Синтез бензальацетона и его нуклеофильные реакции

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РФ ФБГОУ ВПО «САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ  Н.Г.ЧЕРНЫШЕВСКОГО»

 

Кафедра органической химии

 

Синтез бензальацетона и его нуклеофильные реакции

КУРСОВАЯ РАБОТА

Студентки II курса дневного отделения Института химии СГУ

 «Мотолыгиной Анны Владимировны»

 

Научный руководитель

док. хим. наук, профессор ________________________ И. Н. Клочкова.

Зав. кафедрой

док. хим. наук, профессор_______________________ О. В. Федотова.

 

 

 

 

Саратов 2013

 

Содержание:

1.Введение. Применение бензальацетона……………………………………3

2.Литературный обзор:

2.1.Свойства бензальацетона…………………………………………………4

2.2.Способ получения в лаборатории………………………………………..5

     2.3.Рассмотрение нуклеофильных реакций бензальацетона

    на примере      взаимодействия с N-,P- нуклеофилами………………....6

     2.4.Сравнение с бензальацетофеноном

     2.5Хемоселективное присоединение вторичных фосфиноксидов

    к алкил(фенилэтинил)кетонам…………………………………………..11

     2.6Синтез оксазолов из α,β- непредельных карбонильных

    соединений через 2-ацилазиридиины…………………………………...12

2.7.Взаимодействие замещенных бензальацетона

      с 1,2,5-триметилпиперидона-4 и N-метилпиперидона-4……………..13

2.8.Первый пример взаимодействий нессиметричных диенонов

     с 1,3-  диполем.Синтез спиропирролидинов…………………………..15

2.9.Синтез 6-ацетил-1-метил-3-оксо-5,8-дифенил-

      -2-азабицикло-  (2,2,2)октан-4-карбонитрила………………………...17

3.Практическая часть:

     3.1.Синтез бензилиденциклогексанона………………………………….....19

     3.2.Синтез дибензилиденацетона…………………………………………...22

     4.Обсуждение результатов. ………………………………………………...24

     5.Выводы……………………………………………………………………..25

6.Приложения…………………………………………………………….….26

      7.Список  используемой литературы……………………………………….31

 

 

Введение .Применение бензальацетона

Применяется в парфюмерии в незначительных количествах, главным  образом для духов. Является промежуточным  продуктом для получения коричной кислоты. Используется в органическом синтезе. Бензальацетон производился в СССР с 1929 года.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литературный  обзор

Свойства бензальацетона

1.Внешний вид:

Бесцветное или светло-желтое кристаллическое вещество в виде пластинок

2.Брутто-формула (система Хилла):

C₁₀H₁₀O

3.Формула в виде текста:

C6H5CH=CHCOCH3

4.Молекулярная масса (в а.е.м.): 146,19

5.Температура плавления (в °C):

42

6.Температура кипения (в °C):

261

7.Растворимость (в 1 г/100 г растворителя):

Бензол: растворим  
Вода: 0,1398 (25°C) 
Диэтиловый эфир: растворим  
Хлороформ: растворим  
Этанол: легко растворим 

8.Плотность:

1,0377 (15°C, г/см³, состояние вещества - кристаллы) 
1,0347 (20°C, г/см³, состояние вещества - кристаллы)

9.Показатель преломления:

п_D¹⁵—1,5836

10. УФ спектр (в этаноле):

λ_макс lg(ε): 222нм (4,08), 284 нм (4,37).

11. d₁₅¹⁵—1,0377  [1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Способ получения  в лаборатории.

Реактивы:

Бензойный альдегид                                                          21г(0,2 г-моль)

Ацетон                                                                                31,5г(0,54 г-моль)

Гидроксид натрия (10% раствор )                                    5 мл

Бензол

Соляная кислота

В колбу емкостью 100 мл, снабженную механической мешалкой, смешивают 31,5 г(40мл) ацетона, 21 г свежеперегнанного бензальдегида и 20 мл воды. Смесь охлаждают в водяной бане и постепенно к ней приливают 5 мл 10%-ного раствора гидроксида натрия, поддерживая температуру 25-30 градусов; затем смесь перемешивают еще 2,5 часа при комнатной температуре.

После окончания реакции  к реакционной массе прибавляют разбавленную соляную кислоту до кислой реакции среды на лакмус и  переносят в делительную воронку; верхний слой представляет собой  желтое масло, нижний водяной. Водный слой экстрагирует 10 мл бензола и бензольный раствор прибавляют к желтому маслу нижнего слоя. Бензольный  раствор взбалтывают с 10 мл воды и отделяют. Бензол отгоняют на водяной бане, остаток перегоняют в вакууме. Первые несколько миллилитров дистиллята, имеющие зеленый оттенок, отделяют; остальная часть перегнанного продукта имеет светло-желтый цвет.

Собирают фракцию, которая  имеет следующие температуры  кипения: 148-160,133-143,120-130. Продукт подвергают вторичной перегонке и собирают чистую фракцию при 137-142 . вещество при  стоянии превращается в кристаллы.

Примечание: Избыток ацетона необходим для предотвращения образования дибензальацетона. Бензальацетон сильно раздражает кожу, поэтому с ним нужно работать осторожно.[2]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассмотрение  нуклеофильных реакций бензальацетона на примере взаимодействия с N-,P- нуклеофилами. Сравнение с бензальацетофеноном.

     Установлено, что бензальацетон и бензальацетофенон ведут себя в реакциях с гидроксиламином по- разному: бензальацетон реагирует с карбонильной группой с образованием оксима, бензальацетофенон – по двойной связи с образованием енамина. Полученные данные объяснены понижением электрофильности карбонильной группы  в бензальацетофеноне под действием сильного мезомерного эффекта фенильной группы, направляющим атаку нуклеофила на двойную связь. Получены аддукты по двойной связи названных кетонов с азолами, дифенилфосфиноксидом и трифенилфосфином в присутствии бромистоводородной кислоты.

Ранее было установлено, что β- ароилакриловые кислоты ведут себя в реакциях с гидроксиламином неоднозначно, приводя к продуктам присоединения либо по карбонильной группе, либо двойной связи . Направление реакции определяется природой заместителя в ароматическом ядре и растворителя. Так, β-(п-толуил)акриловая кислота и ее метиловый эфир в смеси метанол- вода образуют с гидроксиламин гидрохлоридом исключительно енамины, в бензоле и ацетонитриле – оксимы. В случае β-бензоил, -п-хлорбензоил и –п-бромбензоилакриловых кислот мажорными продуктами реакции являются оксимы. Им сопутствуют минорные продукты – соответствующие енамины.

Полученные данные были объяснены  понижением электрофильности

карбонильной группы в  случае толуильного аналога, направляющим атаку

нуклеофила на двойную связь.

В данной работе будут рассморены нуклеофильные реакции бензальацетона и бензальацетофенона на примере их взаимодействия с Р- и N- нуклеофилами.

Оказалось, что названные  кетоны ведут себя в реакциях с  гидрохлоридом гидроксиламина по- разному: бензальацетон как в ацетонитриле, так и в смеси метанол- вода, реагирует с карбонильной группой с образованием оксима бензальацетона    (I), бензальацетофенон – по двойной связи с образованием α-аминобензальацетофенона (II).          Различие в поведении этих кетонов, как и в случае α- ароилакриловых кислот, обусловлено, по всей вероятности, различием в электрофильности карбонильной группы. Сильный мезомерный эффект фенильной группы  в бензальацетофеноне, по-  видимому, уменьшая электрофильность карбонильного углерода, направляет атаку нуклеофила на двойную связь. 

В литературе имеется много  работ, посвященных двойственной реакционной  способности указанных енонов в различных реакциях.  Особенно много исследований посвящено взаимодействию бензальацетона и бензальацетофенона с диалкилфосфитами. Авторы сообщают, что в случае α,β-ненасыщенных арилкетонов γ- кетофосфонат является единственным продуктом реакции, в случае же алкилкетонов образуются как продукты 1,4-присоединения, так и аддукты по карбонильной группе [2,5].

Из N-нуклеофилов исследовано также взаимодействие бензальацетона с пиразолом и 3,5- диметилпиразолом. В обоих случаях были получены аддукты по двойной связи IIIа,б с выходами 56 и 72%, соответственно.

 

Аналогично реагируют  бензальацетон и бензальацетофенон с Р-нуклеофилами – дифенилфосфиноксидом и трифенилфосфином в водном растворе бромистоводородном кислоты, приводя к образованию продуктов присоединения с выходами 52-77 %.

        В литературе имеется указание об ином направлении реакции в случае диалкил - фосфиноксидов, образующих с бензальацетофеноном          оксифосфиноксиды .

По-  видимому, большая нуклеофильность диалкилпроизводных создает возможность для атаки по недостаточно электрофильной карбонильной группе.

В этих реакциях, на наш взгляд, нельзя исключить и  протекание фосфоротропных перегруппировок. 

Оксимы трифенил-β-ароилэтилфосфониевых солей, в отличие от ароилметильных аналогов, не подвергаются гетероциклизации под действием протоноакцепторов . Полученные данные  были обьяснены меньшей устойчивостью соответствующих шестичленных циклов по сравнению с пятичленными. 

Не увенчались успехом  и попытки гетероциклизации оксимов VIа,б

фосфониевых солей Vа,б полученных из бензальацетона и бензальацетофенона. [3]

 

 

 

 

 

 

 

Хемоселективное присоединение вторичных фосфиноксидов к алкил(фенилэтинил)кетонам.

  Взаимодействие  вторичных фосфиноксидов с биэлектрофильными алкил(фенилэтил)кетонами теоретически могло давать продукты различного состава. Известно, что нуклеофильное присоединение вторичных фосфиноксидов к фенил этинилкетону протекает хемо - и региоселективно по тройной связи,  тогда как их реакция с 3-триалкилсилил(или гемил)-2-пропиналями проходит по альдегидной группе.

Было найдено, что вторичные  фосфиноксиды реагируют с алкил(фенилэтинил)кетонами в системе КОН-ТГФ при комнатной температуре хемоселективно по карбонильной группе, образуя 1-алкил-1-фосфорил-3-фенил-2-пропин-1-олы с выходом 63-71%.

Таким образом, присоединение  вторичных фосфиноксидов к алкил(фенилэтинил)кетонам является удобным методом синтеза ранее неизвестных полифункциональных хиральных третичных фосфиноксидов с гидроксильными и ацетиленовыми фрагментами- высокореакционноспособных строительных блоков для органического синтеза, а также синтетических интермедиатов и предшественников оптическиактивных амфильных лигандов для энантиоселективных процессов. [4]

 

 

 

Синтез оксазолов из α,β- непредельных карбонильных соединений через 2-ацилазиридиины.

Окислительное присоединение  N-аминофталеида к бензилиденацетону и халконам с последующим термолизом получающихся 2-арил-3-ароил-1-фталемидоазеридинов приводит к 2,5-дизамещенным оксазолам с суммарным выходом 30-55%. Электродонорные заместители в арильном фрагменте 2-арил-3-ароил-1- фталемидоазеридинов ускоряют их превращение в оксозолы, а в ораильном- замедляют. Показана возможность перехода к окозолам от α,β-непредельных карбонильных соединений через 2-ацил-1-сульфонилазиродины с использованием хлорамина-Б. Однако этиловый эфир 2-цианокоричной кислоты реагирует с хлорамином-Б с разрывом связи С=С и образованием N-бензилиденбензолсульфамида. [5]

 

 

 

 

 

 

 

 

Взаимодействие  замещенных бензальацетона с 1,2,5-триметилпиперидона-4 и N-метилпиперидона-4.

Взаимодействие 1,2,5-триметилпиперидона-4 с замещенными бензальацетона в присутствии NaH в условиях реакций Михаэля при комнатной температуре приводит к образованию 4α-гидрокси-2,3,8α-триметил-8-фенилдекагидроизохинолин-6-она и 4α-гидрокси-2,3,8α-триметил-8-(n-диметиламинофенил)декагидроизохинолина-6-она.

                  Взаимодействие N-метилпиперидона-4, трипинона-3 и N-бензилпиперидона-4 с бензальацетоном при комнатной температуре в различных растворителях ( спирт,ДМФА) при участии таких сильных оснований как КОН,NaH не приводит к образованию декагидро-4α-изохинолиновых систем, а доминирует процесс полимеризации. Было найдено, что для реакций N-метилпиперидона-4 с бензальацетоном при снижении темпрературы до -20°С в ДМФА  процесс полимеризации преобретает побочный характер. По данным ТСХ, образуется смесь двух соединений, которые не удалось разделить перекристаллизацией.

Было найдено,что реакция 2,2-диметилтетрагидропиранона-4 с бензальацетоном протекает в присутсвии более мягкого основания КОН при комнатной температуре. [6]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Первый пример взаимодействий нессиметричных диенонов с 1,3-диполем.

Синтез спиропирролидинов.

Реакция 1,3-диполярного циклоприсоединения являестся мощным инструментом в построении различных гетероциклов, в том числе спиропирролидинового ряда. В качестве диполярофилов в данной реакции ранее были изучены кросс - сопряженные ди(бензилиден)ацетоны. Диеноны немимметричного строения ранее не изучались. Нами впервые были осуществлены рекции 1,3-диполярного циклоприсоединения кросс-сопряженных ди(арилметилиден)ацетонов, содержащих различные перифирические заместители. Реакция осуществлялась  как трехкомпонентное взаимодействие эквимолярных количеств ненасыщенного кетона 1а или 1b, индонил-2,3-диона(изатина) и N-метилглицина (саркозина). На основании данных ЯМР H¹ и C¹³,Н¹-Н¹ COSY,H¹ –C¹³ HSQC, и NOE- разностной спектроскопии было установлено, что реакция приводит к образованию смеси неизвестных ранее региоизомерных спиро(индол-3,2^′-пирролидин)онов в соотношении 1:4 в случае продуктов 2а,3а и 1:2 в случае продуктов 2b и 3b.    

 В спектре ЯМР Н¹ региоизомерной смеси соединений 2а,3а наблюдаются дублетные сигналы протонов метиленовых групп 3′-CH в соотношении 1:4. Для смеси соединений 2b,3b отмечены дублетные сигналы протонов 3′-СН, а также мультиплеты 4′-СН в соотношении 1:2. В спектре ЯМР C¹³ как смеси соединений 2а,3а, так и смеси соединений 2b и 3b присутствовали удвоенные сигналы атомов углерода С-3′,С-4′,С-5′ пирролидинового кольца. В обоих случаях присутствуют сигналы спироциклического атома углерода 73,2-73,8 м.д. NOE 1D усиление сигнала регестрировалось для протонов при 4′-СН и 5′-СН₂. ДЛЯ ПРОТОНОВ 3′-СН и 4′-СН NOE усиление сигнала не наблюдалось, что свидетельствует о транс-конфигурации последних. [7]