Диеновый синтез
Введение…………………………………………………………
- Литературный обзор
- История изучения диенового синтеза…………………….…...3
- Механизм диенового синтеза………………………………….6
- Диеновый синтез на примере различных реакций……….......8
- Фосфорсодержащие диенофилы в реакциях
Дильса-Альдера…………………………………………
……………....19
- Обсуждения………………………………………...……
………...22 - Экспериментальная часть………………………………………...33
- Вывод………………………………………………………………
39
V.
Литература……………………………………………………
Реакция органической химии, при которой происходит взаимодействие соединений, содержащих две двойных связи (диен), с диенофилами (соединениями, содержащими одну двойную связь) называется диеновым синтезом. За открытие этой реакции немецкие химики О.Дильс и К.Альдер в 1950 были удостоены Нобелевской премии. В литературе диеновый синтез часто называют реакцией Дильса-Альдера.
Синтез осуществляют с участием диенов, у которых две двойные связи разделены не более чем одной простой связью (сопряженный диен).
Второй компонент – диенофил Х–СН=СН–Х (соединение с одной двойной связью) обычно содержит дополнительные группы Х (Х – карбонильная, карбоксильная, нитрогруппа и др.), которые активируют двойную связь диенофила, в результате он легко вступает в диеновый синтез [1-2].
Актуальность: учитывая высокую биологическую активность и широкий спектр практического применения фосфорорганических соединений, исследования реакций диенового синтеза является актуальным. В настоящее время в литературных данных содержится недостаточное количество информации о методах синтеза фосфорорганических соединений, что представляет наибольший интерес для изучения реакций данного вида.
Цель работы: изучение реакций диенового синтеза на примере диена- α-терпинена и фосфорсодержащих диенофилов.
I. Литературный обзор
1. История изучения диенового синтеза
В 40х – 50х годах XX века исключительную роль в промышленности играло целенаправленное изучение широких циклов реакций.
Диеновый синтез был предметом интереса химиков многих стран. Большие заслуги в его развитии принадлежат школе А. Е. Фаворского. Первые примеры диенового синтеза можно найти в работах В. Н. Ипатьева (1897) и С. В. Лебедева (1909) по исследованию димеризации изопрена .
Как общая реакция органической химии диеновый синтез был открыт в 1928 году немецкими химиками-органиками О. Дильсом и К. Альдером. Диеновый синтез широко применяют в синтетической органической химии, в том числе для синтеза стероидов. Исследование диенового синтеза позволило объяснить ряд процессов при полимеризации диеновых углеводородов.
В последующие годы диеновый синтез действительно стал незаменимым средством для химиков-органиков, которые применяли его при синтезе таких веществ, как лекарства, витамины, гормоны, стероиды, синтетические каучуки и пластмассы.
В настоящее время диеновый синтез, называемый реакцией Дильса - Альдера, является одним из важнейших синтетических методов, имеющих весьма широкое и разнообразное применение. В большинстве случаев диеновый синтез непосредственно приводит к ненасыщенным алициклическим и гетероциклическим шестичленным системам, многие из которых, а также продукты их дальнейших превращений оказались физиологически активными веществами, обладающими антиконвульсивным, снотворным, инсектицидным, гербицидным и репелентным действием. Во многих случаях диеновый синтез оказался единственным методом, позволяющим получать мостиковые и другие ди- и полициклические структуры, составляющие основу многих природных соединений и представляющие самостоятельный интерес. Благодаря стереохимической направленности реакции Дильса - Альдера ее используют также в синтезе природных соединений определенной пространственной конфигурации [1].
Отто Пауль Герман Дильс (23 января 1876 г. – 7 марта 1954 г.)
Немецкий химик Отто Пауль Герман Дильс родился в Гамбурге. В шесть лет Дильс поступил в Йоахимштальскую гимназию в Берлине. В двадцатилетнем возрасте Дильс поступил в Берлинский университет для изучения химии. В 1900 г. он под руководством Эмиля Фишера блестяще защитил докторскую диссертацию и стал ассистентом Фишера в университетском Химическом институте.
В 1904 г. Дильс становится лектором, а в 1906 г. – профессором органической химии. В 1916 г. Дильс принял назначение на должность профессора химии и директора Химического института Университета Кристиана Альбрехта (позднее Кильского университета). С 1925 г. он ректор этого университета.
В 1928 г. Дильс с одним из своих бывших студентов, Куртом Альдером, опубликовал статью, в которой они впервые объясняли диеновый синтез. Хотя диеновый синтез уже был обнаружен другими химиками, этому явлению не было дано научного объяснения. Сотрудничество Дильса с Альдером продолжалось до 1936 года.
В 1950 г. Дильс и Альдер были награждены Нобелевской премией по химии "за открытие и развитие диенового синтеза". Болезнь не позволила Дильсу присутствовать на церемонии награждения.
Отто Дильс умер в Киле 7 марта 1954 г., вскоре после своего 78-летия.
Кроме Нобелевской премии, Дильс был награжден медалью Адольфа фон Байера Германского химического общества (1930), получил почетную медицинскую степень в Кильском университете. Он являлся членом академий наук Гёттингена, Галле и Мюнхена.
Курт Альдер (10 июля 1902 г. – 20 июня 1958 г.)
Немецкий химик Курт Альдер родился в Германии, в Кенигсхютте. В 1922 г. Альдер окончил в Берлине среднюю школу и поступил в Берлинский университет, чтобы изучать химию.
Свое обучение Альдер продолжил в Университете Христиана Альбрехта, где работал у Отто Дильса, профессора органической химии и директора университетского Химического института. В 1926 г., завершив диссертацию о реакциях с азодикарбоновым эфиром, Альдер был удостоен докторской степени и стал ассистентом Дильса.
В 1930 г. Альдер был назначен лектором по органической химии в Кильском университете, а в 1934 г. стал экстраординарным профессором. Вернувшись в 1940 г. к академической деятельности, Альдер, которого не привлекли к исследованиям, осуществляемым в военное время Германией, был назначен руководителем работ по экспериментальной химии и химической технологии в Кельнском университете. Одновременно он стал директором Химического института этого университета.
После получения Нобелевской премии (1950) Альдер продолжал заниматься преподавательской деятельностью и научными исследованиями в области дальнейшего потенциального применения диенового синтеза в промышленных целях. В 1955 г. он, присоединившись к 17 другим Нобелевским лауреатам, подписал декларацию, призывающую все страны осудить войну как инструмент внешней политики. В 1957 г. врач, поставив ему диагноз: истощение организма, посоветовал полный отдых. Альдер умер на следующий год, в возрасте 55 лет [3].
2. Механизм диенового синтеза
Диеновый синтез – реакция 1,4-присоединения диеновых углеводородов с сопряжёнными двойными связями к ненасыщенным соединениям с активированной двойной связью (диенофилы) (схема 1).
В реакцию вступают циклические и ациклические 1,3-диены, енины (алкинилалкены -C=C–C≡C-) или их гетероаналоги – соединения с фрагментами -С=С-С=О, -С=С-СN. Наличие донорных заместителей в диене облегчает протекание реакции.
Диенофилами обычно являются алкены и алкины с активированной электроноакцепторными заместителями кратной связью. В роли диенофилов также могут выступать соединения, содержащие двойные связи с гетероатомом, например -С=О, -С=N-, -СN, -N=О, -S=O, -N=N-. Обнаружено, что в некоторых случаях даже вещества с изолированными двойными связями могут присоединять диены, однако такие реакции обычно протекают в более жёстких условиях [2].
В результате диенового синтеза образуются шестичленные циклы, содержащие двойную связь между вторым и третьим атомами углерода исходного диена.
Типичный пример диенового синтеза – Реакция Дильса – Альдера – получение ангидрида тетрагидрофталевой кислоты из бутадиена-1,3 и малеинового ангидрида:
Схема 1
диен диенофил
Реакцию Дильса – Альдера осуществляют простым смешением или нагреванием реагентов при 100 – 120°С. При отсутствии активирующей группы в диенофиле для диенового синтеза необходимы жёсткие условия. Обычно эта реакция протекает с высокими выходами, её скорость снижается с увеличением количества и объёма заместителей [4].
Реакция Дильса – Альдера высокостереоспецифична и всегда идёт по схеме цис-присоединения.
Неоднократно наблюдалось, что аддукты реакции диенового синтеза термически неустойчивы. Поэтому в подавляющем числе случаев данная реакция обратима и при нагревании до температур более 200°C снова образуются исходные продукты. Диссоциация происходит с различной лёгкостью в зависимости от характера аддуктов.
Различные типы сопряженных систем, способных вступать в реакцию диенового синтеза, могут быть классифицированы следующим образом:
1. Ациклические сопряжённые системы.
2. Алициклические сопряжённые системы:
3. Ароматические сопряжённые системы:
4. Гетероциклические соединения
Реакция Дильса – Альдера иногда сопровождается полимеризацией диенов – побочная реакция. Применение ингибиторов полимеризации (гидрохинона), низкая температура реакции и выбор подходящих растворителей являются иногда эффективными факторами для подавления полимеризации диена.
Реакция Дильса – Альдера очень важна для синтеза сложных природных полициклических структур [2].
3. Примеры реакций диенового синтеза
Реакции циклоприсоединения
Реакции циклоприсоединения – реакции, протекающие с образованием нового цикла из двух реагирующих молекул (без отщепления каких-либо групп или атомов). Такие реакции сопровождаются общим уменьшением кратности связей. Конечным продуктом реакций циклоприсоединения являются циклические субстраты.
Существует две основных группы реакций этого типа:
- Присоединение к сопряженным системам – Реакция Дильса – Альдера;
- 1,3-диполярное циклоприсоединение – Реакция Хьюсгена.
В связи с усилением ароматичности в ряду соединений фуран < пиррол < тиофен пятичленные гетероциклы значительно различаются по лёгкости вступления реакции 1,4-циклоприсоединения по Дильсу – Альдеру (диеновый синтез).
В рассматриваемой группе соединений ароматический характер наименее выражен в случае фурана. Это вещество отчётливо проявляет свойства сопряжённого диена и легко вступает в реакцию Дильса – Альдера с соединениями, содержащими двойную или тройную связь, активированную диенофилами. Например, при быстром добавлении фурана к малеиновому ангидриду при комнатной или более низкой температуре получают термодинамически устойчивый продукт реакции (Схема 2).
Схема 2
Пиррол с большим трудом вступает в реакцию 1,4-циклоприсоединения по Дильсу – Альдеру. Для него типична реакция заместительного присоединения по второму атому углерода кольца. Так, например, при взаимодействии пиррола с малеиновым ангидридом в основном образуется продукт замещения (Схема 3).
Схема 3
Циклоприсоединение широко используют в органической химии для синтеза карбо- и гетероциклических соединений с различным набором и числом атомов в кольце; оно представляет большой теоретический интерес.
Реакции циклических ангидридов с соединениями содержащими аминогруппу
В ходе Реакции Дильса – Альдера из бутадиена-1,3 и малеинового ангидрида получается 1,2,3,6-тетрагидрофталевый ангидрид (Схема 4).
Схема 4
Ангидрид тетрагидрофталевой кислоты – белый кристаллический порошок температура плавления, которого 103 – 104°C. Молекулы данного вещества имеют циклическое строение.
В реакциях ацилирования ангидридов аммиаком и первичными аминами получаются имиды, в которых с атомом азота связаны две ацильные группы. Это происходит особенно легко в случае циклических ангидридов, из которых образуются циклические амиды (Схема 5).
Схема 5
При взаимодействии циклических ангидридов со вторичными аминами можно последовательно ввести две амидные группы, используя методы пептидного синтеза для мягкого введения второй амидной группировки (Схема 6).
Схема 6
Циклические ангидриды взаимодействуют и с аминокислотами с образованием N-ацильных производных (Схема 7).
Схема 7
Данная реакция используется для защиты аминогруппы в синтезе пептидов. Такая защита должна легко сниматься, а амиды, как известно, гидролизуются в жестких условиях. При разработке методов синтеза пептидов были найдены защитные группы, которые легко удаляются путем гидролиза или гидрогенолиза [5].
Алюмина- и магнезациклопентадиены в реакции диенового синтеза
Реакция Дильса-Альдера
между гетероатомсодержащими
Так например для выяснения
возможности вовлечения алюмина- или магнезациклопентана-1,3-диенов
в реакцию [4+2]-циклоприсоединения, а также
для получения замещенных 7-алюмина- и
магнезанорборненов первоначально
исследовались взаимодействие 1-этил(хлор)алюминациклопента-
Алюминациклопентантадиены (Ia,б), полученные каталитическим циклоалюминированием 1,2-диэтил и 1,2-дипропилацетиленов с помощью EtAlCl2, реагирует с малеиновым ангидридом или 7-алюминанорборненов (IIа, б) и (IIIa, б). Последние после гидролиза 10%-ным водным раствором HCl превращаются в производные циклогексена (IVa, б) и (Vа, б) с выходами 70-85%.
Бензохинон и нафтохинон проявляют
низкую активность в качестве диенофилов
в реакции диенового синтеза с 1-этилалюминациклопента-2,4-
Циклоприсоединение 1-хлор-2,3,4,5-
Диенового синтеза 1-хлоралюминациклопента-2,4-
Асимметрическая реакция Дильса- Альдера в присутствии катализатора
Асимметрическая реакция Дильса - Альдера в присутствии катализаторов является одним из перспективных методов получения различных полифункциональных соединений, которые широко используются для синтеза природных веществ и их синтетических аналогов, лекарственных препаратов, биологически активных веществ и полимерных материалов специального назначения на основе доступных сравнительно простых реагентов. В работах современных химиков представлены результаты исследований взаимодействия 1,3-бутадиенов(I,II) с диментилфумаратом(III) в присутствии ВВr3, который является эффективным катализатором для данной реакции.
Каталитическое действие может быть объяснено образованием их комплексов с диенофилом(III).
Этот катализатор является эффективным в данной реакции, и применение его позволяет получить замещенные циклогексены с оптическими выходами 78-81% [7].
Синтез и строение фосфорилированных нитроциклогексенов
Реакция Дильса- Альдера так же является методом синтеза функциональнозамещенных шестичленных циклов, использование в которой алифатических диенов позволяет формировать шестичленное кольцо, а применение в качестве диенофилов вицинальнозамещенных нитроалкенов дает возможность вводить в состав цикла легко модифицируемые NO2, CO2R, SO2Ph и другие функциональные группы. Наличие таких групп в молекулах циклогексенов открывает перспективы успешного использования их в качестве удобных реагентов в синтезе биологически активных веществ. Так, например, получение нитроциклогексенов (или нитроциклогексадиенов) является ключевой стадией в синтезе природного анальгетика эпибатидина, алкалоида ненаркотического типа действия мезембране, эстрогенных гормонов, производных морфина, а также кондуритолов - важных исходных реагентов, используемых для создания препаратов по борьбе со СПИДом.
Согласно литературным
данным нитроалкены вступают
в диеновую конденсацию с
Ранее 2-нитроэтенилфосфонаты
были успешно введены в
Реакции исследуемых нитроэтенилфосфонатов ( I, II ) c 2,3-диметил -1,3-бутадиеном осуществляются путем кипячения взаимодействующих реагентов в бензоле (1-2 ч), это приводят к образованию соответствующих фосфорилированных нитроциклогексенов ( IV, V) с выходами 90-98%.
Нитроалкен (III), содержащий метильную группу при атоме С1 и изопропоксигруппу в фосфонатной функции , в аналогичных условиях с 2,3-диметил-1,3-бутадиеном не взаимодействуют. Реакция требует более жестких условий –кипячение в толуоле в течение 10 ч в присутствии AlCl3. В этом случае процесс сопровождается дегидрированием и завершается образованием фосфорилированных нитроциклогексена (VI) и нитроциклогексадиена (VII) c выходами 22 и 45 % соответственно.
Конденсация нитроалкенов (I, II) c тиолен-1,1-диоксидами, являющимися синтетическими предшественниками алифатических 1,3-алкадиенов(дивинил, изопрен), требует еще более жестких условий (кипячение в течение 18-34 ч в n-ксилоле), поскольку процесс их дусульфонилирования, генерирующий диены, протекает при повышенной температуре.
Взаимодействие нитроалкена
(I), с незамещенным тиолен-1,1-иоксидом приводит
к бис(2-хлорэтил)-6-нитро-3-
Анологично в реакцию
с тиолен-1,1-диоксидом
Известно, что взаимодействие
нитроалкенов с 2-замещенными 1,3 диенами
протекает обычно с
Установлено, что реакции
Дильса- Альдера с участием 2-нитроэтенилфосфонатов
и ациклических 1,3-алкадиенов можно
рассматривать как
(первый пример никелевого катализатора присоединения н-фосфонатов к динам)
Ученые выяснили,
что 100% эффективные реакции
В 1996 г. ученый Танака
впервые осуществил
Ранее учеными
была разработана
Высокая регио- и стереоселективность превращения позволила получить продукты присоединения с отличными выходами и чистотой. Исследование механизма реакции показало, что добавка CF3COOH в каталитическую систему является необходимым условием для подавления побочных реакций [12].
В ходе дальнейших
исследований было установлено,
что применение в качестве
предшественника катализатора
Бис(2-хлорэтил)этенилфосфонат в реакции Дильса-Альдера
В литературных данных говорится, что винилфосфонаты вступают в реакцию Дильса-Альдера только в жестких условиях- при многочасовом и высокотемпературном нагревании в ампуле или автоклаве (150-2000С, 5-25ч) [11].
Так винилфосфонат(I) реагирует с 2,3
диметилбутадиеном-1,3 , в отличие от известных
данных (автоклав, 1500С, 7-10ч., выход 36% ) уже при кипячении
в бензоле (20ч) и дает соответственно 3,4-диметил-3-циклогексен-1-
Конденсация винилфосфоната
(I) с изопреном требует более жестких условий
(кипячение в n-ксилоле 20ч), что связано
с повышенной температурой его десульфонилирования.
Изопрен, как несимметричный диен, дает
смесь региоизомеров 3-и 4-метил-3-циклогескен-1-
Наряду с циклогексенами (IIIa,IIIб) в реакционной смеси обнаружены региоизомерные n- и м- толилфосфонаты (IVa,IVб)(15%). Образование которых можно рассматривать как результат внутримолекулярного дегидрирования первично образующихся циклогексенов.
Циклопентадиен взаимодейсвует
с винилфосфанатом при
Взаимодейсвие диенофила (I) с фураном протекает при температуре 25-300С в ацетрониле (8ч) и образуются 7-октабицикло [2,2,1]-5 гептен-1-илфосфонатов (VIа,б) в соотношении 1:1 с выходом 43%
В диеновой конденсации
с 1,3-циклогексадиеном
Отнесение к эндо- и экзо- изомерам осуществляется на основании анализа сигналов метинового (H2) и олефиновых (H5,6) протонов цикла, которые в спектрах этих изомеров имеют различное расположение. При таком отнесении в качестве аналитического критерия используются величины химических сдвигов метиновых протонов у атома С2 , как это принято в литературе для структурноподобных соединений. Различие в химических сдвигах этих изомеров возникает в результате влияния магнитноанизотропной двойной связи, по отношению к которой метиновые протоны имеют различную ориентацию в пространстве.
Антрацен в силу своей ароматичности
реагирует с винилфосфонатом (I) в еще более
жестких условиях: при кипячении в толуоле
в течении 30 часов в присутствии АlCl3. Процесс завершается формированием
9,10-дигидро-9,10-
4. Фосфорсодержащие диенофилы в реакциях Дильса-Альдера.
Созданию селективных
методов образования связи
Одним из удобных методов синтеза фосфорилированных циклических систем является реакция [П4+П2]-циклоприсоединения. Рассмотрим реакцию [П4+П2]-циклоприсоединения на примере взаимодействия производных стирилфосфоновой кислоты и терпинена, а также на примере взаимодействия винилфосфоната с различными диенами. В данной реакции, производные стирилфосфоновой кислоты и производные винилфосфоната выступают в роли диено- или диполярофилов. В качестве диенофилов можно использовать не только соли фосфоновых кислот, но и эфиры фосфоновой кислоты [12-14].

- Диетические лечебные свойства кисломолочных продуктов
- Диетический хлеб
- Диетическое и лечебное питание
- Диетическое питание
- Диетическое питание
- Диетическое питание
- Дизайн Web- сайта
- Дидактичні ігри як засобу активізації пізнавальної діяльності молодших школярів як умови успішності навчання
- Дидактичні особливості інтегрованих уроків в початкових класах
- Дидаскология в современной образовательной системе
- Диджеинг
- Диджей на радио и диджей в клубе
- Дидиктические принципы и методы преподавания ИЗО в начальных классах
- Дидоктическая игра как средство умственного воспитания детейд