? , ?-Дифторазиды - новые окислительные фторирующие реагенты

Фторированные органические и элементоорганические соединения находят широкое применение в химии, медицине, промышленности. Их значение особенно выросло в последние годы в связи с широким распространением биологически активных веществ, модифицированных атомами фтора и в связи с развитием метода позитронно-эмисионной томографии (ПЭТ) на ядрах 18Р, позволяющего проводить раннюю диагностику многих заболеваний. В то же время методы фторирования органических и элементоорганических соединений весьма немногочисленны. Большинство их основано на нуклеофильном замещении различных функциональных групп фторид — анионом, что не приводит к изменению степени окисления исходных соединений. Методы окислительного фторирования органических соединений весьма немногочисленны, так как главным образом основаны на применении опасного молекулярного фтора ?2 и получаемых на его основе реагентов. К ним относятся, например, Хе?2 и ГЧ-фторамины, ацилгипофториты, и высоковалентные фториды, такие как СоБз или РЫБг-Эти реагенты имеют многочисленные недостатки, как например дороговизна (ХеР2), малая активность (РЫРг и 1Ч-фторамины), нестойкость (ацилгипофториты) или малая селективность (СоР3). Цель данной работыразработка новых методов окислительного фторирования элементоорганических и органических веществ, т. е. разработка стабильных, недорогих и удобных в применении реагентов, которые могут быть получены без применения молекулярного фтора, и которые были бы пригодны для широкого применения в синтетической химической практике.

СИНТЕЗ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА а, а-ДИФТОРАЗИДОВ обзор литературы) 1. Синтез а. а-дифторазидов >У|/ Исторически первым спосбом получения а, а-дифторазидов было присодинение азид-аниона к перфторолефинам [1].

Известно, что перфторированные и полифторированные олефины проявляют повышенную реакционную способность в реакциях присоединения нуклеофилов, так как образующиеся из них полифторкарбанионы весьма стабильны. В протонных растворителях (спирты, вода) эти карбанионы захватывают протон:

Н+.

Я' — ся=сб2 + N3—- к—ся— сад — яснясад.

Я, Я= Б, СБз.

При этом одновременно образуется алкоголят-анион, который сам является нуклеофилом и способен конкурировать с азидом, вследствие чего продукт реакции содержит значительное количество полифторированных простых эфиров: опи я—ся—сад — яснясад +Я" 0я—СЯ=СР2 н+ я’о- — я—ся—с?2—оя" — ясня-ср2оя" .

Как правило, присутствуют и продукты олигомеризации, образующиеся в результате присоединения карбанионов к другой молекуле перфторолефина. Вследствие этого в более поздних работах [2] рекомендуется использовать высококипящие спирты, например, метилцеллозольв, чтобы избежать трудностей при разгонке азидов от сответствующих фторированых простых эфиров.

Как правило, протонные растворители способствуют образованию насыщенных азидов, хотя иногда более высокие выходы образуются при использовании НК3 или ее аммонийных солей в апротонных растворителях [3, 4, 5].

N^N3, 50 °C СРС1=СР2 — СНРС1-СР2К3.

6 5 60% Кроме протона, образующийся карбанион вводили в реакции с другими электрофильными частицами. К электрофилу предъявлялись два очевидных основных требования: он должен необратимо реагировать с карбанионом и не должен реагировать (или реагировать обратимо) с азид-анионом. В качестве такой ловушки с успехом был использован С02 [6−12]:

СО,.

СР2=СР2 + N3—- СР2-СВДИ3СР2—СР2-СОО ;

СН3)2804.

— ^СБ— С?2-СООСН3.

N3- со2.

СБ2= СРОСР2СР2СР3 — Ы3СР2-СРОСР2СР2СР3.

СООСООМе.

I Ме2804 I.

— К3СР2-СРОСР2СР2СР3 -NзCF2-СРОСР2СР2СР3.

Соответствующие карбоксилаты переводились в удобную для обработки и хранения форму метилированием.

Позднее в качестве ловушек были применены сложные эфиры полифторированных кислот. Первоначально образующиеся кеталь-анионы, в отличие от нефторированых аналогов, неспособны к выбросу алкоголятаниона, как обычно происходит в реакциях сложных эфиров с реактивами Гриньяра. Отщепить трифторэтанол удается только при действии концентрированной Н2804:

ОСН2СР3.

N3- СР3СООСН2СРз ср2=ср2— ср2— оуч3— nзcf2— ср2—сср, а.

Н2804.

СР3СН2ОН.

ШЭВ,—ск—соск.

Наконец, в качестве такого сложного эфира был использован даже полученный ранее 2,2,2-трифторэтил-3-азидо-2,2,3,3-тетрафторпропионат, что привело к необычному соединению, содержащему две азидогруппы:

1. Ы3СР2СР2СООСН2СР3.

N3- 2. Н2804 СР2=СР2-СР2-СР^з-К3СР2СР2СОСР2СР2К3.

Получаемые таким образом полифторированные азидокетоны могут быть подвергнуты сополимеризации с тетрафторэтиленом или окисью перфторпропилена (катализатор — КБ), в результате чего получаются различные олигомеры, содержащие группыСР2М3 [7, 8] В работе [10] в качестве ловушек для фторкарбанионов использовались и соединения других классов, в частности, бис-(2,2,2-трифторэтил)сульфит, трифторэтилбензоат, 14, N — трифторацетамид, но желаемые продукты не были получены.

В работах [6−12] в качестве акцептора азид-аниона использовался тетрафторэтилен, перфторвиниловые эфиры и перфторвинилхлорид. В реакциях тетрафторэтилена с другими нуклеофилами, в частности, с С1Ч~, проявляются осложнения, связанные, по мнению авторов, со сравнимой скоростью выброса фторид-иона вследствие внутреннего вращения [9]:

Конформер 1, образовавшийся при присоединении X", может выбросить только X" (анти-элиминирование) и дать исходный перфторэтилен. В случае же внутреннего вращения, конформер 2 выбрасывает Б", что приводит к перфторвинильным производным, которые, в свою очередь, могут присоединять нуклеофилы. Это приводит к сложной смеси продуктов. Реакционной средой в [6−12] служит диметилсульфоксид, реакции вдут длительное время при комнатной или повышенной (25−100 °С) температуре, и авторы на основании проведенных расчетов указывают, что карбанион КзСРгСРг" имеет достаточно высокий барьер внутренего вращения, чтобы в этих условиях существовать в растворе длительное время, не меняя конформации. В то же время меньший по размеру цианид не обеспечивает достаточно высокого барьера внутренего вращения, что приводит к низкому выходу целевого продукта. В работе ничего не сообщается о попытках получения азидов из перфторолефинов Сз и выше (в этом случае выброс Р может осуществляться без внутреннего вращения из соседней СРз-группы), из чего можно сделать вывод, что попытки эти не проводились либо были неудачны. Общность данного метода, таким образом, ограничена, вероятно, перфторэтиленом, перфторвинильными эфирами и перфторвинилгалогенидами. X 1 2.

В работе [1] также указывается на протекание конкурирующей реакции винильного замещения, связанной с отщеплением фторид-аниона из промежуточного карбаниона:

СР3СК=СР2 + N3ся сы— сш, ск ся=сш С 3.

Образующиеся винилазиды крайне нестойки и при комнатной температуре самопроизвольно отщепляют азот, а образовавшийся при этом нитрен претерпевает перегруппировку. Вначале [1] продукту этой перегруппировки приписывали строение азациклобутена, однако дальнейшие исследования показали, что образуется азирин [13].

СК,.

СК сю.

СР1Ч,.

— N0.

— N0 чся-С? N О ср=СР—N.

ГС=]М—Б.

РС.

— к—Р.

СР—СЕ,.

Отщеплению азота способствует двойная связь, что, по мнению авторов [13], может указывать на согласованный механизм. Насыщенные аналоги отщепляют азот при температурах выше 200 °C .

Кроме азид-аниона, к полифторированным олефинам присоединяли также Ж3 [14] и ВгИз [15], причем авторы предлагают цепной механизм реакции:

N3- СР2=СШ1'—N3—СР2 —СЯИ'-^^СБ — СКЮС+ N3.

Я = Р, СР3, С2Р5- Я' = Р, С1, СР3- Х= I, Вг.

Эти реакции проводились в ацетонитриле при относительно низких температурах (-20 °С — 20 °С), и таким способом были получены, хотя и с низким выходом, азиды из перфторизобутилена и перфторпропилена. Первый член гомологического ряда афторазидов, трифторметилазид, СР3-N3, был получен реакцией трифторнитрозометана с гидразином и последующим окислением полученного триазена хлором в метаноле [16, 17] а.

СР3Ж> — СР3-N=N-КН2-^СРзИз.

Этот способ синтеза трифторметилазида остается единственным на настоящее время.

Наконец, ряд а, а-дифторазидов был получен замещением галогенов в а, а-дифторгалогенидах, например, дифторметилазид [18], полученный реакцией СНР2С1 с азидом натрия в водно-диоксановом растворе:

N3.

Р2СНС1 -^ Р2СНК3 этиловый эфир 2,2-дифтор-2-азидоуксусной кислоты [19] - в ДМСО,.

14, МаВНд ВгР2С-СООЕ1 3 >^{СР2-СООЕ1} -^ И3СР2—СН2ОН ряд а, а — дифтор — (3-бромазидов [15].

ЫЯ’С-СР.Вг I 2 Вг.

ЯК’С-СР-М,.

I 2 3 Вг.

Я, Я' = Б, С1- Р, СР3- Б, СООЕ1- СР3, С00Е1 Ыа1Ч3.

1СР2СР21.

К3СР2СР21 и ряд пара-замещенных а, а — дифторбензилазидов [20].

СР2Вг.

ДМФА X.

СР2К3 X х = н, ср3, N02, а, гви.

Интересный метод получения кетонов и сложных эфиров с группой СР2Из был предложен в работе [21]. На первой стадии проводится присоединение хлорангидрида кислоты к 1,1 — дифторэтилену, а затем образующийся продукт либо подвергается окислению по Байеру-Виллигеру (для получения сложного эфира), либо сразу вводится в реакцию нуклеофильного замещения с №N3: 0 О.

РгС1,.

Я^< + СР=СН9 а — ю °с.

СЮР о.

2Чс -10 °с н,.

С н,.

МСРВА о.

С1СЕ.

N0 с Щ оя -10 °с о с ОЯ н,.

Для этих реакций авторы [15] предлагают цепной галогенофильный механизм, включающий промежуточное образование фторолефина, г<

N3- + Вг——СЯЯ'-СЕ, Вг яяс=ср, Мз «яяс — ср, н, +Авг^Ьяя-СР.

— ВгМ,.

ЯЯ’С-СР2Вг А.

2 3.

— Вг.

Вг яяс:—ск^ + а.

Вг.

В то же время следует отметить, что дифторметили дифторбензилгалогениды, из которых не может образоваться фторолефин, реагируют в тех же условиях, что указывает на простое Б^-замещение как минимум в этих случаях.

Выводы.

1. Показано, что реакции а, а-дифторазидов с различными олефинами приводят к окислительному аминированию и к фтораминированию двойной связи.

2. Показано, что реакции а, а-дифторазидов с альдегидами приводят к окислительному фторированию последних и превращению во фторангидриды.

3. Показано, что реакции ос, а-дифторазидов с рядом терминальных и нетерминальных ацетиленов, приводят к 1-(дифторалкил)-1,2,3-триазолам.

4. Установлено, что триазолы, получаемые из терминальных ацетиленов, подвергаются термической деструкции с образованием продуктов фтораминирования тройной связи, а также а, а-дифторамидов карбоновых кислот.

5. Исследованы реакции а, сс-дифторазидов с некоторыми ароматическими производными сурьмы (III), висмута (III), серы и теллура (И). Показано, что а, а-дифторазиды являются эффективными окислительными фторирующими реагентами по отношению к производным сурьмы (III) и теллура (II).

6. Установлено, что метиловый эфир 3-азидо-2,2,3,3-тетрафторпропионовой кислоты является эффективным окислительным фторирующим реагентом для соединений фосфора (III).

7. Найдено, что метиловый эфир 3-азидо-2,2,3,3-тетрафторпропионовой кислоты образует с некоторыми соединениями фосфора (III) стабильные фосфазиды.

8. Показано, что получаемые в результате фторирования гипервалентные фториды сурьмы и теллура обладают высокой каталитической активностью в реакции синтеза алкиленкарбонатов из эпоксидов и С02 при использовании комплексообразователя, облегчающего их ионную диссоциацию.