реакция каталитического олефинирования
advertisement
РЕАКЦИЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ОЛЕФИНИРОВАНИЯ – НОВЫЙ, УНИВЕРСАЛЬНЫЙ МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ АЛКЕНОВ В.Г. Ненайденко, А.В. Шастин, Музалевский В.М., Е.С. Баленкова Химический Факультет МГУ им. Ломоносова РЕАКЦИИ ОЛЕФИНИРОВАНИЯ R R 1 2 R 1 X R 2 Y O Классические методы олефинирования Исторически первый пример - кротоновая конденсация R1 R 3 O O O R4 R3 R R4 2 O O R3 R 1 R R OH 2 R3 4 - H 2O Бородин Александр Порфирьевич (1834-1887) R1 R4 R2 R3 R1 R2 R H O + Me3Si R1 2 R1 O + PhO2S Peterson H R2 R3 R3 R1 R3 R4 Julia R2 R4 R1 R2 O + Ph3P R1 Г.Виттиг 1979 г. Нобелевская премия O + R3 R1 R3 R4 R2 R4 POPh2 R2 R3 R1 PO(OEt)2 O + R2 Wittig R1 H R2 Horner-Wittig R3 R1 H R3 R2 Horner-Wadsworth- Emmons R3 Реакция каталитического олефинирования (Catalytic Olefination Reaction - COR) Новый подход к синтезу алкенов NNH2 Cl H CCl4 CuCl кат, NH3, ДМСО Cl Cl Cl H N N + Cl H H Cl + N2 ВЫХОД ПРОДУКТОВ, % КАТАЛИЗАТОР ДИХЛОРСТИРОЛ АЗИН CuCl 82 18 CuCl2 83 17 CuBr2 84 12 CuSO4×5 H2O 68 19 Cu(OAc)2×2 H2O 75 20 Cu(OTf)2 74 22 CuCN 20 65 СИНТЕЗ ДИХЛОРАЛКЕНОВ NNH2 R H Cl Cl CCl4 CuCl (кат.), ДМСО R H АЛКЕН ВЫХОД, % АЛКЕН Cl Cl Cl Cl Cl O2N Cl O2 N H Cl Cl 79 H 65 NC Cl Cl Br NC Cl Cl Cl Cl Br Cl H 66 H 57 64 H Cl Cl Cl Cl 79 H Cl 70 H Cl 78 H Cl Cl Cl Cl 49 H Cl Cl 67 H Синтез дихлоралкенов из гидразонов Cl MeO Cl 82 H Cl ВЫХОД, % 62 Cl H Cl Cl Cl H 27 Me Cl N Me H 26 СИНТЕЗ ДИХЛОРСТИРОЛОВ ИЗ ГИДРАЗОНОВ IN SITU (Het)Ar O N2H5OH (Het)Ar H H NNH2 CCl4 (Het)Ar Cl H Cl CuCl 58-89% Cl Cl Cl Me N 74 (27)% H Cl Me 58 (26)% H R Br NNH2 CBr4 R CuCl ДИБРОМАЛКЕН ВЫХОД, % Br R R ДИБРОМАЛКЕН ВЫХОД, % Br Br Br Cl Br 89 92 H H F Br Br Br MeO 79 Br Me 87 H Br H Br Br Br 92 Br F 71 H H Br Br Br Br 77 H 81 H CF3 Cl Br Br Br MeO Me Br 92 Et 75 СИНТЕЗ АЛИФАТИЧЕСКИХ ДИБРОМАЛКЕНОВ ДИБРОМАЛКЕН Br n-C7H15 Br H Br ВЫХОД, % ДИБРОМАЛКЕН Br Br 83 ВЫХОД, % 71 Me Br 43 52 Br Br Br Синтез алифатических Br Br Br Br Br дибромалкенов Br 7 97 70 C7H15 Br 68 73 Br Me Br Br 54 8 78 Br СИНТЕЗ АРИЛБРОМАЦЕТИЛЕНОВ Ar H NNH2 CBr4 Ar CuCl H Br Br DBU DMSO Ar Cl Br 43 % Cl NO2 Br Br 66 % Br 71 % Br СИНТЕЗ β-БРОМ(ИОД)СТИРОЛОВ H NNH2 R H Br CHBr3 CuCl R H H R NNH2 CHI3 R/ CuCl I R R/ ФУНКЦИОНАЛЬНО ЗАМЕЩЁННЫЕ АЛКЕНЫ ТАКЖЕ МОГУТ БЫТЬ ПОЛУЧЕНЫ НА ОСНОВЕ COR ! Ar Ar R Br Br R O Ar O CHBr2CN CBr3 CCl3COOEt CCl3CN Ar O R CN COOR/ R O O CHO Cl Ar R O CCl3 O Ar R Cl CHO Ar Ar Cl R O O CN Cl Cl Cl NH2 O Cl N CuCl, DMSO NH2CH2CH2NH2 Ar O Ar O Ar Ar ВЫХОД, % Z/E Cl 67 20/1 MeO 69 22/1 Me2N 70 O O Cl Ar Me S 18/1 CHO H+ Ar Cl ВЫХОД, % Z/E 64 15/1 71 19/1 21 15/1 63 20/1 58 8/1 51 7.5/1 N O2N 48 6.5/1 OMe Cl 43 7/1 Me 66 16/1 Cl Ar H2N N OH 74-84 % NH2 NH2 Ar N O NH2OH H2N NH2 N NH2 NH N 53-78 % Cl Ar N N H NH2NH2 67-77 % Ar Ar NH2OH CN HSCH2CO2Et NH2 36-67 % NH2 Ar S 56-72 % CO2Et СХЕМА ПРОТЕКАНИЯ РЕАКЦИИ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ОЛЕФИНИРОВАНИЯ 2H CuCl R1 X R2 Y R 1 R 2 R1 R 2 N2 * CuLn N2 NNH2 CHal2XY R1 CuII R 2 CuLn I R1 N2 CuLn HCHalXY R1 CHal2XY R2 R1 N N R2 R1 R2 HalCu Hal X Y II R2 CHal2XY CH 2C l2 CC lF P CC hCH 3 l3C 2B r O NM CC l2F e -C 2 Cl F CC 2 l2F 2 C H CC 2 B l3CH r2 2O H CH Ph Cl3 CC CHB l r CH 3CO 2 N Cl 2C H2 OO C C Me CC l3-C l3S F3 O2 Me C CC C l3C l3F O2 CH Me CH Br Br Cl 2S 2 O2 C H Me B CH Cl r2Cl 2 CH CO Br 2C Me O2 M CC e l3C N CC CB l4 r2 F2 CH CH B Br 2C r3 OM CB e CC rCl3 l3C H CB O r2 Cl CB 2 r3 Cl CB CC r4 CC l3N l3C O2 OC CB F3 r3 NO 2 Индекс глобальной Индекс глобальной электрофильности ω = Индекс глобальной электрофильности 4,5 2,5 (ELUMO + EHOMO)2 электрофильности 8 (ELUMO - EHOMO) 5 Расчёт методом DFT(PBE96) 4 3,5 3 Область COR 2 Реагент 1,5 Использование фреонов в условиях COR •Активация чрезвычайно инертных фреонов •Утилизация фреонов – большая экологическая проблема •Удобный путь к фторсодержащим строительным блокам Cинтез CF3-производных F R1 CClF2 R H 48-66% CCl2F-CClF2 CFBr2-CF3 R1 R2 CF3 R H 57-72% R2 CF3 48-61% CuCl, en CuCl, en Cl F CCl3-CF3 CuCl, en NNH2 1% CuCl, CF3CBr3 NH2CH2CH2NH2 R1 Br R2 CF3 34-74% СИНТЕЗ ФТОРАЛКЕНОВ F Cl R CCl3F H 54-74% E/Z 10/1 CuCl NNH2 CBr F 2 2 R Br H 65-95% E/Z 6/1 H CuCl F R H 20-36% F R F НОВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ COR O R NNH2 CBrF2-CBrF2 N2H5OH EtOH H F R H CuCl F F Br NaOH F R F Br EtOH R THF F R Br 74-85% F n-BuLi THF 83-97% H t-BuOK F F Br F F R F F F R F F 85% CF3 Ar Ar R CN F SO2R Ar 58-85% R F CN CuCN F Ar CF3(F) RSO2Na Ar SO2R 72-90% - RS Ar SR 85-93% CuCN Ar OR 73-97% CN 64-89% R2NH CF3 CF3 Ar X X=Cl,Br RO- F CF3 Ar NR2 70-95% RO NH NH RO F3C NH2 H2N N F3C H 35 - 40 % Ar Ar 60-71% NH OR TF ACH 2 Cl 2 l2 C H -C 2 A TF OR Ar CF3 NH2 S Ar F3C 51% NH2 N EtOH N H N NH S AcOH N NH N H F3C 54 -75% Ar R1 R1 N 1) R2 NHNH2 HCl, AcOH R2 CF3 N H 2) 2 eq. MeSO3H CF3 45-89% NH2 NO2 F3C F3C Zn AcOH N CF3 N N H 90 % Br CF3 R1 Br RNH2, K2CO3 10% CuI-20%, L-пролин DMSO, 90oC R1 CF3 N 41-80% R R N N CF3 S H2N Br2 CF3 N CF3 HN Ar H2N Ar Ar t-BuO CF3 N Ar Br Ar O O CF3 N N NaCN N Ar CN HN H2N Ar CF3 Ar O CF3 N CF3 N CF3 Ar R1 R2 Cl R1 1 F R Cl R1 Br R2 2 F R Cl R2 Br R NO2 Br R1 O 1 O R H ции R2 R2 Cl 1 R Син тет иче ски й пот енц иал реак Cl R1 H R2 R1 Br H R2 I CN 2 R R1 R1 Cl Cl 2 R O R2 COOR R R1 CBrF2 R1 2 R R2 1 R F F CBrF2 1 R R1 F 1 R R2 CBrF2 R2 R1 F R2 CClF2 Cl CF3 R2 R2 F F Br CF3 CF3 Cl R1 = Alk, Ar, HetAr R2 = H, Alk КОМНАТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА ЭФФЕКТИВНЫЙ ПУТЬ К ФИЗИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫМ СОЕДИНЕНИЯМ ОДНОСТАДИЙНОСТЬ УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ ДЕШЕВИЗНА ПРОСТОТА ЭКСПЕРИМЕНТА ВЫСОКИЕ ВЫХОДЫ Благодарность Коротченко В.Н., МГУ Ленкова О.Н., МГУ Гольдберг А. МГУ Тюрин Д.А., МГУ Варсеев Г.Н., МГУ Голубинский И.В., МГУ Мокрушин М.Г. МГУ Рулев А.Ю. Иркутск, институт химии Ушаков И.А. Иркутск, институт химии Кондрашов Е. В. Иркутск, институт химии Романенко Г.В. Новосибирск, Томографический центр Prof. G.Haufe Muenster, Germany Катализатор Выход, % Катализатор Выход, % Природа катализатора Алкен Азин Алкен Азин 82 18 CrCl2 следы 73 AgCl 20 76 MoCl5 следы 76 HAuCl4 11 86 WCl6 следы 92 ZnCl2 20 47 MnCl2×4 H2O 20 73 CdCl2 13 80 FeCl3 25 58 HgCl2 5 87 CoCl2×6 H2O 22 62 LaCl3 22 69 NiCl2×6 H2O 10 62 Ce(NO3)3×6 H2O 15 73 RuCl3×3 H2O 15 80 TiCl3×3 THF 17 37 RhCl3×3 H2O 5 29 ZrCl4 6 84 PdCl2 17 66 NbCl5 8 87 H3IrCl6 следы 95 TaCl5 10 90 K2PtCl4 25 73 CuCl РАСТВОРИТЕЛЬ ВЫХОД, % РАСТВОРИТЕЛЬ 48 растворителя Природа сульфолан формамид ВЫХОД, % 57 H 2O 0 ДМФА 57 этиленгликоль 59 N-метилпирролидон 12 MeOH 61 тетраметилмочевина 64 N-метилформамид 63 ГМФТА 47 EtOH 59 ТГФ 27 i-PrOH 53 CH2Cl2 0 MeNO2 58 CCl4 0 MeCN 57 бензол 12 ДМСО 82 гексан 8 Cl Cl O2N O2N N2 CCl 4 H H 11 % CuCl N N O2N H H NO2 67 % Радикальная схема реакции Cu (I) CBrCl3 Cu (II) + CCl3 + R1 2 R R1 NNH2 R1 NNH2 + 2 R CBrCl3 Cl 2 R N Cl R1 - Cl - N2 N R1 CBrCl3 2 CCl3 R R1 N NH 3 2 CCl3 R I N R1 R2 NH NH2 R1 2 CCl3 R R2 CBrCl3 или Cu (II) R1 CCl3 CCl3 или Cu (I) 2 R + CCl3 + HBr N NH CBrCl3 или Cu (II) R1 N N R2 R1 N N R2 ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПОЛИГАЛОГЕНАЛКАНОВ В УСЛОВИЯХ COR CHal2XY SET CHal2XY - Hal SET - Single Electron Transfer HCHalXY CCl4 HCCl3 CBr4 HCBr3 CHBr3 CH2Br2 CHalXY SET H+ CHalXY CuLn R CBrF2-CBrF2 H R F F Br BrCu H F F R F NuH F Br - CuBrNu - CuBrF F R Br H HF F H F F Cl NNH2 CHCl3 H CuCl N N Cl Cl H H 52 % H H Cl Cl H NNH2 CH Hal 2 2 H CuCl N N Cl Hal = Cl, Br, I Cl H H 57-78 % х е м о с е л е к т и в н о с т Ar Cu CBrCl3 H Ar BrCu Cl Cl Cl Ar - CuBrCl ь Cl H Cl Ar H H Cl EC-Br = 54.87 kcal/mol EC-Cl = 66.71 kcal/mol Ar Cu H CHBrCl2 Ar BrCu Cl H Cl EC-Br = 63.31 kcal/mol EC-Cl = 75.30 kcal/mol - CuBrCl Cl Ar H Ar CHBrCl2 Cu H Ar H BrCu H Cl Cl Cl Ar H H Cl - CuBrCl CuBr Ar Cl Ar H Cl стереоселективн Cl Ar = 4-ClC6H4 H H - CuBrCl H H CuBr 7 ость Конформационная энергия медь-органического интермедиата Е, ккал/моль 6 5 Cl Ar H 4 H Cl Cl Ar CuBr Cl H H CuBr 3 2 1 0 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 Угол Ar-C-C-Cl 40 60 80 100 120 140 160 180
