Колобов Алексей Владиславович. Вицинальные дикарбоновые кислоты : синтез, структура, свойства

Короткий опис

Колобов Алексей Владиславович. Вицинальные дикарбоновые кислоты : синтез, структура, свойства : диссертация ... доктора химических наук : 02.00.03 / Колобов Алексей Владиславович; [Место защиты: Ярослав. гос. техн. ун-т (ЯГТУ)].- Ярославль, 2007.- 281 с.: ил. РГБ ОД, 71 07-2/105

Ярославский государственный технический университет

На правах рукописи

Колобов Алексей Владиславович
ВИЦИНАЛЬНЫЕ ДИКАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ: СИНТЕЗ, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА
02.00.03 - О^ничеегая^^щяюбриауки Роесии ji
ІІп?'сзиДйум 01
| решил выдать диплом ^ ^Начальник отдела
Диссертация
на соискание ученой степени доктора химических наук

Научный консультант
доктор химических наук, доцент

Кофанов Евгений Романович
Ярославль 2007
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 10
1 Литературный обзор 15
1.1 Реакции, протекающие под действием электрофильных агентов на производные норборнена 16
1.2 Механизм лактонизации 18
1.3 Реакции НВДК с галогенами 19
1.3.1 Селективность 19
1.3.2 Кинетика йодлактонизации НВДК 21
1.4 Взаимодействие с сульфенгалогенидами и родсвенные реакции 23
1.5 Свободнорадикальное присоединение 31
1.6 Оксимеркурирование 33
1.7 Нитрозохлорирование 35
1.8 Получение э/сзо-арилпроизводных норборнана 36
1.9 НВДК и их производные в реакциях Фриделя-Крафтса 37
1.9.1 Алкилирование ароматических оединений производными ЦДК.. 37
1.9.2 Исследование стереоселективности алкилирования НВДК 40
1.9.3 Взаимодействие ангидридов НВДК с ароматическими соединениями в присутствии катализаторов Фриделя-Крафтса 43
1.10 Изомеризация производных ВДК 45
1.11 Реакции образования циклических продуктов присоединения по двойной связи НВДК 51
1.11.1 Циклопропанирование и эпоксидирование 51
1.11.2 Присоединение по двойной связи НВДК с образованием четырёхчленных циклов 53
1.11.3 Присоединение по двойной связи НВДК с образованием пятичленных циклов 54
1.11.4 НВДК в диеновом синтезе 54
1.12 Реакции окисления и восстановления 55
1.13 Реакции с участием а-водородных атомов 57
з
1.14 Ароматизация ВДК 57
1.15 Применение НВДК 59
1.15.1 НВДК в синтезе БАВ 59
1.15.2 ВДК - полупродукты в синтезе мономеров 61
2. Химическая часть 63
2.1 Бициклические вицинальные дикарбоновые кислоты 63
2.1.1 Исследование реакции алкилирования бензола НВДК 64
2.1.1.1. Стереохимические особенности реакции алкилирования ЦДК 64
2.1.1.2. Квантовохимическое рассмотрение реакции образования у-лактонов из непредельных циклических дикарбоновых кислот 66
2.1.1.3. Алкилирование бензола НДК 70
2.1.1.3.1. Исследование влияния количества катализатора (А1С1з) на выход ФНДК 71
2.1.1.3.2. Исследование влияния температуры 71
2.1.1.4. Термодинамический подход к проблеме стереоселективности алкилирования 73
2.1.1.5. Обсуждение результатов исследования стереоселективности реакции алкилирования бензола ЦДК 75
2.1.2 Исследование реакции нитрования 76
2.1.2.1. Нитрование ФЦДК 77
2.1.2.1.1. Нитрование ФЦДК в водной азотной кислоте 77
2.1.2.1.2. Нитрование ФЦДК в уксусной кислоте 79
2.1.2.1.3. Квантово-химические расчёты реакции нитрования цис- ФЦДК 82
2.1.2.2. Исследование закономерностей нитрования 2-ФБК 88
2.1.2.2.1. Кинетическое исследование закономерностей нитрования 2-ФБК 89
2.1.2.2.2. Влияние различных факторов на селективность нитрования 2-ФБК 97
2.1.2.2.3. Исследование механизма нитрования 2-ФБК 100
2.1.2.2.4. Исследование спектров ЯМР |3С ЯМР 'Н 2-ФБК 104
2.1.2.2.5. Квантово-химические расчёты 2-ФБК 104
2.1.2.3. Нитрование 3,4-ФФК 108
2.1.2.4. Обсуждение механизма участия карбоксильнй группы в реакции нитрования двуядерных ВЦДК 109
2.1.3 Восстановление нитрогруппы в двуядерных карбоновых и дикарбоновых кислотах 111
2.1.4 Получение и свойства полиимида на основе
4- (4-аминофенил)фталевой кислоты 113
2.2 Нециклические производные ВДК 114
2.2.1 Синтез амидов ВДК и продуктов на их основе 114
2.2.1.1. Синтез амидов и имидов трицикло[3.2.2.02,4]нон-8-ен-6,7- дикарбоновой кислоты 116
2.2.2 Моноэфиры ВЦДК и смешанные эфиры на их основе 119
2.3 Циклические производные ВЦДК 119
2.3.1 Ангидридизация дикарбоновых кислот 120
2.3.2 Получение имидов ВЦДК и синтезы 124
2.3.2.1. Комбинаторные библиотеки имидов ВЦДК 124
2.3.2.2. Квантовохимическое исследование получения имидов из амидокислот 125
2.3.2.3. N-алкилирование Ы-(2,5-диоксопирролидин-1-ил)-бензамидов 128
2.3.2.4. Синтез ЛЧариламинометил)имидов 130
2.3.2.5. Синтез (18,211)-4-гидрокси-5-{[(48,5К.)-4,5-дикарбокси - 2-гидроксигексенил]сульфенил}циклогексан-1,2-дикарбоновой кислоты и нового мономера на её основе 133
2.3.3 Исследования в области синтеза арилпиридазинонов 134
2.3.3.1. Синтез арилпиридазинонов 134
2.3.3.2. Синтез N-алкильных производных арилпиридазинонов 137
2.3.3.3. Синтез N-арильных производных арилпиридазинонов 138
2.3.3.4. Синтез 4-(6-оксо-1,6-дигидро-3-пиридазинил)-бензойной и 4- (4-оксо-3,4,5,6,7,8-гексагидро-1-фталазинил)бензойной кислоты 139
2.3.4 Реакции циклизации непредельных ВЦДК 145
2.3.4.1. Синтез 5-оксо-1-арилпирролидин-3-карбоновых кислот и продуктов на их основе 145
2.3.4.1.1. Квантовохимические расчеты молекулы итаконовой кислоты 147
2.3.4.1.2. Синтез мономеров для поликонденсации на основе итаконовой кислоты 150
2.3.4.2. Образование лактонов и синтезы на их основе 152
2.3.4.2.1. Синтез 2-э/во(4-нитрофенилтио)-5-оксо-4- оксатрицикло[4.2.1.03,7]нонан-9-эндо-карбоновой кислоты 152
2.3.4.2.2. Хемоселективность взаимодействия этил (1К*,211*,38*,611*,78*,98*)-5-оксо-2-(фенилсульфанил)-4- оксатрицикло[4.2.1.03,7] нонан-9-карбоксилата с гидроксидом натрия 155
2.3.4.2.3. Пути функциализации серосодержащих производных норбарнана 163
3. Экспериментальная часть 165
3.1 Исходные соединения 165
3.2 Алкилирование 166
3.2.1 Исследование влияния количества хлористого алюминия на выход ФНДК 166
3.2.2 Исследование влияния температуры на выход ФНДК 166
3.2.3 Получение ФНДК 167
3.2.4 Получение ФЦДК 167
3.2.5 Получение тр£ше-ФЦДК 168
3.2.6 Попытка алкилирования ФНДК бицикло[2.2.1.]гепт-5-ен-2,3- дикарбоновой кислотой (НДК) 168
3.3 Нитрование 168
3.3.1 Проведение кинетических исследований реакции нитрования ... 168
3.3.1.1. Получение (1К*,28*,4К*)-4-(4-нитрофенил)- циклогексан-1,2- дикарбоновой кислоты 172
3.3.1.2. Получение (Ш*,28*,4К*)-4-(2-нитрофенил)циклогексан-1,2- дикарбоновой кислоты 173
3.3.1.3. Получение 2’-, 4’-нитро-2-фенилбензойных кислот 173
3.3.1.4. Получение 4-(4-нитрофенил)- и 4-(2-нитрофенил)фталевой кислот 174
3.4 Восстановление нитрогруппы 175
3.4.1 Получение (1ІІ*,28*,4Я*)-4-(4-аминофенил) циклогексан-1,2- дикарбоновой кислоты 175
3.4.2 Получение 2-(4-аминофенил)бензойной кислоты и её эфиров.... 176
3.4.3 Получение 4-(4-аминофенил)фталевой кислоты 177
3.5 Ангидридизация ВДК 178
3.5.1 Кинетические исследования реакции ангидридизации ВДК ряда норборнана 178
3.5.2 Общая методика получения ангидридов ВДК 182
3.6 Синтез карбоновых кислот ряда арилпиридазинона 183
3.6.1 4-(3-Карбоксипропионил)бензойная кислота 183
3.6.2 4-(6-Оксо-1,4,5,6-тетрагидро-3-пиридазинил)бензойная кислота 184
3.6.3 4-(6-Оксо-1,6-дигидро-3'Пиридазинил)бензойная кислота 184
3.7 Синтез комбинаторных библиотек 185
3.7.1 Общая методика N-алкилирования М-(2,5-диоксопирролидин-1- ил)-бензамидов 185
3.7.2 Общая методика синтеза амидов трицикло[3.2.2.02,4]нон-8-ен-6,7- дикарбоновой кислоты 189
3.7.3 Общая методика синтеза имидов трицикло[3.2.2.02,4]нон-8-ен-6,7- дикарбоновой кислоты 192
3.7.4 Общая методика синтеза имидов на основе ангидридов 112 (a-h) и 127 (a-t) 193
3.7.5 Общая методика получения хлорангидридов, содержащих имидный фрагмент 196
3.7.6 Общая методика получения амидов из карбоновых кислот, содержащих имидный фрагмент 197
3.7.7 Методики получения сложных эфиров карбоновых кислот, содержащих имидный фрагмент 200
3.7.7.1. Получение сложных эфиров взаимодействием хлорангидридов карбоновых кислот с фенолами 200
3.7.7.2. Получение сложных эфиров взаимодействием хлорангидридов карбоновых кислот со спиртами 200
3.7.7.3. Получение фенациловых эфиров 200
3.7.7.4. Получение метиловых эфиров 201
3.7.8 Реакция Манниха 204
3.7.8.1. Общая методика синтеза N-незамещённых имидов ВДК 204
3.7.8.2. Общая методика синтеза М-(ариламинометил)имидов 205
3.7.8.3. Синтез М-[(Н’-имидометил)-(М’-ариламинометил)]-имидов 206
3.7.8.4. N-Ацилирование М-(ариламинометил)имидов 207
3.7.9 Синтез производных арилпиридазинонов 207
3.7.9.1. Ацилирование ароматических соединений янтарным ангидридом и ангидридом ЦДК 207
3.7.9.2. Получение дигидропиридазинонов 208
3.7.9.3. Общая методика получения арилпиридазинонов 208
3.7.9.4. Общая методика алкилирования арилпиридазинонов 209
3.7.9.5. Синтез 2-(4-нитрофенил)-6-фенил-2Н-пиридазин-3-она 214
3.7.9.6. Синтез 2-(4-аминофенил)-6-фенил-2Н-пиридазин-3-она 215
3.7.10 Синтезы на основе итаконовой кислоты 215
3.7.10.1. Общая методика получения 5-оксо-1-арилпирролидин-3- карбоновых кислот 215
3.7.10.2. Общая методика получения хлорангидридов 5-оксо-1- арилпирролидин-3-карбоновых кислот 216
3.7.10.3. Общая методика получения сложных эфиров взаимодействием хлорангидрдов с фенолами 216
3.7.10.4. Общая методика получения сложных эфиров через имидазольные произвоные 216
3.7.10.5. Общая методика получения амидов 5-оксо-1- арилпирролидин-3-карбоновых кислот взаимодействием хлорангидридов с аминами 218
3.7.10.6. Общая методика получения амидов 5-оксо-1- арилпирролидин-3-карбоновых кислот через имидазольные производные 218
3.7.10.7. Получение 1-(4-аминофенил)-5-оксопирролидин-3- карбоновой кислоты 220
3.7.10.8. Получение 1 -[4-(4-карбокси-2-оксо-1 -пирролидинил)-фенил]-
5- оксопирролидин-З-карбоновой кислоты 221
3.7.11 Синтез у-лактонов, содержащих структуру норборнана 221
3.7.11.1. Синтез 2-эо>(4-нитрофенилтио)-5-оксо-4- оксатрицикло[4.2.1.03,7]нонан-9-эндо-карбоновой кислоты 221
3.7.11.2. Получение 2-экзо-фенилтио-5-оксо-4-
3 7
оксатрицикло[4.2.1.0 ’ ]нонан-9-э//()о-карбоновой кислоты 222
3.7.11.3. (1 11*,211*,38*,68*,78*,98*)-5-оксо-2-(фенилсульфанил)-4-
3 7
оксатрицикло[4.2.1.0 ’ ] нонан-9-карбоновая кислота 223
3.7.11.4. MeTnn(lR*,2R*,3S*,6R*,7S*,9S*)-5-0KC0-2- (фенилсульфанил)-4-оксатрицикло[4.2.1.0 ’ ] нонан-9-карбоксилат. 224
3.7.11.5. Метил(111*,2К.*,38*,68*,78*,98*)-5-оксо-2-(фенилсульфанил)-
^ 7
4-оксатрицикло[4.2.1.0” ] нонан-9-карбоксилат 224
3.7.12 Получение 1-(4-аминофенил)-1Н-пиррол-2-карбоновой кислоты 225
Выводы 226
Список принятых сокращений 228
Литература 229
Приложение А 2666
Приложение Б 2722
Приложение В 273
Приложение Г 276
Приложение Д 279
Приложение Е 280

Список літератури

ВЫВОДЫ
1. Экспериментальное исследование с привлечением кинетических и расчётных методов позволило проследить на широком круге вицинальных циклоалифатических дикарбоновых кислот влияние особенностей их строе¬ния на протекание реакций циклизации: ангидридизации, имидизации, лакто- низации.
2. Получены кинетические закономерности ангидридизации ВДК. Предложена модель, объясняющая более высокие скорости ангидридизации в уксусной кислоте, чем в других растворителях. Обнаружена высокая способ¬ность производных диэнЭо-норборнандикарбоновой кислоты к ангидридиза¬ции уже при температуре ниже 80 °С, открывающая новые синтетические возможности в использовании этих продуктов.
3. Исследование имидизации мономидов дикарбоновых кислот показа¬ло значительно более лёгкое протекание этого процесса для полициклических соединений ряда норборнана и бицикло[2.2.2]октана. На основании кванто¬вохимических расчётов показано, что скорость реакции определяется стадией образования геминального диола.
4. На примере нитрования карбоновых кислот ряда бифенила и (111*,28*,48*)-4-фенилциклогексан-1,2-дикарбоновой кислоты на основании кинетических, спектральных и расчётных данных предложена модель, объяс¬няющая селективность и скорость реакции нитрования карбоксилсодержащих ароматических субстратов участием карбоксильной группы в стабилизации (дестабилизации) переходного состояния на стадии образования а-комплекса за счёт электростатического взаимодействия карбоксильной группы и нит-рующего агента.
5. Обнаружено значительное протекание ипсо-нитрования у (1К*,28*,ЗК*,48*,58*)-5-фенилбицикло[2.2.1]гептан-2,3-дикарбоновой ки¬слоты, связанное с возможностью лёгкого образования соответствующего лактона.
6. Исследована стереоселективность алкилирования бензола (lR,2S)-4- циклогексен-1,2-дикарбоновой и (lR,2R,3S,4S)-6mmwK)[2.2.1]-renT-5-eH-2,3- дикарбоновой кислотами. Изучение влияния условий алкилирования, рас¬смотрение факта протекания лактонизации как критерия развитости заряда на атакуемом атоме углерода позволили предположить существование цикличе¬ского интермедиата, включающего катионный центр, хлорид алюминия и карбоксильную группу, ответственного за стереоселективность алкилирова¬ния ароматических соединений указанными реагентами.
7. На основании исследования реакции гидролиза сложных эфиров 2¬
3 7
экзо-фенилтио-5-оксо-4-оксатрицикло[4.2.1.0 ’ ]нонан-9-эндо-карбоновой ки¬слоты в условиях щелочного гидролиза предложен механизм реакции, где эпимеризация «встраивается» в последовательность стадий гидролиза.
8. Разработаны методы синтеза новых двуядерных и конденсированных ароматических, гетероциклических и карбоциклических аминокарбоновых-, аминодикарбоновых кислот, их производных.
9. Исследованы методы синтеза производных арилпиридазинона - пер-спективных продуктов для скрининговых исследований
Предложен подход к синтезу новых фенилциклоалкильных моно¬меров для гомополиконденсации и к синтезу 4’-амино-3,4- бифенилдикарбоновой кислоты