Радикальные реакции замещения диазогруппы

Процессу гомолитического расщепления углерод-азотных связей в диазосодинениях - процессу образования радикалов - способствует рост нуклеофильности растворителей и увеличение восстановительных свойств нуклеофильных агентов. Кроме того на радикальное направление разложения диазосоединений очень сильное влияние оказывает кислотность среды. В сильнокислых растворах с $pH$ ниже трех, преобладает направление в гетеролитического замещение диазогруппы - разложение с образованием заряженных частиц. Однако в слабокислых, нейтральных или слабоосновных средах доминируют процессы гомолитического (радикального) разложения м диазосоединений. Т.е. в этих условиях протекают реакции замещения диазогруппы по радикальным механизмам. К таким радикальным реакциям и относятся процессы описанные далее в этой главе.

Замещение диазогруппы на водород

Замещение диазогруппы на водород в нейтральной или слабощелочной среде проходит, по-видимому, по радикальному механизму, например, для диазобензола:

Рисунок 1.

Получение биарилов из диазосоединений

При разложении солей арендиазония комплексными солями одновалентной меди в ацетоне в зависимости от природы заместителей в ароматическом кольце получаются либо симметричные биарилы, либо симметричные азобензолы эта реакция получила название реакции Гомберга-Бахмана - по именам ученых, которые ее открыли.

Рисунок 2.

Замещение диазогруппы на карбоксил

Соли арендиазония легко карбоксилируются окисью углерода (II) и ацетатом натрия в присутствии ацетата палладия уже при комнатной температуре и обычном давлении.

Рисунок 3.

Образующиеся при этом смешанные ангидриды при нагревании до 100$^\circ$С диспропорционируют до уксусного ангидрида и ангидрида ароматической карбоновой кислоты.

Рисунок 4.

Суммарный выход ароматических ангидридов очень высок (80-90%) и этот метод можно рекомендовать как общий метод синтеза ароматических карбоновых кислот из первичных ароматических аминов.

Арилирование непредельных соединений

Арилирование непредельных соединений - реакция, открытая в 1939 году Г. Меервейном, отличается от описанного выше синтеза биарилов тем, что радикальному арилированию подвергается ненасыщенное соединение, содержащее электроноакцепторный заместитель.

Рисунок 5.

Купрокаталитическое взаимодействие арендиазониевых солей с ненасыщенными соединениями (реакция Меервейна) является удобным методом синтеза полифункциональных соединений. Одна из важных модификаций этой реакции касается арилирования пятичленная ароматических гетероциклов. Хорошо изучено арилирование производных фурана, поскольку они оказались наиболее реакционные. В то же время в литературе нет данных о арилировании производных пиррола арендиазониевими солями, а производные тиофена в этой реакции изучены мало. Возможности применения функционализированных арилтиофенив и арилпирролов в гетероциклизации также мало исследованы. Хотя, как показали работы последних лет, выполненные в нашей лаборатории, продукты арилирования ненасыщенных соединений арендиазониевимы солями являются удобными и доступными реагентами для синтеза гетероциклов различных типов. Поэтому детальное изучение реакций производных тиофена и пиррола с арендиазониевимы солями с целью разработки простых методов получения арилпирролов и арилтиофенив и дальнейшего использования этих соединений в синтезе является актуальной задачей.

1. Арилирование 2-ацетилтиофена

   Арилирование 2-ацетилтиофену 22 диазониевыми солями имеет значительный синтетический потенциал. Хлориды арендиазония реагируют с ацетилтиофеном в присутствии катализатора $CuCl_2$ с образованием 5-арил-2-ацетилтиофенив 23.

   
   
   Рисунок 6.

   23: $R = 4-Me$ (a,} $4-F$ (b), $2-Cl$ (c), $4-Cl$ (d), $4-Br$ (e), $3-NO_2$ (f), $4-NO_2$ (g), $3-CF_3$ (h), $2,5-Cl_2$ (i), $2-Cl-5-CF_3$ (j).

   Хотя выходы соединений 23a-j умеренные (в основном 30-50%), однако арилирование происходит во всех случаях селективно (в положение 5 тиофенового цикла), а исходными реагентами являются доступные ароматические амины и ацетилтиофен.

2. Арилирование тиофен-2-карбоновой кислоты и ее эфиров

   При арилировании тиофен-2-карбоновой кислоты 24 ароматическими солями диазония она реагирует с диазониевимы солями в присутствии $CuCl_2$ при комнатной температуре, образуя 5-арил-2-тиофенкарбонови кислоты 25a-i:

   
   
   Рисунок 7.

   25: $R = 2-Cl$ (a), $4-Cl$ (b), $2-NO_2$ (c), $3-NO_2$ (d), $2,4-Cl_2$ (e), $2,5-Cl_2$ (f), $2-OMe-4-NO_2$ (g), $2-Cl-5-CF_3$ (h), $2-NO_2-4-Cl$ (i).

   Выходы соединений 25a-i невысокие (15-34\%), что свидетельствует о меньшей активности в этой реакции кислоты 24 по сравнению с 2-фуранкарбоновой кислотой, что, вероятно, обусловлено большей ароматичностью тиофена по сравнению с фуранов.

   При арилировании эфира 2-тиофенкарбоновои кислоты 26 реакция проходит неоднозначно - образуются два изомерных продукта: этил 5-арил-2-тиофенкарбоксилаты 27 и этил 3-арил-2-тиофен-карбоксилаты 28 в соотношении ~ 2: 1.

   
   
   Рисунок 8.

   $R = 2-Cl$ (a), $3-Cl$ (b), $4-Cl$ (с), $2,5-Cl_2$ (d).

   Строение продуктов реакции 27 и 28 доказано методами ЯМР $1H$ спектроскопии и хромато-масспектрометрии. В спектрах смеси эфиров сигналы дублируются в соотношении ~ 2: 1. Дублекаты тиофеновых протонов - преобладающего продукта - имеют константу спин-спинового взаимодействия 3,9 Гц, которая характерна для 2,5-дизамещенных тиофенов. Зато сигналы тиофеновых протонов минорного продукта имеют константу спин-спинового взаимодействия $J$ = 5,2 Гц, что характерно для тиофена с заместителями в положениях 2 и 3.

3. Арилирование 2-хлоротиофена

   При взаимодействии 2-хлоротиофена 29 с ароматическими солями диазония реакция проходит сложно, получить в чистом виде удалось лишь 5- (2-нитрофенил)-2-хлортиофен 30 с выходом 22%.

   
   
   Рисунок 9.