The publication of the journal is supported by
SIA "P&M-Invest" Ltd and INEOS RAS
Volume # 6(109), November - December 2016 — "Исследование реакционной способности трифторметансульфонилбромида по отношению к ненасыщенным соединениям углеводородного ряда"
Received: ноябрь 2016

DOI 547.412.62

Fluorine Notes, 2016, 109, 1-2

Исследование реакционной способности трифторметансульфонилбромида по отношению к ненасыщенным соединениям углеводородного ряда

A.A. Тютюновab, Л.Ф. Ибрагимоваa, Н.Д. Каграмановa, С.Р. Стерлинa, С.М. Игумновab

aФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова Российской академии наук, 119991, ГСП-1, Москва, В-334, ул. Вавилова, д. 28
bЗАО НПО “ПиМ-Инвест”, 119991, Москва, ул. Вавилова, д. 28
e-mail: tuytuynov@rambler.ru

Аннотация: Изучено взаимодействие трифторметансульфонилбромида с непредельными соединениями углеводородного ряда в условиях фотохимического, термического и ион-радикального инициирования.

Ключевые слова: Трифторметансульфонилбромид, трифторметилирование.

Алифатические соединения, содержащие терминальную трифторметильную группу, общей формулы CF3(CH2)nX (I), где n = 2-10, X = OH, Br, I, NH2, SH, CHO и т.п., являются востребованными промежуточными продуктами органического синтеза и могут использоваться для получения лекарственных препаратов [1-6], агрохимических средств [7-8], поверхностно-активных веществ [9], жидких кристаллов [10] и т.д. Кроме того, карбинолы I (X = OH, n = 2-4) представляют самостоятельный практический интерес и могут применяться в качестве компонентов смазок [11], чистящих композиций [12], элюентов [13] и экстрагентов [14]. Эти спирты характеризуются коротким периодом полураспада в атмосфере и низкими значениями потенциала глобального потепления (GWP), что позволяет в ряде случаев использовать их в качестве заменителей фреонов [15].

Основными путями синтеза линейных ω-трифторметилсодержащих алифатических производных является как присоединение полигалоалканов (CCl4, CCl3Br) к терминальным олефинам [16] с последующим фторированием аддуктов [8, 17], так и непосредственное введение CF3-группы в углеводородную цепь с использованием реагентов, представленных ниже (схема 1, таблица 1) [18-26].

Схема 1

Таблица 1. Трифторметилсодержащие реагенты и условия их реакций с непредельными соединениями.

CF3-реагент

Условия

CF3I

Tbp = -22°C

200°C [27]; 80°C, AIBN [28]; UV-light [27, 29]; Na2S2O4, NaHCO3 [30]; MLn catalyst [20]; Photoredox catalyst [21]

CF3Br

Tbp = -59°C

Zn, CuI, Ultrasound [31]; Zn, Cp2TiCl2, Ultrasound [31]; 200°C, Pd(PPh3)4 [32]; Aluminum chlorofluoride, 50°C [33]

CF3SO2Cl

Tbp = 32°C

90÷145°C, ROOR [34]; 125°C, Ru(PPh3)3Cl2 [35-36]; UV-light [24]; Photoredox catalyst [37-41]

CF3SO2Na

tBuOOH, Cu salt [42-44]; AgNO3, K2S2O8 [45]; Photoredox catalyst [46-47]

CF3SO2Br

Tbp = 60°C

20÷65°C [48-49]; sunlight [показано для RFSO2Br [50-51]; 55÷95°C, ROOR [48, 51-52]

CF3SiMe3

Tbp = 55°C

CuTc, PhI(OAc)2, K2CO3 [53]; AgNO3, PhI(OAc)2, AcONa [54]

MLn catalyst [22, 24]

TMSN3, [Cu(CH3CN)4]PF6 [55]; CuBr2, SOX2 [56]; MLn catalyst [22, 26, 57]

CF3CCl3

Tbp = 46°C

Fe, P(OEt)3, 120°C [58]; UV-light [59]

CF3CH2I

Tbp = 55°C

Na2S2O4, NaHCO3 [60]; iPr2NEt, fac-Ir(ppy)3, visible light [61]

CF3CH2SO2Cl

Tbp = 140°C

K2HPO4, fac-Ir(ppy)3, visible light [62];

Среди препаратов, используемых для прямого трифторметилирования непредельных соединений (таблица 1), особый интерес представляет трифторметансульфонилбромид – CF3SO2Br (1) как наиболее удобный с препаративной точки зрения трифторметилирующий агент. В то же время имеющиеся в литературе примеры применения 1 в синтезе фторсодержащих соединений носят фрагментарный характер [24, 48-49, 52], что и побудило нас предпринять систематическое изучение реакции трифторметилирования ненасыщенных соединений углеводородного ряда с использованием сульфонилбромида 1, гладко образующегося бромированием трифторметилсульфината калия, получаемого in situ сульфодиоксидированием (трифторметил)триметилсилана (2) [63], или коммерчески доступного трифторметилсульфината натрия (3) [48].

Схема 2

При работе с трифторметансульфонилбромидом (1) следует учитывать, что это соединение, перегоняющееся без разложения (т.кип. 58÷60°С) и способное храниться в темноте длительное время, весьма фоточувствительно и под действием солнечного света претерпевает десульфодиоксидирование с образованием CF3Br. Аналогичный процесс наблюдается при нагревании 1 выше 100°С.

Схема 3

Ранее было показано, что 1 присоединяется к электронодонорным олефинам, например, алифатическим терминальным алкенам, циклогексену, аллилацетату при 20÷65°С, причем реакция сопровождается элиминированием SO2 [48-49]. Однако, не смотря на простоту метода, следует учитывать, что при масштабировании радикальных процессов реакция может выходить из-под контроля и приводить к взрыву (как, например, при присоединении CCl4 к этилену при катализе ПБ [64]).

Нами установлено, что присоединение CF3SO2Br (1) к аллилтрифторацетамиду (4a) и аллилацетату (4b) в запаянных ампулах на солнечном свету (при навесках 4a-b 2-1 моля) осуществляется гладко и приводит к образованию аддуктов 5a-b с выходами 70-90%, тогда как присоединение 1 к гомоаллилацетату (4c) в аналогичных условиях удалось осуществить лишь при загрузке 3-4 ммоля 4c. Более масштабные опыты – с использованием 200-250 ммолей 4c – неизбежно заканчивались взрывом ампулы.

Схема 4

Присоединение 1 к 4a-b в условиях термического инициирования, осуществляется при температурах 70÷100°С. Так, при нагревании 1 и 4a (мольное соотношение 1:1; 100°С/2,5 часа) выход 5a составляет около 50%. Следует отметить, что проведение реакции 1 с 4b в гексане (мольное соотношение 1:1; 65°С/2 часа) в открытой системе привело к образованию 5b с выходом лишь 20%, что значительно меньше выхода 5b по данным работы [48].

Учитывая, что в условиях реакции скорость десульфодиоксидирования 1 существенно возрастает, приводя к снижению выходов целевых продуктов, то термически инициируемое присоединение сульфонилбромида 1 к олефинам 4a-b в открытой системе вряд ли представляет практический интерес.

Известно, что инициирование радикального присоединения полигалоалканов к олефинам эффективно осуществляется различными окислительно-восстановительными системами, например, на основе солей металлов переменной валентности, таких как Cu, Fe, Mn, Ce и др. [65]. Ранее было показано, что галогениды меди являются наиболее активными катализаторами присоединения сульфонилхлоридов и сульфонилбромидов к ряду олефинов и ацетиленов [66-68]. Действительно оказалось, что металлическая медь эффективно инициирует реакцию присоединения 1 к 4a-d в растворе ацетонитрила уже при комнатной температуре. Данный процесс гладко масштабируется и может использоваться для синтеза трифторметилированых продуктов 5a-d.

Схема 5

Соединения 5a-d являются ценными полупродуктами, которые могут использоваться для синтеза целого ряда ω-трифторметилсодержащих линейных алифатических производных [69].

Схема 6

Известно, что радикальное присоединение к интернальным олефинам затруднено по сравнению с аналогичными реакциями с терминальными олефинами, что связано со стерическим экранированием винильного атома углерода [70-71]. Неудивительно, что присоединение сульфонилбромида 1 к бутену 14 (запаянная ампула, инсоляция) осуществляется достаточно вяло и сопровождается побочными процессами – образованием CF3Br в результате десульфодиоксидирования 1 и трифторметилсульфиновой кислоты за счет отрыва аллильного атома водорода CF3SO2-радикалом (схема 7, таблица 2). Та же реакция в среде MeCN при инициировании порошкообразной медью привела к образованию аддукта 15 с препаративным выходом, что позволило использовать его в качестве исходного соединения для получения трифторизопрена 17 (схема 8).

Схема 7

Таблица 2. Реакция CF3SO2Br (1) c 1,4-диацетокси-2-бутеном (14)a.

Условия

Соотношение продуктов реакции, %

15

CF3Br

CF3SO2H

солнечный свет, 3 дняb

51

34

7

Cu (2 mol.%), MeCN, rt, 2 дня

81c

8

10

a Соотношение 1:14 = 1:1.
b Запаянная ампула, конверсия 1 93%, загрузка 1 ммоль.
c Препаративный выход 70% (смесь стереоизомеров).

Схема 8

Олефины с электронодефицитной двойной связью – метилакрилат (18a) и акрилонитрил (18b) – также присоединяют сульфонилбромид 1 в присутствии меди в ацетонитриле, однако выходы аддуктов 19a-b ожидаемо ниже по сравнению с выше приведенными примерами. Следует отметить, что теломер-гомологи 19a-b при этом не образуются. В условиях фотохимического инициирования 1 присоединяется к метилакрилату, образуя аддукт 19a с низким выходом, однако при этом наблюдается образование теломер-гомологов 19a (ср. [51]). В этих же условиях вовлечь в реакцию олефин 18b не удается.

Схема 9

Неожиданно оказалось, что акролеин (20) реагирует с 1 с образованием сульфона 21, причем 2-бром-4,4,4-трифторбутаналь – ожидаемый продукт присоединения CF3-радикала – в продуктах реакции обнаружен не был.

Схема 10

Исследования реакции 1 со стиролом (22) показали, что в этом случае основным продуктом реакции является сульфон 24, о чем ранее не сообщалось [48].

Схема 11

Таблица 3. Реакция CF3SO2Br (1) cо стиролом (22)a.

Условия

Соотношение продуктов, %

23

24

90°C, Ph(COO)2, hexane

64b

-

солнечный свет, hexane

34

65

Cu (1 mol.%), MeCN, 25-30°C

25

75c

a Соотношение 1:22 = 1:1.
b По данным работы [48].
c При выделении продуктов реакции перегонкой в вакууме сульфон 24 подвергается дегидробромированию (на 50%) с образованием PhCH=CHSO2CF3 (25).

Продукты реакции сульфонилбромида 1 с антраценом (26) – 9,10-дибромантрацен (27) и трифторметилсульфиновая кислота – указывают на то, что в этом случае 1 выступил исключительно в роли бромирующего агента; продуктов заместительного или аддитивного трифторметилирования антрацена обнаружено не было.

Схема 12

Таким образом, показано, что трифторметансульфонилбромид (1) при взаимодействии с реагентами различной природы может быть источником трифторметильной или трифторметансульфонильной группы или выступать в роли бромирующего агента. В то же время установлено, что 1 способен вступать в аддитивные реакции с достаточно широким кругом непредельных соединений углеводородного ряда в условиях фотохимического и ион-радикального катализа, что является удобным препаративным методом синтеза различных классов органических соединений, содержащих трифторметильную группу.

Экспериментальная часть

ЯМР 1H, 19F спектры записаны на спектрометре “Bruker AVANCE-300” при 300 и 282 MHz, соответственно, внешний стандарт CDCl3. Химические сдвиги для 1H спектров приведены относительно остаточного сигнала растворителя (δ 7,26) и даются в м.д. относительно ТМС. Химические сдвиги спектров 19F приведены в м.д. относительно CFCl3. Слабопольные сдвиги имеют положительное значение. Масс-спектры записаны на масс-спектрометре Finnigan Polaris Q (Trace GC ultra).

Трифторметансульфонилбромид (1).

A: Синтез из CF3SiMe3 (2).

Процесс потенциально опасен и может сопровождаться разогревом и выбросом реакционной смеси.

В 6-ти литровую колбу, снабженную механической мешалкой, термометром, капельной воронкой и обратным холодильником, соединенным со склянкой Тищенко с H2SO4(конц.), наливают 2,5 л ацетонитрила (содержание воды 0,04-0,05%). Затем при перемешивании и температуре 15÷20°С присыпают 280 г (4,82 моль) KF и добавляют раствор 720 г (5,06 моль) (трифторметил)триметилсилана (2) и 340 г (5,3 моль) SO2 в 1 л ацетонитрила.

Реакционную смесь перемешивают при 15÷20°С/3-6 часов (возможен разогрев реакционной смеси, температура должна контролироваться внешним охлаждением). В процессе реакции реакционная смесь окрашивается в светло-бурый цвет. Если в течение этого времени реакционная смесь остается практически бесцветной, то перемешивание прекращают и реакционную смесь оставляют стоять на ночь. Затем перемешивание реакционной смеси возобновляют, контролируя её температуру в интервале 20÷30°С. По завершении реакции реакционная смесь приобретает светло-бурую окраску.

Далее реакционную смесь медленно нагревают до температуры 80÷95°С и отгоняют легкокипящие компоненты смеси. Перегонку осуществляют до достижения температуры дистиллята 80°С.

Реакционную смесь охлаждают до 0÷5°С и при перемешивании добавляют по каплям 779 г (4,87 моль) брома. Затем смесь перемешивают в течение 15-30 минут, выливают в полуторакратный объем ледяной воды, нижний слой отделяют, промывают 4 раза равным объемом ледяной воды, к нему при перемешивании добавляют 30 г P2O5 и перегоняют.

Получают 720 г (выход 70%) 1, чистотой 85-90% с примесью FSiMe3 и ацетонитрила. Т.кип. 55÷65°С. ЯМР 19F δ: -78 (с, CF3).

B: Синтез из CF3SO2Na (3) [48].

В 6-ти литровую колбу, снабженную механической мешалкой, термометром, капельной воронкой и обратным холодильником помещают 3 л воды, при перемешивании присыпают 1100 г (4,58 моль) коммерческого трифторметилсульфината натрия (3) (чистота 65 масс.%, примеси NaBr, Na2SO4, Na3PO4), смесь перемешивают в течение 10-15 минут и при температуре 5÷10°С добавляют по каплям 740 г (4,63 моль) брома, до появления устойчивой бромной окраски реакционной смеси.

Нижний слой отделяют, промывают полуторакратным объемом ледяной воды, добавляют к нему при перемешивании 30 г P2O5 и перегоняют.

Получают 878 г (выход 90%) трифторметансульфонилбромида (1), с незначительной примесью брома, для удаления которой к 1 добавляют 0,5-1 масс.% децена-1 и продукт перегоняют, получают бесцветный 1 чистотой 99%. Т.кип. 58÷60°С.

N-(2-бром-4,4,4-трифторбутил)-2,2,2-трифторацетамид (5a).

Реакции в запаянных ампулах потенциально опасны и могут сопровождаться взрывом.

Смесь 590 г (2,77 моль) трифторметансульфонилбромида (1) и 424 г (2,77 моль) аллилтрифторацетамида (4a) запаивают в стеклянную ампулу из молибденового стекла объемом 1 л (диаметром 50 мм и длиной 500 мм) и выдерживают на солнечном свету в течение 1-4 дней (в зависимости от интенсивности солнечного света) на подоконнике. Ампулу охлаждают сухим льдом, вскрывают, вносят кипелки и медленно нагревают до 25÷30°С с такой скоростью, чтобы кипение SO2 было не слишком бурным. Полученный продукт очищают ректификацией в вакууме 0,5-1 Торр, при ректификации в вакууме 15 Торр увеличиваются потери продукта за счет его частичного разложения.

Получают 586-670 г (выход 70-80%) 5a, чистотой 96%. Т.кип. 130°С/15 Торр.

ЯМР 1H δ: 2,7 (м, 2H, CF3CH2), 3,7 (м, 2H, CH2NH), 4,2 (м, 1H, СHBr), 8 (уш.c, 1H, NH); ЯМР 19F δ: -78 (c, 3F, C(O)CF3), -66 (т, 3F, 3JHF = 8 Гц, CF3CH2).

2-Бром-4,4,4-трифторбутилацетат (5b).

Смесь 42,6 г (0,2 моль) трифторметансульфонилбромида (1) и 20 г (0,2 моль) аллилацетата (4b) запаивают в стеклянную ампулу из молибденового стекла объемом 50 мл (диаметром 23 мм и длиной 135 мм) и выдерживают на солнечном свету в течение 1-3 дней (в зависимости от интенсивности солнечного света) на подоконнике. Ампулу охлаждают сухим льдом, вскрывают, вносят кипелки и медленно нагревают до 25÷30°С, отгоняя SO2 с умеренной скоростью. Полученный продукт очищают ректификацией в вакууме 10 Торр.

Получают 39,8 г (выход 80%) 5b, чистотой 98%. Т.кип. 73÷76°С/10 Торр.

ЯМР 1H δ: 2 (с, 3H, CH3), 2,6-2,9 (уш.м, 2H, CF3CH2), 4,2 (м, 3H, CH2O+CHBr); ЯМР 19F δ: -65 (т, 3F, 3JHF = 8 Гц, CF3).

Реакции 1 с алкенами 4a-d в присутствии меди (общая методика).

К раствору (2 моль) олефина 4a-d в 400 мл ацетонитрила добавляют 1,27 г (0,02 моль) порошка меди и при перемешивании и температуре 40÷70°С прибавляют по каплям 426 г (2 моль) трифторметансульфонилбромида (1). После добавления половинного количества 1 начинается газовыделение SO2. Смесь перемешивают в течение 15-60 минут при 70°С, отгоняют растворитель и остаток перегоняют в вакууме 10-0,5 Торр.

Соединения 5b и 5c получают при 65÷70°С, а 5a и 5d при 40÷45°С.

3-Бром-5,5,5-трифторпентилацетат (5c).

Выход 80%. Т.кип. 80-84°С/0,5 Торр.

ЯМР 1H δ: 1,9 (с, 3H, CH3), 2,0-2,3 (уш.м, 2H, CH2СН2О), 2,8 (м, 2Н, CF3СН2), 4,1 (м, 1H, CHBr), 4,2 (м, 2Н, СН2О); ЯМР 19F δ: -65 (т, 3F, 3JHF = 8 Гц, CF3).

1-Бром-3,3,3-трифторпропилацетат (5d).

Выход 70%. Т.кип. 30°С/10 Торр.

ЯМР 1H δ: 2,3 (с, 3H, CH3), 3,2-3,5 (уш.м, 2H, CH2), 7 (м, 1H, CHBr); ЯМР 19F δ: -65 (т, 3F, 3JHF = 8 Гц, CF3). Масс-спектр (M/Z, отнесение): 235[M+H]+, 191[C3H3BrF3O]+, 175[M-СH3CO2]+, 165[M-CF3]+, 155[C3H2BrF2]+, 129[CBrF2]+, 111[CHBrF]+, 95[C3H2F3]+, 91[C4HF2O]+, 75[C3HF2]+ , 64[C2H2F2]+, 51[CHF2]+, 43[C2H3O]+(100%), 36[C3]+.

4,4,4-Трифторбут-1-ен (6).

К суспензии 6,28 г (0,096 моль) порошка цинка в 100 мл воды присыпают при перемешивании и температуре 20°С 0,5 г (2,5 ммоль) Cu2Cl2 и смесь перемешивают в течение 10-15 минут. Далее при перемешивании и температуре 5°С добавляют по каплям 20 г (0,08 моль) 2-бром-4,4,4-трифторбутилацетата (5b) в 10 мл ацетона, реакционную смесь перемешивают в течение 1 часа при 20°С, нагревают до температуры 50÷80°С, отгоняя продукт реакции в охлаждаемый (0°С) приемник.

Полученный продукт очищают ректификацией.

Получают 7 г (выход 80%) 6. Т.кип. 10÷12°С.

ЯМР 1H δ: 3,7 (м, 2H, CF3CH2), 6,1 (м, 2H, CH=CH2), 6,6 (м, 1H, CH=CH2); ЯМР 19F δ: -68 (т, 3F, 3JHF = 14 Гц, CF3).

2-(2,2,2-Трифторэтил)оксиран (7).

Смесь 20 г (0,08 моль) 2-бром-4,4,4-трифторбутилацетата (5b), 7,7 г (0,24 моль) метанола и 0,1 мл 50% серной кислоты нагревают до кипения, медленно отгоняя на колонке Вигре метилацетат и метанол. Затем убирают колонку Вигре и отгоняют из реакционной смеси остатки метанола. Далее к реакционной смеси при перемешивании и температуре 100°С добавляют по каплям раствор 3,85 г (0,096 моль) гидроксида натрия в 5,8 мл воды отгоняя образующийся продукт.

Полученный продукт очищают ректификацией.

Получают 8 г (выход 80%) 7. Т.кип. 72÷75°С.

ЯМР 1H δ: 2,5-2,9 (уш.м, 2H, CF3CH2), 2,6-2,9 (уш.м, 2H, CF3CH2), 2,9, 3,2, 3,5 (м, 1H+1H+1H, оксирановый цикл); ЯМР 19F δ: -66 (т, 3F, 3JHF = 11 Гц, CF3).

(2E)-4,4,4-Трифторбут-2-ен-1-илацетат (9).

Смесь 58 г (0,23 моль) 2-бром-4,4,4-трифторбутилацетата (5b) и 33,6 г (0,46 моль) диэтиламина в 200 мл ацетона нагревают при перемешивании до слабого кипения в течение 4-5 часов. Смесь охлаждают, разбавляют трехкратным объемом воды, продукт экстрагируют 100 мл CH2Cl2, полученный раствор промывают холодной водой, растворитель отгоняют и остаток ректифицируют.

Получают 31 г (выход 80%) 9. Т.кип. 135÷138°С. Соотношение цис- и транс-изомеров составляет 1:9.

ЯМР 1H δ: 2,5 (c, 3H, CH3), 5,2 (уш.c, 2H, CH2), 6,4 (м, 1H, CH=), 7 (м, 1H, CH=); ЯМР 19F δ: -65 (уш.c, 3F, CF3). Масс-спектр (M/Z, отнесение): 169[M+H]+, 148[M-HF]+, 128[M-2HF]+, 109[M-CO2Me]+, 106[M-Ac-F]+, 95[C3H2F3]+, 89[M-AcO-HF]+, 77[C3H3F2]+, 69[CF3]+, 59[AcO]+, 51[CF2H]+, 43[C2F]+(100%), 39[C3H3]+.

2,2,2-Трифтор-N-(4,4,4-трифторбутил)ацетамид (10a).

В 6-ти литровую колбу, снабженную механической мешалкой, термометром, капельной воронкой и обратным холодильником наливают 2 л воды и 0,3 л ацетона, при перемешивании присыпают 260 г (3,97 моль) порошка цинка и 19 г (0,19 моль) хлористой меди. Смесь перемешивают в течение 15-20 минут, охлаждают до температуры 5°С и добавляют раствор 1000 г (3,31 моль) N-(2-бром-4,4,4-трифторбутил)трифторацетамида (5a) в 0,4 л ацетона с такой скоростью, чтобы температура смеси не поднималась выше 10°С. Внешнее охлаждение убирают, реакционную смесь перемешивают в течение 5-6 часов, при этом температура смеси поднимается до 30°С, и оставляют на ночь.

Затем реакционную смесь охлаждают до 15°С и при перемешивании медленно добавляют 0,6 л концентрированной соляной кислоты, не допуская бурного выделения водорода. Температуру смеси доводят до 20°С, перемешивание прекращают, дают реакционной смеси расслоиться, нижний слой отделяют, фильтруют через бумажный фильтр и промывают полуторакратным объемом 5% соляной кислоты. Получают продукт с примесью ацетона и 4,4,4-трифторбут-1-ена (6), которые удаляют отгонкой, нагревая смесь до 80÷100°С.

Получают 656 г (выход 80%) 10a, чистотой по ГЖХ 90%, который используют далее без дополнительной очистки.

Продукт можно дополнительно очистить перегонкой в вакууме.

Т.кип. 110÷115°С/10 Торр, кристаллический б/ц, Т.пл. 36°C.

ЯМР 1H δ: 2,3 (м, 2H, CF3CH2CH2), 2,6 (м, 2H, CF3CH2), 3,8 (м, 2H, CH2NH), 9,1 (уш.c, 1H, NH); ЯМР 19F δ: -78 (c, 3F, C(O)CF3), -68 (т, 3F, 3JHF = 11 Гц, CF3CH2).

4,4,4-Трифторбутиламин (11).

Смесь 656 г (2,65 моль) амида 10a (чистотой 90%, полученного по методу, описанному выше) и 160 г (3,2 моль) гидразингидрата, нагревают с отгонкой продукта кипящего 80÷105°С. Полученный дистиллят промывают равным объемом 30% водного раствора гидроксида натрия и перегоняют над твердым КОН.

Получают 268 г (выход 80%) 11, чистотой по ГЖХ 98%. Т.кип. 86÷87°С.

ЯМР 1H δ: 1,5 (м, 2H, CF3CH2CH2), 2,1 (м, 2H, CF3CH2), 2,6 (т, 2H, CH2NH2), 3,3 (уш.с, 2H, NH2); ЯМР 19F δ: -68 (т, 3F, 3JFH = 8 Гц, CF3).

5,5,5-Трифторамилацетат (10c).

К суспензии 59,6 г (0,91 моль) порошка цинка в 400 мл воды при перемешивании присыпают 3,96 г (0,04 моль) хлористой меди. Смесь перемешивают в течение 15-20 минут, охлаждают до температуры 5°С и добавляют раствор 200 г (0,76 моль) 3-бром-5,5,5-трифторпентилацетата (5c) в 140 мл ацетона с такой скоростью, чтобы температура смеси не поднималась выше 10°С. Внешнее охлаждение убирают, реакционную смесь перемешивают в течение 4-5 часов и оставляют на ночь.

Затем реакционную смесь охлаждают до 15°С и при перемешивании медленно добавляют 130 мл концентрированной соляной кислоты. Температуру смеси доводят до 20°С, перемешивание прекращают, дают реакционной смеси расслоиться, нижний слой отделяют, фильтруют через бумажный фильтр и перегоняют в вакууме.

Получают 112 г (выход 80%) 10c, который используют далее без дополнительной очистки.

ЯМР 1H δ: 2,0 (м, 4Н, СН2СН2CH2O), 2,3 (с, 3H, CH3), 2,5 (м, 2H, CF3CH2), 4,4 (т, 2Н, СН2О); ЯМР 19F δ: -68 (т, 3F, 3JHF = 11 Гц, CF3).

5,5,5-Трифторпентанол (12).

Смесь 100 г (0,54 моль) 5,5,5-трифторпентилацетата (10c), 52 г (1,62 моль) метанола и 0,5 мл 50% серной кислоты нагревают до кипения, медленно отгоняя на колонке Вигре метилацетат и метанол, остаток перегоняют.

Получают 69 г (выход 90%) 12. Т.кип. 150°С.

ЯМР 1H δ: 1,8 (м, 4H, CH2CH2CH2O), 2,3 (м, 2H, CF3CH2), 3,8 (т, 2H, CH2OH), 5,3 (c, 1H, CH2OH); ЯМР 19F δ: -68 (т, 3F, 3JHF = 8 Гц, CF3).

1,1,1-Трифтор-5-йодпентан (13).

В 4-x литровую колбу, снабженную механической мешалкой, термометром, капельной воронкой и обратным холодильником наливают 600 г (5,2 моль) 85% ортофосфорной кислоты, затем при перемешивании порциями присыпают 400 г (1,41 моль) фосфорного ангидрида, так чтобы температура смеси не поднималась выше 100°С. Смесь перемешивают в течение 40 минут, охлаждают до комнатной температуры и добавляют 459 г (2,77 моль) йодистого калия и 200 г (1,41 моль) 5,5,5-трифторпентанола (12). Далее реакционную смесь нагревают при перемешивании до температуры 105÷110°С в течении 5-6 часов и оставляют на ночь.

К реакционной смеси добавляют 1 л холодной воды, и 0,2 л хлористого метилена. Смесь перемешивают в течение 10 минут, затем отделяют нижний слой, промывают равным объемом холодной воды, раствором Na2SO3 до обесцвечивания. Растворитель отгоняют, и остаток перегоняют в вакууме 10 Торр, собирая фракцию, кипящую при 55÷60°С. Полученный продукт дополнительно очищают ректификацией.

Получают 302 г (выход 85%) 13, чистотой 98% по ГЖХ.

ЯМР 1H δ: 1,4, 1,6 (м, 2H+2H, CH2CH2CH2I), 1,8 (м, 2H, CF3CH2), 2,9 (т, 2H, CH2I); ЯМР 19F δ: -68 (т, 3F, 3JHF = 10 Гц, CF3).

4-(Ацетокси)-2-бром-3-(трифторметил)бутилацетат (15).

К раствору 100 г (0,58 моль) (2E)-1,4-диацетокси-2-бутена (14) в 100 мл ацетонитрила добавляют 0,63 г (0,01 моль) порошка меди. Раствор продувают аргоном и затем добавляют при перемешивании 123,5 г (0,58 моль) трифторметансульфонилбромида (1). Реакционную смесь перемешивают в течение двух дней при комнатной температуре, растворитель отгоняют и остаток перегоняют в вакууме 0,5 Торр. Продукт дополнительно очищают ректификацией.

Получают 130 г (выход 70%) аддукта 15 (смесь стереоизомеров). Т.кип. 95÷105°С/0,5 Торр.

ЯМР 1H δ: 2,2 (два с, 6H, С(O)CH3), 3,4-3,5 (м, 2H, CHBr+CF3CH), 4,6 (д, 4H, OCH2); ЯМР 19F δ: -68 (д, 3JHF = 8 Гц, CF3), -65 (д, 3JHF = 8 Гц, CF3) соотношением 1:1.

2-(Трифторметил)бут-3-енилацетат (16).

Получают аналогично 10c.

Выход 80%. Т.кип. 45÷55°С/10 Торр.

ЯМР 1H δ: 2,5 (c, 3H, C(O)CH3), 3,7 (м, 1H, CF3CH), 4,7 (м, 2H, OCH2), 5,9 (м, 2H, CH=CH2), 6,2 (м, 1H, CH=CH2); ЯМР 19F δ: -70 (д, 3F, 3JHF = 8 Гц, CF3).

2-(Трифторметил)бута-1,3-диен (17).

2-(Трифторметил)бутен-3-илацетат (16) пропускают по каплям в токе аргона через пирексную трубку, снабженную стеклянной насадкой, при 540÷550°С. Продукт реакции собирают в охлаждаемый (-10÷-20°С) приемник, соединенный с выходом реакционной трубы, после перегонки получают 17 чистотой около 90%.

Выход 35%. Т.кип. 35÷45°С.

ЯМР 1H δ: 5,9 (д, 1H, H(5)), 6,2 (с, 1H, H(1)), 6,25 (д, 1H, H(4)), 6,35 (с, 1H, H(2)), 6,95 (дд, 1H, H(3)); ЯМР 19F δ: -68 (c, 3F, CF3). Масс-спектр (M/Z, отнесение): 122[M]+(100%), 121[M-H]+, 103[M-F]+, 102[M-HF]+, 101[M-HF-H]+, 83[CH2=C(CF)CH=CH]+, 77[C3H3F2]+, 75[CF2CCH]+, 69[CF3]+, 57[C3H2F]+, 53[M-CF3]+, 51[CF2H]+.

Метил-2-бром-4,4,4-трифторбутаноат (19a).

К раствору 20 г (0,23 моль) свежеперегнанного метилакрилата (18a) в 30 мл ацетонитрила добавляют 0,15 г (2,4 ммоль) порошка меди. Раствор продувают аргоном и затем добавляют при перемешивании 49 г (0,23 моль) трифторметансульфонилбромида (1). Реакционную смесь перемешивают в течение двух дней при комнатной температуре, растворитель отгоняют в вакууме 10 Торр в охлаждаемую (-50°С) ловушку и остаток перегоняют в вакууме 10 Торр. Продукт дополнительно очищают перегонкой в вакууме.

Получают 32 г (выход 60%) 19a. Т.кип. 50÷55°С/10 Торр.

ЯМР 1H δ: 2,85 (м, 1H, CF3CHA), 3,2 (м, 1H, CF3CHB), 3,8 (с, 3H, OCH3), 4,5 (т, 1H, CHBr); ЯМР 19F δ: -66 (т, 3F, 3JHF = 10 Гц, CF3). Масс-спектр (M/Z, отнесение): 235[M+H]+, 203[M-OMe]+, 175[M-CO2Me]+, 174[M-CO2Me-H]+, 155[M-CO2Me-HF]+, 135[M-Br-HF]+, 111[CHBrF]+, 95[M-CO2Me-Br-H]+, 91[CF2=CH-CH-CH3]+(100%), 77[M-CO2Me-F-Br]+, 69[CF3]+, 59[CO2Me]+, 51[CF2H]+.

2-Бром-4,4,4-трифторбутиронитрил (19b).

Получают аналогично 19a.

Выход 40%. Т.кип. 53÷57°С/10 Торр.

ЯМР 1H δ: 2,85-3,15 (м, 2H, CF3CH2), 4,65 (т, 1H, CHBr); ЯМР 19F δ: -66 (т, 3F, 3JHF = 9 Гц, CF3). Масс-спектр (M/Z, отнесение): 201[M]+, 182[M-F]+, 163[M-F-HF]+, 155[M-F-CN-H]+, 146[M-3F-H]+, 132[M-CF3]+, 129[M-CF3-3H]+, 122[M-Br]+(100%), 106[M-CF3-CN]+, 102[M-Br-HF]+, 94[M-Br-CN-2H]+, 75[M-Br-CN-H2-F]+, 69[CF3]+, 52[C2H2CN]+, 51[CF2H]+.

2-Бром-3-(трифторметансульфонил)пропаналь (21).

К раствору 15 г (0,268 моль) свежеперегнанного акролеина (20) в 20 мл ацетонитрила, содержащего 0,1 г (1,6 ммоль) порошка меди при перемешивании и температуре 25÷35°С прибавляют по каплям 57 г (0,268 моль) трифторметансульфонилбромида (1). Смесь перемешивают в течение 3 часов, летучие компоненты смеси отгоняются в вакууме 10 Торр в охлаждаемую (-50°С) ловушку и остаток перегоняют в вакууме 1 Торр, собирая фракцию кипящую 80÷95°С.

Получаю 57 г (выход 79%) 21, чистотой 90%. Т.кип. 80÷85°С/1 Торр.

ЯМР 1H δ: 3,85, 4,25 (ABкв, 2H, 2JHH = 30 Гц, CH2), 4,9 (т, 1H, CHBr), 9,4 (с, 1H, CHO); ЯМР 19F δ: -80 (с, 3F, CF3SO2). Масс-спектр (M/Z, отнесение): 269[M+H]+, 203[C4H3BrF3O]+, 189[M-Br]+, 135[C4H4BrO]+, 133[CF3SO2]+, 119[C4HF2S]+, 109[CHBrO]+, 108[CBrO]+, 107[C2H3Br]+, 106[C2H2Br]+(100%), 82[CF2S]+, 75[C3H4FO]+, 69[CF3]+, 65[C2H3F2]+, 55[C3H3O]+, 48[SO]+, 39[C3H3]+.

Реакция 1 со стиролом 22.

Получение (1-бром-3,3,3-трифторпропил)бензола (23) и 1-бром-2-(трифторметансульфонил)этилбензола (24).

A: Реакция на солнечном свету.

Готовят раствор 2 г (9,4 ммоль) трифторметансульфонилбромида (1) и 1 г (9,6 ммоль) свежеперегнанного стирола (22) в 6 мл гексана. Примерно 0,3 мл этого раствора запаивают в стеклянную ампулу из молибденового стекла (диаметром 3 мм и длиной 100 мм) и выдерживают на солнечном свету в течение 1 дня на подоконнике. Затем ампулу помещают в стандартную 5 мм ЯМР ампулу, добавляют в качестве внешнего стандарта CDCl3 и реакционную смесь анализируют методом ЯМР 19F.

По данным ЯМР 19F смесь содержит 34% 23 (δ: -65, т, 3JHF = 9 Гц,) и 65% 24 (δ: -80, с).

B: Реакция в присутствии меди в растворе ацетонитрила.

Реакцию проводят по общей методике при температуре 25÷30°С. Реакционную смесь анализируют методом ЯМР 19F.

По данным ЯМР 19F смесь содержит 25% 23 и 75% 24.

Реакционную смесь перегнали в вакууме масляного насоса, собирая летучие продукты в охлаждаемую ловушку (-78°С). При перегонке вакуум колебался в пределах 0,5-10 Торр из-за дегазации перегоняемой смеси. Полученный дистиллят содержит смесь продуктов 23, 24 и 25 (последний, очевидно, образуется в результате дегидробромирования соединения 24). Смесь повторно перегоняют, собирая фракцию, выкипающую в интервале 110÷151°С/10 Торр. По данным ЯМР 1H и 19F смесь содержит 23% 23, 34% 24 и 43% 25, а также незначительное количество дибромида стирола.

При стоянии данной смеси выкристаллизовывается винилсульфон 25.

(E)-PhCH=CHSO2CF3 (25).

ЯМР 1H δ: 6,85 (д, 1H, PhCH=), 7,93 (д, 1H, =CHSO2), 7,45-7,65 (м, 5H, Ph); ЯМР 19F δ: -79 (c, CF3). Масс-спектр (M/Z, отнесение): 236[M]+, 196[C6H5CCSO2CF]+, 167[M-CF3]+, 151[C6H5CHCHSO]+, 134[C6H5CHCHCF]+, 119[C6H5CHCHO]+, 103[M-SO2CF3]+(100%), 93[C6H5O]+, 89[C6H5C]+, 77[C6H5]+, 69[CF3]+, 51[CF2H]+.

Список литературы

  1. F. Ooms, R. Frederick, F. Durant, J.P. Petzer, N. Castagnoli Jr., C. J Van der Schyf, J. Wouters, Bioorg.Med.Chem.Lett., 2003, 13, 69-73.
  2. J. Reniers, S. Robert, R. Frederick, B. Masereel, S. Vincent, J. Wouters, Bioorg.Med.Chem., 2011, 19, 134-144.
  3. U. Gerlach, J. Brendel, H.-J. Lang, E.F. Paulus, K. Weidmann, A. Bruggemann, A.E. Busch, H. Suessbrich, M. Bleich, R. Greger, J.Med.Chem., 2001, 44, 3831-3837.
  4. R.W. Winter, J.X. Kelly, M.J. Smilkstein, R. Dodean, D. Hinrichs, M.K. Riscoe, Exp Parasitol., 2008, 118, 487-497.
  5. T. Rodrigues, F. Lopes, R. Moreira, Curr.Med.Chem., 2010, 17, 929-956.
  6. F.A. Romero, S.M. Vodonick, K.R. Criscione, M.J. McLeish, G.L. Grunewald, J.Med.Chem., 2004, 47, 4483-4493.
  7. M.K. Riscoe, R.W. Winter, J.X. Kelly, M.J. Smilkstein, D.J. Hinrichs, US Pat. № 7,829,578 B1 (2010).
  8. Q. Yang, B. Lorsbach, G. Whiteker, G. Roth, C. DeAmicis, D.I. Knueppel, A.M. Buysse, K. Gray, X. Li, J.M. Muhuhi, R. Ross Jr., D.E. Podhorez, Y. Zhang, US Pat. № 9,414,594 B2 (2016).
  9. W. Hierse, N. Ignatyev, M. Seidel, E. Montenegro, P. Kirsch, A. Bathe, US Pat. № 8,067,625 B2 (2011).
  10. N. Terasawa, H. Monobe, K. Kiyohara, J.Fluor.Chem., 2006, 127, 954-961.
  11. A.R. Vanover, J.D. Necessary, K.B. Chandalia, J.W. Reisch, J.M. O’Connor, K. Delaney, P.R. Miller, US Pat. № 5,002,678 (1991).
  12. H. Buchwald, A. Brackmann, B. Raszkowski, US Pat. № 5,304,321 (1994).
  13. B. Bidlingmeyer, Q. Wang, US Pat. № 7,125,492 B2 (2006).
  14. K.J. Cross, US Pat. № 8,939,208 B2 (2015).
  15. M. Antinolo, E. Jimenez, J. Albaladejo, Environ.Sci.Technol., 2011, 45, 4323-4330.
  16. W.E. Hanford, R.M. Joyce Jr., US Pat. № 2,440,800 (1948).
  17. M. Van Der Puy, A. Thenappan, US Pat. № 5,777,184 (1998).
  18. J.-A. Ma, D. Cahard, JFC, 2007, 128, 975-996.
  19. A. Studer, Angew.Chem.I.E., 2012, 51, 8950-8958.
  20. S. Barata-Vallejo, Al Postigo, Coord.Chem.Rev., 2013, 257, 3051-3069.
  21. H. Egami, M. Sodeoka, Chem.Eur.J., 2014, 53, 8294-8308.
  22. S. Barata-Vallejo, B. Lantano, Al Postigo, Chem.Eur.J., 2014, 20, 16806-16829.
  23. W. Zeng, F. Chen, Chin.J.Appl.Chem., 2014, 31, 627-641.
  24. C. Ni, M. Hu, J. Hu, Chem.Rev., 2015, 115, 765-825.
  25. X.-H. Xu, K. Matsuzaki, N. Shibata, Chem.Rev., 2015, 115, 731-764.
  26. P. Gao, X.-R. Song, X.-Y. Liu, Y.-M. Liang, Chem.Eur.J., 2015, 21, 7648-7661.
  27. R.N. Haszeldine, JCS, 1949, 2856-2861.
  28. N.O. Brace, JOC, 1963, 28, 3093-3102.
  29. J.D. Park, F.E. Rogers, J.R. Lacher, JOC, 1961, 26, 2089-2095.
  30. J. Ignatowska, W. Dmowski, JFC, 2007, 128, 997-1006.
  31. T. Kitazume, N. Ishikawa, JACS, 1985, 107, 5186-5191.
  32. S. Mukhopadhyay, H.K. Nair, H.S. Tung, M. Van Der Puy, US Pat. № 0245773 A1 (2005).
  33. V.A. Petrov, C.G. Krespan, JFC, 2000, 102, 199-204.
  34. G.V.D. Tiers, US Pat. № 2,965,659 (1960).
  35. N. Kamigata, T. Fukushima, M. Yoshida, J.Chem.Soc.Chem.Commun., 1989, 1559-1560.
  36. N. Kamigata, M. Yoshida, H. Sawada, M. Nakayama, US Pat. № 5,118,879 (1992).
  37. H. Jiang, C. Huang, J. Guo, C. Zeng, Y. Zhang, S. Yu, Eur.JOC, 2012, 18, 15158-15166.
  38. H. Jiang, Y. Cheng, Y. Zhang, S. Yu, Eur.JOC, 2013, 5485-5492.
  39. S.H. Oh, Y.R. Malpani, N. Ha, Y.-S. Jung, S.B. Han, Org.Lett., 2014, 16, 1310-1313.
  40. X.-J. Tang, W.R. Dolbier Jr., Angew.Chem.I.E., 2015, 54, 4246-4249.
  41. D.B. Bagal, G. Kachkovskyi, M. Knorn, T. Rawner, B.M. Bhanage, O. Reiser, Angew.Chem.I.E., 2015, 54, 6999-7002.
  42. C. Zhang, Adv.Synth.Catal., 2014, 356, 2895-2906.
  43. Y. Lu, Y. Li, R. Zhang, K. Jin, C. Duan, JFC, 2014, 161, 128-133.
  44. B. Yang, X.-H. Xu, F.-L. Qing, Org.Lett., 2015, 17, 1906-1909.
  45. A. Deb, S. Manna, A. Modak, T. Patra, S. Maity, D. Maiti, Angew.Chem.I.E., 2013, 125, 9929-9932.
  46. D.J. Wilger, N.J. Gesmundo, D.A. Nicewicz, Chem.Sci., 2013, 4, 3160-3165.
  47. Q. Lefebvre, N. Hoffmann, M. Rueping, Chem.Commun., 2016, 52, 2493-2496.
  48. W.-Y. Huang, L. Lu, Chin.J.Chem., 1992, 10, 268-273.
  49. CN Pat. № 1730127 B (2010).
  50. W.-Y. Huang, J.-L. Chen, ActaChim.Sin.Eng.Ed., 1988, 150-154.
  51. Y.-F. Zhang, L. Lu, W.-Y. Huang, ActaChim.Sin.Eng.Ed., 1989, 376-384.
  52. X.-K. Jiang, G.-Z. Ji, J.R.-Y. Xie, JFC, 1996, 79, 133-138.
  53. L. Chu, F.-L. Qing, Org.Lett., 2012, 14, 2106-2109.
  54. X. Wu, L. Chu, F.-L. Qing, Angew.Chem.I.E., 2013, 52, 2198-2202.
  55. F. Wang, X. Qi, Z. Liang, P. Chen, G. Liu, Angew.Chem.I.E., 2014, 53, 1881-1886.
  56. M. Fu, L. Chen, Y. Jiang, Z.-X. Jiang, Z. Yang, Org.Lett., 2016, 18, 348-351.
  57. J. Charpentier, N. Fruh, A. Togni, Chem.Rev., 2015, 115, 650-682.
  58. M. Van Der Puy, T.R. Demmin, G.V.B. Madhavan, A. Thenappan, H.S. Tung, JFC, 1996, 76, 49-54.
  59. H.K. Nair, A.J. Poss, US Pat. № 6,476,279 B2 (2002).
  60. Z.-Y. Long, Q.-Y. Chen, Tetrahed.Lett., 1998, 39, 8487-8490.
  61. M. Huang, L. Li, Z.-G. Zhao, Q.-Y. Chen, Y. Guo, Synthesis, 2015, 47, 3891-3900.
  62. X.-J. Tang, C.S. Thomoson, W.R. Dolbier Jr., Org.Lett., 2014, 16, 4594-4597.
  63. G.K.S. Prakash, A.K. Yudin, Chem.Rev., 1997, 97, 757-786.
  64. R.O. Bolt, R.M. Joyce, Chem.Eng.News, 1947, 25, 1866-1867.
  65. F. Minisci, Acc.Chem.Res., 1975, 8, 165-171.
  66. M. Asscher, D. Vofsi, JCS, 1964, 4962-4971.
  67. L.I. Zakharkin, G.G. Zhigareva, Zh.Org.Khim., 1973, 9, 891-895.
  68. Y. Amiel, JOC, 1974, 39, 3867-3870.
  69. N. Roques, US Pat. № 2004/0147789 A1 (2004).
  70. J.M. Tedder, J.C. Walton, Tetrahedron, 1980, 36, 701-707.
  71. B. Giese, Angew.Chem.I.E., 1983, 22, 753-764.

Статья рекомендована к публикации членом редколлегии к.х.н.А. А. Тютюновым

Fluorine Notes, 2016, 109, 1-2

© 1998-2019 Fluorine Notes. All Rights Reserved.