Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,686

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАКЦИЙ НУКЛЕОФИЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ В ХЛОРАЛКИЛСЕЛАНАХ

Мусалов M.В. 1 Куркутов Е.О. 1 Мусалова M.В. 1 Потапов В.А. 1 Амосова С.В. 1
1 Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского Сибирского отделения РАН
Исследованы реакции нуклеофильного замещения хлора на метоксигруппу в бис(2-хлоргексил)селане и бис(2-хлороктил)селане. Установлено, что реакции легко протекают при комнатной температуре в метаноле в присутствии NaHCO3 и сопровождаются перегруппировкой. При взаимодействии бис(2-хлоргексил)селана с метанолом в присутствии NaHCO3 образуется смесь двух региоизомеров, основным из которых является Марковниковский продукт, бис(2–метоксигексил)селан (выход 57 %), а минорным – анти-Марковниковский продукт, бис(1–метоксигекс-2–ил)селан (выход 27 %). Реакция бис(2-хлороктил)селана с метанолом в присутствии NaHCO3 приводит к Марковниковскому продукту, бис(2–метоксиоктил)селану, с выходом 60 % и анти-Марковниковскому продукту, бис(1–метоксиокт-2–ил)селану, с выходом 24 %. Наличие перегруппировки в условиях реакции метанолиза бис(2-хлоргексил)селана и бис(2-хлороктил)селана свидетельствует в пользу протекания реакции через образование промежуточных интермедиатов – селенираниевых катионов, атака которых метанолом по незамещенному атому углерода трехчленного цикла селенирана приводит к образованию анти-Марковниковских продуктов.
селен
селаны
метоксиалкилселаны
хлоралкилселаны
нуклеофильное замещение
продукты присоединения по правилу Марковникова
1. Амосова С.В., Мусалов М.В., Мартынов А.В., Потапов В.А. Регио- и стереоселективное присоединение дигалогенидов селена к пропаргилгалогенидам // Журнал общей химии. – 2011. – Т.81, №6. – С. 1046–1047.
2. Мусалов М.В., Потапов В.А., Амосова С.В. Аннелирование пропаргилфенилового эфира дихлоридом селена // Изв. АН. Сер. хим. – 2011. - №4. – С.751-752.
3. Потапов В.А., Куркутов Е.О., Мусалов М.В., Амосова С.В. Эффективный метод синтеза бис(тетрагидро-2Н-пиран-2–илметил)селенида // Известия АН. Серия химическая. – 2015. – № 12. – С. 2973.
4. Потапов В.А., Мусалов М.В., Куркутов Е.О., Мусалова М.В., Албанов А.И., Амосова С.В. Синтез функциональных селеноорганических соединений на основе реакции гетероциклизации дигалогенидов селена с пент-4–ен-1–олом // Журнал органической химии. – 2016. – Т. 50, № 3. – С. 360–363.
5. Сайкс П. Механизмы реакций в органической химии. – 4-е изд. – М.: Химия, 1991. – С. 89.
6. Accurso A.A., Cho S-H., Amin A., Potapov V.A., Amosova S.V., Finn M.G. Thia-, Aza-, and Selena [3.3.1]bicyclononane Dichlorides: Rates vs Internal Nucleophile in Anchimeric Assistance // J. Org. Chem. – 2011. – V.76, No.11. – P. 4392–4395.
7. Nogueira C.W., Zeni G., Rocha J.B.T. Organoselenium and organotellurium compounds: Toxicology and phar­macology // Chem. Rev. – 2004. – Vol. 104. – P. 6255–6286.
8. Potapov V.A., Musalov M.V., Musalova M.V., Amosova S.V. Recent advances in organochalcogen synthesis based on reactions of chalcogen halides with alkynes and alkene // Curr. Org. Chem. – 2016. – Vol. 20. – P. 136−145.
9. Potapov V.A., Musalov M.V., Amosova S.V. Reactions of selenium dichloride and dibromide with unsaturated ethers. Annulation of 2,3–dihydro-1,4–oxaselenine to the benzene ring // Tetrahedron Lett. – 2011. – Vol. 52. – P. 4606-4610.
10. Tiekink, E.R.T. Therapeutic potential of selenium and tellurium compounds: Opportunities yet unrealized // Dalton Trans. – 2012. – Vol. 41. – P. 6390-6395.

Известно, что некоторые функциональные селенорганические соединения проявляют высокую биологическую активность [7, 10]. Разработка эффективных способов получения перспективных в практическом отношении селенорганических соединений является актуальной задачей.

В последнее время нами интенсивно изучаются химические свойства дигалогенидов селена в реакциях присоединения [1–4, 6, 8, 9]. Эффективным реагентом для синтеза хлорзамещенных алкилселанов является дихлорид селена, который способен легко присоединяться по двойной связи [1, 2, 6, 8].

Присоединение дигалогенидов селена к соединениям, содержащим двойную связь, приводит к соответствующим замещенным бис(2-хлоралкил)селанам с высокими выходами [1–4, 6, 8]. В то же время реакции присоединения дигалогенидов селена к простейшим алкенам не описаны в литературе, а химические свойства продуктов присоединения практически не изучены [8].

Установлено, что дихлорид селена присоединяется к алкенам с электронодонорными заместителями у двойной связи (например, виниловым эфирам) по правилу Марковникова, а в реакции с алкенами с электроноакцепторными заместителями (акриловая кислота, ее эфиры, акрилонитрил) образуются преимущественно продукты присоединения против правила Марковникова [8].

В литературе практически нет сведений о реакциях нуклеофильного замещения хлорзамещенных алкилселанов, в которых проявляется эффект анхимерного содействия атома селена. Известно, что эффект анхимерного содействия атома серы значительно превосходит анхимерный эффект атома кислорода, и скорость нуклеофильного замещения хлора в 2-хлорэтилсульфидах на несколько порядков превосходит скорость аналогичной реакции в 2-хлорэтиловых эфирах [5]. Ранее нами впервые приведены количественные данные эффекта анхимерного содействия атома селена [6]. Исследована реакция нуклеофильного замещения хлора в продуктах присоединения дихлоридов селена и серы к 1,5–циклооктадиену, 2,6–дихлор-9–селена- и -9–тиабицикло[3.3.1]нонанах, которые являются хорошими моделями для изучения эффекта анхимерного содействия атомов халькогенов. Показано, что скорость реакции нуклеофильного замещения в 2,6–дихлор-9–селенабицикло[3.3.1]нонане, протекающей через селенираниевый катион, более чем на порядок превосходит скорость реакции нуклеофильного замещения в серном аналоге. Таким образом, анхимерный эффект атома селена более чем на порядок превосходит анхимерный эффект атома серы [6].

Настоящая работа посвящена исследованию реакции нуклеофильного замещения атома хлора на метоксигруппу в продуктах присоединения дихлорида селена к гексену-1 и октену-1.

Материалы и методы исследования

Спектры ЯМР 1Н и 13С регистрировали на приборе Bruker DPX-400 (рабочие частоты 400.13, и 100.61 МГц, соответственно) в CDCl3, внутренний стандарт – ГМДС. Элементный анализ выполнен на приборе Thermo Finigan EA 1112. В реакциях использовались сухие перегнанные растворители.

Бис(2-хлоргексил)селан (1). К 0.79 г (10 ммоль) Se в 20 мл CHCl3 при комнатной температуре при перемешивании добавляли по каплям раствор SO2Cl21.6 г (10 ммоль) в 10 мл CHCl3 в течение 15 мин. Смесь перемешивали до полного растворения селена. Полученный раствор дихлорида селена добавляли по каплям к раствору 1.8 г (21 ммоль) гексена-1 в 20 мл CHCl3 в течение 2 ч при комнатной температуре. Смесь перемешивали 16 ч, растворитель и избыток гексена-1 отгоняли на роторном испарителе, остаток сушили в вакууме. Получили 4.07 г соединения 1 с чистотой около 95 % (выход 95 %) в виде светло-желтого масла. Соотношение диастереомеров 1:1 по данным ЯМР 13С. Cпектр 1H ЯМР, δ, м.д.: 0.95 т (6H, СН3), 1.39–1.56 м (8H, СН2), 1.76 м (2H, СН2), 2.03 м (2H, СН2), 3.02–3.10 м (2H,CH2Se), 3.17–3.22 м (2H, CH2Se ), 4.09 м (2H, СНBr). Спектр ЯМР 13С, δ, м.д.: 13.91 (СН3), 21.89 (СН2), 29.29 (CН2), 33.71 (SeCH2, 1JC-Se 69 Гц), 33.95 (SeCH2, 1JC-Se 69 Гц), 37.04 (СН2), 54.25 (СНBr), 54.44 (СНBr). Найдено, %: С 35.67; H 5.82; Br 38.87; Se 18.96. С12Н24Br2Se. С12Н24SeBr2. Вычислено, %: C 35.41; H 5.94; Br 39.26; Se 19.40.

Бис(2-хлороктил)селан (2), светло-желтое масло, выход 90 %. Спектр ЯМР 1Н, d, м.д.: 0.86 т (6Н, CH3), 1.22–1.34 м (6H, CH2), 1.36–1.42 м (2H, CH2), 1.48–1.56 м (2H, CH2), 1.69–1.78 м (2H, CH2), 1.95–2.03 м (2H, CH2), 3.02–3.11 м (2H, CH2Se), 3.18–3.23 м (2H, CH2Se), 4.10–4.18 м (2H, CHBr). Спектр ЯМР 13С, d, м.д.: 14.09 (CH3), 22.58 (CH2), 27.34 (CH2), 28.55 (CH2), 31.62 (CH2), 33.92 (CH2Se, 1JC-Se 69 Гц), 34.19 (CH2Se, 1JC-Se 69 Гц), 37.66 (CH2), 55.68 (CHBr), 55.84 (CHBr). Найдено, %: С 41.85; H 7.12; Br 34.86; Se 16.78. С16Н32Br2Se. Вычислено, %: С 41.49; H 6.96; Br 34.50; Se 17.05.

Бис(2–метоксигексил)селан (5) и бис(1–метоксигекс-2–ил)селан (7). К раствору 0.773 г (1.9 ммоль) селенида 1 в 25 мл МеОН порциями при перемешивании прибавляли 0.32 г (3.8 ммоль) NaHСО3, перемешивали 2 ч, фильтровали, растворитель отгоняли в вакууме. Селениды 5 и 7 выделяли на колонне с силикагелем (элюент гексан/СCl4 5:1). Получили селенид 5 (0.335 г, выход 57 %) в виде светло-жёлтого масла. Cпектр 1H ЯМР, δ, м.д.: 0.92 т (6Н, СН3), 1.17–1.33 м (8Н, СН2), 1.41–1.50 м (4Н, СН2), 2.56–2.62 м (2Н, СН2Se), 2.63–2.69 м (2Н, СН2Se), 3.20–3.24 м (2H, CHO), 3.30 с (6Н, OCH3). 13C ЯМР, δ, м.д.: 13.85 (СН3), 22.42 (СН2), 27.30 (СН2), 28.16 (SeCH2, 1JC-Se 65 Гц), 28.25 (SeCH2, 1JCSe 65 Гц), 33.40 (СН2), 56.53 (ОCH3), 81.14 (СНО). Найдено, %: С 54.07; H 9.94; Se 25.91. С14Н30O2Se. Вычислено, %:С 54.36; H 9.77; Se 25.52.

Выделена фракция, содержащая около 82 % соединения 7 (0.18 г, выход 27 %) в виде светло-жёлтого масла. Cпектр 1H ЯМР, δ, м.д.: 0.87 т (6H, CH3), 1.22–1.31 м (4H, СH2), 1.48–1.54 м (4H, СH2), 1.70–1.76 м (4H, СH2), 2.92–2.96 м (2H, CHSe) 3.30 с (6H, CH3O), 3.49–3.56 м (4H, СH2O). Спектр ЯМР 13С, δ,м.д.: 13.81 (CH3), 26.73 (CH2), 29.71 (CH2), 33.41(CH2), 39.89, 40.54 (CHSe), 58.46 (OCH3), 77.26 (CH2O).

Бис(2–метоксиоктил)селан (6). Получен аналогично селану 5 и выделен на колонке с силикагелем в виде светло-жёлтого масла (выход 60 %). Спектр ЯМР 1Н, d, м.д.: 1.03 т (3Н, CH3), 1.36–1.48 м (6H, 3CH2), 1.49–1.54 м (2H, CH2), 1.56–1.72 м (2H, CH2), 2.65–2.72 м (1H, CH2Se), 2.75–2.83 м (1H, CH2Se), 3.31–3.38 м (1H, CHO), 3.44 с (3H, CH3O). Спектр ЯМР 13С, d, м.д.: 14.10 (CH3), 22.55 (CH2), 25.10 (CH2), 29.13, 29.32 (CH2Se), 31.69 (CH2), 31.76 (CH2), 33.77 (CH2), 56.45 (CH3O), 81.28 (CHO). Найдено, %: С 58.87; H 10.31; Se 21.96. С18Н38O2Se. Вычислено, %: С 59.16; H 10.48; Se 21.61.

Бис(1–метоксиокт-2–ил)селан (8). Получен аналогично селану 6 и выделен на колонке с силикагелем в виде фракции, содержащей около 78 % соединения 8 (выход 24 %, светло-жёлтого масло). Спектр ЯМР 1Н, d, м.д.: 1.03 т (3Н, CH3), 1.36–1.48 м (6H, 3CH2), 1.49–1.54 м (2H, CH2), 1.56–1.72 м (2H, CH2), 2.94–3.00 м (1H, CHSe), 3.45 с (3H, CH3O). 3.51–3.57 м (1H, CH2O), 3.59–3.65 м (1H, CH2O). Спектр ЯМР 13С, d, м.д.: 14.10 (CH3), 26.61 (CH2), 28.05 (CH2), 29.14 (CH2), 31.69 (CH2), 32.68 (CH2), 40.56, 40.81 (CH2Se), 58.16 (CH3O), 77.30 (CH2O).

Результаты исследования и их обсуждение

В настоящей работе исследована реакция нуклеофильного замещения хлора на метоксигруппу в продуктах присоединения дихлорида селена к гексену-1 и октену-1, бис(2-хлоргексил)селане и бис(2-хлороктил)селане. Присоединения дихлорида селена к гексену-1 и октену-1 осуществлено в хлороформе при комнатной температуре при соотношении реагентов 1 : 2 (схема 1).

musail1.wmf

Схема 1

Нами найдены условия, позволяющие провести реакции присоединения дихлорида селена к гексену-1 и октену-1 региоселективно с образованием продуктов присоединения по правилу Марковникова, бис(2-хлоргексил)селана 1 и бис(2-хлороктил)селана 2 с высокими выходами.

Процесс осуществляется при комнатной температуре в среде хлороформа при постепенном добавлении раствора дибромида селена к раствору алкена при мольном соотношении реагентов 1 : 2.

Установлено, что реакции протекают через промежуточные анти-Марковниковские аддукты, бис(1-хлоралк-2–ил)селаны 3,4, которые затем превращаются в более устойчивые Марковниковские аддукты 1,2 предположительно через селенираниевые интермедиаты (Схема 2). Образование анти-Марковниковских аддуктов 3,4 наблюдается при проведении реакций при температуре –60°С в хлороформе или при –20°С в CCl4. В этих условиях анти-Марковниковские аддукты 3,4 превалируют над соединениями 1,2. Строения соединений 3,4 доказано методом ЯМР 1Н и 13С. При нагревании реакционной смеси происходит быстрое превращение кинетических анти-Марковниковских аддуктов 3,4 в термодинамические Марковниковские 1,2 (схема 2).

Установлено, что реакция нуклеофильного замещения хлора в селанах 1,2 на метоксигруппу легко протекает при комнатной температуре в метаноле в присутствии NaHCO3 и сопровождается перегруппировкой. Образуется смесь региоизомеров, основными из которых являются Марковниковские продукты, бис(2–метоксигексил)селан (5) (выход 57 %) и бис(2–метоксиоктил)селан (6) (выход 60 %). В качестве минорных продуктов зафиксированы симметричные анти-Марковниковские продукты, бис(1–метоксигекс-2–ил)селан (7) и бис(1–метоксиокт-2–ил)селан (8), выходы которых составляют 27 и 24 % (схема 3).

musail2.wmf

Схема 2

musail3.wmf

Схема 3

Образование анти-Марковниковских продуктов метанолиза свидетельствует о том, что реакция идет через образование промежуточных интермедиатов – селенираниевых катионов 9 и 10 (схема 4). В интермедиатах 9 и 10 нуклеофильная атака идет по незамещенному атому углерода селенираниевых катионов, и реакция приводит к продуктам 7, 8 против правила Марковникова. Таким образом, реакция нуклеофильного замещения хлора на метоксигруппу сопровождается перегруппировкой.

musail4.wmf

Схема 4

Синтез исходного дихлорида селена осуществлен взаимодействием элементного селена с хлористым сульфурилом в среде хлороформа при комнатной температуре (схема 5).

musail5.wmf

Схема 5

Следует отметить, что известны лишь единичные примеры подобных перегруппировок, которые относятся к реакциям нуклеофильного замещения галогена в селенсодержащих гетероциклах [8]. Наличие перегруппировки указывает на протекание реакции через промежуточные селенираниевые интермедиаты, которые легко генерируются при комнатной температуре. Образование селенираниевых интермедиатов предполагается во многих реакциях селеноорганических соединений, однако выделены они или доказаны лишь в единичных случаях [8].

Строение полученных соединений 1,2,5–8 доказано методами ЯМР 1H и 13C. Полученные симметричные продукты 1,2,5–8 представляют собой смеси двух диастереомеров в соотношении 1 : 1 (d,l- и мезо-формы). Значение констант спин-спинового взаимодействия атома селена с атомом углерода СН2–групп в спектрах ЯМР 13С соединений 1,2,5,6 составляет 67–70 Гц, что соответствует прямой константе спин-спинового взаимодействия (1JC-Se) и указывает на образование продуктов по правилу Марковникова.

Выводы

Реакция нуклеофильного замещения хлора в селанах 1,2 на метоксигруппу легко протекает при комнатной температуре в метаноле в присутствии NaHCO3 с образованием смеси региоизомеров, основными из которых являются Марковниковские продукты, бис(2–метоксигексил)селан (5) (выход 57 %) и бис(2–метоксиоктил)селан (6) (выход 60 %). В качестве минорных продуктов образуются симметричные анти-Марковниковские продукты, бис(1–метоксигекс-2–ил)селан (7) и бис(1–метоксиокт-2–ил)селан (8), выходы которых составляют 27 и 24 %.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 14–13–01085). Спектральные исследования проведены с использованием материально-технической базы Байкальского аналитического центра коллективного пользования СО РАН.


Библиографическая ссылка

Мусалов M.В., Куркутов Е.О., Мусалова M.В., Потапов В.А., Амосова С.В. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАКЦИЙ НУКЛЕОФИЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ В ХЛОРАЛКИЛСЕЛАНАХ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 12-8. – С. 1494-1498;
URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=11069 (дата обращения: 21.08.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252