реакция каталитического олефинирования

реклама
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
Скачать