2.8.3.2. Методы генерации аринов

В большинстве ранних работ по химии аринов использовался приведенный выше путь генерации аринов взаимодействием арил-галогенидов с сильными основаниями, однако это налагало жесткие ограничения на круг изучаемых реакций, поскольку генерированные арины очень часто взаимодействовали с основаниями быстрее, чем вступали в реакции с какими-либо введенными в систему реагентами.

Поэтому были приложены значительные усилия для развития методов генерации аринов в мягких условиях реакции в отсутствие оснований.

Пути генерации аринов можно разделить на две основные группы:

1) генерация из ариланионов с соседней уходящей группой;

2) генерация путем фрагментации циклических систем, орто-конденсированных к ареновому кольцу.

(1) Арины из арил-анионов

Образование аринов [схема (63)] происходит при реакции отщепления с участием либо аниона (103), либо нейтральной молекулы (104). Наиболее широко в качестве анионных уходящих групп используются галогены; необходимый анион (105) образуется при реакции галогенароматических предшественников с сильными основаниями [схема (64)]. С этой реакцией конкурируют прямое нуклеофильное замещение и взаимный обмен между металлом и галогеном. Поскольку как стадия металлирования , так и стадия отрыва галогена обратимы, то направление реакции зависит от многих факторов, включая природу галогена и основания, температуру, растворитель и наличие других заместителей в ароматическом кольце [89].

Стадию металлирования можно осуществить действием различных оснований, причем чем слабее основание, тем более высокая температура необходима для проведения реакции. Например, превращение хлорбензола в фенол действием водного гидроксида натрия требует . С более сильным основанием трет-бутилатом калия это превращение проходит при , в то время как наиболее мощные основания — алкил- и арилметаллы — позволяют проводить реакцию при температуре между —70 и . Однако наиболее часто в качестве оснований используются амиды металлов, например амид натрия или пиперидид лития. Эти основания достаточно сильны, их удобно получать и они могут быть использованы как в инертных растворителях, так и в избытке исходного амина в широком интервале температур. Свободные амины, например пиперидин и .-тетраметилэтилен-диамин, также катализируют реакцию за счет увеличения сольватации катиона [94]. Как сообщалось, большими преимуществами при генерации аринов в инертных растворителях типа ТГФ обладают «комплексные основания», включающие амид натрия и активирующую добавку, налример трет-алкоксид натрия [95].

Использование пространственно сильно затрудненного основания — тетраметилпиперидида лития, который менее реакционноспособен при генерации аринов, повышает выход продуктов в арин-диеновой и арин-нуклеофильной реакциях [96].

Скорость металлирования зависит не только от силы основания, но и от кислотности отщепляемого водорода, и таким образом от индуктивных эффектов заместителей как соседнего галогена, так и других заместителей в кольце. Влияние природы галогена выражается, например, в значительно более быстром металлировании фторбензола по сравнению с другими галогенбензолами.

Скорость отрыва галогена от (105) также зависит от многих факторов, в частности от природы галогена, металла, растворителя и других заместителей в кольце [схема (64)]. Зависимость от природы галогена, как найдено в случае и -реакций, дает ряд: . Тот же порядок соблюдается и для обратной реакции; общий результат сводится к тому, что равновесие сдвинуто вправо для бромидов примерно втрое по сравнению с иодидами и хлоридами. Важную роль играет также природа металла, например в случае магния образующийся интермедиат не только значительно устойчивее, но и отщепляет фтор быстрее, чем другие галогениды, что объясняется лучшей координацией с магнием. Как и ожидалось, заместители, стабилизующие анион, уменьшают , и наоборот.

Природа растворителя может играть решающую роль. Например, при использовании в качестве основания амидов металлов в избытке амина скорость репротонирования увеличивается настолько, что может стать сравнимой со скоростью элиминирования галогена. Поэтому непригоден для генерации дегидробензола из фторбензола, хотя фениллитий в инертном растворителе работает хорошо. Доказано, что в эфирных растворителях дегидробензол образуется за счет синхронного -элиминирования галогенида лития из комплекса металлированного арилга-логенида с эфиром [97].

Возможны и другие пути образования арил-анионов, используемых для генерации аринов, например через диимид (106), который можно получить из ряда исходных соединений в относительно мягких основных условиях. Декарбоксилирование -галогенбензоатов (107) также приводит к аринам, однако требует высоких температур.

Разложение калиевой соли может проходить через (108); серебряные соли разлагаются по радикальному механизму.

Важный мягкий метод генерации дегидробензола, разработанный Виттигом, основан на образовании арил-аниона за счет обмена металл — галоген при реакции о-дигалогенбензолов (109) с амальгамой лития или с магнием [схема (65)].

Некоторые другие анионные уходящие группы, помимо галогенов, определены в уравнении (63), однако ни одна из них не нашла широкого применения в синтезе, поскольку эти группы не обладают более высокой способностью к отщеплению, чем бромиды, а арилгалогениды более доступны.

Ряд нейтральных уходящих групп приведен в (104) [см. схему (63)]. Наиболее важной из них является азот. Соседний анионный центр образуется обычно за счет отщепления протона, или декарбоксилирования.

Один из основных синтетических путей генерации дегидробензолов основан на наблюдении Стайлеса, обнаружившего в 1960 г., что соли 2-диазобензойной кислоты (111) разлагаются в мягких условиях в присутствии ловушек дегидробензола с образованием аддуктов с высоким выходом [98]. Единственным недостатком этого метода является исключительная неустойчивость (111), что не позволяет рекомендовать его для крупномасштабных синтезов. Этот недостаток был устранен Фридманом, который использовал диазотирование антраниловой кислоты situ действием пентилнитрита с целью мягкой генерации интермедиата [99, 100]. Обычно этот метод предпочитают для генерации самого дегидробензола в реакциях с реагентами, не являющимися сильными нуклеофилами; необходимость синтеза замещенных антраниловых кислот для генерации замещенных дегидробензолов делает этот путь менее привлекательным.

Бетаин (112) образуется из диазониевых солей за счет отрыва протона; вследствие сильной активации ядра диазониевой группой требуются лишь мягкие основания, такие как ацетат калия [101].

Многочисленные работы посвящены образованию аринов из диазониевых солей карбоновых кислот, полученных перегруппировкой -нитрозоацилариламинов [102]. Последние соединения, например (113), хорошо известны с 1930-х годов как источники арильных радикалов, но до 1960-х годов не было известно, что из них могут образовываться арины за счет конкурирующего гетеролитического процесса. В ароматических растворителях реакция протекает по пути (а) с генерацией фенильных радикалов в радикальном цепном процессе; эти радикалы фенилируют растворитель с образованием днарилов с выходом до 60%. Однако при проведении той же реакции в присутствии ловушек аринов образуются аддукты по пути (б) с выходом до 80%, в зависимости от используемого диена. Изменение пути (а) на путь (б) характерно для ловушек аринов, которые действуют также в качестве ингибиторов радикального цепного процесса и таким образом выполняют двойную роль, подавляя рост цепи (а) и сохраняя направление (б) как главного пути разложения.

Добавление других ловушек радикалов, например -дифенил-этилена, также способствует образованию дегидробензола [103]. Поскольку исходное соединение (113) можно получать situ нитрозированием органическими нитритами, этот метод представляет собой удобный путь генерации «в одной колбе» дегидробензола и замещенных аринов из легко доступных ароматических аминов [104].

Среди других нейтральных уходящих группировок наиболее эффективным является иодбензол. Например, при нагревании (114) при в присутствии тетрациклона образуется аддукт дегидробензола с выходом 70%.

Соответствующие -дизамещенные бензолы, например (115) и (116), могут также привести к дегидробензолу, однако скорее по радикальному, чем по ионному пути.

(2) Арины путем фрагментации циклических систем

Разрыв циклических систем, орто-конденсированных к аренам, можно осуществить фотохимическим или термическим путем при температурах, начиная от температур ниже комнатной до в условиях импульсного вакуумного пиролиза; необходимая жесткость условий естественно варьирует в зависимости от прочности связей в исходном соединении. Для образования и синтетического использования дегидробензола в растворе пригодны несколько путей. Например, (117) термически разлагается при , а фотохимически при [105]. При термическом разложении фталоилпероксида дегидробензол не образуется, однако он генерируется при фотолизе; триплетная сенсибилизация этой реакции приводит к дегидробензолу в основном синглетном состоянии, судя по характерной реакционной способности [106]. Соединения (118), (119) и (120) были использованы для образования дегидробензола в матрицах при низких температурах [92, 107]. Очевидно, что легко распадающиеся циклические системы являются идеальными для генерации дегидробензола, однако при их использовании возникает проблема синтеза и хранения. Чтобы избежать этого, можно использовать относительно устойчивую гетероциклическую систему, включающую химический «запал», например -аминобенз-триазол (121), разложение которого в дегидробензол инциируется окислением аминогруппы даже при [108]. Эта реакция была распространена для генерации с превосходными выходами замещенных дегидробензолов, дегидронафталинов, дегидрофенантренов и дегидробензохинонов. Использование других «запалов» (122) позволяет устранить использование окислителей [109, 110].

Многие более устойчивые циклические системы, например фталевый ангидрид [111] и [112], дают арины при пиролизе (обычно используют импульсный вакуумный пиролиз при высокой температуре).

В отличие от большого числа способов генерации аринов, разработано всего лишь несколько методов генерации 1,3- и -дегидро-аренов. По аналогии с эффективной генерацией дегидробензола из (111) можно было ожидать, что (98) и (99) будут образовываться из 1,3- и -бензолдиазонийкарбоксилатов. Однако хотя масс-спектрометрически надежно доказано, что такие частицы при импульсном фотолизе [113] образуются, они не являются, по-видимому, продуктами основного направления реакции термолиза соответствующих диазониевых солей [114].

Промежуточное образование -дегидробензола доказано при термически индуцируемой реакции (123); при , он, очевидно, перегруппировывается в (996), который отрывает атомы водорода или хлора от растворителей с образованием бензола или -дихлорбензола [115]. Этот -дирадикал бензола (бензолдиил) ответственен за один из двух энергетических минимумов, предсказанных Дьюаром для -дегидробензола. Другому минимуму с более высокой энергией отвечает бутален структуры (99в), образующийся при дегидрохлорировании (124); присоединение диметиламина приводит к -диметиланилину [116].

В настоящее время определенных путей генерации -дегидробензола нет. Не исключено, что при дегидробромировании (125) возникает (98в) со структурой типа бицикло [3.1.0] гексатриена, но возможны и альтернативные механизмы [117]. Однако по аналогии с генерацией дегидробензола из аминотриазола можно легко получить -дегидронафталин (102) [118].