem pochodnych 4-chinolonu 63 (Schemat 10) [25].
Syntetycznie uyteczne reakcje pochodnych cyklopropenonu 67
NS
R
6137/EtOH
37/benzen
NH
62
RS
O
O
Me
NH
63
SR
O
Schemat 10
Ylidy selenowe rwniez ulegaj podobnej reakcji. Stwierdzono, e 1,3-
dipolarna cykloaddycja reaktywnych selenowych karbonyloylidw 65 z 37 stanowi dogodn metod syntezy 3,4,6-triarylo-2-pironw 66. Stabilne sole selenoniowe bromki aryloacylodimetyloselenoniowe 64 s zwizkami wyjciowymi w tej syntezie. Deprotonowanie ich metanolowym roztworem wodorotlenku potasu przebiega z utworzeniem odpowiednich ylidw 65, z ktrych bez wyizolowania, w reakcji z 37 uzyskano produkty 66 (Schemat 11) [27].
SeMe
Me
Ar
O64
Br
-HBrSe
Me
Me
Ar
O
65
37
O OAr66
Ar = Ph, 2-tienyl, 2-selenienyl, 2-furyl, 1-metylo-2-pirolil
Schemat 11
68 Adrian Zajc, Tomasz Girek
Podobnie reaguj z cyklopropenonem ylidy azotowe. W reakcji [2+3] cykloaddycji difenylocyklopropenonu 37 do imin azometinowych 68 tworzcych si z 6-arylo-1,5-diazabicyklo[3.1.0]heksanw 67 otrzymano z dobr wydajnoci tricykliczne 4a,7b-diazacyklopenta[cd]inden-7-ony 69 (Schemat 12) [28].
N N
Ar
R R67
NN
H
Ar
68
2 37N N
Ph
Ph
O
R R
Ph
H
Ar
Ph
69
R = H, Me,
Ar = 4-MeOC6H4, Ph, 4-ClC6H4, 4-BrC6H4.
Schemat 12
Difenylocyklopropenon 37 w pewnych warunkach moe stanowi dienofil
zarwno wzgldem dienw cyklicznych, jak i acyklicznych, ulegajc [4+2] cykloaddycji. Reaktywny furan, 3,4-dimetoksyfuran 70, ulega takiej wanie cykloaddycji z 37 we wrzcym toluenie dajc 2,3-dimetoksy-5,6-difenylofenol 72 z wydajnoci 24%. Zwizek 72 tworzy si prawdopodobnie poprzez dekarbonylowanie i przegrupowanie tworzcego si wstpnie adduktu 71 (Rwn. 12) [29].
O
MeO OMe
70
37
OMeO
MeO O
H
H
71
- CO
MeO
MeO
OH
72
(12)
Ylidy siarkowe 73, zachowujce si jako dieny acykliczne, reaguj inaczej
z 37 tworzc 2-pirony 74 (Rwn. 13) [30].
Syntetycznie uyteczne reakcje pochodnych cyklopropenonu 69
R2 S
OR1
Me
Me
73
37
OR1
R2
O
S
Me
Me
74
+ (13)
Difenylocyklopropenon ulega te cykloaddycji ze zwizkami acyklicznymi,
ktre nie s dienami, prowadzcej do ekspansji jego piercienia. Reakcja ta przebiega zarwno z udziaem, jak i bez udziau grupy karbonylowej.
Przykadem moe by reakcja 37 z cyjankiem trimetylosililowym 75 w obecnoci Fe2(CO)9, ktra w podwyszonej temperaturze prowadzi do 5-[N,N-bis(trimetylosililo)amino]-3,4-difenylo-2-furanokarbonitrylu 76 z wydaj-noci 41% (Rwn. 14) [31].
37 + Me3SiCN
75
kat.
ONC N
SiMe3
SiMe376
(14)
Podobnie 37 reaguje z hydroksyloaminami 77 (R = H, Me) tworzc 3,4-difenyloizoksazol-5(2H)-ony 78 (R = H, Me) i z 1,1-dimetylonitrozoetanem 79 tworzc 3,4-difenylo-2--tert-butyloizoksazol-5(2H)-on 78 (R = t-Bu) (Schemat 13) [32].
70 Adrian Zajc, Tomasz Girek
RNHOH
77
Me
Me
Me
N
O
79
3737
NO
OR
78
Schemat 13 Reakcja tego typu przebiega rwnie z cyklicznymi -diketonami; np.
z 5,5-dimetylo-1,3-cykloheksadionu 80 dziaaniem 37 uzyskano bicykliczny triketon 81 (Rwn. 15) [33].
Me
Me
O
O80
37/DMFMe
Me
O
O
PhPh
H
OH
Me
Me
O
O
Ph Ph
H
OH
81
(15)
Analogicznej reakcji ulegaj karbonylowe sole pirydyniowe. 6-Alkilo,
alkoksy- lub alkilotio-podstawione 3-(4-metanosulfonylofenylo)-4-fenylopiran-2-ony 84 otrzymano z nisk lub redni wydajnoci (9 44%) w wyniku kondensacji 82 z odpowiednimi halogenkami pirydyniowymi 83 w obecnoci zasady (Et3N) (Rwn. 16). Wyniki bada wykazay, e zwizek 84 (Y = S, R = Et) wykazuje siln i selektywn inhibicj izozymu COX-2 [34].
O
SO2Me
82
+ N
YR
O
X
83R = Me, Et, i-PrY = -, O, SX = Cl, Br
Et3N/benzen
O
SO2Me
O
RY 84
(16)
Syntetycznie uyteczne reakcje pochodnych cyklopropenonu 71
2.2. Cykloaddycja innych pochodnych cyklopropenonu
Niesymetryczne pochodne, takie jak fenylometylocyklopropenon 85 wykazuj ambidentn reaktywno z nukleofilami. I tak, w reakcji 85 z ylidem 86 otrzymano 4-metylo-2-piron 87, podczas gdy w reakcji z 2-aminopirydynami 88 powstaj 3-metylopirydopirymidynony 89 (Schemat 14) [35].
Me
O
85
Ph3PPh
O
86N
R
NH2
88
O
Me
O
87
N
N
HR
H
H
Me
O
89
Schemat 14
Inaczej przebiega reakcja 90 z 2-izopropylo-3-fenylocyklopropenonem 91, dajca produkt, ktry izomeryzuje na silikaelu w eterze z utworzeniem egzo-92 (Rwn. 17) [36].
N
Me
Me
H
NMe2
+Me
Me
O
90 91
1.MeCN
2. SiO2/Et2O
N
Me
H
92
Me2NMe
O
Me
Me (17)
Znanych jest te kilka stechiometrycznych reakcji cyklopropenonw
z kompleksami metali przejciowych dajcych metalocyklobutenony [37], kompleksy maleoilometaliczne [38] i dwurdzeniowe kompleksy [39] tworzce si przez rozerwanie wizania C-C. Kompleksy te wykazyway waciwoci katalizatorw. Opierajc si na powyszych wynikach opracowano now, katalizowan rutenem dimeryzacj cyklopropenonw i kodimeryzacj cyklopropenonw z alkinami [40].
I tak, poddajc mieszanin cyklopropenonu 93, Ru3(CO)12 i Et3N w THF
dziaaniu tlenku wgla pod cinieniem 15 atm w 140oC przez 20 h uzyskano produkt karbonylacyjnej dimeryzacji, tj. tetrapodstawiony piranopiranodion 94, z du wydajnoci i wysok selektywnoci (Rwn. 18) [40].
72 Adrian Zajc, Tomasz Girek
R R
O
93
+ 2 CORu3(CO)12/Et3N
THF
O
O
O
O
R
RR
R
94
R = Et, n-Pr, n-Bu, -(CH2)6-
(18)
2.3. Reakcje z enaminami i enaminonami
Reakcje pochodnych cyklopropenonu z enaminami [41 43] i enaminonami [44 46] prowadz zarwno do acyklicznych, jak i cyklicznych produktw.
Reakcja enamin 95 ze zwizkiem 37 przebiega poprzez ylidy 96 i betainy 97 dostarczajc amidw 98, powstaych przez C,N-insercj, jako gwnych produktw [42,43], cho w kilku reakcjach produktami ubocznymi lub nawet gwnymi byy -aminocyklopentenony 99, -aminony 100 i cyklopentenony 101 powstae, odpowiednio, przez addycj [41], C,C-insercj [42,43] i kondensacj [43] (Schemat 15).
Stwierdzono rwnie, e difenylocyklopropenon reagowa z karbonylowymi enaminami, czyli enaminonami [44 46]. I tak, w reakcji 37 z pierwszo- i drugorzdowymi acyklicznymi enaminonami 102ac we wrzcym toluenie uzyskano 1,5-dihydro-2H-pirol-2-ony 103ac z dobr wydajnoci (Rwn. 19). W reakcji pierwszorzdowego cyklicznego enaminonu 104 powstaje 1,5-dihydro-4H-pirol-4-on 105 (Rwn. 20), podczas gdy w reakcji drugorzdowego cyklicznego enaminonu 106 otrzymano 107 jako gowny produkt cykloaddycji i zwizek 108 jako produkt uboczny (Rwn. 21) [44].
Syntetycznie uyteczne reakcje pochodnych cyklopropenonu 73
R1
R2
N
R3
R5
R4
95
37
N
R5 R4
O
R3
R2
R1
96
N
R5 R4
O
R3
R2
R1
97
O
R3R2
R1
NR5
R4
99
R3 R1
O
R2 N
R5
R4
100
O
R1R3R2
101
R3 O
R1
R2 N
R5
R4
98
C,N-insercja
C,C-insercja
addycja
kondensacja
Schemat 15
Me
NR2 R3
R1
O
102
a: R1 = Me, R2 = R3 = H
b: R1 = R2 = Me, R3 = H
c: R1 = OEt, R2 = R3 = H
37 N
O
R2
Me
R1O103
a: R1 = Me, R2 = H
b: R1 = R2 = Me
c: R1 = OEt, R2 = H
(19)
74 Adrian Zajc, Tomasz Girek
O
NH2
Me
Me104
37
O
Me
Me
105
HN
O
(20)
O
Me
MeNH
Me
106
37Me
Me
107
N
Me
O
O
O
+Me
Me
1