Синтез 1,1-дихлор-2-метил-2-фенилциклопропана

Оглавление 1. Введение 2. Литературный обзор 1. Синтез спиртов из карбонильных соединений 2. Дегидратация спиртов 3. Дихлорциклопропанирование 3.1 Межфазный катализ 2. Альтернативные методы генерации карбенов 1. Декарбоксилирование солей тригалогенуксусных кислот.

2. Щелочное расщепление тригалогенкарбонильных соединений 3.Дихлорциклопропаны в реакциях электрофильного ароматического замещения 4. Восстановление дихлорциклопропанов 1. Восстановление Na в жидком аммиаке. 2. Восстановление LiAlH4 в диоксане в присутствии комплексов титана и циркония 3. Этилмагнийбромид в присутствии тетраизопропоксида титана 15 2.4.4.

NaBH4, пропанол-2 (комплексы родия в качестве катализаторов) 5. Гидразин-гидрат в присутствии никеля Ренея 3. Обсуждение результатов 1. Синтез диметилфенилкарбинола 2. Синтез α-метилстирола 3. Синтез 1,1-дихлор-2-метил-2-фенилциклопропана 5. Выводы 7. Список литературы 1. Введение 1,1-Дихлор-2-фенилциклопропаны являются важными помежуточными

реагентами для органического синтеза, так как они служат исходными реагентами для получения различных фенилциклопропанов, которые широко исследуются многими учеными как сточки зрения их строения, так и с точки зрения их реакционной способности. Фенилциклопропаны представляют собой типичные сопряженные системы, для которых известны реакции по трехчленному кольцу, по ароматическому кольцу, а так же реакции, в которых затрагиваются одновременно трехчленное кольцо и орто-положение фенильного кольца.

Данная курсовая работа посвящена синтезу 1,1-дихлор-2-метил-2-фенилциклопропана. 2. Литературный обзор 1. Синтез спиртов из карбонильных соединений Третичные спирты с хорошим выходом получают в результате реакции кетонов с реактивом Гриньяра. [1] Реактивы Гриньяра обычно синтезируют в абсолютном простом эфире (диэтиловом, диамиловом или тетрагидрофуране) реакцией металлического магния с арил- или алкилгалогенидом (обычно применяют

иодиды или бромиды, хлориды применяют редко, а фториды к реакции с магнием не способны).[1] RX + Mg = RMgX Иногда взаимодействие магния с галогенпроизводными начинается трудно. Тогда реакцию инициируют добавлением йода, 1,2-дибромэтана или другого очень активного в реакции с магнием органического галогенида. Реакцию восстановления проводят в абсолютном эфире, поддерживая такую температуру реакционной смеси, что бы эфир равномерно кипел.

Выход реакции кетонов с реактивом Гриньяра обычно не превышает 70%.[2] Возможны 2 пути получения интересующего нас третичного спирта. Как указывает [3], его можно получить используя в качестве реактива Гриньяра фенилмагнийбромид: Однако, как указано в [4] алкилгалогениды более реакционноспособны, чем арил- или винилгалогениды, поэтому схема, предложенная в [2] является предпочтительной:

Область применения реактивов Гриньяра: [2] 2. Дегидратация спиртов Дегидратация третичных спиртов идет по механизму E1. Направление E1- элеминирования определяеться правилом Зайцева, согласно которому среди продуктов образуеться наиболее замещенный по двойной связи алкен. Протонирование спиртов в ненуклеофильной среде приводит в конечном итоге к дегидратации.

Катион алкоксония, отщепляя воду, образует нестабильный интемедиат- карбокатион, который теряет протон с образованием алкена. Наиболее медленная стадия всего процесса - превращение катиона алкоксония в карбокатион. Концентрированная H2SO4 или H3PO4 связывают выделяющуюся воду, что делает весь процесс необратимым. [5] В данном случае продукт реакции однозначен, так как двойная связь может пойти только в одно положение. Набор реагентов, под действием которых можно провести дегидратацию включает в себя серную кислоту,

фосфорную кислоту, уксусный ангидрид, йод и гидросульфат калия.[2] 3. Дихлорциклопропанирование 3.1 Межфазный катализ Катализ в жидких гетерофазных системах называется межфазным катализом. В качестве катализаторов фазового переноса применяют органические соединения, близкие по природе к ПАВ. Обычно это четвертичные аммониевые соли: тетрабутиламмонийбромид , триэтилбензиламмонийхлорид и другие .Кроме того, применяются алифатические полиэфиры — полиэтиленгликоль, краун-эфиры и т.п.

Применение межфазного катализа позволяет повысить скорость многих реакций, повысить выход и чистоту конечных продуктов, снизить температуру реакций, повысить пожарную безопасность процесса. Особенно важна возможность проведения реакций межфазного катализа в мягких условиях температуры и давления. Благодаря этому, удается синтезировать продукты сложной структуры, склонные к побочным реакциям при повышении температуры. Поэтому межфазный катализ часто используют в тонком органическом синтезе. [6]

Интересным и важным примером межфазного катализа является генерирование дихлоркарбена, с последующим дихлорциклопропанированием непредельных соединений. Генерирование карбена протекает в две стадии. Сначала на границе раздела органической фазы (чаще всего это хлороформ, в котором растворено непредельное соединение) и водной фазы (щелочь), при участии межфазного катализатора, идет обратимая реакция. CHCl3 + NaOH +

R4N+Cl- ↔ CCl3-N+R4 + NaCl + H2O Затем в органической фазе промежуточный продукт выделяет дихлоркарбен с одновременной регенерацией катализатора: CCl3-N+R4 ↔ :CCl2 + R4N+Cl- Образующийся дихлоркарбен в этой же фазе необратимо присоединяется к двойной связи непредельного соединения, с образованием дихлорциклопропанового аддукта Заключительная стадия является необратимой, и циклопропановое производное обычно получается с высоким

выходом. [7] Легкость циклопропанирования алкилзмещенных этиленов возрастает по мере увеличения степени замещения кратной связи. Так же достоинством метода МФК являеться достаточно высокая эффективность циклопропанирования кратных связей, облдающих низкой активностью вследствие дезактивирующего влияния электроноакцепторных заместителей, сопряжения или пространственных факторов. В условиях этой реакции фенилалкены в первую очередь подвергаются дихлорциклопропанированию

по двойной связи, не входящей в бензольное кольцо. Реакция дихлорциклопропанирования имеет большое значение в качестве синтетического метода. На этой основе синтезированы многие новые продукты, представляющие большой практический интерес [8]. 2.3.2. Альтернативные методы генерации карбенов 2.3.2.1. Декарбоксилирование солей тригалогенуксусных кислот.

Этот метод представляет интересен как метод генерирования тиралогенметильных анионов и далее дигалогенкарбенов в апротонной среде, т.е. в нейтральных условиях. Идеальным растворителем являеться 1,2 диметоксиэтан (80 – 90 0C) X = Cl, Br; M = K, Na, Li Скорость распада соли уменьшаеться в ряду: CCl3COOK > CCl3COONa > CCl3COOLi. Отдельный препаративный интерес представляет возможность генерирования дифторкарбена, поскольку получить этот карбен из соответствующих галоформов в условиях

МФК не удается. 2.3.2.2. Щелочное расщепление тригалогенкарбонильных соединений Алкилтригалогенацитаты под действием трет-бутоксида калия, этоксида или метоксида натрия успешно дигалоциклопропанируют алкены с выходом до 80%: Аналогино протекает щелочное расщепление тригалогенкетонов и тригалогенальдегидов. 2.3.3.Дихлорциклопропаны в реакциях электрофильного ароматического замещения Электрофильное ароматическое замещение арилдихлорциклопропанов и другие их химические превращения, оставляющие

неизменной дихлорциклопропильную группировку, позволяют перейти к трудно- или вообще недоступным иными методами соединениям, являющимися, в частности, потенциально физиологически активными веществами. Известно, что трехуглеродный цикл в сопряжении с бензольным кольцом проявляет повышенную устойчивость к гетеролизу. В то же время трехуглеродный цикл обладает сильными электронодонорными свойствами, и связанное с ним ароматическое ядро легко вступает в реакции электрофильного ароматического замещения [10, 11].

Введение в трехуглеродный цикл атомов хлора должно снижать электронодонорные свойства трехуглеродного цикла при одновременном увеличении его стабильности. В работах [12, 13] исследовано поведение 1,1-дихлор-2-фенилциклопропана в реакциях ацетилирования, бромирования и нитрования. Как оказалось, нитрование 1,1-дихлор-2-фенилциклопропана протекает гладко при применении в качестве нитрующего агента дымящей

HNO3 в уксусном ангидриде при -25º, тогда как нитрат меди в (CH3CO)2O оставляет 1,1-дихлор-2-фенилциклопропан неизменным. Продукт нитрования 1,1-дихлор-2-фенилциклопропана представляет собой в основном смесь двух изомерных мононитропроизводных в количестве ~ 71,5 и ~ 28% (общий выход 70%), причем трехуглеродный цикл в этих условиях не затрагивается. Нитрование 1,1-дихлор-2-фенилциклопропана в принятых условиях в основном проходит в пара-положение с образованием 1,1-дихлор-2-(4-нитрофенил)циклопропана.

Но так же образуется в меньших количествах орто-изомер - 1,1-дихлор-2-(2-нитрофенил)циклопропан. Таким образом, нитрование 1,1-дихлор-2-фенилциклопропана приводит к смеси соответствующих орто- и пара-изомеров в соотношении ~ 1:2,5. Бромирование 1,1-дихлор-2-фенилциклопропана требует жестких условий (40º) проведения реакции и применения катализатора (железные стружки), приводя с общим выходом до 65% к соответствующим изомерным

монобромидам. В отличие от бромирования и нитрования, осуществить ацетилирование 1,1-дихлор-2-фенилциклопропана в условиях, описанных для подобного превращения его углеводородного аналога – фенилциклопропана [11, 14, 15], авторам работы [13] не удалось. Таким образом, гем дихлорциклопропильная группа при бромировании, как и при нитровании, направляет заместитель преимущественно в пара-положение бензольного ядра, тогда как циклопропильная приводит к преимущественному орто-замещению, что можно объяснить различием в индукционном

эффекте этих групп, а также созданием гем дихлорциклопропилом значительных препятствий для атаки в орто-положения. 2.4. Восстановление дихлорциклопропанов Восстановление гем дигалогенциклопропанов является основным методом получения соответствующих моногалогенидов и иногда находит также применение в синтезе циклопропановых соединений, не содержащих атомов галогена. Для этой цели предложено использовать различные типы реагентов [16], из которых чаще упоминаются трибутилоловогидрид

[17], цинковый порошок [18, 19], и алюмогидрид лития [8]. Каталитическое действие на процессы восстановления часто оказывают соединения переходных металлов. Хорошие выходы продуктов реакции достигаются при действии на гем дигалоциклопропаны N2H4 – Ni(Rе) [8] Существует несколько способов восстановления дихлорциклопропанов: 2.4.1. Восстановление Na в жидком аммиаке. Механизм реакции восстановления

Na в жидком аммиаке скорее всего включает в себя последовательный перенос электронов от Na в NH3 к субстрату, причем восстановление дигалогенидов, по-видимому, протекает ступенчато. При этом возможно промежуточное образование или карбаниона, или радикала, который может далее реагировать с растворителем или присоединять другой электрон, давая карбанион: Na → Na+ + e- R-X + e- → [R-X]÷ →

R- + X- R- + NH3 → RH + NH2- Na+ + NH2- → NaNH2 Na+ + X- → NaX и т. д. При восстановлении оптически активных дигалоциклопропанов в случае промежуточного образования радикала следует ожидать рацемизации продуктов восстановления, тогда как при промежуточном образовании карбаниона стерическая конфигурация продуктов восстановления должна остаться неизменной. Эта закономерность была использована для установления механизма восстановления [20].

Так как при восстановлении арилзамещенных галоциклопропанов раствором Na в жидком аммиаке в наибольшей мере возможен гидрогенолиз трехчленного цикла образующихся углеводородов [20], в случае арил-гем дигалоциклопропанов было максимально сокращено время контакта продуктов восстановления с раствором Na в жидком NH3 (обычно до 10-15 минут) и увеличена степень разбавления исходных дигалогенидов эфиром. Гидрогенолиз трехуглеродного цикла арилциклопропановых соединений следует объяснить повышенным

сродством фенильной группы к электрону и повышенной стабильностью промежуточно образующихся при этом коротко живущих анион-радикалов и карбанионов. 2.4.2. Восстановление LiAlH4 в диоксане в присутствии комплексов титана и циркония Восстановление гем дихлорциклопропанов гидридами проходит через стадию окислительного присоединения последних к центральному атому катализатора путем расщепления стерически наиболее доступной транс

С–Сl связи, в результате чего можно ожидать преимущественного образования в этих условиях цис-моногалогенциклопропанов: [21] LiAlH4 в диоксане в присутствии катализатора Zr(acac)4 позволяет получить цис-изомер (II) и фенилциклопропан (IV) в соотношении 62:38 с общим выходом ~ 100%. Оптимально для образования (II) из (I) использование двукратного мольного избытка LiAlH4 при соотношении (I):Zr(acac)4=70:1 2.4.3. Этилмагнийбромид в присутствии тетраизопропоксида титана

В работе [22] найден удобный препаративный метод восстановительного дигалогенирования дигалогенциклопропанов (I) в соответствующие стереоизомерные моногалогениды (II) и (III) с выходом до 80% путем взаимодействия с 2-3 экв. этилмагнийбромида (EtMgBr) в присутствии каталитических количеств тетраизопропоксида титана (Ti(OPr-i)4). Замена этилмагнийбромида на изопропилмагнийбромид или изменение количества катализатора от 10 до 40% не оказывает существенного влияния на соотношение образующихся при восстановлении дихлорида

(I) изомерных монохлоридов (II) и (III), тогда как использование четырех эквивалентов реактива Гриньяра в реакции с дихлоридом (I) приводит к преимущественному получению фенилциклопропана. 2.4.4. NaBH4, пропанол-2 (комплексы родия в качестве катализаторов) Комплексы родия, закрепленные на модифицированных силикагелях, проявили высокую активность в восстановлении дигалоциклопропанов переносом водорода от пропанола-2 и

NaBH4 [8] Восстановление гем дигалогенидов пропанолом-2 в указанных выше условиях характеризуется преимущественным образованием цис-изомера (соотношение цис:транс=2,6-1,8:1). Образующийся монохлорид подвергается дальнейшему дегалогенированию в фенилциклопропан. Скорость замещения второго атома хлора намного ниже, чем первого. Вследствие этого в реакционной смеси накапливается преимущественно продукт парциального восстановления

(93,3%). Наряду с ним в катализате содержится 2% фенилциклопропана и 4,7% продукта раскрытия циклопропанового кольца. 2.4.5. Гидразин-гидрат в присутствии никеля Ренея Восстановление дихлорциклопропановых соединений (I) N2H4•H2O в присутствии Ni(Re) в спиртах протекает селективно с образованием смеси Z-(II) и E-(III) монохлорциклопропанов (общий выход 86%) [8].

Предпочтительным является образование Z-изомера: (II):(III)=2:1. 3. Обсуждение результатов Была изучена литература и на основе ее анализа выбрана схема трехстадийного синтеза 1,1-дихлор-2-метил-2-фенилциклопропана: ПМР спектр полученного 1,1-дихлор-2-метил-2-фенилциклопропана: (δ, м.д) C6H5: 7,2-7,5 м.д. JHH=8 Гц CH(в ЦКП): 2,01-2,03 м.д. JHH=8 Гц СН3: 1,73-1,77 м.д. СН(в ЦКП): 1,63-01,67 м.д.

JHH=8 Гц 4. Практическая часть 4.1. Синтез диметилфенилкарбинола К эфирному раствору 0,3 моль метилмагнийодида постепенно добавили из капельной воронки при перемешивании 36 г свежеперегнанного ацетофенона. По окончании реакции смесь кипятили 1 ч на электроплитке с закрытой спиралью и после охлаждения вылили в смесь 200 г льда, 10г NH4Cl и 50 мл 2 н. раствора HCl. Эфирный слой отделили, водный – проэкстрагировали эфиром 2 раза

по 75 мл. Объединенные эфирные вытяжки промыли 50 мл 2 н. раствора Na2S2O3, потом водой 2 раза по 100 мл и сушили над прокаленным K2CO3. Эфир отогнали на роторном испарителе, а остаток перегнали в вакууме при 12мм рт. ст. при температуре 85 0С. Было получено 24,4 г диметилфенилкарбинола, nD20 1,5260, что составило 97,6% от выхода по методике и 58,56% от теоретического. 4.2. Синтез α-метилстирола

В колбе Кляйзена смешали 24,4 г диметилфенилкарбинола и 4,9 г KHSO4 Реакционную смесь нагревали в вакууме (примерно 100 мм рт. ст.) с одновременной отгонкой воды и α-метилстирола, собирая фракцию не выше 80-90 0С. После полученное вещество сушили над MgSO4. После повторной перегонки получили 13,7 г α-метилстирола (Ткип=60 0С при 14 мм рт. ст nD20 1,5350), что составило 115% от выхода по методике и 63,25% от теоретического.

4.3. Синтез 1,1-дихлор-2-метил-2-фенилциклопропана В 3-х горлоую колбу, снабженную мешалкой, капельной воронкой и боратным холодильником, поместили 13,7 г α-метилстирола, 0,2 г ТЭБАХ и 50 мл 50%-ного раствора NaOH. К смеси при энергичном перемешивании примерно в течение 2-х часов добавляли 50 мл CHCl3, следя за тем, что бы реакционная смесь все время оставалась теплой.

После окончания прибавленияCHCl3, перемешивают смесь еще 30 минут, а затем вылили в 250 мл холодной воды. Органический слой отделили, а водный экстрагировали CHCl3 2 раза по 25 мл. Органические вытяжки объединили, промыли насыщенным раствором NH4Cl и высушили над CaCl2. Растворитель отогнали на роторном испарителе, а остаток перегнали в вакууме, собирая фракции при температуре 106 0С при 8 мм рт.ст.

Было получено 16,8г 1,1-дихлор-2-метил-2-фенилциклопропана, что составляет 105% от выхода по методике и 89,25% от теоретического. 5. Выводы 1.Осуществлен анализ литературных данных, касающихся дихлорциклопропанирования углеводородов, содержащих двойную связь, методов их восстановления, а так же генерации дигалогенкарбенов 2.Проведен трехстадийный синтез 1,1-дихлор-2-метил-2-фенилциклопропана. Его строение подтверждено данными спектра ПМР. 7.

Список литературы 1.Шабаров Ю.С. Органическая химия. М: Химия, 1994, 352стр 2.Аграномов А.Е Шабаров Ю.С. Лабараторные работы в органическом практикуме. М: Химия, 1974, 374стр 3.Гауптман З Грефе Ю Ремане Х. Органическая химия. Москва , 1979, 235стр 4.Реутов

О.А Курц А.Л Бутин К.П. Органическая химия, том 4. Москва, 2004, 725стр 5.Реутов О.А Курц А.Л Бутин К.П. Органическая химия, том 2. изд. МГУ, 1999, 623стр 6.Москвичев Ю.А Фельдблюм В.Ш изд. ЯГТУ, 2007, 411стр 7.Яновская Л.А Юфит С.С Органический синтез в двухфазных системах,

М: Химия, 1982, 183стр 8.Яновская Л.А Домбровский В.А Хусид А.Х Циклопропаны с функциональными группами, Наука, 1984, 257стр 9.Нефедов М.О Иоффе А.И Менчиков Л.Г Химия кабенов , Наука, 1992, 273с 10.Шабаров Ю. С Колоскова Н. М Донская Н. А Лойм Н. А Левина Р.

Я. // ЖОрХ. 1966. Т. 2. С. 1798. 11.Hart H Levitt G. // J. Org. Chem. 1959. Vol. 24. P. 1261. 12.Левина Р. Я Шабаров Ю. С Потапов В. К. // ЖОХ. 1959. Т. 29. С. 3233-3237. 13.Шафран Р. Н. // Дисс. работа. МГУ. 1973. С. 73-80. 14.Левина Р. Я Шабаров Ю. С Потапов В. К. //

ЖОХ. 1959. Т. 29. С. 3233-3237. 15.Шафран Р. Н. // Дисс. работа. МГУ. 1973. С. 73-80. 16.Barlet R Vo-Quang Y. // Bull. Soc. Chim. 1969. №10. P. 3729-3760; Кулинкович О.Г. // Современные проблемы органической химии. 1987. Вып. 9. С. 161-193. 17.Leandre G Monti H Bertrand M. //

Tetrahedron. 1974. Vol. 30. №2. P. 283-287; Sidnes L. K. // Acta Chem. Scand. 1978. Vol. 32B. №1. P. 47-55. 18.Якушкина Н. И Захарова Г. А Сурмина Л. С Болесов И. Ф. // ЖОрХ. 1980. Т. 16. С. 1834-1838. 19.Дьяченко А. И Корнева О. С Нефедов О. М. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1984.

Вып. 11. С. 2653-2654. 20.Hoff M. B Greenlee K. W Boord C. E. // J. Amer. Chem. Soc. 1951. Vol. 73. P. 3329. 21.Джемилев У. М Гайсин Р. Л Турчин А. А Толстиков Г. А. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1991. Вып. 9. С. 2084-2087. 22.Кулинкович О. Г Астапович И. В Масалов Н. В. // ЖОрХ. 1998. Т.

34. Вып. 9. С. 1327-1329.