Tartalomjegyzék. PhD dolgozat

Átírás

1 hd dolgozat Tartalomjegyzék Tartalomjegyzék Bevezetés Irodalmi rész Öttagú foszforheterociklusok előállítása ,5-Dihidro-1-foszfol-oxidok előállítása Tetrahidro-1-foszfol-oxidok előállítása Foszfolok előállítása Dihidrofiszfinin-oxidok előállítása gyűrűbővítéssel Foszfólium-sók hidrolízise Dihidro-1-foszfol-oxidok ozonolízise Dihidro-1-foszfol-oxidokra történő diklórkarbén-addíció Foszfabiciklo[3.1.0]hexánok előállítása A ciklopropángyűrű felnyitása Áthidalt -heterociklusok szintézise Foszfanorbornén-származékok előállítása Foszfanorbornén-származékok előállítása Foszfanorbornén-származékok előállítása Foszfabiciklo[2.2.2]oktén-származékok előállítása xafoszfabiciklo[2.2.2]oktén-származékok előállítása Baeyer-Villiger oxidációval megvalósított szintézis Baeyer-Villiger oxidáció a karbonil-vegyületek körében Baeyer-Villiger oxidáció a foszforheterociklusok körében xafoszfabiciklo[2.2.2]oktének Diels-Alder reakcióval megvalósított szintézise heterociklusok fragmentációs tulajdonságai Termikus úton kiváltott fragmentációs reakciók Foszfanorbornén-származékokkal termikus úton kiváltott foszforilezési reakciók Termikus úton kiváltott foszforilezési reakciók foszfabiciklo[2.2.2]okténszármazékokkal Termikus úton kiváltott foszforilezési reakciók oxafoszfabiciklo[2.2.2]okténszármazékokkal Fotokémiai úton kiváltott fragmentációs reakciók UV-fény által kiváltott foszforilezési reakciók 7-foszfanorbornén-származékokkal Foszfabiciklo[2.2.2]oktén-származékokkal UV-fény által kiváltott foszforilezési reakciók UV-fény által kiváltott foszforilezési reakciók oxafoszfabiciklo[2.2.2]okténszármazékokkal Saját munka A prekurzorok alapanyagául szolgáló -heterociklusok szintézise Kísérletek az 1-fenil-2-metil-2,5-dihidro-1-foszfol-oxid gyűrűbővítésére Áthidalt -heterociklusok szintézise Foszfanorbornén-származékok előállítása Etil-, valamint -ciklohexil-foszfanorbornén-származékok szintézise Az alapváz pillératomján metilcsoportot tartalmazó foszfanorbornén-származékok előállítása Foszfabiciklo[2.2.2]oktén-származékok előállítása Dihidrofoszfinin-oxidok dimerizációs reakciója ,2-Dihidrofoszfinin-oxidok reakciója p-benzokinon jelenlétében ,2-Dihidrofoszfinin-oxidok reakciója tetracianoetilén jelenlétében

2 hd dolgozat Feltételezett reakciómechanizmus Kvantumkémiai számítások xafoszfabiciklo[2.2.2]oktén-származékok előállítása Áthidalt -heterociklusok hasznosítása nukleofilek foszforilezési reakcióiban Foszfanorbornén-származékok fragmentációs reakciói Foszfabiciklo[2.2.2]oktén-származékok fragmentációs reakciói ukleofilek UV-fény által kiváltott foszforilezési reakciói foszfabiciklookténszármazékokkal Foszfabiciklooktén-származékok termikus stabilitása ,2-xafoszfabiciklo[2.2.2]oktén-származékok hasznosítása alkoholok foszforilezésében UV-besugárzás hatására kiváltott foszforilezési reakciók 1,2-oxafoszfabiciklookténszármazékokkal Termikus úton kiváltott foszforilezési reakciók oxafoszfabiciklooktén-származékokkal75 4. Kísérletek részletes leírása Az alapanyagok előállítása Dibróm-fenilfoszfin Fenil-2-metil-2,5-dihidro-1-foszfol-oxid Etoxi-3-metil-2,5-dihidro-1-foszfol-oxid Fenil-3-metil-2,5-dihidro-1-foszfol-oxid Ciklohexil-3-metil-2,5-dihidro-1-foszfol-oxid és 5-til-1-etoxi-4-klór-1,2-dihidrofoszfinin-oxid előállítása és 5-til-1-fenil-4-klór-1,2-dihidrofoszfinin-1-oxid és 5-til-1-(4-metilfenil)-4-klór-1,2-dihidrofoszfinin-1-oxid ,3- és 1,5-Dimetil-4-klór-1,2-dihidrofoszfinin-1-oxid Fenil-2-metil-2,5-dihidro-1-foszfol-oxid gyűrűbővítése Diklórkarbén-addíció 6 dihidro-1-foszfol-oxid kettőskötésére Fenil-2-metil-2,5-dihidro-1-foszfol-borán Fenil-2-metil-2,5-dihidro-1-foszfol-1-diklórmetilborán Fenil-2-metil-2,3,4,5-tetrahidro-1-foszfol-oxid Fenil-2-metil-2,3,4,5-tetrahidro-1-foszfol-borán Fenil-2-metil-2,3,4,5-tetrahidro-1-foszfol-1-diklórmetilborán Diklórkarbén addíciója 2-metil-1-fenil-2,5-dihidro-1-foszfolra Diklórkarbén addíciója 2-metil-1-fenil-2,3,4,5-tetrahidro-1-foszfolra Áthidalt -heterociklusok szintézise Foszfanorbornén-származékok előállítása Lépés: dibróm-2,3,4,5-tetrahidro-1-foszfol-oxid-származékok előállítása ,4-Dibróm-1-fenil-2-metil-2,3,4,5-tetrahidro-1-foszfol-oxid ,4-Dibróm-1-etil-3-metil-2,3,4,5-tetrahidro-1-foszfol-oxid ,4-Dibróm-1-ciklohexil-3-metil-2,3,4,5-tetrahidro-1-foszfol-oxid Lépés: Diels-Alder reakció Foszfol-oxid dimerek előállítására ,8-Diciklohexil-3,5-dimetil-1,8-difoszfatriciklo[ a,7a ]dec-2,5-dién-1,8- dioxid ,8-Dietil-3,5-dimetil-1,8-difoszfatriciklo[ a,7a ]dec-2,5-dién-1,8-dioxid ,8-Difenil-2,4-dimetil-1,8-difoszfatriciklo[ a,7a ]dec-2,5-dién-1,8-dioxid Foszfol-oxidok -fenil-maleinimiddel alkotott cikloaddukjainak előállítására Ciklohexil-2-metil-7-oxo-9-fenil-9-aza-7λ 5 -foszfatriciklo[ ,6 ]dec-2-én- 8,10-dion Etil-2-metil-7-oxo-9-fenil-9-aza-7λ 5 -foszfatriciklo[ ,6 ]dec-2-én-8,10-dion ,9-Difenil-1-metil-7-oxo-9-fenil-9-aza-7λ 5 -foszfatriciklo[ ,6 ]dec-2-én- 8,10-dion

3 hd dolgozat ,9-Difenil-1-metil-7-oxo-9-fenil-9-aza-7λ 5 -foszfatriciklo[ ,6 ]dekán-8,10- dion ,8-Difenil-2,4-dimetil-1,8-difoszfatriciklo[ a,7a ]dec-2-én-1,8-dioxid Foszfabiciklo[2.2.2]oktén-származékok Dihidrofoszfinin-oxidok dimerizációs reakciója ,12-Diklór-6,11-dimetil-2,9-difenil-2,9-difoszfatriciklo[ ,8 ]dodeka-5,11- dién-2,9-dioxid ,9-Diklór-4,10-dimetil-2,12-difenil-2,12-difoszfatriciklo[ ,8 ]dodeka-5,9-dién- 2,12-dioxid ,9-Diklór-6,10-dimetil-2,12-difenil-2,12-difoszfatriciklo[ ,8 ]dodeka-5,9- dién-2,12-dioxid ,12-Diklór-6,11-dimetil-2,9-dietoxi-2,9-difoszfatriciklo[ ,8 ]dodeka-5,11- dién-2,9-dioxid ,11-Dimetil-2,9-diciklohexil-2,9-difoszfatriciklo[ ,8 ]dodekán-2,9-dioxid ,12-Diklór-6,11-dimetil-2,9-difenil-2,9-difoszfatriciklo[ ,8 ]dodeka-5,11-dién- 2,9-diszulfid Klór-6-metil-2-oxo-2-fenil-2λ 5 -foszfatriciklo[ ,8 ]dodeka-5,10-dién-9,12-dion ,2-Dihidrofoszfinin-oxidok reakciója tetracianoetilén jelenlétében Difoszfatriciklododekatrién 42, = Difoszfatriciklododekatrién 42, = Et Difoszfatriciklododekatrién 42, = h Difoszfatriciklododekatrién 42, = 4-C Difoszfatriciklododekatrién 42, = 2-C Difoszfatriciklododekatrién 42, = Et és 5-til-2-dicianometilén-4-klór-1-mezitil-1,2-dihidrofoszfinin-1-oxid ,2-xafoszfabiciklo[2.2.2]oktén-származékok til-2-oxo-2,10-difenil-3-oxa-10-aza-2λ 5 -foszfatriciklo[ ,8 ]undec-5-én-9,11- dion ,10-Dimetil-2,9-difenil-3-oxa-2,9-difoszfatriciklo[ ,8 ]undec-5,10-dién-2,9-dioxid ukleofilek fotoindukált foszforilezése foszfinátok előállítására Foszfanorbornén-származékok fotolízise metanol jelenlétében ,5-Dihidro-1-foszfol-oxid-származékok fotolízise metanol jelenlétében A 33 1,2-dihidrofoszfinin-oxid és 7 foszfabiciklohexán fotolízise metanol jelenlétében Foszfabiciklooktén-származékok fotolízise nukleofilek jelenlétében ,2-xafoszfabiciklooktén-származékok fotolízise alkoholok jelenlétében Alkoholok foszforilezése 1,2-oxafoszfabiciklo[2.2.2]oktén-származékok termolízisével ,2-xafoszfabiciklo[2.2.2]oktén termikus fragmentációja alkohol-pár jelenlétében Összefoglalás Irodalomjegyzék

4 hd dolgozat Bevezetés 1. Bevezetés A heterociklusos vegyületeknek élettani hatásaik miatt kitüntetett szerepük van a kémiai és biokémiai kutatásokban. A természetes eredetű heterociklusos vegyületek közül igen jelentősek a növényekből izolálható alkaloidok, a vitaminok családjának számos tagja, illetve a sejtműködésben és genetikai információ átörökítésében kulcsfontosságú szerepet betöltő nukleinsavak. Fehérjéhez kapcsolódó heterociklusos vegyület a vörös vérfesték, a hemoglobin, illetve a növények zöld festékanyaga, a klorofil. A gyógyászati célra alkalmazott antibiotikumok között is számos heterociklus található, melyek közül talán a legismertebb a penicillin, vagy a sokat emlegetett fluorokinolinszármazékok közül például a ciprofloxacin. agyszámú nitrogén-, oxigén- és kéntartalmú heterociklusos vegyületet írtak le korábban az irodalomban. Mindezek mellett egyre nő különféle más heteroatomot (pl. foszfor, bór, szelén, stb.) tartalmazó gyűrűs vegyületek száma, melyek közül talán a legfontosabbak a foszforatomot tartalmazó heterociklusok. A három- és ötvegyértékű foszforatomot tartalmazó vegyületek a foszforatom méretéből és elektronszerkezetéből következően érdekes, gyakran a periódusos rendszerben hozzá közel álló nitrogén-, illetve kénatom hasonló vegyületeitől eltérő reakciókat mutatnak. A foszfor a természetben főként foszfátok formájában található. Kőzetekben (pl. különböző apatitok, monetit, berlinit), valamint a szervezetben a csontban és a fogakban (hidroxiapatit) fordul elő jelentősebb mennyiségben. Fontos kiemelni a biológiai rendszerek működéséhez nélkülözhetetlen szerves foszforsav-származékokat, mint például a sejtmembránt alkotó foszfolipideket, illetve az ATot, mely utóbbinak cam-tá való átalakulása fedezi az életfolyamatok energiaszükségleteit. Foszforsavegységek kötik össze az átörökítésben fontos DS és a fehérjeszintézisben szerepet betöltő RS nukleozidjait is. 4

5 hd dolgozat Bevezetés A foszforsav-, foszfonsav- és foszfinsav-származékok előállítása (foszforilezés, foszfonilezés és foszfinilezés) foszforil-csoport bevitelét jelenti valamilyen -, -, S- vagy C-nukleofilre. Az egyszerűség kedvéért ezeket a reakciókat összefoglalóan foszforilezésnek nevezem a dolgozatomban. A foszfororganikus vegyületek elméleti fontosságukon kívül gyakorlati jelentőséggel is bírnak. A foszforsav-, foszfonsav-, illetve foszfinsav-származékokat az ipar széles körben használja: detergenseket, vízlágyítókat, műanyag-égésgátló adalékokat, redukálószereket (foszfinok), átmeneti fémkomplex katalizátor ligandumokat, reszolválószereket, Wittig-reagenseket, növényvédőszereket (inszekticidek, herbicidek), illetve gyógyszereket (rákellenes, antibakteriális szerek) is találunk közöttük. Kutatómunkámat a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szerves Kémiai Technológia Tanszékén Keglevich György irányításával végeztem, diplomamunkámat is ebben a témában készítettem el. Kutatócsoportunkban már hosszú évek óta foglalkoznak áthidalt foszforheterociklusok fragmentációjával és az így képződő reakcióképes intermedierek hasznosításával. Ehhez a munkához kapcsolódva először különböző heterociklusokat szintetizáltam, majd ezek fragmentációs reakcióit vizsgáltam elsősorban fotolitikus, kisebb részt termikus körülmények között. 1. ábra :-heterociklusok hasznosítása nukleofilek foszforilezési reakciójában u hν vagy Δ hν u X u Z hν u X X =, S = alkil, aril Z = C 3,, u = alkohol, amin u hν többlépéses reakció 5

6 hd dolgozat Bevezetés Dolgozatom Irodalmi részében az alapanyagul szolgáló -heterociklusok előállítási lehetőségeiről, a belőlük szintetizált áthidalt vegyületekről, illetve a cikloadduktokkal és egyszerűbb szerkezetű -heterociklusokkal végzett foszforilezési reakciókról számolok be. Kutatásaim szerteágazó jellege szükségessé teszi a kapcsolódó előzmények részletes ismertetését. A Saját munka című fejezetben kerül sor a foszfanorbornének, foszfabiciklooktének, valamint az 1,2- oxafoszfabiciklooktének előállítására, ezek szerkezetmódosításaira, végül beszámolok az előállított - heterociklusokkal végzett foszforilezési reakciókról is. 6

7 hd dolgozat Irodalmi rész 2. Irodalmi rész 2.1. Öttagú foszforheterociklusok előállítása ,5-Dihidro-1-foszfol-oxidok előállítása A 2,5-dihidro-1-foszfol-oxidok (2) előállítására mindmáig legalkalmasabb módszer a McCormack által 1953-ban leírt [1] cikloaddíció. A reakciót több mint 20 féle nyíltláncú diénnel, illetve foszfonossav-dihalogeniddel végezték el, majd a keletkező foszfónium-só (1) hidrolízisével jutottak a kívánt foszfinátokhoz (2)[2-5]. R 1 R 2 R 1 R 2 R 1 R 2 2 R 1 R 2 X X X X X - X =, h, hc 2, naftil, mezitil 1 2 R 1, R 2 =,, ; X =, Br Természetesen a fenti szintézisnek is megvannak a korlátai; elágazó láncú foszfonossavdikloridok (izopropilfoszfonossav-diklorid) csak igen lassan, vagy egyáltalán nem (terc-butilfoszfonossav-diklorid) reagálnak diénekkel, míg azok a diének, melyek terminális szénatomjukon két helyettesítőt is tartalmaznak, szintén nem lépnek reakcióba. A szintézis során a viszonylag drága, és körülményesen előállítható foszfonossav-dihalogenid helyett foszfor-trihalogenideket alkalmazva, a foszfónium-só (3) hidrolízisét követően a megfelelő foszfinsavak (4) nyerhetők [3, 4, 6]. R 1 R 2 + X3 R 1 R 2 2 R 1 R 2 R 1, R 2 =,, X =, Br X X - X 3 4 7

8 hd dolgozat Irodalmi rész éhány aril-foszfonossav-diklorid, valamint foszfor-triklorid diénekkel megvalósított reakciója főtermékként az 5 foszfónium-só kettőskötésének átrendeződésével 2,3-dihidro-1-foszfol-oxidot (7) eredményezett. Ezen mellékreakció 2,3-diszubsztituált butadiének, valamint foszfor-bromidok alkalmazása során nem lépett fel [2-5, 7]. R R R R 2 =, Ar; R =, 5 6 Z 7 Z = Ar, A McCormack-reakciót célszerű szobahőmérsékleten végezni. Igaz, így a folyamat több hetet is igénybe vehet, azonban ekkor lényegesen kisebb mértékű a polimerizáció. A cikloaddíció magasabb hőmérsékleten, illetve nyomás alatt végezve gyorsítható. A dién polimerizációja réz-sztearát inhibítorral szorítható vissza [8]. A foszfónium-só (3) hidrolízisével előállított foszfinsavat (4) savkloriddá (8) alakítva a dihidro- 1-foszfol-oxidok (9 11) széles választéka vált hozzáférhetővé; a 8 savklorid Grignard-reagenssel foszfin-oxiddá (9) [5, 9], alkoholokkal foszfináttá (10) [10], míg aminokkal foszfinsav-amiddá (11) [11] alakítható. R 1 R 2 R 3 MgBr R 3 9 R 3 =, Et, n-r, n-bu, h, 2-C 6 4, 4-C 6 4, s R 1 R 1 R 2 R 1 R 2 R 2 S 2 R 3 Et 3 R 3 R 3 =, Et, n-r, n-bu, h R 1, R 2 =, R 1 R 2 Et 2 11 Et 2 8

9 hd dolgozat Irodalmi rész A 12 savklorid klóratomját nagy térkitöltésű aril-csoportot tartalmazó Grignard-reagenssel azonban nem lehet közvetlenül lecserélni. Az aril-csoport kapcsolása a 12 foszfinsav-klorid szilánnal történő deoxigénezését követően valósítható meg. A foszfin-klorid (13) Grignard-reakciójával nyert foszfinból (14) oxidációval állítható elő a megfelelő dihidrofoszfol-oxid (15)[12-14]. ArMgBr Si 3 ArMgBr C 0 C TF Ar C Ar Ar = Az 5-, 6-, valamint 7-tagú foszfor-heterociklusok szintézisére a közelmúltban egy további, átmenetifém-katalitikus eljárást is kidolgoztak, ami voltaképpen olefin-metatézissel megvalósított gyűrűzárási reakció [15-17]. Az eljárás hátránya a katalizátorok árán kívül a 16 bisz-alkenil-foszfinoxidot eredményező reakció gyenge termelése (17-60 %). Előnye viszont, hogy az alkalmazott enyhe körülmények mellett a reakció a korábban ismertetett McCormack-cikloaddícióhoz képest viszonylag rövid idő alatt (0,5-4 nap), a gyűrűzárási lépésre nézve %-os termeléssel játszódott le. R 1 R 2 m n 16 R 1 C 2 2, 40 C 2,5-10 mol% katalizátor 2 R 2 n, m =1-2 r i i r R 1, R 2 =, =, Bn, h katalizátor = Cy 3 Ru Cy 3 h s s Ru Cy 3 h F 3 C F 3 C F 3 C Mo CF3 h 9

10 hd dolgozat Irodalmi rész Tetrahidro-1-foszfol-oxidok előállítása A telített származékok, vagyis a tetrahidro-1-foszfol-oxidok (18) előállítására több módszer is alkalmas. A szintézis megvalósítható az 1,4-dibrómbután és dietil-foszfonit Arbuzov-reakciója során keletkező 17 foszfinátból kiindulva. A 17 foszfinátot alumínium-hidrid-származékkal redukálva, majd az így kapott szekunder foszfin-oxid ciklizálásával 18 tetrahidro-1-foszfol-oxidhoz lehet jutni [3]. Br Et 17 h aal 2 (R) 2 aal 2 (R) 2 Br h 18 h Fenti módszeren kívül még számos gyűrűzárási eljárás ismert az irodalomban, melyek részletes tárgyalására nem térek ki [3, 18]. Szintén a kívánt tetrahidro-1-foszfol-oxidokat (18) kaphatjuk meg a McCormack-reakcióval előállított dihidro-1-foszfol-oxidok (pl. 19) katalitikus hidrogénezésével [19, 20]. 2, 3,5 bar h t, d vagy i h Foszfolok előállítása Az első öttagú, teljesen telítetlen, foszfin-egységet tartalmazó heterociklust, egy dibenzofoszfolszármazékot (20) Wittig és Geissler írta le 1953-ban [21]. További hat év telt el a következő, pentaszubsztituált foszfol (21) előállításáig [22]. h h h h h 20 h 21 A foszfolok kémiájának vizsgálata azóta is szakadatlanul tart, korunk foszfor-kémiájának legnagyobb és talán legjelentősebb részét képezi [23]. 10

11 hd dolgozat Irodalmi rész Előállításuk leggyakrabban a Mathey által kidolgozott módszerrel, halofoszfólium-halogenidek (1) kétszeres dehidrohalogénezésével történik [24]. R 1 R 2 R 1 R 2 X X α-pikolin -2 X 1 22 R 1, R 2 =,, C 2 ; =, n-bu, h, hc 2 X =, Br A kiindulási foszfólium-sókhoz (1) három főbb módszerrel lehet jutni. Előállíthatóak egyrészt a diének és foszfonossav-dihalogenidek McCormack cikloaddíciós reakciójával [1-5] ( fejezet). Szintén halofoszfólium-sókat (1) eredményez a 2,5-dihidro-1-foszfol-oxidokból szilános redukcióval előállított foszfinossav-halogenidek (23) és tercier foszfinok (24) reakciója alkil-halogenidekkel, illetve elemi halogénnel [25]. R 1 R 2 X R 1 R 2 R 1 R 2 X 2 1 X X X 2 R 1 X 23 R 2 R 1, R 2 =,, C 2 ; =, n-bu, h, C 2 h X =, Br 24 A dihidro-1-foszfol-oxidokból (2) kiinduló háromlépéses foszfol-szintézis a gyenge termelések miatt inkább csak történelmi jelentőségű [26, 27]. Első lépésben a dihidro-1-foszfol-oxid (19) kettőskötésére brómot addícionáltak, az így nyert dibróm-tetrahidro-1-foszfol-oxidot (25) triklórszilánnal deoxigénezték, majd két molekula hidrogén-bromid eliminációjával jutottak 27 foszfolhoz. Br Br Br Br 2 Br Si 3 bázis -2 Br h h h h

12 hd dolgozat Irodalmi rész A foszfolok (pl. 28) oxidációra érzékeny vegyületek, ezért könnyen foszfol-oxidokká (29) alakulnak, melyek azonban nem stabilisak: regio-, és sztereoszelektív dimerizációs reakcióban azonnal foszfanorbornéneket adnak (28 30) ( fejezet) [28]. h 2 2 h 29 h h éhány többszörösen szubsztituált 1-foszfol-származék (elsősorban a pentaszubsztituált, valamint az 1,2,3-as és a 2,5-ös helyzetben nagy térkitöltésű csoportot tartalmazó foszfolok) oxidja azonban stabil, és nem lép fel az említett dimerizációs reakció [29, 30]. A következőkben bemutatásra kerülő két ciklizációs eljárás ilyen, többszörösen helyettesített származékok előállítását teszi lehetővé. Az első módszernél tolán és fém lítium reakciójával képezett 31 intermedierből egyrészt foszfonossav-dihalogeniddel egy lépésben állították elő 32 foszfolt, vagy jóddal való reakciót követően a dijodo-diénből primer foszfinból levezethető kétszeres nátriumsóval alakították ki a célvegyületet (32) [29, 31]. 2 hc Ch + 2 Li Li C C C C Li h h h h 31 R 2 h h h h I 2 Ra 2 R 32 I C C C C I h h h h R = h, C 2 h A második módszert 1,2,5-triszubsztituált foszfolok (33) előállítására dolgozta ki Märkl ben, amikoris primer foszfinokat addícionáltatott 1,3-dialkinekre bázikus katalizátor jelenlétében [32]. R 1 C C C C R 2 bázis + h 2 R 1 R 2 h R 1, R 2 =, h, 4-C 6 4, naftil, 4-BrC

13 hd dolgozat Irodalmi rész 2.2 Dihidrofiszfinin-oxidok előállítása gyűrűbővítéssel Foszfólium-sók hidrolízise Az 5-tagú foszfor-heterociklusok gyűrűbővítésére szolgáló eljárások egyik csoportja különféle (-jodometilén-, valamint -acil-) foszfólium-sók hidrolízissel egybekötött átrendeződése. Allan a 34 dibenzofoszfol-származékból alkilezéssel kapott foszfólium-só (35) alkálilúgos hidrolízise során gyűrűbővülési reakciót (35 37) figyelt meg [33]. I-C 2 -I a 2 I R R C 2 I R C 2 I R C R =, h Foszfolokat (pl. 38) aromás savkloridokkal reagáltatva acilfoszfólium-sók (39) nyerhetők. Az így előállított 39 acilfoszfólium-sót hidrolizálva a 40 intermedier gyűrűbővülését eredményező átrendeződés játszódott le [34-36]. hc 2 h h h R R R R R R =, n-bu, h, hc 2, C 2 h Dihidro-1-foszfol-oxidok ozonolízise Quin dihidro-1-foszfol-oxidok (43) kettőskötését ózonnal hasította, majd az így nyert bisz(3- oxoalkil) vegyületet (44) intramolekuláris aldol-kondenzációval gyűrűvé zárta. A 3-oxotetrahidrofoszfininek (45) redukcióját követő dehidratálással 1,2-dihidrofoszfinin-oxidokat (46) állított elő [37, 38]. 13

14 hd dolgozat Irodalmi rész R 1., -78 C R R 1., ab 4 R 3 ptss Ce 3 2., () 3 2., R =, ; =, h Dihidro-1-foszfol-oxidokra történő diklórkarbén-addíció Foszfabiciklo[3.1.0]hexánok előállítása A BME Szerves Kémiai Technológia Tanszékén Keglevich és Tőke különbözőképpen helyettesített 2,3-dihidro-1-foszfol-oxidokat (2) fázistranszfer körülmények között kloroformból generált diklórkarbénnel reagáltatták. A kísérleti eredmények alapján -alkoxi helyettesítők esetén (47) a megfelelő diklórkarbén-adduktok (48) diasztereomerjei (A és B) képződtek. Az összemérhető izomerarány (40% A, 60% B) oka, hogy mindkét diasztereomer esetén jelentős taszítás lép fel a klóratom és az oxigén nemkötő-elektronpárjai között [39-42]. R 1 R 1 R R TC 1 : C + R 47 A R =, 48 R 1 =, Et, n-r, i-r, n-bu B R Fenil- illetve alkil-helyettesítő esetén az elméletileg lehetséges két diasztereomer közül (A és B) csak az egyik izomer keletkezett, mégpedig az, amelyikben a diklórciklopropángyűrű és a foszforiloxigénatom egymáshoz képest átellenben helyezkedik el (50A). A szerkezetet röntgendiffrakciós méréssel igazolták [41, 43-45]. 14

15 hd dolgozat Irodalmi rész 49 TC a/ 2 C 3 50 A = akil, fenil A dietil-amid-származék (53) előállítására az alacsony termelés miatt más módszert választottak. Az 51 foszfabiciklohexán etoxi-csoportját két lépésben cserélték le amino-csoportra, így azonban kizárólag a B izomer képződött [44]. 40 C 5 0 C R 2 C 2 2 C 6 6 Et R B R=, Et, n-r Érdekes módon az 1-etoxi-2,3-dihidro-1-foszfol-oxid (54) diklórkarbénnel megvalósított reakciója során nem a várt foszfabiciklohexán (55), hanem az 56 diklórmetil-származék képződött; az elektronszegény kettőskötés nem reagált az elektrofil karbénegységgel [46]. TEBAC a/ 2 C 3 C 3 C 2 Et Et TEBAC a/ 2 A 2-es helyzetben lévő kettőskötés reakciókészségének növelése céljból 57 foszfin-oxid deoxigénezésével előállították 58 foszfint, melyet borán-komplexként (59) stabilizáltak. A foszfin-borán (59) diklórkarbénezésével azonban a kettőskötésen kívül a borán-csoport is reakcióba lépett (61) [46]. h 0 C 0 C Si 3 2 S. B 3 C 2 2 h C B TEBAC 3 C 2 a h C 3 2 C B h 2 2 C :C 2 B 2 h 15

16 hd dolgozat Irodalmi rész A ciklopropángyűrű felnyitása A diklórkarbén-adduktok (62) ciklopropángyűrűjének felnyitására, illetve a hattagú gyűrű kialakítására kidolgozott legcélszerűbb módszer a termikus átalakítás. A 62 mono-, és dimetilszármazékok (R =, ill. ) termikus stabilitása azonban eltérő: a termikus vizsgálatok alapján kiderült, hogy a monometil-adduktok (62, R = ) ciklopropángyűrűjének felnyílása C között következik be, míg a dimetil-származékok (62, R = ) esetében a ciklopropángyűrű már szobahőmérsékleten is felnyílik. A 62, R = foszfabiciklohexánok ciklopropángyűrűjének felnyitása a megfelelő 1,2-dihidrofoszfinin-oxidok (63) kettőskötés-izomerjeinek elegyét (A és B) eredményezi, míg a dimetil-származék (62, R = ) termikus átalakítása során 64 termék egy izomerként képződik [47-49]. Δ - R = R Δ - R = A 63 B =, n-r, n-bu, h, 2-C 6 4, 4-C 6 4, Et, n-r, i-r, n-bu A diklórkarbén-addukt (50) ciklopropángyűrűjének felnyitására kidolgozott másik módszer az elektrofil reagens (ezüst-nitrát, vagy higany-acetát) segítségével, protikus oldószerben végrehajtott gyűrűnyitás. A szolvolitikus reakcióban keletkező tetrahidrofoszfinin-oxidból (65 és 66) [50, 51] dehidratálással (R = ) nyerhetők a korábban bemutatott 1,2-dihidrofoszfinin-oxidok (63A és 63B). R 50 R =, vagy alkil = n-r, n-bu, h, Et, n-r, n-bu Ag C R R R = A 63 B 16

17 hd dolgozat Irodalmi rész 2.3 Áthidalt -heterociklusok szintézise Foszfanorbornén-származékok előállítása A foszfanorbornén-származékokat leginkább foszfolok, illetve foszfol-oxidok Diels-Alder reakcióival állítják elő (2. ábra) Foszfanorbornén-származékok előállítása A foszfolok (67), valamint a foszfol-oxidok (69) a bennük lévő konjugált kettőskötések révén különböző dienofilekkel (maleinsav-anhidrid, -fenilmaleinimid (FMI), -metilmaleinimid, acetilénszármazékok) Diels-Alder-reakciókba vihetők. A reakció eredményeképpen foszfanorbornének (68, 70), valamint foszfanorbornadiének (71) állíthatók elő (2. ábra). Foszfanorbornén-származékok elõállítása 70 illetve ábra 71 Mathey kutatása alapján a foszfolok (67) Diels-Alder reakcióik során diénként viselkednek. A 3,4-dimetil-1-fenil-foszfol (28) és -fenilmaleinimid cikloaddíciós reakciója során képződő 72 foszfanorbornén-származék -fenil-csoportja a kettőskötéssel ellentétes oldalon (anti-helyzet) helyezkedik el, a kapcsolódó gyűrűk pedig endo-helyzetűek [52]. 17

18 hd dolgozat Irodalmi rész h 28 + h 40 C 4 óra C h h Keglevich és Chuluumbaatar foszfolok (67) cikloaddíciós reakciója során nagy térkitöltésű - szubsztituens (triizopropilfenil, valamint ditercbutiltolil) esetén exo-fúzionált gyűrűk kialakulását figyelték meg [53, 54]. A gyűrűk exo-fúziójával képződő foszfol-oxid dimerek előállítása céljából Mathey 38 foszfolból UV-besugárzás segítségével állította elő 73 foszfol-átmenetifém-komplexet. Az UV-gerjesztés hatására keletkezett [2+2] cikloaddukt (74) termikus hatásra [4+2] addukttá (75) alakult. Az így nyert komplexből elemi kénnel állították elő 76 ditio-foszfanorbornént [55]. hν M(C) 6 hν M(C) 4 TF R R R M 2 (C) 4 cisz R Δ R M(C) 4 S 8 50 C, 20 óra R S C 6 6 R S R R =, t-bu, h; M = Cr, Mo, W Westheimer figyelte meg elsőként, hogy az 1-etoxi-2,5-dihidro-1-foszfol-oxidból (77) két lépésben előállított foszfol-oxid (79) dienofil hiányában dimerizációs reakció során stabilizálódik (80) [56, 57]. A reakció általános érvényű, és mint ahogy arra Mathey és Quin fényt derített regio- és sztereoszelektív [34, 58, 59, 60,61]. 18

19 hd dolgozat Irodalmi rész Br Et Br 2 Br Et bázis -2 Br Et Et Et A foszfol-oxidok (81) reakciói különféle dienofilekkel (pl. FMI) a foszfolok (67) analóg reakcióihoz hasonlóan a megfelelő foszfanorbornéneket (82) adták. Foszfol-oxidok (81) cikloaddíciós reakciói során azonban kizárólag az az izomer keletkezett, amelyben a foszforatomon lévő helyettesítő és a kettőskötés azonos oldalon található (szűn-helyzet) [29, 52, 56, 58, 59, 62, 63]. R Q R 81 R =, = alkil, aril, aralkil, alkoxi, dialkil-amino 82 Q Q = -h, R =, vagy Q = -, R = Q =, R = A 7-foszfanorbornénekkel (68, 70) összehasonlítva, a 7-foszfanorbornadiének (71) kevésbé stabil vegyületek. Az első norbornadiénről Schmidt számolt be 1968-ban: 1,2,3-trifenil-foszfol-oxidot (83) bróm-maleinsavanhidriddel reagáltatva 84 norbornadiént állított elő [64]. h h Br + - Br h h h h A foszfanorbornadiének (71) instabilitásának oka, hogy az áthidaló foszforegység kilépésével kialakuló aromás szerkezet energetikailag igen kedvezővé teszi a fragmentációt. Schmidt felfedezését követően még számos származékról számol be az irodalom [65, 66], melyek bemutatására azonban nem térek ki. 19

20 hd dolgozat Irodalmi rész Foszfanorbornén-származékok előállítása 1-foszfolokat (pl. 28) vas(ii)-klorid katalizátor jelenlétében 170 C-ra hevítve [1,5]-szigmatróp átrendeződés játszódik le: a foszforatom helyettesítője az egyik szomszédos szénatomra vándorol, miközben lejátszódik a kettőskötés átrendeződése (28 85) [67-72]. Az így keletkező 2-foszfol (85) nem izolálható: dimerizációs reakcióban stabilizálódik (86) [69], vagy a reakcióelegyhez adott dienofillel reagálva [69-70] 1-foszfanorbornadiének (87) nyerhetők. h C 60 óra (100 %) h h R 1 R 2 h 86 h h 87 R 2 R 1 R 1 = Et, h; R 2 =,, Et, h A szigmatróp átrendeződésnek kedvez, ha a foszfolgyűrű (67) kis számú helyettesítőt tartalmaz, vagy koordinált komplex formájában van jelen. A 90 bifoszfint mely a 88 1,1 -bifoszfol szigmatróp átrendeződésével előállított 89 intermedier tolános csapdázásával nyerhető átmenetifém-komplex katalizátorok ligandumaiként alkalmazzák [73]. h C C 140 C h h h h h BIR Foszfabiciklo[2.2.2]oktén-származékok előállítása Az 1,2-dihidrofoszfinin-oxidok (91) a foszfolokhoz (67), valamint foszfol-oxidokhoz (69) hasonlóan a bennük lévő konjugált kettőskötések révén Diels-Alder reakcióba vihetők [74-78]. Dienofilként főképp maleinsav- (maleinsav-anhidrid, -fenilmaleinimid, -metilmaleinimid), valamint 20

21 hd dolgozat Irodalmi rész acetilén-származékokat (dialkil-acetiléndikarboxilát) alkalmaztak, amikoris a megfelelő foszfabiciklookténekhez (92), valamint oktadiénekhez (93) jutottak [74-82]. Ezen áthidalt foszforheterociklusok fragmentációs tulajdonságaik révén nukleofilek foszforilezési reakcióiban hasznosíthatók ( ill fejezet). Az alábbiakban a foszfabiciklooktének (92) szintézisére térek ki részletesebben. Foszfabiciklo[2.2.2]oktén-származékok elõállítása ábra Elsőként Quin állított elő foszfabiciklooktén-származékokat (95, 96), dienofilként - fenilmaleinimidet, valamint maleinsav-anhidridet alkalmazva [79]. A dihidrofoszfinin-oxid (94) körülményes szintézise azonban gátat szabott a módszer kiterjesztésének. h 95 h 78 C benzol = C benzol =, h 96 A Keglevich által kidolgozott gyűrűbővítési eljárással (2.2.3 fejezet) azonban 63 dihidrofoszfininoxid-származékok könnyen hozzáférhető alapanyagokká váltak. Munkatársaival e heterociklusokat (63) maleinsav-származékokkal reagáltatva 97 foszfabiciklookténeket szintetizáltak [77, 78, 80-82]. Mivel kiindulási anyagként a dihidrofoszfinin-oxidok (63) kettőskötés-izomereinek (A és B) elegye szolgált, a termék (97) is izomerek keverékeként (A és B) képződött. Sztereoizomerek keletkezését nem tapasztalták. 21

22 hd dolgozat Q R 1 R 2 R C R 1 toluol Q R 1 R 2 A B Q = -h =, Et, h, 2-C 6 4, 4-C 6 4, s, Et Q = - = h Q = = h, Et Irodalmi rész A foszforatomon nagy térkitöltésű szubsztituenst tartalmazó dihidrofoszfinin-oxidok (63) Diels- Alder reakciói azonban némi eltérést mutattak az eddig bemutatottakhoz képest. A -triizopropilfenildihidrofoszfinin-oxid (98) [83] esetében kizárólag a minor izomer (B) reagált -fenilmaleinimiddel, 99B foszfabiciklooktént szolgáltatva. A -fenil (63, = h) analóggal összehasonlítva a reakció sokkal lassabban játszódott le [77]. 110 C + h toluol 98 B 99B h A 99 foszfabiciklooktén szintézisét ezért kerülőúton kellett megvalósítani [82]. A -etoxifoszfabiciklooktén (100) etoxi-csoportját foszfor-pentakloriddal klórra cserélték, majd az így nyert kloridot szilános deoxigénezéssel foszfinossav-kloriddá (101) alakították át. A 102 foszfint foszfinossav-klorid (101) és triizopropilfenil-magnéziumbromid reakciójával állították elő. Mivel a kiindulási -etoxi cikloaddukt (100) két izomer keverékéből állt, a termék (99) is izomerek elegyeként (A és B) képződött. 22

23 : hd dolgozat Irodalmi rész MgBr : TF C , 5 / C 3 C 3 2., 3 Si / piridin benzol R 1 Et R 2 A B R 1 R h R 1 R 2 h A foszfabiciklooktének érdekes példája a hetero Diels-Alder reakcióval előállított 103 cikloaddukt. A reakció során keletkező két izomer (A és B) 2-2 diasztereomer keverékeként képződött [82, 84]. R 1 2 nap R 2 60 C + h Toluol R R 2 h A B R 1 R 2 =, h 23

24 hd dolgozat Irodalmi rész xafoszfabiciklo[2.2.2]oktén-származékok előállítása Baeyer-Villiger oxidációval megvalósított szintézis Baeyer-Villiger oxidáció a karbonil-vegyületek körében A Baeyer-Villiger oxidációt [85-88] az 1900-as évek eleje óta használják különböző ketonok észterekké történő átalakítására. Az irodalomban több példa is található gyűrűs [89] és nyíltláncú [86, 90] ketonok oxidációjára, és íly módon számos, szintetikus szempontból lényeges reakció valósítható meg. Gyűrűs ketonok (104) oxigén-beékelődése során laktonok (105) keletkeznek. A ciklopentanonból kiinduló δ-valerolakton szintézisét 70 %-os termeléssel valósították meg [89]. (C 2 ) n [] (C 2 ) n n = 1-14 Természetes anyagok (alkaloidok, szteroidok, prosztaglandinok és terpének) előállítása során is alkalmazható az eljárás [91]. A Corey-lakton (108) a prosztaglandin-szintézisek kulcsintermedierje, mely 106 biciklusos keton Baeyer-Villiger oxidációjával állítható elő [92]. h 2 C mcba h 2 C R 108 A reakció alkalmazhatóságának javítása céljából számos kutató foglalkozik zöld módszerek kidolgozásával [88]. A közelmúltban hidrogén-peroxiddal, valamint jó néhány, enzim segítségével megvalósított oxigén-beékelődési reakciót ( ) dolgoztak ki [88, 93, 94]. 24

25 hd dolgozat Irodalmi rész Ciklohexanonoxigenáz Termelés: 80 % E.e. 97 % Baeyer-Villiger oxidáció a foszforheterociklusok körében A foszforil-csoportot tartalmazó vegyületekben a C kötés igen ellenálló az oxidációs hatásoknak [95]. Különféle vinil-, és allil-foszfin-oxidok persavakkal történő oxidációja során oxigénbeékelődési reakció helyett kizárólag a kettőskötés oxidációját, epoxidok keletkezését tapasztalták [96-98]. Ezért volt lényeges felfedezés, amikor Kashman C atomok közé történő oxigén-beékelődést tapasztalt telítetlen foszfabiciklooktén (111) persavakkal történő oxidációja során [99]. xidálószerként m-klór-perbenzoesavat (mcba) használt. R mcba R mcba R + R R =, h A telített származék esetén azonban nem tapasztaltak oxigén-beékelődést. Ennek magyarázata valószínűleg a szerkezet feszültségében, valamint a foszforatom geometriájában keresendő. Kashman kutatásai nyomán Quin és munkatársai vizsgálták 111 foszfabiciklookténeknél nagyobb gyűrűfeszültséggel rendelkező 7-foszfanorbornének (70) oxigénbeékelődési reakcióit [95]. A reakció a karbonil-csoportot tartalmazó vegyületek esetében tapasztaltakkal [100] analóg módon játszódott le (4.ábra): a Criegee-intermedier (115) kialakulását követő pszeudorotáció során az R-csoport ekvatoriális pozícióba kerül (116), ami nélkülözhetetlen az ezt követő átrendeződéshez. Ezzel egyidejűleg a foszforatom konfigurációja invertálódik, majd az R-egység kihasadásával kialakul 117 oxafoszfabiciklooktén-származék. A reagálatlan persav a szén-szén kettőskötésen epoxi-gyűrűt alakíthat ki (118) [95, 101]. 25

26 hd dolgozat Irodalmi rész Foszfanorbornén-származékok Baeyer-Villiger oxidációja lassú R Ψ(Ar) R mcba lassú = alkil, aril, alkoxi gyors R Ψ(Ar) R mcba gyors 4. ábra A reakcióban kulcsszerepe van az áthidaló foszforatom térszerkezetének. A folyamat hajtóereje a foszforatom geometriájának változása, elsőként a pentakoordinált intermedier (Criegee-intermedier, 115) kialakulása, amelyben az axiális-ekvatoriális pozíciók által bezárt szög közel 90 (trigonális bipiramis). Ez lényegesen kedvezőbb, mint a foszfanorbornének (114) esetén tapasztalt közel 80 -os, feszült geometria (a C--C szög a -metil-származék (82, R = ; =, Q = -h) esetén 83,0 [61, 95], tritercbutilfenil-származék (82, R = ; = ss, Q = -h) esetében pedig 80,2 [102]). A termék oxafoszfabiciklookténben (117) a foszforatom pedig közel tetraéderes térszerkezetű (a - triizopropilfenil-származék (124, = Tip, ld. később) esetében az --C szög 98,4 [101]). A fent vázolt mechanizmus az oxigénbeékelődés lejátszódását tekintve az allil-szénatomoknak semmilyen közvetlen szerepet nem szánt. E feltevést igazolandó Quin megvizsgálta 119 telített foszfanorbornán [61] Baeyer-Villiger oxidációra való hajlamát, s végeredményben 82 %-os termeléssel sikerült 120A és 120B oxafoszfabiciklooktán-származékok elegyét preparálnia [95]. mcba 36 óra 25 C 119 A 120 B + 26

27 hd dolgozat Irodalmi rész A vizsgált esetekben a foszfanorbornének (70) Baeyer-Villiger oxidációja során általában két regioizomer (A és B) keletkezését tapasztalták [101, 95]. Ismeretes azonban, hogy a két izomer stabilitása lényegesen eltér egymástól, a minor izomer általában a feldolgozás közben elbomlik [99, 101]. A foszfol-oxid dimerekből (121) képződő oxafoszfabiciklooktén-származékok (122) meglehetősen instabilak; például a 122 (R 1 =, R 2 =, = ) származék felezési ideje szobahőmérsékleten 3 óra [95, 99]. R 1 mcba R 1 R 1 R 1 R 1 + R 1 R 2 R 2 R 2 R 2 R 2 R A 122 B R 1 R 2 h Et Az -fenilmaleinimiddel képzett cikloadduktok (123) Baeyer-Villiger oxidációja során keletkező áthidalt vegyültek (124) közül eddig csak a -etoxi-, valamint a -mezitilamino-származékok esetén sikerült mindkét izomert (A és B) preparálni [103, 104]. 123 h mcba A h h B = h, 4-C 6 4, s, Tip, 2, zitilamino, Et A foszforatomon aril-helyettesítőt tartalmazó foszfanorbornén-származékok (123, = h, 4- C 6 4, s) oxigénbeékelődési reakcióit vizsgálva megfigyelték, hogy a keletkező két izomer (124A és 124B) képződési sebessége eltérő: az az izomer keletkezett gyorsabban, amelyiknél az oxigénbeékelődés a metilcsoporttal ellentétes oldalra történt (B). A foszfor-szubsztituensek térkitöltése, valamint elektronküldő sajátsága szintén befolyásolta a termék (124) izomer-összetételét. A foszforatomon nagy térkitöltésű mezitil-, vagy a fenilcsoportnál erősebb elektronküldő tulajdonságú p- 27

28 hd dolgozat Irodalmi rész tolil-csoportot tartalmazó foszfanorbornén (123, = s ill. 4-C 6 4 ) oxidációja lassabban játszódott le, mint azt a -fenil-származék (123, = h) analóg reakciója során tapasztalták [101] xafoszfabiciklo[2.2.2]oktének Diels-Alder reakcióval megvalósított szintézise A 126 és 127 oxafoszfabiciklooktén-származékok szintézisét Sigal és Loew az α-piron foszforanalógjának (125) és különböző dienofilek Diels-Alder-reakciójával valósította meg. A szintézis körülményei között azonban 126 és 127 termékek nem voltak stabilisak [105]. s C 2 s C 2 C C s 140 C 126 C heterociklusok fragmentációs tulajdonságai A foszforheterociklusok UV-fénnyel történő-, illetve termikus úton kiváltott fragmentációs reakcióik révén alacsony koordinációsszámú intermedierek prekurzorai lehetnek. Ezen intermedierek foszforilezési reakcióban (foszfonil-, foszfinil, illetve foszforil-csoport bevitele) reagálnak az elegyhez korábban hozzáadott nukleofillel. A fotolitikus és termikus gerjesztés hatására kiváltott fragmentációs foszforilezések mechanizmusa a legtöbb esetben hasonló lehet. 28

29 hd dolgozat Irodalmi rész Termikus úton kiváltott fragmentációs reakciók Foszfanorbornén-származékokkal termikus úton kiváltott foszforilezési reakciók Foszfanorbornén-származékok termikus fragmentációjáról Stille számolt be először, 1972-ben [66]. A 128 foszfanorbornadién 155 C-on közel kvantitatíve tetrafenil-naftalinra, valamint 129 foszfenitre esett szét, melyet metanollal csapdázva 130 -foszfináthoz jutottak. h h h Δ h h h h A foszfanorbornének (70) azonban lényegesen stabilabb vegyületek a norbornadiéneknél (71). Keglevich és Quin részletesen tanulmányozva különböző foszfanorbornének (131) tömegspektrométerben végbemenő fragmentációját, egyértelműen kimutatták az áthidaló rész (132 és 132') kilökődését [106]. 131 Z = h, Z = 2 =, Z = +. + A 134 -ariloxi-származék termikus fragmentációját 300 C-on hajtották végre. A 135 foszfenitet etanollal csapdázva 136 -foszfinát képződött [107]. A reakciót azonban egyéb észterszármazékra nem sikerült kiterjeszteni ' ' 133 Z Z

30 hd dolgozat Irodalmi rész 134 h 300 C Et Et A 7-foszfanorbornén-származékok (70) termikus fragmentációja tehát az eliminációs-addíciós (EA) protokolt követi (5. ábra). Elsőként az áthidaló molekulaegység kilökődésével foszfenitszármazékok (132) keletkeznek, melyek azonnal reagálnak a reakcióelegyhez hozzáadott nukleofillel, a megfelelő -foszfinát-származékokat (137) eredményezve. -heterociklusok termikus fragmentációi I ábra Δ E 132 u A u Termikus úton kiváltott foszforilezési reakciók foszfabiciklo[2.2.2]oktén-származékokkal Mathey derített fényt arra, hogy 138 foszfabiciklooktén-szulfid magasabb hőmérsékleten elveszti áthidaló molekularészét, a kilépő metilénfoszfin-szulfid (139) pedig nukleofilek hiányában polimerként (140) stabilizálódik [74]. S S h [h(s)(c 2 )] n h 110 C C h 138 C 2 C 2 toluol C 2 h C 2 30

31 hd dolgozat Irodalmi rész Keglevich további foszfabiciklooktadién-származékok (141) termikus stabilitását vizsgálva azt tapasztalta, hogy a cikloadduktok (141) C között elvesztették áthidaló részüket (142), amikoris 143 ftalát-származék maradt vissza [108]. A B R 1 R 2 R R 2 C 2 C 2 Δ 142 C 2 R 1 R C 2 C 2 =, n-r, i-r, h, 4-C 6 4, Et Szelke és Keglevich termikus vizsgálatai alapján azonban nyilvánvaló, hogy a foszfabiciklookténszármazékok (144) lényegesen nagyobb termikus stabilitással rendelkeznek, mint 141 oktadiének: az áthidaló foszforegység eliminációja csak C között következik be [78, 81], szemben az oktadién-származékok esetén tapasztalható C-kal [108]. R 1 R 2 X X 144 h = Et, h, 4-C 6 4, Et A B Δ 142 R 1 R 2 R 1 R 2 X X 145 h Et h 4-C 6 4 Et h X C C C C X C C C C DTG csúcs ( C) ~270 A foszfabiciklooktén-származékok (92, 93) a termikus stabilitásbeli különbségének magyarázata a foszfabiciklooktének (92) illetve oktadiének (93) eltérő gyűrűfeszültségében keresendő. A röntgendiffrakciós vizsgálat eredményei megerősítették az előbbieket [78]. A fragmentációhoz szükséges magas hőmérséklet miatt a foszfabiciklooktének (92) tehát kevésbé alkalmas prekurzorok nukleofilek termikus körülmények között megvalósított foszforilezése során. A foszfabiciklooktén-származékok (92, 93) termikus fragmentációja szintén az eliminációsaddíciós (EA) mechanizmust követi (6. ábra). Az áthidaló molekulaegység eliminációjával képződő metilénfoszfin-oxid-származék (142) azonnal reagál a reakcióelegyhez hozzáadott nukleofillel, a megfelelő foszfinát-származékot (146) eredményezve. 31

32 hd dolgozat Irodalmi rész -heterociklusok termikus fragmentációi II. Δ u E C 2 A u 92, ábra C Termikus úton kiváltott foszforilezési reakciók oxafoszfabiciklo[2.2.2]oktén-származékokkal Az eddig bemutatott -heterociklusok közül ( fejezetek) az oxafoszfabiciklooktének (122, 124) termikus stabilitása a legkisebb, mint ahogy arra a fejezetben már utaltam. Ezért belőlük jó hatékonysággal, és a korábban említett áthidalt heterociklusokhoz képest is enyhe körülmények között (~110 C, 1-3 óra) végbemegy a nukleofilek foszforilezése, 147 foszonsav-, illetve forszforsav-származékokat adva [101, 103, 104]. Δ Δ u u R 2 1 R R R 1 R 2 u 2 R h R h = alkil, aril, alkoxi, alkil-amino u = alkohol, amin = alkil, aril, alkoxi R 1, R 2 =,vagy Összehasonlítva a fenti két cikloaddukt (124, 122) termikus stabilitását megállapítható, hogy az -fenilmaleinimiddel anellált gyűrű (124) a kísérletek során stabilabbnak bizonyult [58]. A 151 ( = Et, h), valamint 150A és 150B ( = Et) izomerek elegyét tartalmazó oxafoszfabiciklooktének termikus fragmentációját -metil-pirrol jelenlétében végezve a foszforilezés a -heterociklus α-szénatomján ment végbe (152) [58]. R 2 32

33 hd dolgozat Irodalmi rész R 2 R h = Et R 1 =, R 2 = 150 A R 1 =, R 2 = 150 B Δ 152 Δ 151 = Et, h A 151 ( = Et) észter szilikagél foszforilezésében is jól hasznosítható prekurzornak bizonyult [109]. Az oxafoszfabiciklooktén-származékok (153) fragmentációs reakciómechanizmusának tanulmányozása Jankowski nevéhez fűződik [101]. Az újabb kísérletek alapján a korábban már bemutatott eliminációs-addíciós reakcióút ( ) mellett egy másik mechanizmus jelenlétét is feltételezték, nevezetesen egy S 2() mechanizmus szerint lejátszódó addíciós-eliminációs (AE) reakciólefutást (7. ábra). Ez esetben első lépésben a nukleofil addíciónálódik a foszforilcsoportra, így egy pentakoordinált foszforatom (155) alakul ki. Ezt követően 155 intermedier eliminációs reakcióban szolgáltatja 147 foszfonsav- ( = alkil, aril), illetve foszforsav-származékot ( = alkoxi). -heterociklusok termikus fragmentációi III. E 154 A u 153 A u u E u ábra 155 Jankowski és munkatársai megfigyelték, hogy a -szubsztituens méretének növelésével párhuzamosan megnő a foszforilezéshez szükséges reakcióidő, valamint rámutatottak a nukleofil méretének és nukleofilitásának hatására is. Vizsgálataik szerint a két mechanizmus párhuzamos módon valósul meg, a reaktánsok térkitöltésének növekedtével csökken az AE-reakcióút részaránya [101]. 33

34 hd dolgozat Irodalmi rész Fotokémiai úton kiváltott fragmentációs reakciók A fragmentációs foszforilezési reakciók UV-fény hatására is bekövetkezhetnek. A módszer nagy előnye, hogy a jelenlévő nukleofilek foszforilezése már szobahőmérsékleten is gyorsan bekövetkezik. A prekurzor acetonitriles, vagy diklórmetános oldatát a foszforilezendő nukleofil jelenlétében UV fénnyel besugározva rövid időn belül juthatunk a kívánt termékekhez. Az eljárás nagyfokú szelektivitása, valamint az alkalmazott enyhe reakciókörülmények miatt jó alternatívája lehet a klasszikus konszekutív szintézismódszereknek [110] UV-fény által kiváltott foszforilezési reakciók 7-foszfanorbornén-származékokkal A viszonylag nagy gyűrűfeszültséggel rendelkező ( fejezet) foszfanorbornénszármazékokkal (70) fotokémiai körülmények között megvalósított foszforilezési reakciókat elsőként Tomioka és munkatársai vizsgálták [111]. Az 1-fenil-1-foszfol-oxid dimerjét (156) metanolban besugározva 60 %-os termeléssel izolálták 130 -foszfinátot. h 156 h hν h h A fenti reakció kiterjesztéseként a foszforil-csoport oxigénatomját kénre, illetve szelénre cserélve (157) is végeztek foszforilezési kísérleteket. Íly módon tio-, valamint szeleno-foszfinátokat (158) állítottak elő [112]. h X h 157 X = S, Se h hν Termelés ~ 50% h X h h 34

35 hd dolgozat Irodalmi rész Ezt követően Keglevich egy sor -aril-foszfanorbornén fotokémiai fragmentációját vizsgálta. Enyhe körülmények között, jó termeléssel (85-96%) nyerték a kívánt -foszfinátokat [113, 114]. Quin és Jankowski -alkoxi-foszfanorbornének (123) UV-iniciált reakcióit vizsgálva megfigyelték, hogy a telítetlen öttagú foszforheterociklusokkal, a dihidro-1-foszfol-oxidokkal (2) ellentétben lejátszódik a jelenlévő nukleofil foszforilezése [107]. 123 h hν R R 159 = ; R =, Et, i-r = Ad ; R = A -foszfinátok előállítása bizonyos esetekben a fent bemutatott foszfanorbornénszármazékoknál kisebb gyűrűfeszültségű dihidro-1-foszfol-oxid-származékokkal is megvalósítható. E módszer azonban csak számos megszorítással alkalmazható. A dihidro-1-foszfol-oxidok (pl. 160) fotolitikus fragmentációs reakcióinak részletes tanulmányozása szintén Tomioka és munkatársai nevéhez fűződik. -fenil-dihidro-1-foszfol-oxid alkoholok jelenlétében történő UV-besugárzása igen jó hatékonysággal szolgáltatta a megfelelő - foszfinátokat (161) [115]. h R nm 3 óra R' h R' 161 R R' Term. (%) Et i-r A szerkezet fragmentációra gyakorolt hatását vizsgálva kiderült, a reakció szempontjából lényeges, hogy a molekulában a foszforatomhoz aromás szubsztituens kapcsolódjék: alkil-, illetve alkoxi-dihidro-1-foszfol-oxidokat (2) fotolizálva nem játszódott le foszforilezési reakció. A kromofor fenil-csoport a váz-szénatomokhoz, vagy a foszforatomhoz oxigénen keresztül történő kapcsolása esetén sem tapasztalták -foszfinátok (162) keletkezését [116]. 35

36 hd dolgozat Irodalmi rész R 1 R nm Et R 1 R 2 Et h h h Szintén jelentős szerepe van a kettőskötés helyzetének. Az 57 2,3-dihidro-1-foszfol-oxidot alkoholok jelenlétében UV fénnyel besugározva fotoredukció játszódott le [117]. hν h 57 R h 163 R =,Et,i-r, t-bu Tomioka elmélete alapján mind a foszfanorbornének (70), mind a dihidro-1-foszfol-oxidok (164) esetén a besugárzás hatására elsőként a foszfenit-egység (132) kilépése következik be, amire azután addícionálódik a jelenlévő nukleofil, a 137 -foszfinátokat eredményezve [115, 116, 118]. Az általa feltételezett mechanizmus azonban nem helytálló. Quin és Jankowski a besugárzást nukleofil nélkül elvégezve változatlan formában nyerték vissza a kiindulási heterociklusokat (70, 164) [107]. Ezen eredmények, valamint a Tomioka által megfigyelt válogatás a nukleofilek között [115] sokkal inkább az addíciós-eliminációs reakcióutat valószínűsítik (8. ábra). Első lépésben a nukleofil addíciójával egy pentakoordinált-szerkezet (165 és 166) alakul ki, mely a megfelelő -foszfinátok (137) eliminációjával stabilizálódik. 36

37 hd dolgozat Irodalmi rész -heterociklusok UV-gerjesztés hatására végbemenõ fragmentációi I. 70 hν E 132 hν E 164 hν u A u A u A hν u E E u u ábra Foszfabiciklo[2.2.2]oktén-származékokkal UV-fény által kiváltott foszforilezési reakciók A foszfabiciklooktének (92, 21. oldal) hatékonyabb szintézisük révén alkalmasabb prekurzorok az oktadiéneknél (93). A 167 cikloaddukt acetonitriles oldatát a foszforilezendő nukleofil jelenlétében UV fénnyel besugározva jó termeléssel (~85%) keletkeztek a megfelelő foszfinátok, illetve foszfinsav-amidok (168) [77]. A B R 1 R 2 R 1 h nm R 2 u / C h R 2 u h 168 h R 1 C 3 u =, Et, n-r, i-r, n-bu, n-r, i-r, n-bu, s-bu, t-bu Szekunder-aminok foszforilezési reakciói már lényegesen gyengébb hatásfokkal megy végbe: 6-11%-os termeléssel állították elő a megfelelő foszfinsav-amidokat [119]. rto-, valamint p-tolil-foszfabiciklooktének (169) fragmentációja hasonlóképp jó eredményt hozott. Érdekesség, hogy a szek-butil-foszfinátok (170) a két lehetséges diasztereomer közel 1:1 arányú elegyeként keletkeztek [9]. 37

38 hd dolgozat Irodalmi rész A B R 1 R 2 Ar 254 nm R 2 u / C Ar R 1 R u h h R Ar = 4-C 6 4, 2-C 6 4 C 3 u =, Et, n-r, i-r, s-bu, i-r, n-bu Szelke és Keglevich a foszfabiciklooktén-származékok fotokémiai reakció-mechanizmusának vizsgálata céljából a prekurzorokat különböző nukleofilek 1:1 arányú elegyével reagáltatta [120]. A tapasztalatok szerint a foszfabiciklooktének mindig a nukleofilebb, illetve kisebb térkitöltésű reagenssel léptek gyorsabban reakcióba, ami az EA-reakcióút mellett egy másik, AE mechanizmus létezését is igazolja. A B R 1 R 2 R 1 h nm, 26 C R 2 u 1 / u 2 1:1 h C 3 + h C u 1 u 2 h ' u 1 Et C 3 u 2 Et n-r CF 3 C 2 A foszfabiciklooktén-származékok (92, 93) UV-fény által kiváltott foszforilezési reakciói során tehát mind a korábbról ismert eliminációs-addíciós (EA), mind az új addíciós-eliminációs (AE) mechanizmus szerephez jut (9. ábra). 38

39 hd dolgozat Irodalmi rész -heterociklusok UV-gerjesztés hatására végbemenõ fragmentációi II. hν E C A u C 3 92, 93 A hν u u E u ábra UV-fény által kiváltott foszforilezési reakciók oxafoszfabiciklo[2.2.2]oktén-származékokkal Az oxafoszfabiciklooktén-származékok fragmentációja illetve ezáltal hasznosításuk nukleofilek foszforilezési reakcióiban UV-besugárzás által is kiváltható [121]. Kedvező fragmentációs tulajdonságaik révén igen tiszta formában valósítható meg 170 foszfonátok, illetve foszfátok előállítása. gfigyelték azonban, hogy a -alkoxioxafoszfabiciklooktének (124, = Et) a reakció teljes lejátszódásához hosszabb besugárzási időt igényelnek (6-7 óra), mint a -aril-származékok (1-3 óra) [101, 122]. 124 h hν, R = Et 7 óra = h, 4-C 6 4, s, Tip 1-3 óra R 170 R =, i-r, t-bu A reakció az oxafoszfabiciklooktén-származékok termikus fragmentációjánál bemutatottal ( fejezet) analóg módon játszódik le, a foszforilezés során tehát mindkét mechanizmus (AE és EA) szerephez jut. 39

40 hd dolgozat Saját munka 3. Saját munka* Doktori munkám kezdetén új típusú foszfanorbornén-, foszfabiciklooktén-, valamint oxafoszfabiciklooktén-származékok előállítását tűztük ki célul, amelyek fragmentációs reakcióik révén nukleofilek foszforilezési reakcióiban hasznosíthatóak. Különféle szerkezetbeli változtatásokat (pl. funkcióscsoport-módosítás, kettőskötés telítés, oxigén beékelési reakció) hajtottunk végre és tanulmányoztuk a szerkezetmódosítás fragmentációs tulajdonságokra gyakorolt hatását A prekurzorok alapanyagául szolgáló -heterociklusok szintézise [123] Elsőként az áthidaló részükben foszforatomot tartalmazó heterociklusok szintéziséhez szükséges alapanyagokat, a 2,5-dihidro-1-foszfol-oxidokat (2, 3) állítottam elő. A kísérletek során felhasznált dihidro-1-foszfol-oxid-származékok (2, 3) előállítása az irodalmi részben bemutatott McCormackcikloaddíciós módszerrel és az azt követő funkcionalizálással történt [5, 9-11]. Új származékként foszfinsav-klorid (1) és ciklohexil-magnézium-bromid reakciójával 1-ciklohexil-3-metil-2,5-dihidro-1foszfol-oxidot (2, = Cy) állítottam elő. Et -MgBr = h, Cy Et TEA TF Az 1-fenil-2-metil-2,5-dihidro-1-foszfol-oxid (6) szintézisére a Quin által ismertetett eljárást alkalmaztam [5]. Első lépésben fenil-foszfonossav és foszfor-tribromid reakciójával előállítottam 4 fenil-foszfonossav-dibromidot. A dibróm-vegyület (4) és piperilén reakciója során képződött foszfónium-só (5) hidrolízisével jutottam 6 dihidro-1-foszfol-oxidhoz. h + Br 3 hbr 2 4 Br Br hidrolízis h 5 6 h * A vegyültek számozását az egyszerűbb áttekinthetőség kedvéért újrakezdtem. 40

41 hd dolgozat Saját munka A 3-metil-2,5-dihidro-1-foszfol-oxid-származékok (2 és 3) gyűrűbővítésére a tanszéken korábban kidolgozott diklórkarbén-addíciós eljárást ( fejezet) alkalmaztam. Az így nyert foszfabiciklohexánok (7) ciklopropángyűrűjének felnyitását az Irodalmi részben bemutatott termikus átalakítással végeztük [39-42]. TEBAC a / 2 Δ + 2, 3 C 3 7-8A 8B =, h, 4-C 6 4, Et A fenil-, illetve a metil-szubsztituált vegyületek (7) esetén a termolízist 135 o C-on történő 3 perces hevítéssel hajtottuk végre, majd a nyersterméket oszlopkromatográfiás módszerrel tisztítva jutottunk 8 dihidrofoszfinin-oxidok kettőskötés-izomereinek (A és B) 3:1 arányú elegyéhez [50-52]. A foszforatomon etoxi-helyettesítőt tartalmazó foszfabiciklohexán (7) ciklopropángyűrűjének felnyitását a hidrogén-klorid hatására bekövetkező alkoxi-csoport hasadást elkerülendő ekvivalens mennyiségű trietil-amin (TEA) jelenlétében, forró toluolban végeztük. 3.2 Kísérletek az 1-fenil-2-metil-2,5-dihidro-1-foszfol-oxid gyűrűbővítésére [124] ukleofilek foszforilezési reakcióiban hasznosítható prekurzorok szintézise céljából az 1,2- dihidrofoszfinin-oxid-származékok új családját kívántuk hozzáférhetővé tenni. E céltól vezérelve az 1- fenil-2-metil-2,5-dihidro-1-foszfol-oxid (6) gyűrűbővítését a diklórkarbén-addíciós módszerrel ( fejezet) kíséreltük meg. A két diasztereomer elegyéből (52-48 %) álló dihidro-1-foszfol-oxidot (6) fázistranszfer körülmények között kloroformból in situ generált diklórkarbénnel reagáltattuk. A várt foszfabiciklo[3.1.0]hexán (9) azonban annak ellenére, hogy a diklórkarbént 80-szoros feleslegben alkalmaztuk csak nagyon kis konverzióval képződött. 41

42 hd dolgozat Saját munka 6 h TEBAC a / 2 C 3 9 h A gyűrűbővítési reakció megvalósítása érdekében több dihalokarbén prekurzor, valamint fázistranszfer-katalizátor is kipróbálásra került, azonban egyik módszer sem vezetett jobb eredményre. Feltételezésünk szerint 6 dihidro-1-foszfol-oxidban lévő kettőskötésnek diklórkarbénnel szemben mutatott kis reakciókészsége a metilcsoport helyzetének, valamint a közelben lévő =csoport elektronszívó hatásának következménye. A kettőskötés elektronban való elszegényítésének csökkentésére ezért 6 foszfin-oxidot triklórszilánnal deoxigéneztük, majd az így előállított foszfin (10) trivalens foszforatomját borán-komplexként (11) stabilizáltuk [125]. Várakozásunk ellenére a 11 foszfin-borán diklórkarbénnel megvalósított reakciója nem vezetett gyűrűbővüléshez: a keletkező diklórkarbén a borán-egységgel reagálva a megfelelő diklórmetil-boránt (12) adta [46]. Mivel kiindulási anyagként 6 dihidro-1-foszfol-oxid két izomerjének elegye szolgált, 11 foszfin-boránt és 12 diklórmetil-borán-származékot is diasztereomerek keverékeként kaptuk. A 12 termék diasztereomerjei a C 2 -csoport B C kötés körüli gátolt rotációja miatt két rotamerből álltak. Az irodalomban eddig még nem figyeltek meg B C tengely körüli gátolt rotációt. szlopkromatográfiás tisztítás után %-os összetételben nyertük 12 termék izomerjeinek elegyét, melyek szerkezetét 31, 13 C valamint 11 B MR spektroszkópiás adatokkal támasztottuk alá. h 78 o C 26 o C TEBAC 3 Si/piridin B. 3 S 2 a/ 2 Toluol C 2 2 C 3 h h B h 3 B 2 C Az 1-fenil-2-metil-2,5-dihidro-1-foszfol-oxid (6) kettőskötésének reaktivitását tehát az oxid-funkció boránná alakításával sem tudtuk kellő mértékben megnövelni. A 6 dihidro-1-foszfol-oxid katalitikus hidrogénezésével előállítottuk 13 tetrahidro-1-foszfol-oxidot, amely a kiindulási anyaghoz (6) hasonlóan két izomer közel 1:1 arányú elegyéből állt. A fentiekkel analóg módon 13 foszfin-oxidot deoxigéneztük, majd 14 foszfint borán-komplexként (15) stabilizálva 42

43 hd dolgozat Saját munka diklórkarbénnel reagáltattuk. A tetrahidro-1-foszfol-oxid (13) két diasztereomerjének elegyéből kiindulva, 16 diklórmetil-borán négy izomer %-os összetételű elegyeként képződött C, 13 óra 2, d/c 10 bar 78 o C 26 o C TEBAC 3 Si/piridin B. 3 S 2 a/ 2 Toluol C 2 2 C 3 h h h B h B 2 C 2 A korábban bemutatott 10 foszfint közvetlenül is reagáltattuk kloroformból kálium-terc-butiláttal generált diklórkarbénnel [126], azonban a reakció nem bizonyult hatékonynak. árom ekvivalens diklórkarbént alkalmazva 3-diklórmetilén-diklórfoszfabiciklo[3.1.0]hexánt (17) kaptunk C KBu t 10 h C 3 n-eptán h 17 A kísérletet 14 telített foszfinnal megismételve, csak a foszforatom reagálhatott a diklórkarbénnel, így 18 foszforán keletkezett C KBu t C 3 n-eptán h h A foszfinok (10, 14) diklórkarbénezésével keletkezett termékek (17, 18) instabilis vegyületek, amelyeket csak 31 MR és tömegspektrometriás módszerrel tudtunk jellemezni. Szerkezetüket azonban igazolta a Wittig-reakcióban mutatott reakciókészségük. A 17 és 18 diklórmetilén-származékokat ánizsaldehiddel reagáltatva a megfelelő sztirol-származék (19) képződött. 43

44 hd dolgozat Saját munka 0 26 o C C n-eptán h o C C n-eptán 13 h 18 Az 1-fenil-2-metil-2,5-dihidro-1-foszfol-oxid (6) gyűrűbővítését nem sikerült megvalósítanunk, azonban kísérleteink segítségével e -heterociklus számos érdekes tulajdonságára derült fény. 3.3 Áthidalt -heterociklusok szintézise Foszfanorbornén-származékok előállítása [123] Céljaink között szerepelt a foszforilezési reakciókban hasznosítható új típusú foszfanorbornénszármazékok előállítása. Vizsgálni kívántuk a foszforatomhoz kapcsolódó szubsztituensek, az alapváz feszültségének, valamint a váz-metilcsoport helyzetének hatását a foszfanorbornének reakciókészségére. Az áthidalt vegyületek szintézisét az Irodalmi részben (2.3.1 fejezet) ismertetett bróm-addíciós eljárással valósítottuk meg Etil-, valamint -ciklohexil-foszfanorbornén-származékok szintézise A foszforatomon alkil-helyettesítőt tartalmazó foszfanorbornén-oxidok fotokémiai foszforilezési reakcióinak vizsgálatára az irodalomban nincs utalás. E hiányt pótlandó, a foszforatomon etil-, illetve ciklohexil-helyettesítőt tartalmazó foszfanorbornén-származékokat kívántunk előállítani. A 2 dihidro-1-foszfol-oxid ( = Et, illetve Cy) kettőskötésére első lépésben brómot addícionáltattunk. szlopkromatográfiás tisztítást követően a lehetséges négy diasztereomer helyett két diasztereomer elegyeként kaptuk a 20 dibróm-tetrahidro-1-foszfol-oxidot. A 20 dibróm-adduktok toluolos oldatához trietil-amint (TEA) adva in situ generáltuk 21 foszfol-oxidot, melyet -fenilmaleinimiddel csapdázva, illetve csapdázószer nélkül %-os termeléssel állítottuk elő 22 és 23 7-foszfanorbornéneket. 44

45 hd dolgozat Saját munka 0 25 C Br 2 C 3 2 = Et, Cy Br Br 20 TEA Toluol 21 6 nap 25 C FMI 3 nap 80 C h Az alapváz pillératomján metilcsoportot tartalmazó foszfanorbornén-származékok előállítása Célunk olyan foszfanorbornén-származékok előállítása volt, amelynél a váz-metilcsoport közvetlenül a norbornénváz áthidaló molekularészének szénatomjához kapcsolódik. A 3.1. fejezetben bemutatott módon előállított 2-metil-1-fenil-2,5-dihidro-1-foszfol-oxid (6) kettőskötésére első lépésben brómot addícionáltattunk. szlopkromatográfiás tisztítást követően a nyolc lehetséges diasztereomer közül 24 dibróm-tetrahidro-1-foszfol-oxid négy diasztereomerjét tudtuk 31, valamint 13 C MR spektroszkópiai módszerekkel azonosítani. A 24 dibróm-adduktokból kétszeres dehidrobrómozást követően előállított 25 foszfol-oxidot -fenilmaleinimiddel csapdázva ~ 60 %-os termeléssel jutottunk 26 foszfanorbornén-származékhoz. 6 nap h Br 0 25 C 25 C Br Br 2 TEA FMI C 3 Toluol h h h h A reakciókörülmények optimalizálása során nyilvánvalóvá vált, hogy a reakció magasabb hőmérsékleten történő vezetése a dimerizációs folyamatnak (25 27) kedvez. A 27 dimer előállítása ezért magasabb hőmérsékleten, relatíve gyors reakcióval is megvalósítható volt. 45

46 hd dolgozat Saját munka Tekintve, hogy az irodalmi utalások alapján a foszfol-oxidok dimerizációs reakciója regio-, és sztereospecifikus, meglepődve tapasztaltuk, hogy 27 dimer mellett kis mennyiségben (24 %) egy másik izomer is keletkezett. A minor komponens szerkezetét 31, 13 C és 1 MR spektroszkópiás módszerekkel határoztuk meg, a jelek hozzárendelését pedig kétdimenziós korrelációs diagramok segítségével megerősítettük. A 13 C MR spektrumok alapján összehasonlítva a két izomer C 5, C 6 valamint C 3a, C 7a atomjainak kémiai eltolódását megállapítható, hogy a főkomponens (27) jeleihez képest C 5 és C 7a eltolódásai a kisebb térerő, míg C 6 és C 3a atomok jelei a nagyobb térerő irányába tolódnak el, ami ellentmond 8 atom konfigurációjának megváltozásával. Továbbá a C 3a és C 7a atomokon jelentkező 2 J (8)-C csatolások értéke nem tér el jelentősen a 27 izomerben megfigyelt csatolásoktól. A foszfanorbornén-származékok β-helyzetű szénatomjain jelentkező csatolások sztereospecifikusak és függenek 8 atom konfigurációjától [127]. Tehát a minor izomer valószínűleg a 1 atom konfigurációjában tér el 27 főterméktől, így annak diasztereomerje és a 27 képlettel jelölhető. h 24 TEA Toluol h nap 80 C toluol 27 h a 7a 7a 3a 1 2 h 3 3 C 5 C 6 C 3a C 7a δ C (ppm) / J C-(8), J C-(1) (z) 27 27' 132,9 (7,2) 130,0 (8,5) 53,3 (13,3; 13,3) 41,2 (11,5; 76,3) 137,5 (5,3; 13,0) 125,8 (10,4) 48,7 (13,0; 13,0) 46,1 (12,7; 75,9) h 27' 1 2 További érdekesség, hogy a reakciót ~70 %-os konverziónál befagyasztva, az egyszeresen dehidrobrómozott 2,3-dihidrofoszfol-oxid származékokat (28-1 és 28-2) is ki tudtuk mutatni az elegyben. 46

47 hd dolgozat Saját munka Br Br Br Br TEA Toluol h h h A gyűrűfeszültség hatásának tanulmányozása céljából katalitikus hidrogénezéssel megkíséreltem 26, illetve 27 foszfanorbornének telített származékait (29 és 30) is előállítani. A redukciót 60 C-on és 22 bar nyomáson végezve 61, illetve 26%-os termeléssel jutottam a 29, illetve a 30 foszfanorbornánokhoz. A hidrogénezési kísérletek néhány érdekes felfedezéshez vezettek: 27 foszfoloxid dimer 2,3-dihidro-1-foszfol-egysége az alkalmazott viszonylag erélyes körülmények ellenére ellenállt a hidrogénezésnek. Mindkét cikloaddukt (26 és 27) redukcióját követően a nyerstermékben a megfelelő foszfanorbornán-származékok (29, 30) mellett jelentős mennyiségben (29-61%) volt jelen a korábban már bemutatott 13 tetrahidro-1-foszfol-oxid is. Fontos megemlíteni, hogy a reakció során a tetrahidro-1-foszfol-oxid (13) cisz- és transz-izomerjei közül kizárólag az egyik képződött ( 31 MR (CD 3 ) δ 59.1), amely keletkezése a cikloadduktok (26 és 27) retro Diels-Alder reakcióját követő redukcióval magyarázható. asonló jelenséget figyeltek meg korábban néhány foszfanorbornén tömegspektrumában [106]. h h 26 h 60 C, 22 bar 2, d/c 29 h + h 13 h 27 h 60 C, 22 bar 2, d/c h 30 h + h 13 47

48 hd dolgozat Saját munka Foszfabiciklo[2.2.2]oktén-származékok előállítása Dihidrofoszfinin-oxidok dimerizációs reakciója [ ] A dihidrofoszfinin-oxidok (8) jónéhány Diels-Alder cikloaddíciós reakcióját tanulmányozták a tanszéki foszforheterociklusos csoportban [77, 78, 80-82]. Arra gondoltunk, hogy talán két dihidrofoszfinin-oxid (8) molekula is reakcióba léphet egymással, amikoris az egyik izomer diénként, míg a másik dienofilként viselkedik. A -fenil helyettesített 1,2-dihidrofoszfinin-oxid kettőskötésizomerek (8A és 8B, = h) elegyéből kiindulva, a reakciót forró toluolban próbáltuk megvalósítani. ét nap reakcióidő után az oldószert ledesztilláltuk, majd az így kapott maradékot oszlopkromatográfiásan tisztítottuk. A 31, 13 C és 1 MR mérések, valamint tömegspektrumok alapján azt tapasztaltuk, hogy a várt dimerizációs reakció egy főterméket eredményezve (31) valóban lejátszódott. A dimerizáció az etoxi-dihidrofoszfinin-oxid regioizomerekkel (8A és 8B, = Et) is bekövetkezett. 8B 8A 7 nap 110 C Toluol = h, Et A lehetséges szerkezeteket a 3- és 5-metil-1-fenil-4-klór-1,2-dihidrofoszfinin-1-oxid (8, = h) dimerizációjának példáján keresztül szemléltetem (11. ábra). A két kettőskötés-izomer (8A és 8B) elméletileg nyolc lehetséges szerkezetet eredményezve kapcsolódhatna egymáshoz. Ezen szerkezetek közül az utolsó négy ((A+B) 1 ; (A+B) 2 ; (B+B) 1 illetve (B+B) 2 ) meglehetősen zsúfolt, nagy energiatartalmú képződmény, tehát ilyen szempontból keletkezésük nem kedvezményezett. asonló okok miatt az első két feltételezett szerkezet ((A+A) 1 és (A+A) 2 ) is nehezen valósulhat meg. A

49 hd dolgozat Saját munka ábrán feltüntetett nyolc izomer közül a váz-metilcsoport(ok) által okozott sztérikus gátlások hiánya miatt (B+A) 1 valamint (B+A) 2 molekulák keletkezése tehát a többitől kedvezményezettebb. Lehetséges szerkezetek h (A+A) 1 h h (A+A) 2 h h (B+A) 1 h h (B+A) 2 h h (A+B) 1 h h (A+B) 2 h h (B+B) 1 h h (B+B) 2 h 11. ábra A főtermék 31 MR spektrumában a J csatolás hiánya a 2 és 9 atomok négy kötésnyire való távolságával volt összhangban. A 13 C és 1 MR mérések adatai alapján mind a négy kettőskötésben résztvevő szénatom (C 5, C 6, C 11 és C 12 ) kvaterner atom kell hogy legyen. Ezen megfontolások alapján fő komponensként a (B+A) 2 izomer (avagy általánosan a 31, = h főtermék) keletkezését valószínűsíthetjük. gállapíthatjuk, hogy a dimerizáció elsősorban a két izomer (A és B) között játszódott le, mikoris az A izomer dienofilként, míg B izomer diénként viselkedett. A foszforatomon fenil-helyettesítőt tartalmazó termék (32 = (B+A) 2 ) szerkezetét röntgendiffrakciós mérés segítségével is megerősítettük. A vizsgálat alapján megállapíthatjuk, hogy a 49

50 hd dolgozat Saját munka termék foszfabiciklo[2.2.2]oktén egységét alkotó mindhárom gyűrű kád-konformációjú, míg az anellálódó tetrahidrofoszfinin-gyűrű csavart kád konformációban van jelen. A 2 atom körüli kötésszögek torzultak, a legjelentősebb eltérések: C 1 2 C 3 = 98,2, 2 2 C 3 = 115,8. A 9 atom környezetében kisebb mértékű torzulás tapasztalható: C 10 9 C 19 = 104,0, C = 114,8. A 32 cikloaddukt geometriáját kvantumkémiai számítások segítségével is meghatároztuk, az alkalmazott M3 szemiempirikus módszer eredményei jó egyezést mutattak a röntgendiffrakciós mérés eredményeivel. h h 32 A nyerstermékből többszöri oszlopkromatográfiás tisztítást követően további két minor komponenst (34 és 35) nyertem ki, melyek 33 dihidrofoszfinin-oxid B és A, valamint egy-egy A izomerének Diels-Alder reakciója során keletkeztek (11. ábra, (B+A) 1 valamint (A+A) 1 szerkezetek). h 33A h 33A 8 (=h) = 33 h 33B 110 C 5 nap Toluol 34 h 35 h h 50