Окислительные превращения алкенов, алкинов и кетонов реагентами на основе фенилиодозодиацетата и диметилсульфоксида тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.03, кандидат химических наук Жолобова, Галина Александровна

• Жолобова, Галина Александровна
• кандидат химических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат химических наук Жолобова, Галина Александровна

Введение.

Глава 1. Литературный обзор. Арилиодозокарбоксилаты.

1.1. Органические соединения поливалентного иода. Классификация, номенклатура.

1.2. Методы получения арилиодозокарбоксилатов.

1.3. Реакции взаимодействия различных классов соединений с арилиодозокарбоксилатами.:.

1.3.1. Реакции с алкенами в комбинациях с различными активаторами и окислителями.

1.3.2. Реакции с алкинами.

1.3.3. Реакции взаимодействия с карбонильными соединениями.

1.3.3.1. Окисление в щелочной среде.

1.3.3.2. Окисление в нейтральной и кислой средах.

1.3.3.3. Реакция циклизации.

Глава 2. Реакции фенилиодозодиацетата с алкенами, алкинами и кетонами.

2.1. Перегруппировка алкенов в кислых средах под действием ФИА.

2.2. Химические превращения алкинов при действии фенилиодозодиацетата в присутствии Н2804.

2.3. Функционализация кетонов.

2.4. Экспериментальная часть.

Глава 3. Реагенты на основе ДМСО в новых окислительных превращениях циклических кетонов и арилзамещенных ацетиленов.

3.1. Окисление циклических кетонов реагентом НВг

ДМСО.

3.2. Новый подход к синтезу несимметричных гетероциклических 1,2-дикетонов.

3.3. Необычное окислительное расщепление связей арилэтинил полиметиларилацетиленов иодом в диметилсульфоксиде.

3.4. Экспериментальная часть.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Окислительные превращения алкенов, алкинов и кетонов реагентами на основе фенилиодозодиацетата и диметилсульфоксида»

Актуальность темы. Постоянное расширение органического синтеза происходит благодаря открытию новых реакций и реагентов, а также в связи с углублением знаний о химических свойствах уже известных соединений. Кафедра органической химии и технологии органического синтеза Томского политехнического университета на протяжении последних 55 лет ведет исследования по разработке новых реагентов и реакций для органической химии. Одним из научных направлений кафедры является разработка новых реагентов на основе соединений поливалентного иода и диметилсульфоксида (ДМСО).

В последнее время отмечен огромный интерес к соединениям поливалентного иода, который обусловлен их богатыми синтетическими возможно> стями. Преобладающей тенденцией в данной области является поиск новых соединений поливалентного иода, как реагентов для органического синтеза. Порой данные исследования требуют использования сложных методик, труднодоступных исходных соединений, специальные условия хранения и т.п.' В связи с этим актуальным является расширение синтетического потенциала одного из самых доступных и практически безопасных представителей класса поливалентных соединений - фенилиодозодиацетата (ФИА).

Многообразие свойств диметилсульфоксида позволило внести в практику органического синтеза новые реагенты окисления арилсопряженных алкенов и алкинов до 1,2-дикарбонильных соединений. В расширении препаративных возможностей реагентов на основе ДМСО (НВгвод./ДМСО, Рс1С12/ДМСО и 12/ДМСО) представляется актуальным исследование их действия на ранее неизученные соединения, например, такие как алифатические кетоны, полимети-ларилацетилены и гетероарилацетилены. Кроме того, представляется интересным и изучение окислительной способности реагента, представленного комбинацией двух окислителей - ФИА и ДМСО.

Диссертация выполнялась на кафедре органической химии и технологии органического синтеза Томского политехнического университета и на кафедре химии Сибирского государственного медицинского университета по программам, поддержанным проектами Российского фонда фундаментальных исследований (грант РФФИ 96-03-33054а и 00-03-32812а), Министерства Образования (грант МО Э02-5.0-176) и индивидуальным грантом Томского политехнического университета для молодых ученых, а также является составной частью госбюджетной темы Томского политехнического университета.

Цель работы: поиск новых направлений использования ФИА и реагентов на основе ДМСО (НВгвод./ДМСО, 12/ДМСО, Р<Ю12/ДМСО) в органическом синтезе. Научная новизна:

1) Впервые показано, что алкены, алкины и непредельные кетоны под действием ФИА в присутствии кислот претерпевают окислительные перегруп пировки в соответствующие карбонильные соединения, карбоновые кислоты и их производные. Найдено, что арилалкилкетоны а-гидроксилируются при комбинации ФИА и ДМСО в кислой среде.

2) Установлено, что при действии на 1,4-дифенилбутадиен ФИА и 50%-ного метанольного раствора серной кислоты протекает реакция 1,2-диметоксилирования. Полученные результаты являются первым примером преимущественного 1,2-присоединения к диенам с использованием соединений поливалентного иода.

3) Впервые исследовано действие водного НВг/ДМСО на циклические кетоны - циклопентанон, 5,5-диметилциклогексан-1,3-дион (димедон) и 4,4-диметилциклогексан-1,3-дион. Показано, что в случае циклопентанона и димедона ожидаемые вицинальные дикарбонильные соединения (в еноль-ной форме) подвергаются бромированию с образованием синтетически привлекательных бромсодержащих ди- и трикетонов. Кроме того, установлен процесс сужения шестичленного цикла до пятичленного при окислении димедона.

4) На примере полиметиларилацетиленов открыто необычное окислительное расщепление арилэтинильной связи в атмосфере кислорода под действием иода в ДМСО. В инертной атмосфере тройная связь действием иода и ДМСО окисляется до 1,2-дикарбонильных соединений. Предложена гипотеза, объясняющая процесс расщепления связи арил-этинил.

Практическая значимость:

1) Найден доступный, малотоксичный и безопасный реагент на основе поливалентного иода (ФИА) для синтеза альдегидов, кетонов и их ацеталей.

2) В практику органического синтеза введены новые методы получения несимметричных гетероциклических 1,2-дикетонов, алифатических 1,2-ди-и 1,2,3-трикетонов, которые широко используются для синтеза различных классов органических соединений. Найденные новые реагенты окисления отличаются селективностью, удобством и доступностью.

Полученные карбонильные соединения и их ацетали могут использоваться в качестве полупродуктов в синтезе различных гетероциклических соединений - хиноксалинов, имидазолов, бициклических производных мочевин и термостойких полимеров

Список сокращений

АИК - арилиодозокарбоксилат, ArI(OCOR)2

ФИА - фенилиодозоацетат, фенилиодозодиацетат, PhI(OAc)2

ФИТФА - фенилиодозотрифторацетат, РЫ(ОСОСРз)г

ДМСО - диметилсульфоксид, (CH3)2SO

TEMPO - 2,2,6,6-тетраметилпиперидин - N - оксид

ТГФ - тетрагидрофуран

ТМОФ - триметилортоформиат, (НС(ОСН3)3)

Заключение диссертации по теме «Органическая химия», Жолобова, Галина Александровна

Выводы

1. Разработан новый подход к использованию фенилиодозодиацетата в органическом синтезе. Найдено, что фенилиодозодиацетат при активации минеральными и органическими кислотами реагирует с алкенами, алки-нами и кетонами с образованием карбонильных соединений и их ацета-лей. При действии на 1,4-дифенилбутадиен образуется продукт 1,2-присоединения. С алифатическими циклическими алкенами протекает реакция сужения цикла. Предложена новая система ФИА-ДМСО для а-гидроксилирования енолизируемых кетонов в кислотой среде.

2. Впервые проведено окисление алифатических пяти- и шестичленных циклических кетонов до ди- и трикарбонильных соединений действием 40I

47%-ного НВг в диметилсульфоксиде.

3. Открыто необычное окислительное расщепление связей арилэтинил по-лиметиларилацетиленов иодом в диметилсульфоксиде в присутствии кислорода. Установлено, что для протекания данного процесса необходимо наличие кислорода, иода и диметилсульфоксида. Выдвинуто предположение об образовании комплексов с переносом зарядов иода с полиметилза-мещенным ароматическим кольцом с последующим расщеплением связи арилэтинил под действием кислорода. В отсутствии кислорода протекает только реакция окисления до 1,2-дикарбонильных соединений.

4. Предложены удобные препаративные методы синтеза гетероциклических несимметричных 1,2-дикетонов реагентами РсЮЬ-ДМСО и 12-ДМСО. Обнаружено, что в реакциях с бензокраун-эфирами не происходит раскрытие макроцикла. ш

105

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Жолобова, Галина Александровна, 2003 год

1. Skulski L. Organic iodine (I, III, and V) chemistry: 10 years of development at the medical university of Warsaw, Poland // Molecules. 2000. - No.5. - P. 1331-1371.

2. Stang P.J., Zhdankin V.Y. Organic Polyvalent Iodine Compounds // Chem. Rev. 1996. (96)-P. 1123-1178.

3. Varvoglis A. Hypervalent iodine in organic synthesis // Academic Press, San Diego,1997.-223 c.

4. Varvoglis A. Polyvalent iodine compounds in organic synthesis // Synthesis .1984.-No. 9.-P. 709-726.

5. Moriarty Robert M., Vaid Radhe K., Koser Gerald F. Hydroxy(orgaosul fony-oxy)iodo.arenas in organic synthesis // Synlett. 1990. - No. 7. - P. 365-383.I

6. Moriarty R. M., Vaid R. K. Carbon-.carbon bond formation via Hypervalent iodine oxidations // Synthesis. 1990. - No. 6 - P. 431-447.

7. Varvoglis A. Chemical transformations induced by hypervalent iodine reagents // Tetrahedron. 1997. - Vol. 53. - No. 4 - P.l 179-1255.

8. Varvoglis A., Spyroudis S. Hypervalent iodine chemistry: 25 years of development at the university of thessaloniki // Synlett. 1998. - P. 221-232.

9. Kitamura T., Fujiwara Y. Recent progress in the use of hypervalent iodine reagents in organic synthesis. A review // Organic Preparations and Procedures Int. 1997. -Vol. 29. - No.4. - P. 409-458.

10. Moriarty R. M., Prakash O. Oxidation of phenolic compounds with organo-hypervalent iodine reagents // Organic reactions, Inc. Published by John Wiley& Sons, Inc., Canada, 2001 Vol.57. - P. 327-415.

11. Wirth T., Hirt Urs H. Hypervalent Iodine compounds: Recent Advances in Applications // Synthesis. 1999 . - No. 8. - P. 1271-1287.

12. Moriary R.M., Prakash О. Oxidation of carbonyl compounds with organo-hypervalent iodine reagents // Organic reactions, Inc. Published by John Wiley & Sons, Inc., Canada, 1999. P. 273-419.

13. Moriary R.M., Prakash O. Synthesis of heterocyclic compounds using organo-hypervalent iodine reagents // Academic Press. 1998. P. 1-66.

14. Grushin V.V. Cyclic diaryliodonium ions: old mysteries solved and new applications envisaged // Chem. Soc. Rev. 2000. - No. 29. - P. 315-324.

15. Togo H., Sakuratani K. Polymer-Suppoted Iodine Reagents // Synllet. 2002. -No 12.-P. 1966-1975.

16. Меркушев Е.Б., Шварцберг M.C. Йодистые органические соединения и синтезы на их основе. Томск, 1978. - 96 с.

17. Zhdankin V.V., Stang P.J. Recent Developments in the Chemistry of Polyvalent Iodine Compounds // Chem. Rev. 2002. (102). - P. 2523-2584.

18. Меркушев Е.Б. Применение арилиодозокарбоксилатов и ароматических иодпроизводных в органическом синтезе: Дис. док. хим. наук. -Томск, 1985.-298 с.

19. Willgerodt С. Die organischen ver bindungen mit mehrwertigem Jod. -Stuttgart: F.Enke,1914.

20. Neu R.Zur. Kenntnis der Aryejodid chloride Ber. - 1939. - B.72. - S.l 5051510.

21. Меркушев Е.Б. Препаративные синтезы иодароматических соединений // Томск, ун-т. Томск, 1985. 70 с.

22. Малетина И.И., Орда В.В., Ягупольский J1.M.

23. Ди(трифторацетоцетоксииодирование) ароматических соединений // Журн. орган, химии. 1974. - Т. 10, №2. - С.294-296.

24. Togo H., Nabana Т., Yamaguchi K. Preparation and Reactivities of Novel (Di-acetoxyiodo)arenas Bearing Heteroaromatics // J. Org. Chem. 2000. - Vol. 65, No. 24.-P. 8391-8394.

25. Ochiai M., Takaoka Y., Masaki Y. Synthesis of Chiral Hypervalent Organoio-dinanes, Iodo(III)binaphthyls, and Evidence for Pseudorotation on Iodine // J. Am. Chem. Soc. 1990."- Vol. 112, No. 12. - P. 5677-5678.

26. H.Togo, G.Nogami, M.Yikoyama. Synthesis Application of Polystyrene(iodoso diacetate). // Synlett. 1998. - No. 5. - P. 534-536.

27. Zhang J., Wang D., Di J., Li Y. Synthesis of crosslinked polystyrene diacetate and its application in conversion of aiylhydrazones to ketones // Yanbian Daxue Xyebao, Ziran Kexueban (Chines). 2000. - Vol. 26, No. 3. - P. 191,193. CA. 135:211398

28. Criegee R., Beucker H. Jodosoverbindungen als Oxydationsmitel // Justus1.ebigs Annalen der Chemie. 1939. - B. 541. - S. 218-238.

29. Tiecco M., Testaferri L., Tingoli M. Iodine (III) Mediated Acetoxy-Lactonization of Unsaturated Nitrils // Istituto di Chimica Organica, Perugia, Italy. Tetrahedron. 1990. - Vol 46, No.20. - P. 7139-7150.

30. Aoki K., Ogata Y. Reaction of Propylene with a Mixture of Iodine and Io-dosobenzene or Phenyl Iodine Diacetate // Bul.Chem.Soc.Jap. 1968. - Vol.41, N 6. - P. 1476-1477.

31. Карпицкая JI.Г, Новосельцева Г.И, Тихонова JI.A, Лебедев А.К., Мерку-шев Е.Б. Взаимодействие кетена с иодом и в присутствии фенилиодозо-ацетата//Журн. орган, химии. 1976. - Т.12, No 2. - С. 462-463.

32. Kirschning A. (Diacetoxyiodo)benzene DIB a Multitalented Oxidant in Organig Synthesis // J. fur praktische Chemie Chemiker-Zeitung. - 1998. - В. 340. - S. 184-186.

33. Kirschning A., Plumeier С., Rose L. Phosphonium Salts of Diacetoxyiodine (I) Anions, New Reagents for the Iodoacetoxylation of Alkenes // Chem. Comm. -1998.-No 1.- P. 33-34.

34. Ehrenfreund J., Zbiral E. Reaktionen Polyvalenter Jodverbindungen-III. Umwanddlung von Olefinen in a-Azidocarbonylverbindungen mit Hilfe von C6H5I(OAc)2-(CH3)3SiN3 // Tetrahedron. 1972. - V.28, No. 6. - P. 1697-1704.

35. Zbiral E., Nestler G. Transfereaktionen mit Hiefe von Phergl-Jodo-Soacetat-I. Zuk reakion vvvon olefinen mit C6H5l(OAc)2-(CH3)3SiN3. // Tetrahedron. -1970.-No 12.-P. 2945-2951.

36. Kirschning D., Hashem Md. A. Preparation of Haloazide Equavalents by Iodine (Ill)-Promoted Oxidation of Halide Anions // J.Org.Chem. -1999. Vol. 64, No 17.-P. 6522-6523.

37. Magnus P., Rol M.B., Hulme C. New trialkylsilyl enol ether chemistry: direct 1,2-bis-azidonation of triisopropyl silyl enol ethers: an azido radical addition process by TEMPO //J. Chem. Soc. Chem. Comn. - 1995.- No 2. - P.263-265.

38. Togo H., Aoki M., Yokoyama M. Reductive Addition to Electron-deficient Olefins with Trivalent Iodine Compounds // Tetrahedron. 1993. - Vol. 49, No. 36.-P. 8241-8256.

39. De Mico A., Margarita R., Mariani A., Piancatelli G. Radical Additions to Olefins in the Presence of Iodobenzenediacetate: an Easy Route to Alky; Dithiocy-anates // Tetrahedron Lett. 1996. - Vol. 37, No. 11. - P. 1889-1892.

40. Tingoli M., Tiecco M., Testaferri L., Temperini A. Iodosobenzene diacetate and diphenyl diselenide: an electrophilic selenenylating agent of double bonds // Synth. Commun. 1998. - Vol. 28, No. 10. - P. 1769-1778.

41. Miki M., Kaname S., Shinji W., Yuzuru M. Stereoselective synthesis of enol acetates by the reaction of alkenylboronates with (diacetoxyiodo)benzene and sodium iodide//J. Chem. Soc., Perkin Trans 1. 1998. -No.9. - P. 1465-1466.

42. De Mico A., Margarita R., Parlanti L., Piancatelli G., Vescovi A. Hypervalent Iodine Iinduced Nucleophilic Additions to Alkenes: Synthesis of 1,2-Diperchlorates // Tetrahedron. 1997. - Vol. 53, No. 49. - P. 16877-16882.

43. Зефиров H.C., Жданкин B.B., Даньков Ю.В., Козьмин А,С. Арилиодозо-производные как реагенты для функционализации олефинов в вициналь-ные диэфиры трифторметансульфоновой и хлорной кислот // Журн. орг. химии. 1984. - Т.20, Вып. 2. - С. 446-447.

44. Corso A R., Panunzi В., Tingoli М. Iodohydroxylation of Alkens Promoted by Molecular and Hypervalent (III) Iodine // Tetrahedron Lett. 2001. - P. 72457247.

45. Меркушев Е.Б., Симахина Н.Д., Григорьев М.Г. Простой способ иодирования о- и м-карборанов // Изв. АН СССР. Сер. Хим. 1980. - No 11. - С. 2649.

46. Меркушев Е.Б., Карпицкая Л.Г., Новосельцева Г.И., Райда B.C. Сопряженное иодацетоксилирование тройной связи // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1978. - No. 5. - С. 1153-1154.

47. Меркушев Е.Б., Карпицкая Л.Г., Новосельцева Г.И. Окисление арилацети-ленов фенилиодозотрифторацетатом // Докл. АН СССР. 1979. - Т. 245, No 3. - С. 607-609.

48. Kitamura Т., Kotani М., Fujiwara Y. An Efficient Ligand Exchange Reaction of p-(Trifyloxy)vinyliodonium Triflates with Aryllithinm Reagents Leading to

49. Diaryliodonium Triflates // Tetrahedron Lett. 1996. - Vol. 37, No. 21. - P. 3721-3722.

50. M.Tiecco, L. Testaferri, A.Temperini, L.Bagnoli, F.Marini. A New Synthesis of a-Phenylseleno Esters and Acids from Terminal Alkynes // Synlett. — 2001. -No.5, P. 706-708.

51. Tamura Y., Yakura T. An Efficient Conversion of Keto groups into Dihy-• droxyacetone Groups: Oxidation of Ethynylcarbinol Intermediates byUsing

52. Hypervalent Iodine Reagent // Tetrahedron Lett. 1985. - Vol.26, No. 32. - P. 3837-3840.

53. Меркушев Е.Б., Карпицкая JI. Г. Арилиодозокарбоксилаты в органическом синтезе. Окисление бензальдегида фенилиодозотрифторацетатом // Журн. орган. Химии. 1983. - Т.19, No. 4. - С. 887-888.

54. Moriarty R.M., Ни Н. Direct a-hydroxylation of ketones using iodosobenzene //TetrahedronLett. 1981. - Vol.22, No. 14. - P. 1283-1286.

55. Brucc C., Schardt A., Hill G L. Preparation of iodobenzene dimethoxide. A1 бnew synthesis of O. iodosylbenzene and a reexamination of its infrated spectrum // Inorg. Chem. 1983 (22). - P. 1563-1565.

56. Moriarty R. M., Kwang-Chung Hou. a -hydroxylation of ketones using o-iodosylbenzoic acid // Tetrahedron Lett. 1984. - 25 (7). - P. 691-694.

57. Moriarty R. M., Prakash O. Hypervalent iodine oxidation of flavanone. Synthesis of cis- and trans-3-hydroxyflavanones // J.Org.Chem. 1985. - Vol. 50, No. 2.-P. 151-153.

58. Moriarty R. M., Prakash O., Karalis P. a-Hydroxydimethylacetal formation from aminoketones using hypervalent iodine // Tetrahedron Lett. 1984. -Vol.25, No. 42. - P. 4745-4748.

59. Moriary R., Prakash I. Steric effects in the hypervalent iodine oxidation of ketones // Tetrahedron Lett. 1984. - Vol. 25, No. 51. - P. 5867-5870.

60. Ray S., Pal K.,.Saha C.K. Pyrimidine compounds as potential pyridoxine an-tagnists: a new synthetic approach // Ind. J.Chem. Sect.B: Org Chem! Ind. Med. Chem. 1995. - 34 В (2). - P. 112-115.

61. Jae Choi Lee, Sung Yun Cho, Jin Kun Cha. Stereo- and regiocontrolled hy-droxylations of oxyallyl 4+3. cycloadducts.A concise synthesis of hinokitiol // Tetrahedron Lett. 1999 (40). - P. 7675-7678.

62. Moriary R.M., Berglund B. A., Penmasta R. Direct a -hydroxylation of ketones unde acidic conditions using bis(trifluoroacetoxy).iodobenzen // Tetrahedron Lett. -1992. Vol.33, No.41.-P. 6065- 6068.

63. Tamura Y., Shirouchi Y., Hatura J. Synthesis of methyl 2-arylpropanoates by 1,2-aryl migration of aryl ethyl ketones using diacetoxyphenyliodine // Synth. Comm. 1984.-P.231-232.

64. Tamura Y., Yakura Т., Shirouchi Y. Oxidative 1,2-aryl migration of alkyl ketones by using diacetoxyphenyliodine: syntheses of arylacetate, 2-aiylpropanote, and 2-arylsuccinate // Chem. Pharm. Bull. 1985. - Vol. 33, No.3. - P. 1097-1103.

65. Singh О. V. Hypervalent iodine oxidation of aryl methyl ketones: a convenient rout to methyl a-methoxyarylacetates // Tetrahedron Lett. 1990. - V 31, No. 21.-P. 3055-3058.

66. Singh. О. V., Gard С P., Kapoor R. P. Synthesis of methyl 2,3-diaryl-3-methoxypropanoates by oxidative rearrangement of chalcones using hypervalent iodine reagents in trimethyl orthoformate // Synthesis. 1990. - No. 11. - P. 1025-1026.

67. Jong Chan Lee, Ju-Hee Choi. Higly efficient a-organosulfonylation of carbonyl compounds under microwave irradiation // Synlett. 2001. - No.2. - P. 234 -235.