3. Saját munka
3.8. Az előállított észterek hasznosítása gyűrűbővítési reakciókban 216
A foszfinsavak direkt észteresítése során azt tapasztaltuk, hogy az észteresítési reakciók hosszú szénláncú, emiatt lipofilabb alkoholokkal a leghatékonyabbak. Ily módon jónéhány új alkoxi-3-foszfolén-oxidot (7) tettünk hozzáférhetővé. Értelemszerűen fölvetődött ezen új gyűrűs foszfinátok más P-heterociklusok előállításában való hasznosítása, különös tekintettel azok gyűrűbővítésére. Kutatócsoportunkban korábban csak kis (legfeljebb három) szénatomszámú oldalláncot tartalmazó alkoxi-foszfolén-oxidok gyűrűbővítését vizsgálták.31,67 Úgy gondoltuk, hogy az elektronküldő alkoxicsoport – mivel növeli a szén-szén kettőskötés elektronsűrűségét –
várhatóan növelni fogja a foszfolén-oxid reakciókészségét az elektrofil karbén addíciója során.
Az így kapott új 3-alkoxi-6,6-diklór-3-foszfabiciklo[3.1.0]hexán-3-oxidokat (49) ezután termikus gyűrűnyitási reakcióban terveztük a megfelelő 1,2-dihidrofoszfinin-oxidokká (50) alakítani.
A rendelkezésre álló 1-alkoxi-3-metil-3-foszfolén-oxidok (7e-i) diklórkarbénezési reakcióját fázistranszfer katalitikus (PTC) körülmények között hajtottuk végre, mely során kloroformból 50%-os NaOH oldattal in situ generált diklórkarbénnel reagáltattuk. Kutatócsoportunk korábbi eredményei szerint az alkoxi-foszfolén-oxidok diklórkarbén addíciója csak két egymást követő lépésben tehető teljessé (ld. 13. táblázat).
13. Táblázat: A 3-Alkoxi-6,6-diklór-3-foszfabiciklo[3.1.0]hexán-3-oxidok korábbi előállítása
Kísérlet R ClTEBA [%]
CHCl3
[ekv.]
Karbé- nezések
száma
NaOH/H2O [ekv.]/(m/m%)
Izomereloszlás
[%] Termelés [%]ref.
A B
1 Me 6,4 24,4 1 18,2/(45) 2767
2 Me
1.) 9,2
2.) 5,4 39 2 1.) 25,8/(45)
2.) 25,8/(50)
75 25 5931
3 Et 42 58 7131
4 nPr 42 58 5931
5 iPr 42 58 6631
Hasonló körülményeket alkalmazva azonban 7e-i esetén azt tapasztaltuk, hogy már egyszeri karbénnel történő reakció ~90-94%-os konverziót eredményezett az addíció során. Nagyobb mennyiségű (35-42 ekvivalens) diklórkarbént alkalmazva a diklórciklopropanálás már egy lépésben is teljesen végbement, így egy új hatékony eljárást tudtunk kidolgozni a hosszú alkilláncot tartalmazó alkoxi-foszfolén-oxidok diklórkarbén-addíciójára. A foszfolén-oxidok (7) reakcióképességének növekedése egyrészt az oldallánc szénatomszámának növelésének köszönhető, másrészt annak, hogy ezen észterek hidrolízissel szemben ellenállóbbak. A reakció lejátszódása után a kivált NaCl-ot kiszűrtük, a szerves fázist bepároltuk, majd az így kapott nyerstermékből oszlopkromatográfiás tisztítást követően 60-84%-os termeléssel sikerült izolálnunk a 49e-i foszfabiciklohexán-oxidokat két diasztereomer (A és B) – közel megegyező arányú – elegyeként (14. táblázat).
14. Táblázat: 3-Alkoxi-6,6-diklór-3-foszfabiciklo[3.1.0]hexán-3-oxidok előállítása Kísérlet R NaOH
[ekv.]
ClTEBA [%]
Termelés [%]
Izomereloszlása [%]
B – A
Termék Tiszta izomer
1 3-Pent 35 6 61 ~52 – 48 49e A, B
2 iPent 42 5 62 ~ 52 – 48 49f B
3 nOct 42 5 60 ~ 57 – 43 49g
4 iOct 42 5 76 ~ 49/5b – 42/4b 49h
5 Dodecil 35 6 84 ~ 48 – 52 49i
a Relatív 31P NMR intenzitások alapján, flash kromatográfiás tisztítást követően.
b A 49h diklórkarbén-addukt A és B izomerei 2-2 diasztereomer elegye.
A 49h 2-etilhexiloxi-származék az oldalláncban található további sztereocentrum miatt négy izomer elegyeként képződött (14. táblázat/4. kísérlet). Ismételt kromatográfiás tisztítással 49e termékből sikerült mindkét diasztereomert, valamint 49f esetében a B izomert tiszta formában kinyerni.
Az izomerek azonosítása egy korábbi analógia alapján történt. Kutatócsoportunkban a 3-etoxi-6,6-diklór-3-foszfabiciklo[3.1.0]hexán-3-oxid nagyobb 31P NMR eltolódással (δP: 86,9 ppm) rendelkező diasztereomerét sikerült kristályos formában kinyerni és röntgendiffrakciós vizsgálatokkal megállapítani, hogy a kinyert izomerben a P=O-csoport O-atomja a ciklopropángyűrűvel azonos oldalon helyezkedik el.33 Ezt alapul véve a nagyobb δP
eltolódású diasztereomer lehet a B izomer.
A két izomer (A és B) relatív energiájára is kíváncsiak voltunk, ezért néhány választott 3-alkoxi-6,6-diklór-3-foszfabiciklo[3.1.0]hexán-3-oxid entalpia, energia és entrópia értékeit is meghatároztuk.
15. Táblázat: 3-szubsztituált-6,6-diklór-3-foszfabiciklo[3.1.0]hexán-3-oxidok A és B diasztereomereinek entalpia, energia és entrópiakülönbsége (“B – A”) B3LYP/6-31G(d,p) számítások alapján
Y HB – HA
[kJ/mol]
GB – GA [kJ/mol]
SB – SA
[J/(mol∙K)]
O-3-Pent (49e) –9,04 –7,34 –5,70 OiPent (49f) –2,91 –1,52 –4,69
OnPent –315 –0,93 –7,46
OBu –3,13 –2,49 –2,15
OPr –3,11 –1,76 –4,54
OEt –3,15 –1,04 –7,06
Ph 3,20 2,00 4,03
A számított entalpiaértékeket bemutató 15. táblázat alapján a két diasztereomer közül „B” a stabilabb. Az EtO-, PrO-, BuO-, nPentO- és iPentO- szubsztituált foszfabiciklo[3.1.0]hexán-3- oxidok esetén a két diasztereomer közti energiakülönbség 2,91–3,15 kJ/mol, míg a 3-pentiloxi szubsztituens esetén a különbség 9,04 kJ/mol-ra nő, ami az A diasztereomer 3-pentil- és diklórciklopropán funkciói között létrejövő fokozott sztérikus gátlásnak tulajdonítható. Amint azt az irodalmi rész 2.1.2. fejezetében már említettem, fenil helyettesítő esetén csak az A izomer képződik a karbén addíciója során, ami sztérikus okok mellett elektronikus hatásokkal is magyarázható, ugyanis a kettőskötés elektronsűrűsége – a foszforilcsoport oxigénatomjának parciális negatív töltése, valamint a π-elektronok között fellépő elektrosztatikus taszítás következtében – az oxigénatommal átellenes oldalra koncentrálódik, ahonnan így az elektrofil diklórkarbén támadása könnyebben bekövetkezhet.30 Ezzel összhangban, a számítások szerint ebben az esetben az A diasztereomer a stabilabb.
Az energiák meghatározása során az optimalizált térszerkezeteket is megkaptuk, ezek közül 49e két diasztereomerének szerkezetét a 12. ábrán mutatom be.
A B
12. Ábra: A 3-pentiloxi-6,6-diklór-3-foszfabiciklo[3.1.0]hexán-3-oxid A és B diasztereomereinek B3LYP/6-31G(d,p) számítások alapján optimalizált térszerkezete
Összességében elmondható, hogy az általunk előállított 1-alkoxi-3-metil-3-foszfolén-oxidok diklórciklopropanálására egy hatékony, egylépéses módszert dolgoztunk ki. Az előállított öt diklórkarbén addukt (49e-i) mindegyike új vegyület, ezért teljes jellemzésüket is elvégeztük, valamint térszerkezetüket és relatív energiáikat kvantumkémiai számításokkal meghatároztuk.
Két esetben (49e és 49f) a diasztereomereket oszlopkromatográfiás módszerrel elválasztottuk és azokat külön-külön is azonosítottuk.
3.8.2. A diklórkarbén-adduktok (49) termikus gyűrűnyitása
A foszfolén-oxidok diklórkarbén-addícióját követően a 3.2.3. fejezetben kapott 3-alkoxi- 6,6-diklór-3-foszfabiciklo[3.1.0]hexán-3-oxidokat (49e-i) – korábbi példák alapján32 – toluolban forralva termikus gyűrűnyitási reakcióban kívántuk a megfelelő 1-alkoxi-1,2-dihidrofoszfinin- oxidokká (50e-i) alakítani. Megjegyzendő, hogy a 49 kiindulási vegyület izomerarányától függetlenül, az 50-es dihidrofoszfinin-oxidok a két kettőskötés-izomer (A és B) ~3:1 arányú elegyeként képződtek (16. táblázat), ami a gyűrűfelnyílás kationos intermedieren keresztül való lejátszódásával magyarázható.34
16. Táblázat: A 3- és 5-metil-1-alkoxi-4-klór-1,2-dihidrofoszfinin-oxidok előállítása
Kísérlet R Termelés
[%]
Izomereloszlása
[%] Termék
1 3-Pent 62 ~ 75 – 25 50e
2 iPent 80 ~ 76 – 24 50f
3 nOct 89 ~ 76 – 24 50g
4 iOct 73 ~ 76 – 24 50h
5 Dodecil 91 ~ 76 – 24 50i
a Relatív 31P NMR intenzitások alapján.
Az előállított öt 3-, illetve 5-metil-3-alkoxi-4-klór-1,2-dihidrofoszfinin-oxidok (50e-f) új vegyületek.
A kapott 1,2-dihidrofoszfinin-oxidok A és B regioizomerjeinek relatív energiáit szintén összehasonlítottuk, mely szerint minden esetben az A izomer mintegy 3,05–3,23 kJ/mol-lal stabilabb, mint a B izomer (17. táblázat).
17. Táblázat: A 3- és 5-metil-1-alkoxi-4-klór-1,2-dihidrofoszfinin-oxidok A és B diasztereomereinek entalpia, energia és entrópiakülönbsége (“B – A”) B3LYP/6-31G(d,p) számítások alapján
Y HB – HA
[kJ/mol]
GB – GA [kJ/mol]
SB – SA
[J/(mol∙K)]
O-3-Pent (50e) 3,23 3,83 –1,99
OiPent (50f) 3,05 4,23 –3,95
OnPent 3,22 6,55 –11,19
OBu 3,09 4,69 –5,36
OPr 3,11 4,62 –5,04
OEt 3,14 4,35 –4,05
Ph 3,22 4,04 –2,77
Az 50e dihidrofoszfinin-oxid A és B izomereinek optimalizált térszerkezetét az 13. ábrán mutatom be.
A B
13. Ábra: A 3-pentiloxi-4-klór-1,2-dihidrofoszfinin-1-oxid A és B regioizomereinek B3LYP/6-31G(d,p) számítások alapján optimalizált térszerkezete
Elmondható, hogy az előállított 6,6-diklór-3-foszfabiciklo[3.1.0]hexán-oxidokat (49) termikus gyűrűnyitási reakcióban a megfelelő hattagú telítetlen P-heterociklusokká alakítottuk, majd az így kapott öt új 1,2-dihidrofoszfinin-oxidot (50) jellemeztük, valamint az izomerek térszerkezetét és relatív energiáit elméleti számítások segítségével meghatároztuk.
A kapott új foszforheterociklusok kutatócsoportunk korábbi munkái25,141,144,145 alapján különféle átalakításokban (pl. Diels–Alder-reakció, fragmentációs foszforilezési reakció) hasznosíthatók.