Способ получения 2,3-диалкил-1-фенил(алкил)замещенных фосфол-2-ен-1-сульфидов

Изобретение относится к способу получения 2,3-диалкил-1-фенил(алкил)фосфол-2-ен-1-сульфидов, которые могут найти применение в металлоорганической химии и катализе в качестве эффективных интермедиатов и лигандов, а также в качестве прекурсоров при производстве светодиодов и производных фосфосахаров. Сущность способа заключается во взаимодействии дизамещенных ацетиленов с триэтилалюминием в присутствии катализатора цирконацендихлорида (Cp₂ZrCl₂) в толуоле в атмосфере аргона при температуре 20-40°C и атмосферном давлении в течение 4-12 ч с последующим добавлением при -5--10°C фенил- или алкилдихлорфосфина, взятого в эквимольном по отношению к Et₃Al количестве, и перемешиванием при комнатной температуре в течение 10-30 мин. Последующее взаимодействие полученных фосфоленов с S₈ в хлороформе в течение 4-6 часов приводит к соответствующим фосфолен-1-сульфидам с выходами 32-90%. 1 пр., 1 табл.

 

Предлагаемое изобретение относится к органической химии, в частности, способу получения 2,3-диалкил-1-фенил(алкил)фосфол-2-ен-1-сульфидов формулы (1):

, где R=Et, Pr, Bu; R'=Me, Bu, Ph

Указанные соединения могут найти применение в качестве эффективных интермедиатов и лигандов в металлоорганической химии и катализе [Kollar, L., Keglevich, G. P-Heterocycles as Ligands in Homogeneous Catalytic Reactions, Chem. Rev., 2010, 4257-4302], в качестве прекурсоров при производстве светодиодов [Crassous, J., Reau, R. π-Conjugated phosphole derivatives: synthesis, optoelectronic functions and coordination chemistry, Dalton Trans., 2008, 6865-6876] и биологически активных соединений [Baraniak, J., Kaczmarek, R., Stec, W.J. Conjugation of amino acid O-methyl esters with AZT-5′-O-phosphorothioate and phosphorodithioate, Tetrahedron Lett, 2000, 41, 9139-9142].

Известен способ (Y. Zhou, X. Yan, C. Xi. Preparation of 2-phospholene derivatives from zirconacyclopentenes. Tetrahedron Lett., 2010, 51, 6136-6138) получения 2,3-диалкил-1-фенилфосфол-2-ен-1-сульфидов взаимодействием фенилдихлорфосфина с цирконациклопентеном (2), полученным из ZrCp₂Et₂ дизамещенных ацетиленов, по схеме:

Предлагается новый способ получения 2,3-диалкил-1-фенил(алкил)фосфол-2-ен-1-сульфидов (1).

Сущность способа заключается во взаимодействии дизамещенных ацетиленов общей формулы , где R=Et, Pr, Bu с триэтилалюминием (Et₃Al) в присутствии катализатора цирконацендихлорида (Cp₂ZrCl₂), взятых в мольном соотношении ацетилен: Et₃Al:Cp₂ZrCl₂=10:(10-30):(0.5-1.0), предпочтительно 10:10:0.5, в толуоле в атмосфере аргона при температуре 20-40°C и атмосферном давлении в течение 4-12 ч, с последующим добавлением при -5--10°C фенилдихлорфосфина или алкилдихлорфосфина общей формулы R'PCl₂, где R′=Me, Bu, Ph, взятого в эквимольном по отношению к Et₃Al количестве, и перемешиванием при комнатной температуре в течение 10-30 мин. Последующее взаимодействие полученных фосфоленов с S₈, взятой в эквимольном по отношению к Et₃Al количестве, в хлороформе в течение 4-6 часов приводит к 2,3-диалкил-1-фенил(алкил)фосфол-2-ен-1-сульфидам (1) с выходами 32-90%. Реакция протекает по схеме:

2,3-Диалкил-1-фенил(алкил)фосфол-2-ен-1-сульфиды формулы (1) образуются только лишь с участием Et₃Al, симметричных ацетиленов, циркониевого катализатора Cp₂ZrCl₂ и дигалогенидов фосфора. В присутствии других соединений алюминия (например, Bu₂ ⁱAlCl, Bu₃ ⁱAl, Bu₂ ⁱAlH, EtAlCl₂, Et₂AlCl), других непредельных соединений (α-олефины, диены, аллены), других катализаторов (например, Zr(acac)₄, ZrCl₄, Cp₂TiCl₂, Pd(acac)₂, Ni(acac)₂, NiCl₂, Fe(acac)₂) или других соединений фосфора (например Ph₂PCl, PCl₃, PCl₅, POCl₃) целевой продукт (1) не образуется.

Проведение указанной реакции в присутствии катализатора Cp₂ZrCl₂ больше 10 мол.% по отношению к симметричным ацетиленам не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1). Использование катализатора Cp₂ZrCl₂ менее 1 мол.% снижает выход 2,3-диалкил-1-фенил(алкил)фосфол-2-ен-1-сульфидов (1), что связано, возможно, со снижением каталитически активных центров в реакционной массе.

Изменение соотношения исходных реагентов в сторону увеличения их содержания по отношению к исходным ацетиленам не приводит к существенному повышению выхода целевого продукта (1).

Существенные отличия предлагаемого способа.

В известном четырехступенчатом способе 2,3-диалкил-1-фенилфосфол-2-ен-1-сульфиды (1) получают исходя из фенилдихлорфосфина и 2,3-дизамещенного цирконациклопент-2-ена, получаемого из стехиометрических количеств дорогостоящего Cp₂ZrCl₂, который при -78°C обрабатывается в течение 1 часа EtMgBr и затем образующийся Cp₂ZrEt₂ вовлекается в реакцию с дизамещенным алкином. Дальнейшее взаимодействие образующегося 2,3-диалкил-1-фенилфосфол-2-ена (3) с элементарной серой приводит к 2,3-диалкил-1-фенилфосфол-2-ен-1-сульфидам (1).

В предлагаемом трехступенчатом способе 2,3-диалкил-1-фенил(алкил)фосфол-2-ен-1-сульфиды (1) получают из дизамещенных ацетиленов и Et₃Al с участием в качестве катализатора Cp₂ZrCl₂ при температуре 20-40°C с дальнейшей обработкой реакционной массы с помощью фенилдихлорфосфина или алкилдихлорфосфина в течение 10-30 мин. Последующее взаимодействие 2,3-диалкил-1-фенилфосфол-2-ена (3) с элементарной серой приводит к образованию целевых 2,3-диалкил-1-фенилфосфол-2-ен-1-сульфидов (1).

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами:

1. Способ позволяет получать с высоким выходом 2,3-диалкил-1-фенил(алкил)фосфол-2-ен-1-сульфиды общей формулы (1).

2. Предложенный способ трехстадийный.

3. Нет необходимости применения низких температур - -78°C, реакция проходит при 20-40°C.

4. Дорогостоящий Cp₂ZrCl₂ используется в каталитических количествах - 1-5 мол.% на исходный алкин.

Способ поясняется следующими примерами:

ПРИМЕР 1. В стеклянный реактор объемом 50 мл, установленный на магнитной мешалке, в атмосфере сухого аргона при 0°C и перемешивании последовательно помещают 20 мл толуола, 1,1 мл (10 ммолей) гекс-3-ина, 0,149 г (0,5 ммолей) Cp₂ZrCl₂ и 1,5 мл (10 ммолей) Et₃Al. Температуру реакционной массы доводят до 40°C и перемешивают 4 ч. Затем реакционную смесь охлаждают до -5--10°C, прикапывают 1,36 мл (10 ммоль) фенилдихлорфосфина и перемешивают при комнатной температуре еще 30 мин. Реакционную массу обрабатывают насыщенным водным раствором NH₄Cl, продукты реакции экстрагируют диэтиловым эфиром, сушат над MgSO₄, растворитель упаривают, 2,3-диэтил-1-фенилфосфол-2-ен выделяют вакуумной разгонкой с выходом 84%. К раствору 5 ммоль синтезированного фосфолена в 10 мл хлороформа или толуола добавляют 0.16 г (5 ммоль) S₈ и перемешивают 6 ч. Растворитель упаривают.

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в табл.1.

Реакцию с фенилдихлорфосфином или алкилдихлорфосфином осуществляли при комнатной температуре.

Спектральные характеристики (1)* ( * Спектры ЯМР ¹Н, ¹³С и ³¹Р записаны в CDCl₃ на спектрометре “Bruker Avance-400” (100,58 МГц для ¹³С, 400,00 МГц для ¹Н и 161,92 МГц для ³¹Р). Масс-спектры регистрировали на масс-спектре MALDI TOF/TOF Autoflex-III Bruker с матрицей 2,5-дигидроксибензойной кислоты (2,5-DHB) и α-циано-4-гидроксикоричной кислоты (НССА) в отражательном режиме со съемкой положительных ионов или хромато-масс-спектрометре Shimadzu GCMS-QP2010 Plus (стеклянная капиллярная колонка SLB-5ms 60000×0.25 мм×0.25 µm (Supelco, США), температура источника ионов 200°C, 70 эВ). Элементный анализ образцов определяли на элементном анализаторе фирмы Karlo Erba, модель 1106.):

2,3-Диэтил-1-фенилфосфол-2-ен-1-сульфид.

Найдено (%): С, 67.3; Н, 7.7. C14H19PS. Вычислено (%): С, 67.17; Н, 7.65. Спектр ЯМР 1Н (δ, м.д., J/Гц): 0.84 (т, 3Н, С(2″)Н3, 3J=7.2); 1.14 (т, 3Н, С(2′)Н3, 3J=7.6); 2.11-2.24 (м, 1Н, С(1″)На); 2.25-2.42 (м, 5Н, С(1′)Н2, С(1″)Нб, С(5)На, С(5)Нб); 2.73-2.94 (м, 2Н, С(4)Н2); 7.39-7.50, 7.76-7.86 (м, 5Н, Ph). Спектр ЯМР 13С (δ, м.д., J/Гц): 13.52 (С(2′)); 15.39 (С(2″)); 19.50 (С(1″), 3JPC=13.1); 25.34 (С(1′), 2JPC=15.1); 32.80 (С(5), 1JPC=57.3); 33.67 (С(4), 2JPC=7.0); 129.41 (С(8), С(10), 3JPC=12.1); 131.80 (С(7), С(11),2JPC=11.1); 132.35 (С(9), JPC=3.0); 132.89 (С(2), 1JPC=77.4); 134.88 (С(6), 1JPC=71.4); 158.18 (С(3), 2JPC=27.2). Спектр ЯМР 31Р (δ, м.д.): 69.06. Масс-спектр (MALDI TOF/TOF), найдено: m/z 251.483 [М+Н]+. C14H19PSH. Вычислено: М=250.340.

2,3-Дипропил-1-фенилфосфол-2-ен-1-сульфид.

Найдено (%): С, 69.1; Н, 8.5. C16H23PS. Вычислено (%): С, 69.03 7; Н, 8.33. $$n_D^{20}=\mathrm{1,5884}$$ . Спектр ЯМР 1Н (δ, м.д., J/Гц): 0.79 (т, 3Н, С(3″)Н3, 3J=7.2); 1.01 (т, 3Н, С(3′)Н3, 3J=7.2); 1.18-1.32 (м, 2Н, С(2″)Н2); 1.51-1.67 (м, 2Н, С(2′)Н2); 2.04-2.20 (м, 1Н, С(1″)На); 2.26-2.42 (м, 3Н, С(1″)Нб, С(1′)Н2); 2.42-2.53 (м, 2Н, С(5)На, С(5)Нб); 2.74-2.94 (м, 2Н, С(4)Н2); 7.42-7.53, 7.78-7.87 (м, 5Н, Ph). Спектр ЯМР 13С (δ, м.д., J/Гц): 14.23 (С(3′)); 14.29 (С(3″)); 21.08 (С(2′)); 22.68(С(2″)); 27.65 (C(1″), 3JPC=13.1); 31.86 (С(5), 1JPC=56.3); 33.09 (С(4), 2JPC=7.0); 33.34 (C(1′), 2JPC=15.1); 128.36 (С(8), С(10), 3JPC=11.1); 130.73 (С(7), С(11), 2JPC=11.1); 131.31 (С(9), JPC=3.0); 131.40 (С(2), 1JPC=77.4); 133.84 (С(6), 1JPC=71.4); 155.75 (С(3), 2JPC=28.2). Спектр ЯМР 31Р (δ, м.д.): 69.17. Масс-спектр (MALDI TOF/TOF), найдено: m/z 279.389 [М+Н]+. C16H23PSH. Вычислено: М=278.394.

2,3-Дибутил-1-фенилфосфол-2-ен-1-сульфид.

Найдено (%): С, 70.6; Н, 8.9. C18H27PS. Вычислено (%): С, 70.55; Н, 8.88. $$n_D^{20}=\mathrm{1,5500}$$ . Спектр ЯМР 1Н (δ, м.д., J/Гц): 0.62 (т, 3Н, С(4″)Н3, 3J=7.2); 0.87 (т, 3Н, С(4′)Н3, 3J=7.2); 1.01-1.18 (м, 4Н, С(2″)Н2, С(3″)Н2); 1.25-1.37 (м, 2Н, С(3′)Н2); 1.38-1.48 (м, 2Н, С(2′)Н2); 2.00-2.12 (м, 1Н, С(1′)На); 2.12-2.32 (м, 3Н, С(1″)Нб, С(1′)Н2); 2.32-2.42 (м, 2Н, С(5)На, С(5)Нб); 2.68-2.80 (м, 2Н, С(4)Н2); 7.30-7.42, 7.68-7.79 (м, 5Н, Ph). Спектр ЯМР 13С (δ, м.д., J/Гц): 13.57 (С(4″)); 13.89 (С(4′)); 22.63 (С(3″)); 22.78 (С(3′)); 25.09 (С(1″), 3JPC=13.1); 29.87 (С(2′)); 31.01 (C(1′), 2JPC=14.1); 31.26 (С(2″)); 31.72 (С(5), 1JPC=56.3); 33.11 (С(4), 2JPC=6.0); 128.27 (С(8), С(10), 3JPC=12.1); 130.64 (С(7), C(11), 2JPC=11.1); 131.23 (С(9), JPC=2.0); 131.23 (С(2), 1JPC=77.4); 133.78 (С(6), 1JPC=71.4); 155.86 (С(3), 2JPC=27.2). Спектр ЯМР 31Р (δ, м.д.): 68.91. Масс-спектр (MALDI TOF/TOF), найдено: m/z 307.384 [М+Н]+. C18H27PSH. Вычислено: М=306.447.

2,3-Дибутил-1-метилфосфол-2-ен 1-сульфид.

Найдено (%): С, 64.0; Н, 10.4. C13H25PS. Вычислено (%): С, 63.89; Н, 10.31. $$n_D^{20}=\mathrm{1,5240}$$ . Спектр ЯМР 1Н (δ, м.д., J/Гц): 0.86-0.98 (м, 6Н, С(4′)Н3, С(4″)Н3); 1.27-1.53 (м, 8Н, С(2′)Н2, С(2″)Н2, С(3′)Н2, С(3″)Н2); 1.79 (д, 3Н, С(6)Н3, 1JPC=12.8); 2.08-2.35 (м, 5Н, С(1′)Н2, С(1″)На, С(5)На, С(5)Нб); 2.37-2.50 (м, 1Н, С(1″)Нб); 2.53-2.77 (м, 2Н, С(4)На, С(4)Нб). Спектр ЯМР 13С (δ, м.д., J/Гц): 13.84 (С(4″)); 13.87 (С(4′)); 22.70 (С(3″)); 22.73 (С(6), 1JPC=49.3); 22.90 (С(3′)); 24.94 (С(1″), 3JPC=13.1); 29.70 (С(2′)); 30.25 (С(5), 1JPC=55.3); 30.88 (С(1′), 2JPC=10.1); 31.91 (С(2″)); 32.11 (С(4), 2JPC=8.0); 131.48 (С(2), 1JPC=74.4); 153.47 (С(3), 2JPC=27.2). Спектр ЯМР 31Р (δ, м.д.): 66.02. Масс-спектр (GCMS), m/z (Iотн (%)): 244 [М] (64), 229 [М-СН3] (6), 215 [М-С2Н5] (55), 201 [М-С3Н7] (21), 187 [М-С4Н9] (21), 173 (15), 160 (100), 146 (9), 127 (11), 107 (6), 93 (15), 79 (32), 67 (11), 55 (13).

2,3-Диэтил-1-бутилфосфол-2-ен-1-сульфид.

Найдено (%): С, 62.7; Н, 10.2. C12H23PS. Вычислено (%): С, 62.57; Н, 10.06. Спектр ЯМР 1Н (δ, м.д., J/Гц): 0.91 (т, 3Н, С(9)Н3, 3J=7.6); 1.04 (т, 3Н, C(2′)H3, 3J=7.6); 1.10 (т, 3Н, C(2″)H3, 3J=7.6); 1.33-1.48 (м, 2Н, С(8)Н2); 1.51-1.65 (м, 2Н, С(7)Н2); 1.84-2.10 (м, 4Н, С(5)На, С(6)Н3); 2.18-2.48 (м, 5Н, С(1′)Н2, С(1″)На), С(1″)Нб, С(5)Нб); 2.49-2.61 (м, 1Н, С(4)На); 2.63-2.77 (м, 1Н, С(4)Нб). Спектр ЯМР 13С (δ, м.д., J/Гц): 13.35 (С(9)); 14.66 (С(2″)); 15.67 (С(2′)); 19.31 (С(1″), 3JPC=13.1); 24.79 (С(8), 3JPC=16.1); 25.08 (C(1′), 2JPC=14.1); 26.32 (С(7), 2JPC=4.0); 28.81 (С(5), 1JPC=53.3); 33.18 (С(4), 2JPC=7.0); 36.12 (С(6), 1JPC=47.3); 132.02 (С(2), 1JPC=72.4); 156.61 (С(3), 2JPC=26.2). Спектр ЯМР 31Р (δ, м.д.): 74.44. Масс-спектр (GCMS), m/z (Iотн (%)): 230 [М] (70), 174 (100), 159 (9), 141 (98), 113 (11), 111 (21), 93 (13), 79 (17), 63 (21), 55 (15), 41 (32).

1,2,3-Трибутилфосфол-2-ен-1-сульфид.

Найдено (%): С, 67.2; Н, 11.0. C16H31PS. Вычислено (%): С, 67.09; Н, 10.91. Спектр ЯМР 1Н (δ, м.д., J/Гц): 0.78-0.93 (м, 9Н, С(4′)Н3, С(4″)Н3, С(9)Н3); 1.17-1.51 (м, 12Н, С(2′)Н2, С(2″)Н2, С(3′)Н2, С(3″)Н2, С(7)Н2, С(8)Н2); 1.80-2.06 (м, 4Н,С(5)На, С(6)Н3); 2.09-2.22 (м, 3Н, С(1′)Н2, С(1″)На); 2.23-2.42 (м, 2Н, С(1″)Нб, С(5)Нб); 2.46-2.58 (м, 1Н, С(4)На); 2.60-2.71 (м, 1H, С(4)Нб). Спектр ЯМР 13С (δ, м.д., J/Гц): 14.85 (С(4′)); 14.88 (С(4″)); 15.10 (С(9)); 23.74 (С(3′)); 24.03 (С(3″)); 24.78 (С(8), 3JPC=16.1); 26.13 (C(1″), 3JPC=13.1); 28.86 (С(5), 1JPC=54.3); 30.79 (С(7), 2JPC=2.0); 31.86 (C(1′), 2JPC=14.1); 32.56 (С(2″)); 33.03 (С(2′)); 33.60 (С(4), 2JPC=6.0); 36.00 (С(6), 1JPC=47.3); 131.35 (С(2), 1JPC=72.4); 155.53 (С(3), 2JPC=26.2). Спектр ЯМР 31Р (δ, м.д.): 74.18. Масс-спектр (GCMS), m/z (Iотн (%)): 286 [М] (6), 257 [М-С2Н5] (2), 230 [М-С4Н8] (12), 207 (6), 146 (3), 97 (3), 73 (6), 40 (100), 32 (8).

Способ получения 2,3-диалкил-1-фенил(алкил)фосфол-2-ен-1-сульфидов общей формулы (1),
, где R=Et, Pr, Bu; R′=Me, Bu, Ph
отличающийся тем, что симметричные дизамещенные ацетилены общей формулы (R=Et, Pr, Bu) подвергают взаимодействию с триэтилалюминием (Et₃Al) в присутствии катализатора цирконацендихлорида (Cp₂ZrCl₂) при мольном соотношении ацетилен : Et₃Al : Cp₂ZrCl₂ = 10:(10-30):(0.5-1.0) в толуоле в атмосфере аргона при температуре 20-40°C и атмосферном давлении в течение 4-12 ч, с последующим добавлением при -5--10°C фенилдихлорфосфина или алкилдихлорфосфина общей формулы R′PCl₂, где R′=Me, Bu, Ph, взятого в эквимольном по отношению к Et₃Al количестве, и перемешиванием при комнатной температуре в течение 10-30 мин, после чего образующиеся фосфолены взаимодействуют с S₈, взятой в эквимольном по отношению к Et₃Al количестве, в хлороформе в течение 4-6 часов.