Синтез бинафтилфосфорной кислоты

 

Удовлетворительные  результаты при получении орто-бензохинона из пирокатехина достигаются в том случае, если в качестве окислителя используется оксид серебра в эфире в присутствии сульфата натрия для связывания выделяющейся при окислении воды.

 

OH	o	O
	Ag2O,0 C
OH	эфир	O

 

 

1.3. Окислительное сочетание фенолов

 

Настоящее обсуждение ограничено рассмотрением реакций, приводящих к относительно простым  продуктам сочетания фенолов. Один из возможных механизмов процессов, в результате которых могут образовываться биядерные продукты, представлен на схеме 1 (см. Приложение), где субстратом для наглядности является сам фенол (12).

Начальная стадия заключается, вероятно, в удалении одного электрона из фенолят-аниона (13) фенола (12) с образованием арилокси-радикала, стабилизированного резонансом канонических структур 14, 15, 16 и 17.

Радикал-радикальное  спаривание можно рассматривать  как результат взаимодействия реакционных  центров с наибольшей электронной  плотностью, показанных в канонических структурах 14-17.

Таутомеризяция  образующихся таким образом соединений приводит к продуктам, изображенным на схеме 1 (см. Приложение).

Наиболее удобными реагентами для окислительного сочетания  фенолов являются, по-видимому, феррицианид  калия и хлорид железа(Ш), однако оба эти реагента обладают недостатками. При использовании феррицианида калия нельзя применять в качестве субстратов реакционноспособные фенолы, так как они расщепляются в щелочных условиях; кроме, того, этот реагент имеет тенденцию окислять первоначально образующиеся бифенолы в хиноны.

Недостаток  хлорида железа (III) в водном или спиртовом растворе состоит в том, что возможно образование нежелательных комплексов либо с исходным фенолом, либо с продуктами реакции; нежелательные превращения возможны также из-за того, что хлорид железа(III) является кислотой Льюиса.

Из множества других окислителей, использованных в реакциях окислительного сочетания, упомянем карбонат серебра, нанесенный на целит, диоксид свинца, трис(ацетилацетонат) марганца и соединения меди (II),

В синтетической  работе при выборе условий реакции  пользуются обычно методом аналогий, так как почти невозможно предсказать, какой реагент окажется наиболее подходящим для дайной реакции сочетания.

Полезный для  этой цели список таких реакций составлен Мюссо.

 

 

1.3.1. Реагенты для окислительного сочетания фенолов

 

Ввиду того что  для проведения окислительного сочетания  фенолов изучено чрезвычайно  большое число как окислителей, так и различных субстратов, а  тип продукта зависит и от использованного  окислителя, и от условий реакции, ниже приведены лишь характерные примеры, иллюстрирующие применение важнейших окислителей.

Одним из наиболее широко применяемых реагентов для  проведения окислительного сочетания  фенолов является феррицианид калия. Этот реагент обычно используют в щелочной среде; при этом заслуживает внимания зависимость типа получаемого продукта от величины рН.

Так, окисление 4-трет-бутил-2-метоксифенола феррицианидом в водном растворе ацетата натрия (рН 7—8) дает продукт простого орто, орто-сочетания (табл. 2, пример 1) (см. Приложение), тогда как при более высоких значениях рН в присутствии гидроксида калия первоначально образующийся фенол реагирует с третьей молекулой субстрата с образованием продукта двух последовательных реакций С—О орто-сочетания (табл. 2, пример 2) (см. Приложение).

Дальнейшее  окисление бифенола, образующегося при окислительном сочетании, часто происходит под действием феррицианида калия; примером может служить образование 3,3'-диметокси 4,4',5,5'-тетра метил-2,2'-дифенохинона из 4-метокси-2,3-диметилфенола (табл. 2, пример 3) (см. Приложение).

Восстановлением таких соединений обычно можно получить соответствующие бифенолы.

Примером элегантного  использования этого окислителя является синтез (±)-усниновой кислоты, начальная стадия которого заключается в окислительном С—С-сочетании метил-флорацетофенона с образованием биядерного продукта, который не способен енолизоваться с образованием фенола из-за метильной группы, находящейся у одного из углеродных атомов, участвующих в образовании новой связи. Вместо этого происходит присоединение по типу реакции Михаэля фекальной группы одной части молекулы к еноновому фрагменту другой части, что и приводит к образованию предшественника (±)-усниновой кислоты (табл. 2, пример 4) (см. Приложение).

Феррицианид калия часто использовали для фенольного сочетания в ходе исследований полного синтеза (биогенетического типа) изохинолина и родственных алкалоидов, однако с такими сложными субстратами реакция сочетания обычно проходит с низким выходом, как, например, для (±)-ориенталина (табл. 2, пример 5) (см. Приложение).

Хлорид железа (Ш) также широко применяется для сочетания различных фенолов и иногда оказывается эффективным для проведения реакций, не идущих под действием феррицианида калия. Например, 3-метоки-2-нафтол при окислении водным хлоридом железа (III) дает продукт орто,орто-сочетания, хотя и с низким выходом (табл. 2, пример 6) (см. Приложение), тогда как в реакции с щелочным раствором феррицианида получены только неидентифицируемые продукты осмоления.

Железный комплекс, приготовленный из хлорида железа (III) и N,N-диметилформамида (ДМФ), состава [Fe(ДМФ)₃Сl₂] (FeCl₄), как оказалось, представляет собой эффективный окислитель для ряда реакций сочетания, например для внутримолекулярного сочетания 1-(3 гидрокси-4,5-диметоксифенил)-3-(4-гидрокси-З-метоксифенил) пропана в диенон (табл. 2, пример 8) (см. Приложение).

Карбонат серебра, нанесенный на целит (реагент Фетизона), нашел широкое применение в органической химии в качестве окислителя и, в частности, может быть очень активным в реакциях окислительного сочетания фенолов. При сочетании 2,6-дизамещенных фенолов из-за дальнейшего окисления первоначально образующихся продуктов получаются дифенохиноны (табл. 2, пример 8) (см. Приложение).

Активный диоксид  свинца, получаемый разложением тетра-ацетата свинца водой, оказался особенно эффективным окислителем для проведения замыкания цикла замещенного n-гидроксибензофенона в дегидрогризеофульвин (табл. 2, пример 9) (см. Приложение).

Трис(ацетилацетонат) марганца (III) обладает, по-видимому, значительными потенциальными возможностями для проведения фенольного сочетании, однако, к удивлению, мало используется для этой цели. С этим окислителем можно работать в таких органических растворителях, как дисульфид углерода или ацетонитрил, в относительно мягких условиях, позволяющих легко проводить реакции с образованием бифенолов, а не дифенохинонов (табл. 2, пример 10) (см. Приложение).

Как тетрахлорид  ванадия, так и окситрихлорид ванадия являются чрезвычайно полезными окислителями для сочетания фенолов; их эффективность в данном случае связана, вероятно, с образованием феноксиванадиевых интермедиатов. Реакции фенола с тетрахлоридом ванадии в тетрахлориде углерода дает продукты пара,пара-, opтo,napa- и орто,орто-сочетания в соотношении примерно 8:4:1 и суммарным выходом 55—65% (табл. 2, пример 11) (см. Приложение). Окситрихлорид ванадия намного превосходит по эффективности щелочной раствор феррицианида, хлорид железа (III) или трис(ацетилацетонат) марганца (III) в реакции внутримолекулярного окислительного сочетания 1- (3-гидроксифенил)-3-(4-гидроксифенил)пропана (табл, 2, пример 12) (см. Приложение) и нашел применение в ключевых стадиях окислительного сочетания при синтезе алкалоидов (табл. 2, пример 13) (см. Приложение).

Окислительное орто,пара-сочетание производного N-ацилнор-ретикулина проведено с весьма хорошим выходом при использовании трифтороацетата таллия(Ш) в дихлорометане (табл. 2, пример 14) (см. Приложение). Этот тип фенольного сочетания имеет большое значение для биосинтеза морфиновых алкалоидов и ранее был осуществлен только в лабораторных условиях с выходом 0,03% при окислении (±)-ретикулина феррицианидом.

Так как оптически  чистый (1,1’-бинафтил)-2,2’-диол находит рахнообразное применение в органической химии, сообщение о высокостереоселективном синтезе S-(-)-изомера этого соединения (18) представляет особый интерес; это вещество синтезировано с высоким выходом и оптической чистотой (до 95%) из 2-нафтола реакцией с S-(+)-амфетаминовым комплексом меди (II) в атмосфере азота (табл. 2, пример 15) (см. Приложение).

 

1.4 Стратегия синтеза

Получать 1,1’-бинафтил-2,2’-фосфорную кислоту будем из β-нафтола 3-х стадийным синтезом.

На первой стадии синтезируем β-бинафтол, на второй получим 1,1’-бинафтил-2,2’-фосфорной кислоты хлорангидрид.

Третья стадия заключается в получении 1,1’-бинафтил-2,2’-фосфорной кислоты путем гидролиза 1,1’-бинафтил-2,2’-фосфорной кислоты хлорангидрида.

 

Глава 2. Экспериментальная часть

2.1. Синтез 2,2’-Дигидрокси-1,1’-бинафтила (β-бинафтола) [1]

 

В 1л воды растворили 7,5 г (52 ммоль) β-нафтола, раствор довели до кипения и медленно, при перемешивании, прикапали раствор 14,2 г (52,5 ммоль) гексагидрата хлорида железа (III) в 100 мл воды. Образовался белый осадок бинафтола. Затем в этот же растворе добавили еще 7,5 г (52 ммоль) β-нафтола и снова, медленно, при перемешивании, прикапали раствор 14,2 г (52,5 ммоль) гексагидрата хлорида железа (III) в 100 мл воды.

Реакционную смесь  перемешивали в течении 30 минут при температуре 100ºС, после чего образовался коричневый осадок бинафтола. Затем осадок отфильтровали, растворили в 2 л воды и кипятили 20 минут для удаления избытка β-нафтола. После чего осадок снова отфильтровали.

После фильтрования продукт перекристализовали из толуола  и получили 12,7 г продукта в виде белого порошка, что составило 84% выхода.

 

2.2. Синтез 1,1’-бинафтил-2,2’-фосфорной кислоты хлорангидрида [2]

 

В 46 мл дихлорметана растворили 12 г (42 ммоль) бинафтола. К полученной суспензии прибавили при перемешивании 9,2 г (60 ммоль) оксихлорида фосфора и после этого 10,9 г (103 ммоль) триэтиламина, растворенного в 9 мл дихлорметана, с такой скоростью, чтобы смесь слабо кипела. После чего полученный раствор перемешивали 1ч при комнатной температуре.

Затем реакционную  смесь промыли двумя порциями воды, по 100 мл каждая и высушили над Na₂SO_4.

После отгонки растворителя получили 12,8 г хлорангидрида кислоты в виде пористой объемной темно-зеленой массы. Выход продукта составил 83%.

 

 

 

 

2.3. Синтез 1,1’-бинафтил-2,2’-фосфорной кислоты [3]

 

В 500 мл 4%-ного раствора карбоната натрия добавили 12,8 г (35 ммоль) хлорангидрида бинафтилфосфорной кислоты и нагрели до получения прозрачного раствора. После чего раствор отфильтровали и поставили в холодильник на 12 часов.

Выпавший темно-зелено-серый осадок натриевой соли отфильтровали и промыли 50 мл 4%-ного раствора карбоната натрия.

После этого  к осадку добавили 500 мл воды и к  суспензии полученной соли прибавили  при перемешивании 39 мл концентрированной  соляной кислоты.

Реакционную смесь  медленно нагрели и выдержали 5 минут  при температуре 95ºС.

После чего полученную смесь поставили на 14 часов в холодильник. Затем кристаллическую массу циклического эфира фосфорной кислоты коричневого цвета, отфильтровали, промыли небольшим количеством холодной воды и высушили в сушильном шкафу при температуре 100ºС.

Получили 5,2 г продукта, что составило 43% выхода.

 

Заключение

Окислительное сочетание фенолов — реакция, имеющая широкие возможности  и являющаяся предметом пристального изучения отчасти потому, что в  настоящее время установлена  роль этих реакций в биогенезисе  таких биологически важных соединений, как лигнин и алкалоиды. По этому вопросу существует много обзоров: подробно обсуждаются альтернативные механизмы реакций, но которым могут протекать эти процессы.

Окисление фенолов  различными одноэлектронными окислителями может приводить к внутри- или  межмолекулярным реакциям сочетания  в результате образования связи  между двумя углеродными центрами, занимающими орто- или пара - положения  по отношению к исходной гидроксильной группе или между α- или β-углеродными атомами орто- или пара-заместителей. Кроме того, в ходе реакции могут получаться хинонметиды, полимеры и продукты дальнейшего окисления первоначально образующихся биядерных соединений. Ясно, что при таком множестве продуктов, которые образуются при окислении фенолов, выходы индивидуальных продуктов обычно невелики. Тем не менее уникальные возможности для получения сложных молекулярных скелетов обусловливают неослабевающий интерес к синтетическим аспектам окислительного сочетания фенолов.

В ходе, вышеописанных в экспериментальной части, реакций нам удалось синтезировать 1,1’-бинафтил-2,2’-фосфорную кислоту. Выход продукта составил 43%.

 

 

Литература

1. Pummerer R., Prell E., Rieche A. Ber. Dtsch. Chem. Ges., 59, 2159 (1926).
2. Kyba E.P., Gokel G.W., de Jong F., Koga K., Sousa L.R., Siegel M.G., Kaplan L., Dotsevi G., Sagah G.D.Y., Cram D.J.J. Org. Chem., 42, 4113 (1977).
3. Marschalk C. Bull. Soc. Chim. Fr., 43, 1395 (1928).
4. Реутов О.А., Курц А.Л., Бутин К.П., Органическая химия, (2003).
5. Хейнс А., Методы окисления органических соединений. Алканы, алкены, алкины и арены, (1988).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение

Таблица 1.