Politechnika Warszawska

Wydział Chemiczny

Michał Michalik

Wykorzystanie wodorotlenku potasu i cezu w reakcjach prowadzonych w układach dwufazowych

Praca dyplomowa wykonana w zakładzie Technologii i Biotechnologii Środków Leczniczych pod kierunkiem prof. dr hab. Andrzeja Jończyka w roku akademickim 2001/2002

Warszawa 2004

Mamie

Składam serdeczne podziękowania prof. dr hab. Andrzejowi Jończykowi za cierpliwość, wyrozumiałość i pomoc w przygotowaniu niniejszej pracy oraz Tomaszowi Zomerfeldowi, który zawsze służył mi pomocą i dobrą radą.

SPIS TREŚCI

1. CEL PRACY

Celem mojej pracy dyplomowej było sprawdzenie możliwości wykorzystania wodorotlenków metali alkalicznych takich, jak wodorotlenek cezu lub potasu w reakcjach prowadzonych w układach dwufazowych, także w obecności katalizatora przeniesienia międzyfazowego. Układy te składają się z dwóch nie mieszających się faz: organicznej zawierającej reagenty organiczne oraz nieorganicznej zawierającej zasadę, a także w zależności od reakcji, wodę. W przypadku katalizy międzyfazowej (Phase Transfer Catalysis - PTC) używa się katalizatory przeniesienia międzyfazowego (najczęściej są to czwartorzędowe sole amoniowe).

Badałem takie reakcje, których nie udaje się zrealizować w typowych warunkach katalizy międzyfazowej, tzn. w obecności 50% aq. roztworu NaOH lub, które dają produkty z niezadowalającą wydajnością. Wodorotlenek cezu i potasu są mocniejszymi zasadami niż wodorotlenek sodu i wydawało się, że użycie ich pozwoli na osiągniecie dobrych efektów w badanych reakcjach.

W swojej pracy skoncentrowałem się na badaniach następujących reakcji:

• fenyloacetonitrylu z 1,2-dichloroetanem i 1,2-dibromoetanem w celu otrzymania 1-cyjano-1-fenylocyklopropanu;

• fenyloacetonitrylu z 1,3-dichloropropanem i 1,3-dibromopropanem w celu otrzymania 1-cyjano-1-fenylocyklobutanu;

• fenyloacetylenu z 1-bromobutanem i 1-jodopropanem w wyniku, których oczekiwałem powstania produktów alkilowania tego C-H kwasu;

• chlorooctanu t-butylu z ketonami, prowadzącą do podstawionych oksiranów (kondensacja Darzens'a);

• haloformów z cykloheksenem w celu otrzymania 7,7-dihalobicyklo [4.1.0]heptanów;

• dihalometanów z cykloheksenem w celu otrzymania 7-halobicyklo [4.1.0]heptanów.

2. CZĘŚĆ TEORETYCZNA

1. Kataliza przeniesienia międzyfazowego - wiadomości podstawowe

Techniką PTC prowadzi się reakcje anionów nieorganicznych lub organicznych w układach dwufazowych w obecności katalizatora przeniesienia międzyfazowego. W przypadku reakcji z udziałem karboanionów i wielu anionów organicznych fazę organiczną stanowią prekursor anionu i czynnik elektrofilowy (niekiedy rozpuszczone w niepolarnym rozpuszczalniku), zaś fazę nieorganiczną - zasada. Dwie nie mieszające się fazy mogą stanowić układ ciecz - ciecz lub ciało stałe - ciecz, zależnie od postaci zastosowanej zasady. Rolę katalizatora zwykle spełniają czwartorzędowa sole oniowe zawierające lipofilowe kationy (najpowszechniej stosowane są sole amoniowe, rzadziej fosfoniowe, arsoniowe). Jako katalizatory można także stosować związki kompleksujące kationy metali alkalicznych, np. poliglikole i ich etery, etery koronowe oraz kryptandy. Rolę zasady spełniają najczęściej stężone aq. roztwory NaOH lub KOH, a także stały K₂CO₃.

Przebieg reakcji alkilowania C-H kwasu techniką PTC jest następujący:

1. zasada wytwarza karboanion z C-H kwasu na granicy faz

2. na granicy faz następuje wymiana jonowa między utworzoną parą jonową a katalizatorem dostarczającym lipofilowych kationów,

3. nowoutworzona para jonowa migruje do wnętrza fazy organicznej, gdzie biegnie reakcja z czynnikiem alkilującym R^'X w wyniku czego powstaje produkt i zostaje odtworzony katalizator (zdolny do kolejnej wymiany jonowej na granicy faz).

Należy podkreślić, że w reakcjach prowadzonych techniką PTC faza organiczna nie zawiera zasady nieorganicznej. Na przebieg procesów prowadzonych techniką PTC istotny wpływ mają rodzaj i stężenie zasady jak i struktura katalizatora.¹

1. Reakcje cykloalkilowania fenyloacetonitrylu

Ze względu na zastosowanie w syntezie substancji czynnych leków kwasów karboksylowych zawierających pierścienie karbo- i heterocykliczne, w literaturze opisano liczne przykłady reakcji alkilowania fenyloacetonitrylu 1,ω-dihaloalkanami, których produktami były związki cykliczne gem-podstawione grupami cyjanową i fenylową.^2-9 W większości tych prac powielano przepis z 1932 roku, według którego reakcję prowadzono w obecności NaNH₂. W przypadku otrzymywania 1-cyjano-1-fenylocyklobutanu stosowano inną zasadę i rozpuszczalnik^8,9, a mianowicie NaH w dimetylosulfotlenku (DMSO).¹¹ Reakcje te prowadzono także w warunkach PTC^12-16 i badania te trwają do dnia dzisiejszego.

1. Reakcje cykloalkilowania fenyloacetonitrylu 1,2-dichloro- i 1,2-dibromoetanem

Jednymi z pierwszych, którzy opisali otrzymywanie 1-cyjano-1-fenylocyklopropanu z fenyloacetonitrylu (FAN) i 1-bromo-2-chloroetanu (BCE) oraz 1,2-dibromoetanu byli Knowles i Cloke.¹⁰ Proces prowadzony był w obecności NaNH₂, w aparaturze odizolowanej od wilgoci z powietrza. Do kolby, w której uprzednio umieszczono sproszkowany NaNH₂ i bezwodny Et₂O , podczas mieszania wkraplano fenyloacetonitryl. Obserwowano wydzielanie ciepła. Po wkropleniu C-H kwasu mieszanina była ogrzewana przez 4 godz. (w tym czasie powstawała sól sodowa C-H kwasu). Mieszaninę reakcyjną po schłodzeniu przeniesiono do wkraplacza i wkroplono do roztworu 1,2-dihaloetanu w Et₂O w temp. -15°C. Po wkropleniu mieszanie kontynuowano 7 godz. Produkt wyizolowano z wydajnością 40-44%.

Knowles i Cloke podali również przebieg tej reakcji:

Reakcję tę zmodyfikował Newman i Kaugars.¹⁷ Do zawiesiny NaNH₂ w Et₂O dodano fenyloacetonitryl rozpuszczony w tym rozpuszczalniku. Mieszaninę ogrzewano przez 5 godz., a następnie schłodzono do -40°C, dodano 1,2-dibromoetan i pozwolono by temp. wzrosła do -20°C. W tej temperaturze prowadzono reakcje schładzając w razie konieczności naczynie reakcyjne, gdy zauważono zbyt szybkie wydzielanie się amoniaku. Następnie ogrzewano mieszaninę do wrzenia przez 1 godz. Wydajność procesu wynosiła 71%.

Mąkosza i Serafinowa¹² przeprowadzili reakcję 1,2-dibromo- i 1,2-dichloroetanu z fenyloacetonitrylem w celu otrzymania 1-cyjano-1-fenylocyklopropanu. Synteza prowadzona była w obecności 50% aq. roztworu NaOH, chlorku benzylotrietyloamonowego (TEBA) w benzenie. Substraty organiczne użyte zostały w ilości równomolowej. Niestety w obu przypadkach nie wykryto produktu cykloalkilowania, a jedynie produkty eliminacji chlorowodoru bądź bromowodoru, odpowiednie halogenki winylu.

Eliminacja halogenowodoru z cząsteczki dwuhalogenku następowała w wyniku reakcji z anionem nitrylu. Fenyloacetonitryl odgrywa tu rolę drugiego katalizatora. Reakcję tę można rozpatrywać jako przykład sprzężonej katalizy.

Stosując 2-krotny molowy nadmiar fenyloacetonitrylu względem 1,2-dibromoetanu oraz roztwór KNH₂ w ciekłym amoniaku otrzymano produkt alkilowania oraz nie przereagowany fenyloacetonitryl. Wydajność związku obliczona względem 1,2-dibromoetanu wynosiła 91%.¹⁸

W kolejnej pracy opisano syntezę w dwóch etapach. W celu otrzymania soli dilitowej fenyloacetonitrylu zastosowano n-butylolit. Pierwszy etap prowadzono w temperaturze pokojowej. Do roztworu n-butylolitu w heksanie dodano w ciągu 5 min. fenyloacetonitryl. Mieszanina rozgrzewała się spontanicznie i w ciągu 1 godz. powstała sól dilitowa. Następnie dodano 1,2-dichloroetan w temperaturze 25°C w ciągu 40 min. i reakcję prowadzono przez 16 godz. uzyskując produkt z wydajnością 65%.¹⁹

W roku 1980 opublikowano pracę, w której opisano syntezę 1-cyjano-1-fenylocyklopropanu w zmodyfikowanych warunkach katalizy międzyfazowej. Zastosowano 30% aq. roztwór NaOH, TEBA w ilości równomolowej w stosunku do nitrylu oraz 2-krotny molowy nadmiar 1,2-dibromoetanu (reakcje prowadzono bez rozpuszczalnika). Do mieszanego roztworu zasady wkraplano fenyloacetonitryl oraz 1,2-dibromoetan. Reakcję prowadzono w temp. 75-80°C przez 1 godz. i otrzymano produkt z wydajnością 87%.¹³

W celu otrzymania pochodnej cyklopropanu opisano wykorzystanie nowego układu zasada-rozpuszczalnik: stałego K₂CO₃ oraz DMSO. Fenyloacetonitryl, 1,2-dibromoetan i K₂CO₃ użyto w stosunku molowym: 1:2:4. Uzyskano pochodną cyklopropanu z wydajnością 33%.²⁰

Przeprowadzono elektrolityczną reakcję alkilowania fenyloacetonitrylu. Katodę stanowiła folia platynowa, a anodę pręt grafitowy. Elektrolit jonowy zawierał jako katalizator roztwór bromku tetrabutyloamonowego (TBAB) w 1,2-dichloroetanie, anolit cykloheksen, który spełniał rolę akceptora wydzielającego się chloru, a katolit fenyloacetonitryl. Natężenie prądu wynosiło I=80 mA, a ładunek Q=2 F/mol. Produktu otrzymany został z wydajnością 16%.²¹

W oparciu o wcześniejszą literaturę¹³ Fedoryński i Jończyk¹⁴ przeprowadzili syntezę 1-cjano-1-fenylocyklopropanu w warunkach PTC. Do mieszanego roztworu zawierającego fenyloacetonitryl, 1-bromo-2-chloroetan oraz TEBA (użyty w ilości katalitycznej) dodawano 50% aq. roztwór NaOH. Stosunek molowy FAN: BCE: NaOH wynosił 1: 1.5: 6. Podczas wkraplania zasady temperatura mieszaniny samorzutnie wzrosła do 50°C. Po dodaniu całej ilości NaOH proces prowadzono dalej w temp. 50°C przez 5 godz.. Otrzymano produkt cykloalkilowania z wydajnością 62%.

2. Reakcje cykloalkilowania fenyloacetonitrylu 1,3-dichloro- i 1,3-dibromopropanem

Innowacyjną metodę otrzymywania 1-cyjano-1-fenylocyklopropanu, choć z mało zadawalającymi wynikami opisali Mąkosza i Serafinowa.¹² Synteza prowadzona była w obecności 50% aq. roztworu NaOH, katalizatora przeniesienia międzyfazowego TEBA w benzenie. Substraty organiczne użyte zostały w ilości równomolowej. Wydajność produktu wynosiła odpowiednio 8% i 26%. W przypadku reakcji z 1,3-dibromopropanem poza pochodną cyklobutanu powstawał produkt monoalkilowania 4-chloro-1-cyjano-1-fenylobutan.

Pochodną cyklobutanu otrzymano również poprzez gem-dilitofenyloacetonitryl. W wyniku reakcji 1,3-dichloropropanu z tą solą prowadzonej w temp. pokojowej przez 22 godz. otrzymano związek z wydajnością 41%.¹⁹

Zastosowanie układu NaH-DMSO do alkilowania nitryli zaproponował Bloomfield.²² W tym układzie Butler i Pollatz¹¹ przeprowadzili reakcję fenyloacetonitrylu z 1,3-dibromopropanem. Roztwór fenyloacetonitrylu i 1,3-dibromopropanu w bezwodnym Et₂O wkraplano w temp. 25-35°C do zawiesiny NaH w oleju mineralnym oraz DMSO (w razie konieczności naczynie reakcyjne chłodzono wodą z lodem). Reakcję prowadzono w atmosferze azotu. Pochodną cyklobutanu otrzymano z wydajnością 58%.

Próbowano otrzymać 1-cyjano-1-fenylocyklobutan w elektrolitycznym procesie według wcześniejszej pracy.²¹ Tak jak poprzednio zastosowano jako katodę folię platynową oraz pręt grafitowy - jako anodę. Roztwór elektrolitu zawierał TBAB, 1,3-dibromopropan fenyloacetonitryl oraz acetonitryl jako rozpuszczalnik. Natężenie prądu wynosiło I=80 mA, a ładunek Q=2,2 F/mol. Niestety wydajność tego procesu wynosiła jedynie 5%.²³

W zmodyfikowanym układzie dwufazowym zawierającym 60% aq. roztwór KOH (zamiast 50% aq. roztworu), katalizator TBAB zamiast TEBA i benzen uzyskano produkt cyklizacji z wydajnością 51%.¹⁵ W reakcji tej powstaje także produkt diallilowania. Związek ten powstaje przez alkilowanie fenyloacetonitrylu bromkiem allilu utworzonym przez eliminację bromowodoru z 1,3-dibrompropanu.

W nieco zmodyfikowanych warunkach katalizy międzyfazowej, w obecności 75% aq. roztworu KOH otrzymano produkt z wydajnością 61%. W reakcji tej powstaje także w niewielkiej ilości produkt monoallilowania fenyloacetonitrylu.¹⁶

2. Reakcje alkilowania fenyloacetylenu

Larcheveque²⁷ przeprowadził reakcję alkilowania fenyloacetylenu jodometanem oraz bromobutanem. Reakcja była prowadzona w obecności sproszkowanego litu w mieszaninie heksametylofosforotriamidu (HMPT) i benzenu. Do tej mieszaniny dodano fenyloacetylen, a następnie roztwór jodometanu w Et₂O lub 1-bromobutan w tetrahydrofuranie (THF). Reakcje prowadzone były w temp. wrzenia mieszaniny. Otrzymano 1-fenylopropyn z wydajnością 60%, a 1-fenyloheksyn, 73%.

Wykorzystując pochodną magnezoorganiczną przeprowadzono alkilowanie fenyloacetylenu t-bromobutanem w Et₂O. Do mieszaniny zawierającej bromek etylomagnezowy rozpuszczony w Et₂O i schłodzony do temp. 0°C dodano fenyloacetylen i całość ogrzewano i mieszano. Dodano t-bromobutan w schłodzonym Et₂O i reakcję prowadzono w temp. wrzenia rozpuszczalnika przez 20 godz. Wydajność 1-fenylo-3,3-dimetylobutynu wynosiła 50%.²⁸

Reakcję jodometanu z fenyloacetylenem przeprowadzono w układzie stały KOH - DMSO

Użyto 2-krotny molowy nadmiar jodometanu oraz 3-krotny nadmiar KOH_st. względem alkinu. Reakcję mieszano w temp. 18ºC przez 1.5 godz., a pochodną fenyloacetylenu otrzymano z wydajnością 80%.²⁹

Ponadto przeprowadzono tę reakcję bez użycia czynnika alkilującego i otrzymano trans-1,4-difenylobuten-3-yn z wydajnością 70%.²⁹

Alkilowanie fenyloacetylenu 1-bromo-3-metylobuta-1,2-dienem przeprowadzono w obecności dietyloaminy, katalizatora palladowego Pd[P(Ph)₃]₄ oraz kokatalizatora CuI. Reakcję prowadzono w atmosferze argonu, w temp. pokojowej przez 3 godz. Otrzymano produkt z wydajnością 78%.³⁰

Chong i Wong³¹ przeprowadzili alkilowanie fenyloacetylenu 1-bromodekanem w obecności kompleksu MeLiLiBr₂. Do fenyloacetylenu rozpuszczonego w THF dodano MeLiLiBr₂ rozpuszczony w ochłodzonym Et₂O. Mieszaninę reakcyjną schłodzono do 0°C i mieszano przez 15 min., następnie dodano 1-bromodekan w DMSO, całość mieszano w temp. pokojowej przez 3 godz. Wydajność 1-fenylododekynu wynosiła 85%.

Reakcję alkilowania fenyloacetylenu jodometanem przeprowadzono naświetlając mieszaninę ultradźwiękami. Zawiesinę litu w oleju mineralnym umieszczono w atmosferze suchego azotu, dodano THF, fenyloacetylen i mieszaninę poddano działaniu ultradźwięków (50-60Hz) przez 5 min. Następnie mieszaninę schłodzono do -78°C, dodano jodometan i całość mieszano w temp. pokojowej przez 30 min. Wydajność 1-fenylopropynu wynosiła 95%.³²

W 1987 opublikowano wyniki badań alkilowania fenyloacetylenu halogenkami allilowymi w obecności K₂CO₃ i katalizatora CuI oraz NaI w DMSO. Reakcję prowadzono w atmosferze argonu w temp. 20-45ºC w czasie od 40 do 100 min.³³

Wyniki reakcji przedstawiłem w Tabeli 1.

Tabela 1

R^1	R^2	X	Kat.	Temp. [°C]	Czas [min.]	Wydajność [%]
H	H	Br	CuI	20	40	83
CH3	CH3	Cl	CuI	40	80	94
CH3	Cl	Cl	CuI-NaI	45	100	92

Autorzy przedstawili również mechanizm tej reakcji.

Wykorzystując CuI oraz HMPT przeprowadzono reakcje fenyloacetylenu z podstawionymi halogenkami winylowymi. Reakcje prowadzono w atmosferze azotu w temp. 120°C przez 12-104 godz. (Tabela 2).³⁴

Tabela 2

R^1	R^2	X	Czas [godz.]	Wydajność [%]
H	C6H13	I	104	87
H	Ph	I	29	43
PhCH2	H	Br	12	52

Wykorzystując układ t-BuOK-DMSO przeprowadzono reakcję alkilowania fenyloacetylenu jodometanem. Jodometan użyto w 4-krotnym molowym nadmiarze, a zasadę w 3-krotnym molowym nadmiarze w stosunku do fenyloacetylenu. Do fenyloacetylenu rozpuszczonego w suchym DMSO dodano t-BuOK i mieszano w atmosferze azotu w temp. 15°C przez 3 godz. Zauważono efekt termiczny reakcji. Otrzymano 1-fenylopropyn z wydajnością 64%.³⁵

Przeprowadzono reakcję alkilowania fenyloacetylenu halogenkami arylowymi i winylowymi. W roli katalizatora wykorzystano PPh₃ oraz jako kokatalizator CuI, zasadą był K₂CO₃, a rozpuszczalnikiem N,N-dimetyloformamid (DMF). Składniki reakcji były mieszane atmosferze azotu w temp. 120°C (Tabela 3).^36,37

Tabela 3

RX	Czas [godz.]	Wydajność [%]
n-C6H13CH=CHI	10	96^a
PhCH=CHBr	24	88
PhBr	48	8
PhI	16	98
1-I-naftalen	24	84
2-I-naftalen	17	92
4-NO2C6H4Br	22	5
2-NO2C6H4Br	24	23^b
4-CH3C6H4I	24	95
4-ClC6H4I	24	92
4-NO2C6H4I	16	95
2-CH3OC6H4I	18	84
2-CH3O2CC6H4I	24	42
2-CH3O2CC6H4I	24	70^c
2-NH2C6H4I	41	78
PhCH=CHI	28	72^a
Ph(CH3)C=CHI	20	93
n-C5H11CH=CHI	5	92
i-C3H7CH=CHI	14	78

a) reakcja prowadzona w temp. 80°C

b) reakcję prowadzono w DMSO

c) dodano H₂O równomolowo względem RX

Badając reakcję fenyloacetylenu z jodobenzenem wobec K₂CO₃ w DMF, którą prowadzono w temp. 120ºC przez 5 godz. Określano zależność wydajności od użytego katalizatora fosfoniowego, jego stosunku względem CuI (Tabela 4), a także od rodzaju użytej soli miedzi (Tabela 5).³⁷

Tabela 4^a

Katalizator	Kat. / CuI	Wydajność 14a [%]	Nieprzereagowany jodobenzen [%]
--	--	6	91
PPh3	1.0	40	54
PPh3	2.0	50	44
PPh3	3.0	25	70
PPh3	4.0	21	77
PPh3	2.0	7	72
n-BuPPh2	2.0	12	80
n-Bu3P	2.0	ilości śladowe	95
P(OPh)3	2.0	6	91

a) warunki reakcji: jodobenzen (2.0 mmol), fenyloacetylen (2.0 mmol), CuI (0.1 mmol), K₂CO₃ (3.0 mmol),

DMF, 120°C, 5 godz.

Tabela 5^a

Ko-katalizator	Czas [godz.]	Wydajność [%]	Nieprzereagowany jodobenzen [%]
CuI	16	98	0
CuI	12	99^b	0
CuBr	16	95	3
CuCl	20	98	1
Cu2O	20	7	91
CuCl2	20	7	90
Cu(OAc)2	20	88	5

a) warunki reakcji: jodobenzen (2.0 mmol), fenyloacetylen (2.0 mmol), PPh₃ (0.2 mmol), K₂CO₃ (3.0 mmol),

DMF, 120°C, 5 godz.

b) reakcja prowadzona w DMSO

Na podstawie przeprowadzonych badań autorzy przedstawili możliwy mechanizm reakcji katalitycznego alkilowania alkinu halogenkami arylowymi. Reakcja biegnie poprzez kompleks miedzi z obojętnymi ligandami (PPh₃, rozpuszczalnik), który ulega dalszym przekształceniom.

Opisano katalityczne alkilowanie fenyloacetylenu 1-jodohept-1-enem wobec Pd[P(Ph)₃]₄. Syntezę przeprowadzono w pirolidynie w temp. 25°C w ciągu 10 min. Otrzymano 1-fenylonon-3-en-1-yn z wydajnością 95%.³⁸

Reakcję alkilowania fenyloacetylenu przeprowadzono bromkiem allilu wobec odczynnika Grignarda i CuI. Fenyloacetylen rozpuszczony w THF ochłodzono do temp. 0°C i dodano związek magnezoorganiczny w Et₂O, a następnie CuI. Do roztworu dodawano podczas mieszania bromek allilu. Reakcja trwała 6 godz., a wydajność otrzymanego 5-fenylopenten-4-ynu wynosiła 70%.³⁹

Alami i Ferri⁴⁰ przeprowadzili reakcje alkilowania fenyloacetylenu bromo i jodoheptynem w pirolidynie w obecności CuI użytego w ilości katalitycznej w temp. 20°C. W reakcji z bromozwiązkiem wykorzystano dodatkowo PdCl₂[P(Ph)₃]₂ jako kokatalizator. Otrzymano 1-fenylonona-1,3-diyn z wydajnością 66-95%.

W kolejnej pracy⁴¹ opisano reakcję fenyloacetylenu z 5-jodo-3,3-dimetylopent-1-enem w obecności n-butylolitu. W THF rozpuszczono fenyloacetylen i dodano n-butylolit w HMPT w temp. -78°C. Temp. mieszaniny samorzutnie wzrosła do 0ºC, po czym roztwór mieszano przez 20 min., ochłodzono do temp. -30°C, a następnie dodawano 1-jodo-3,3-dimetylopent-4-en. Temp. reakcji wzrosła do pokojowej i w takich warunkach mieszano roztwór przez 3 godz. Otrzymano 7-fenylo-3,3-dimetylohepten-6-yn z wydajnością 70%.

Reakcję alkilowania fenyloacetylenu 1-jododekanem i 1-bromopentanem przeprowadzono wobec n-butylolitu w mieszaninie heksanu z THF, a reakcję z bromopentanem dodatkowo wobec NaI. Do schłodzonego do temp. -78°C fenyloacetylenu w THF dodano n-butylolit w heksanie. Mieszaninę ogrzano do temp. pokojowej i dodano halogenoalkan oraz, w przypadku 1-bromopentanu, NaI. Reakcję mieszano i ogrzewno do wrzenia przez 12-16 godz. Wydajność 1-fenylododekynu wynosiła 99% a 1-fenyloheptynu, 86%.⁴²

Opisano alkilowanie fenyloacetylenu jodkami alkilowymi w benzenie. Czynnikiem kondensującym był Na zaś katalizatorem eter dibenzo-18-korona-6 (DB-18-k-6). W benzenie rozpuszczono fenyloacetylen oraz dodano Na, a następnie ogrzewano mieszaninę w temp. 60°C przez 1 godz., aż do pełnego przereagowania fenyloacetylenu. Po ochłodzeniu mieszaniny do temp. pokojowej, dodano jodoalkan oraz eter koronowy i reakcję mieszano w temp. 60°C przez 5 godz. Otrzymano produkty alkilowania fenyloacetylenu z wydajnościami 45-72%.⁴³

Autorzy artykułu przeprowadzili te same reakcje bez katalizatora. Nie otrzymano produktów z jodoetanem i propanem zaś z jodometanem wydajność reakcji wynosiła 56%.

1. Reakcje alkilowania fenyloacetylenu w warunkach PTC

Opisano reakcję alkilowania fenyloacetylenu w obecności stałego KOH oraz eteru 18-korona-6 (18-k-6) w benzenie. Czynnikami alkilującymi były jodometan, jodoetan i 1-jodooktan, a reakcję prowadzono w temp. 80°C przez 1 godz. Otrzymano produkty z wydajnościami 63-74%.⁴⁴

Przeprowadzono alkilowanie fenyloacetylenu w warunkach PTC halogenkami allilowymi w obecności K₂CO₃, CuI i chlorku tetra-n-butyloamoniowego (TBAC) jako katalizatorów w DMF, w atmosferze gazu obojętnego. Reakcje intensywnie mieszano w temp. 40°C przez 2-4 godz. Wydajności produktów wynosiły 75-90%.⁴⁵

Opisano alkilowanie fenyloacetylenu bromkiem allilu i 3,3-dimetyloallilu wobec 30-50% aq. roztworu NaOH, CuCl oraz TEBA w CH₂Cl₂. Reakcję prowadzono w atmosferze azotu w temp. 20°C przez 21-23 godz. otrzymując produkty z wydajnościami 89-90%.⁴⁶

Ponadto autorzy przedstawili możliwy mechanizm powyższych reakcji.

Przeprowadzono reakcję alkilowania fenyloacetylenu 1-bromopropanem w obecności stałego KOH oraz katalizatora przeniesienia międzyfazowego w toluenie. Badano wpływ ilości KOH i rodzaju katalizatora na wydajność procesu. Otrzymano 1-fenylopent-1-yn z wydajnościami 33-87%⁴⁷ (Tabela 6).

Tabela 6^a

KOH (mmol)	Katalizator		Temp. [°C]	Czas [godz.]	Wydajność [%]
		Rodzaj				(mmol)
20	18-k-6	0,2	85	4	33
40	18-k-6	0,2	70	4	66
40	18-k-6	0,2	110	4	71
40	N^+(C8H17)4Brˉ	0,2	80	4	58
60	PEG 1000^b	1,0	80	4	60
60	18-k-6	0,2	80	3	82
60	18-k-6	0,4	80	3	87
40 + Cs2CO3^c	18-k-6	0,2	70	4	73
40 + DMSO^d	18-k-6	0,2	80	4	81

a) warunki reakcji: fenyloacetylen (10 mmol), 1-bromopropan (20 mmol), toluen (5 ml)

b) PEG 1000 - glikolpolietylenowy o masie cząsteczkowej 1000 g/mol

c) dodano równomolowo

d) dodano 1 ml

W 2001 roku opisano alkilowanie fenyloacetylenu 1-bromopentanem w obecności n-butylolitu i jodku tetrabutyloamonowego (TBAI) w THF. Reakcję mieszano w temp. wrzenia rozpuszczalnika. Otrzymano 1-fenylohept-1-yn z wydajnością 90%.⁴²

3. Kondensacja Darzens'a halogenoestrów

1. Kondensacja Darzens'a w środowisku bezwodnym

Kondensacja Darzens'a wykorzystywana jest często w syntezie organicznej. Przy pisaniu tej pracy w dużej mierze opierałem się na artykule przeglądowym⁴⁹ oraz nowszej literaturze.

W niniejszej pracy badałem kondensację Darzens'a chlorooctanu t-butylu ze związkami karbonylowymi, dlatego opisałem tę kondensację z udziałem α-halogenoestrów.

W reakcja Darzens'a α-halogenoestrów z aldehydami lub ketonami powstają α,β-epoksy estry (estry glicydowe). Najczęściej używany czynnikiem kondensującym jest EtONa lub NaNH₂.

Estry glicydowe są interesujące głównie dlatego, że mogą być przekształcane w aldehydy i ketony o przedłużonym łańcuchu.

Pierwszą syntezę estru glicydowego przeprowadził Erlenmeyer⁵⁰ otrzymując ester etylowy kwasu β-fenylo-α,β-epoksypropionowego z benzaldehydu i chlorooctanu etylu w obecności Na. Jednak nazwa reakcji pochodzi od nazwiska chemika francuskiego Darzensa, który przeprowadził serie doświadczeń z chlorooctanem etylu oraz ketonami alifatycznymi i aryloalifatycznymi w obecności EtONa.^51-62 Claisen⁶³ stwierdził, że czynnikiem kondensującym może być NaNH₂.

Darzens^64-66 w kolejnych próbach przeprowadził kondensacje w nieco odmiennych warunkach. W obecności amalgamatu magnezu powstawał β-hydroksy-α-chloroester, który następnie w obecności EtONa został przekształcony w ester glicydowy. Reakcja ta biegnie z udziałem anionu enolanowego generowanego z α-chlorowcoestru.

Powstawanie estru glicydowego w wyniku kondensacji Darzens'a wymaga obecności zasady, która deprotonuje C-H kwas, jakim jest np. chlorooctan etylu. W wyniku ataku zasady na atom wodoru powstaje α-halokarboanion, który atakuje karbonylowy atom węgla aldehydu lub ketonu. Powstały karboanion halohydryny przekształca się nieodwracalnie w ester glicydowy.

Z wielu typów zbadanych aldehydów i ketonów tylko formaldehyd,⁵³ aldehydy alifatyczne⁵³ i kilka ketonów terpenowych⁵³ nie dało dobrych wyników. Aldehydy aromatyczne zawierające podstawniki alkilowe, alkoksylowe czy halogenowe dają produkty z dobra wydajnością. Tak samo jest w przypadku ketonów alifatycznych, wliczając w to ketony metylowe, cykliczne, α,β-nienasycone czy ketony arylowe i arylowoalkilowe.

Poza α-chloroestrami kondensację Darzens'a prowadzono z α-bromo i α-jodoestrami uzyskując stosunkowo dobre wyniki w reakcjach z α-bromoestrami.^67-70

Przeprowadzono reakcję izobutyrofenonu kolejno z chloro, bromo i jodooctanem etylu. W przypadku reakcji z chlorooctanem etylu powstawał β-fenylo-β-izopropylo-α,β-epoksypropionian etylu, w reakcji z jodooctanem etylu powstawał produkt alkilowania, ketoester. Gdy reakcja była prowadzona z bromooctanem etylu powstawała mieszanina tych dwóch produktów.⁷¹

Kondensacja Darzens'a zwykle prowadzona jest w temp. 5-10°C, w atmosferze gazu obojętnego. Temperatura reakcji wzrasta gdy dodawany jest czynnik kondensujący. Przeważnie stosowany jest nadmiar C-H kwasu oraz zasady względem związku karbonylowego. W niektórych reakcjach poza estrem glicydowym powstają inne produkty, jak α-ketoestry, α,β-nienasycone estry, a także produkty autokondensacji związków karbonylowych⁷² i halogenoestrów.⁷³ Jako zasadę najczęściej stosuje się EtONa lub NaNH₂,^74-77 rzadziej prowadzi się reakcje wobec NaH lub t-BuOK. Czasem reakcja jest prowadzona w obecności Na w obojętnym rozpuszczalniku.⁷⁸

Wpływ rozpuszczalnika na wydajność nie jest dokładnie przebadany. Lepszą wydajność uzyskano w kondensacji cykloheksanonu z α-chloropropionianem etylu bez rozpuszczalnika niż w Et₂O, benzenie czy mieszaninie benzen - frakcja heksanowa.⁷⁹ Natomiast w reakcji, w której stosowano metaliczny Na rekomendowano użycie aromatycznego węglowodoru. Powstały NaCl tworzy koloidalną warstwę i nie osadza się na Na, co nie powoduje spadku aktywności metalu.⁷⁸

W Tabeli 7 zestawiłem przegląd otrzymywanych estrów glicydowych. Typowa procedura otrzymywania tych estrów polega na dodaniu czynnika kondensującego do ochłodzonej mieszaniny aldehydu lub ketonu oraz chloroestru w rozpuszczalniku lub bez rozpuszczalnika.

Tabela 7

				Zasada^a	Wydajność [%]	Literatura
R^1	R^2	R^3	R^4
H	H	CH3	C2H5	A	20-30	53
CH3	H	CH3	C2H5	A	20-30	53
CH3	CH3	H	C2H5	A	60	51
CH3	CH3	H	C2H5	B	59^b, 47^c	63, 93
CH3	CH3	H	C2H5	C	53	93
CH3	CH3	H	C4H9CH(Et)CH2	A	46	87
CH3	CH3	C10H21	C2H5	A	70	62
C2H5	H	H	C2H5	A	20-30	53
C2H5	CH3	H	C2H5	A	56	76
C2H5	CH3	H	C2H5	B	34	101
C2H5	C2H5	H	C2H5	B	50	63
C3H7	CH3	H	C2H5	B	50	63
i-C3H7	H	H	C2H5	E	76	81
i-C4H9	H	CH3	C2H5	A	20-30	53
C5H11	H	H	C2H5	E	45	81
C6H13	CH3	H	C2H5	C	41	92
C7H15	CH3	H	C2H5	A	60-63	51
C9H19	CH3	H	C2H5	A	60-63	51, 97
i-Pr(CH2)3CH (Me)(CH2)3	CH3	H	C2H5	C	69	89
C4H7	CH3	H	C2H5	A	58^d	82
C6H11	CH3	H	C2H5	A	30^e, 45^f	90, 91
C4H3O	H	H	C2H5	A	96	80
C4H3O	H	CH3	C2H5	A	50, 73^g	53, 67
PhCH2	CH3	H	C2H5	A	60-63	51
Ph	H	H	CH3	A	54	84
Ph	H	H	C2H5	A	50	53
Ph	H	H	C2H5	B	25	63
Ph	H	H	C2H5	D	68	57
Ph	H	H	C2H5	E	70	81
Ph	H	CH3	C2H5	A	50, 71	53, 84
Ph	H	C2H5	C3H7	A	67	87
Ph	CH3	H	CH3	A	70	86
Ph	CH3	H	C2H5	A	60-64	51,88
Ph	CH3	H	C2H5	B	64	89
Ph	CH3	H	C2H5	D	82	57
Ph	CH3	H	C2H5	E	76	81
Ph	CH3	CH3	C2H5	A	35	84
Ph	C2H5	H	C2H5	A	42	77
Ph	C2H5	H	i-C3H7	A	58	87
Ph	C3H7	H	C2H5	A	60-63	51
Ph	Ph	H	C2H5	A	75^h	93,75,98
4-ClC6H4	H	H	C2H5	C	66	78
2-ClC6H4	H	CH3	CH3	A	70	67
4-CH3C6H4	H	CH3	C2H5	A	56	94
4-i-C3H7C6H4	H	CH3	C2H5	A	40	96
2-CH3OC6H4	H	CH3	CH3	A	75	67
3-CH3OC6H4	H	CH3	CH3	A	82	67
4-CH3OC6H4	H	C2H5	CH3	A	72	67
4-CH3OC6H4	H	i-C3H7	CH3	A	70^g	67
3,4-(CH2O2)C6H3	H	CH3	C2H5	A	48^g	93
(CH3O)2C6H3	H	CH3	CH3	A	70	67
4-CH3C6H4	CH3	H	i-C3H7	A	47	67
4-C2H5C6H4	CH3	H	C2H5	A	60-63	51
i-C4H9C6H4	CH3	H	C2H5	A	60-63	51
1-C10H7	CH3	H	C2H5	A	45	56
CH3OC10H6	C2H5	CH3	C2H5	D	71	57
(CH2)4		H	C2H5	A	41	83
(CH2)4		CH3	C2H5	A	35	85
(CH2)5		H	C2H5	A	65, 68^h	53, 85
(CH2)5		H	C2H5	E	76, 90	81, 99
(CH2)5		H	t-C4H9	D	82	57
(CH2)5		CH3	CH3	A	85	84
(CH2)5		CH3	C2H5	D	86	57
(CH2)5		CH3	t-C4H9	D	64	57
(CH2)2CHCH3(CH2)2		CH3	CH3	A	60	87
CH2CH(Ph)(CH2)3		CH3	C2H5	D	70	57
CH2CH(Ph)(CH2)		CH3	t-C4H9	D	61	57
CHCH2N(CH3)2(CH2)4		H	C2H5	A	43-58	86
HN(C(CH3)2CH2)2		H	C2H5	E	74	81

a) czynniki kondensujące to: A- alkoholan sodu odpowiadający grupie alkilowej w halogenoestrze, B- NaNH₂,

C- Na, D -t-BuOK w t-BuOH lub benzenie, E- NaH w acetonitrylu lub cykloheksanie

b) produkt zanieczyszczony był chloroestrem i chloroamidem

c) wydajność liczona była względem chloroestru

d) zastosowano mieszaninę estru etylowego i metylowego

e) reakcję prowadzono bez rozpuszczalnika

f) jako rozpuszczalnika użyto frakcję heksanu (T_wrz. 100-120ºC)

g) użyto α-bromoester

h) reakcje prowadzono w temp. -80ºC bez rozpuszczalnika

Ponadto przeprowadzono reakcje bromooctanu metylu z różnymi związkami karbonylowymi. Reakcje prowadzano wobec diisopropyloamidku litu (LDA) i InCl₃ w THF (Tabela 8).⁶⁹

Tabela 8

R^1	R^2	Wydajność [%]
Ph	H	80
Ph	CH3	27
C7H15	H	49
trans-PhCH=CH	H	23

W kolejnym artykule opisano wyniki reakcji związków karbonylowych z bromooctanem etylu i α-bromomaślanem etylu. Reakcje prowadzono w obecności LiN(SiMe₃)₂ w THF w temp. 70°C przez 2 godz. Wyniki reakcji zamieściłem w Tabeli 9.⁷⁰

Tabela 9

R^1	R^2	R^3	Wydajność [%]
CH3	H	C2H5	82
C2H5	H	C2H5	83
i-C3H7	H	C2H5	85
Ph	H	C2H5	86
CH3	CH3	C2H5	81
CH3	H	H	73
C2H5	H	H	72
(CH2)5		H	83

2. Kondensacja Darzens'a α-halogenoestrów w warunkach PTC

Kondensację Darzens'a w warunkach PTC chlorooctanu etylu z benzaldehydem prowadzono w układzie ciało stałe - ciecz, gdzie jako zasadę stosowano stały, bezwodny K₂CO₃ a jako katalizatora eter koronowy 18-k-6. Wydajność otrzymanego estru etylowego kwasu 2-fenyloglicydowego wynosiła 72%.¹⁰²

Następnie optymalizowano powyższą reakcję, zmieniając rodzaj i ilość katalizatora, temp., nadmiar chlorooctanu etylu, nadmiar zasady, czas i ilość rozpuszczalnika.¹⁰³ Stwierdzono, iż najlepszym katalizatorem tej reakcji jest 18-k-6, a pozostałe katalizatory użyte w badaniach można uszeregować względem zmniejszającej się aktywności: eter dicykloheksylo-18-korona-6 (DC-18-k-6) > eter dibenzo-18-korona-6 (DB-18-k-6) > Bu₄P⁺Brˉ > PhCH₂N⁺Et₃Brˉ. Optymalna temp. reakcji została określona na 130°C.

Badano wpływ kilkunastu katalizatorów na przebieg kondensacji Darzens'a chlorooctanu etylu z benzaldehydem.¹⁰⁴ Reakcję prowadzono z 5-krotnym molowym nadmiarem chlorooctanu etylu względem benzaldehydu, katalizatorem w ilości 1% molowego oraz 2-krotnym molowym nadmiarem K₂CO₃. Reakcje prowadzono w chlorobenzenie w temp. 132°C przez 4 godz (Tabela 10).

Tabela 10

Katalizator	Wydajność
Bez katalizatora	22±16
PhN^+Me3Cl^-	12±1
B-15-k-5^a	35±10
DB-18-k-6	25±10
18-k-6	35±4
TEBA	40±3
[(Me2N)3P=N=P(NMe2)3BF4	46±5
N^+Me4Br^-	82±7
PhCH2N^+Me3Br^-	69±5
Ph(CH2)2N^+Me3Br^-	70±6
Ph(CH2)3N^+Me3Br^-	92±4
Aliquat 336	48±1
{[(Me2N)3P=N]3PCl}PF6	52±5
As^+Ph4Br^-	93±1
N^+Et4Br^-	86±6
N^+Bu4Br^-	93±3
N^+Hep4Br^-	86±7
N^+Oct4Br^-	94±3

a) eter benzo-15-korona-5

Na szczególną uwagę zasługuje publikacja d'Incan i Seyden-Penne,¹⁰⁵ w której opisano kondensację estru t-butylowego kwasu chlorooctowego i α-chloropropionowego z benzaldehydem, prowadzoną w obecności 50% aq. roztworu NaOH i równomolowej ilości TBAB w CH₂Cl₂. Reakcje prowadzono w temp. 45°C, z chlorooctanem t-butylu przez 30 min. a z α-chloropropionianem t-butylu przez 3 godz. We wszystkich reakcjach w nadmiarze powstawał izomer Z, natomiast brak informacji o wydajności otrzymanych produktów.

Badano także reakcję estru etylowego kwasu chloro- i bromooctowego oraz chlorooctanu t-butylu z akroleiną i innymi α,β-nienasyconymi związkami karbonylowymi w obecności 9.5 N aq. roztworu NaOH, 5% molowych TEBA w CH₂Cl₂, w atmosferze azotu, lecz nie otrzymano żadnych produktów.¹⁰⁶ Takie wyniki reakcji tłumaczono zmniejszoną elektrofilowością atomu węgla grupy karbonylowej.

W Tabeli 11 zebrałem dane literaturowe dotyczące kondensacji Darzens'a α-halogenoestrów prowadzonych w warunkach PTC.

Tabela 11

α-halogeno ester	Związek karbonylowy	Kat.	Ilość kat. [%]	Zasada	Rozpuszcz.	Temp. [°C]	Czas [min.]	Lit.
ClCH2CO2Et	Benzaldehyd	18-K-6	1	K2CO3st.	bez rozpuszcz.	130	10	102
ClCH2CO2Et	Benzaldehyd	kilka kat.^a	1	K2CO3st.	o-ksylen	130	do 360	103
ClCH2CO2Et	Benzaldehyd	kilka kat.^b	1	K2CO3st.	PhCl	132	240	104
ClCH2CO2Et BrCH2CO2Et ClCH2CO2Bu^t	β,γ-nienasycone aldehydy i ketony	TEBA	0,1	NaOHaq.	CH2Cl2	0 tpok.	60 120	106
ClCH2CO2Bu^t CH3CH(Cl)CO2Bu^t	Benzaldehyd	TEBAB	100	50% NaOH	CH2Cl2	45	30	105

a) badano wpływ następujących katalizatorów: 18-k-6, DB-18-k-6 I DC-18-k-6 oraz dwóch soli oniowych:

Bu₄P⁺Brˉ i TBAB. Przeprowadzono także reakcję bez katalizatora

b) badano wpływ Ph₄As⁺Brˉ i kilku eterów koronowych

Badano wpływ rozpuszczalnika, temp. i obecności katalizatora na przebieg kondensacji Darzens'a chlorooctanu t-butylu z benzaldehydem (Tabela 12). Badano także wpływ podstawników obecnych w pierścieniu aromatycznym benzaldehydu na przebieg tej kondensacji (Tabela 13).¹⁰⁷

Tabela 12

Zasada	Katalizator	Rozpuszczalnik	Temp. [°C]	Czas [godz.]	Wydajność estru t-butylowego kwasu β-fenyloglicydowego [%]
50%aq.NaOH	TEBA	CH2Cl2	10-15	1	64
50%aq.NaOH	-	CH2Cl2	10-15	2	25
50%aq.NaOH	TEBA	-	10-15	1	26
50%aq.NaOH	TEBA	Benzen	10-15	1	63
50%aq.NaOH	TEBA	DMSO	10-15	1	3
NaOHst.	TEBA	CH2Cl2	-10	1	59

Tabela 13

R	Wydajność estru t-butylowego kwasu β-aryloglicydowego [%]
H	64
2-F	70
4-Cl	51
2-Cl	63
2-Me	73
3-Me	75
4-MeO	80

4. Reakcje karbenów

1. Generowanie dihalogenokarbenów - wiadomości podstawowe

Dihalokarbeny powstają w reakcji α-eliminacji w wyniku deprotonowania haloformu działaniem zasady, a następnie odczepienia anionu halogenowego z powstałego karboanionu trihalometylowego. Proces deprotonowania jest szybszy niż oderwanie anionu halogenkowego dlatego też, w niektórych reakcjach powstają obok produktów addycji karbenu, produkty alkilowania tego karboanionu.

Dihalogenokarbeny są cząsteczkami elektrofilowymi dlatego łatwiej ulegają reakcji addycji do alkenów posiadających podstawniki elektronodonorowe (EDG).

Jeśli w reakcji α-eliminacji wykorzystuje się t-BuOK wtedy wszystkie etapy wytwarzania dihalokarbenów są nieodwracalne.

Niestety reakcje otrzymywania gem-difluorocyklopropanów z difluorohalometanów i alkenów prowadzone przy użyciu t-BuOK przebiegają z niską wydajnością lub powstają inne produkty. Przyczyną jest niska reaktywność difluorokarbenu oraz jego reakcje z t-BuOK oraz t-BuOH:¹⁰⁸

W środowisku wodnym w obecności zasady dihalokarben ulega hydrolizie.

Z mieszanych haloformów w warunkach PTC powstaje mieszanina produktów ponieważ na etapie generowania halokarbenu może nastąpić wymiana atomu halogenu na inny halogen według schematu, w przypadku użycia t-BuOK powstaje jeden produkt podstawiony różnymi halogenkami:

2. Reakcje haloformów z alkenami

Przeprowadzono wiele reakcji haloformów z alkenami wobec t-BuOK^110-114, najczęściej w temp. 0ºC^{110, 111} lub w temp. pokojowej,^{112, 114} chociaż także w innych warunkach (temp. 35ºC¹¹³). Jako rozpuszczalniki stosowano, pentan, cyklopentan, a także prowadzono je bez rozpuszczalnika. Tabela 14 zawiera wyniki reakcji zebrane z literatury.

Tabela 14

R^1	R^2	R^3	R^4	X	Wydajność [%]	Lit.
C4H9	H	H	H	Br	14	110
s-C4H9	H	H	H	Br	52	112
C6H13	H	H	H	Br	44	111
C6H13	H	H	H	Cl	15	111
CH2=CH	H	H	H	Br	72	110
Ph	H	H	H	Br	37, 55	110, 111, 112
PhCH2	H	H	H	Br	13	110
CH3	CH3	H	H	Br	90	112
Ph	Ph	H	H	Br	54	111
Ph	Ph	H	H	Cl	60	111
CH3	H	CH3	H	Br	65, 80, 28	110, 111, 112
i-C3H7	H	CH3	H	Br	61	114
C2H5OCH2	H	CH3	H	Br	68	111
Ph	H	Ph	H	Br	66, 63	110, 112
CH3	H	H	CH3	Br	90	112
4-CH3OC6H4	H	H	CH3	Br	47	110
CH3	CH3	CH3	H	Br	66, 84, 50	110, 111, 112
CH3	CH3	CH3	H	Cl	70	111
CH3O	CH3	H	CH3	Br	80	114
CH3	CH3	CH3	CH3	Br	54, 80, 60	110, 111, 112
CH3	CH3	CH3	CH3	Cl	78	111
i-C3H7	CH3	CH3	CH3	Br	35	114
CH3O	CH3	CH3	CH3	Br	76	114
CH3O	CH3O	CH3	CH3	Br	50	114
-(CH2)3-		H	H	Br	54, 42	110, 111
-(CH2)3-		H	H	Cl	20	111
-(CH2)3-		H	H	I	50	111
-(CH2)4-		H	H	Br	43, 73, 35	110, 111, 112
-(CH2)4-		H	H	Cl	18	112
-(CH2)4-		H	H	I	34	113
-(CH2)5-		H	H	Br	58	111
-(CH2)5-		H	H	I	40	113
-(CH2)6-		H	H	Br	65	111
-(CH2)6-		H	H	I	69	113
-(CH2)2CH=CH(CH2)2-		H	H	I	63	113

Wiele reakcji addycji dihalokarbenów do podstawionych alkenów zostało przeprowadzonych wobec tlenku etylenu, katalizatorów TBAB lub TBAC w temp. 100-220ºC.^115-117 Proces wytwarzania dihalokarbenów w tych warunkach przebiega według poniższego mechanizmu:¹¹⁵

W Tabeli 15 zestawilem gem-dihalocyklopropany otrzymane wyżej opisaną metodą.

Tabela 15^a

R^1	R^2	R^3	R^4	HCX3	Wydajność [%]	Literatura
H	H	H	H	HCCl3	8	116
CH3	H	H	H	HCCl2F	15	116
CH3	H	H	H	HCCl3	26	116
C2H5	H	H	H	HCCl3	27	116
C3H7	H	H	H	HCCl3	32^b	116
n-C4H9	H	H	H	HCCl3	36	116
C8H17	H	H	H	HCCl3	45^b	116
CH3O	H	H	H	HCClF2	45, 52^d	115
CH2=CH	H	H	H	HCClF2	56, 48^d	115
Ph	H	H	H	HCCl3	54^c	116
Ph	H	H	H	HCCl2F	45^c	116
Ph	H	H	H	HCClF2	66, 69^d	115
CH3	CH3	H	H	HCCl3	50	116
CH3	CH3	H	H	HCClF2	54, 54^d	115
C2H5	CH3	H	H	HCCl3	60^b	116
C2H5	CH3	H	H	HCClF2	58, 49^d	115
CH3	H	CH3	H	HCCl3	72	116
CH3	H	CH3	H	HCCl2F	39	116
CH3	H	CH3	H	HCClF2	13; 46, 85^d	116, 115
C2H5	H	C2H5	H	HCCl3	51	116
CH3O	H	CH3	H	HCClF2	90, 73^d	115
ClCH2	H	CH3	H	HCCl3	30	116
CH2=CH	H	CH3	H	HCClF2	51, 85^d	115
Ph	H	CH3	H	HCCl3	83	116
Ph	H	CH3	H	HCClF2	71, 65^d	115
Ph	H	Ph	H	HCCl3	71	116
Ph	H	Ph	H	HCCl2F	30	116
Ph	H	Ph	H	HCClF2	85	115
CH3	H	H	CH3	HCCl3	84	116
CH3	H	H	CH3	HCClF2	49^d	115
CH3	CH3	CH3	H	HCCl2F	25^e	117
CH3	CH3	CH3	H	HCClF2	84^d,62	115, 117
C2H5	CH3	CH3	H	HCCl2F	0	117
C2H5	CH3	CH3	H	HCClF2	95	117
(CH3)2C=CH	CH3	CH3	H	HCClF2	30	117
CH3	CH3	CH3	CH3	HCCl2F	0,2^f	117
CH3	CH3	CH3	CH3	HCClF2	84, 72^d; 100	115, 117
-(CH2)4-		H	H	HCCl3	78	116
-(CH2)4-		H	H	HCCl2F	45	116
-(CH2)4-		H	H	HCClF2	29	116
-(CH2)6-		H	H	HCCl3	73	116
-(CH2)6-		H	H	HCCl2F	59	116

a) reakcje prowadzone były wobec TBAB i tlenku etylenu

b) reakcja prowadzona z dodatkiem hydrochinonu

c) reakcja prowadzona z dodatkiem 4-t-butylo-1,2-dihydroksybenzenu

d) reakcję prowadzono wobec TBAC i chlorometylooksiranu

e) powstaje również 8% Z-3-fluoro-2-metylopenta-1,3-dien

f) powstaje 3-fluoro-2,4-dimetylopenta-1,3-dien (27%) oraz eter chloroetylowo 4-(2-chloroetoksy)-3-fluoro-2,4-

dimetylopent-2-enowy (6%)

W kolejnej pracy przeprowadzono reakcję chloroformu z cykloheksenem, który występował także w roli rozpuszczalnika. Jako zasadę użyto metanolan sodu. Otrzymano 7,7-dichlorobicyklo[4.1.0]heptan z wydajnością 38%.¹¹⁸

Wykorzystując CH₃Li∙LiBr w Et₂O oraz BuLi·LiBr w heksanie przeprowadzono addycję chlorofluorokarbenu do alkenów. Reakcje prowadzono z nadmiarem alkenu w temp. 15˚C przez kilka godz. Wyniki tych reakcji zawiera Tabela 16.¹¹⁹

Tabela 16

R^1	R^2	R^3	R^4	Wydajność [%]
C2H5O	H	H	H	18
C3H7O	H	H	H	18
C5H11	H	H	H	11
C3H7	C3H7	H	H	11
C3H7	H	H	C3H7	12
CH3	H	H	Ph	38
CH3	CH3	CH3	CH3	45
-(CH2)4-		H	H	21

W roku 1982 przeprowadzono reakcje chloroformu z wybranymi alkenami wobec 10% aq. roztwór NaOH stosując ultradźwięki. Reakcje prowadzono mieszając reagenty w zależności od budowy alkenu od 0.7 do 6.5 godz w temp. 40ºC (Tabela 17).¹²⁰

Tabela 17

Alkeny				Czas [godz.]	Wydajność [%]
R^1	R^2	R^3	R^4
C4H9	H	H	H	3.0	62
C6H13	H	H	H	6.5	81
Ph	H	H	H	1.0 16.0 20.0	96 31^a 38^b
CH3	H	C3H7	H	1.8	80
CH3	H	C4H9	H	1.0	96
Ph	H	CH3	H	1.5	97
CH3	CH3	CH3	CH3	0.7	74
-(CH2)4-		H	H	3.0	93
-(CH2)6-		H	H	5,0	99

a) reakcja przeprowadzona bez naświetlania ultradźwiękami

b) reakcja przeprowadzona bez mieszania

3. Reakcje haloformów z alkenami w warunkach PTC

Mąkosza i Wawrzyniewicz,¹⁴² jako pierwsi przeprowadzili w warunkach PTC reakcje haloformów z podstawionymi alkenami wobec TEBA i 50% aq. roztworu NaOH.

Najczęściej reakcje te prowadzono z wykorzystanniem jako katalizatorów TEBA, DB-18-k-6 oraz Cetrimidu [C₁₆H₃₃N⁺(CH₃)₃Br^-] oraz stosując 50% aq. roztwór NaOH. Rozpuszczalnikiem w tych reakcjach były najczęściej haloform lub chlorek metylenu. Syntezę prowadzono przeważnie w temp. 0-25ºC przez kilka godz.^121-128,142 Niektóre wyniki tych reakcji zaprezentowałem w Tabeli 18.

Tabela 18

Alken

X

Y

Kat.

Wydajność [%]

Lit.

R^1

R^2

R^3

R^4

t-C4H9

H

H

H

J

Cl

TEBA

56^a

123

t-C4H9

H

H

H

J

J

TEBA

-

123

C5H11

H

H

H

Br

Cl

DB-18-k-6

60

124

C3H7OCH2

H

H

H

Cl

Cl

TEBA

64

142

C4H9O

H

H

H

Cl

Cl

TEBA

71

142

CH3CO2

H

H

H

Cl

Cl

TEBA

69

122

C2H5CO2

H

H

H

Cl

Cl

TEBA

85

122

CN

H

H

H

Cl

Cl

TEBA

42^b

122

Ph

H

H

H

Cl

Cl

TEBA

80

142

Ph

H

H

H

J

Cl

TEBA

49^a

123

Ph

H

H

H

J

J

TEBA

21

123

Ph

H

H

H

Br

Cl

DB-18-k-6

72

124

PhCH2

H

H

H

Br

Cl

DB-18-k-6

62

124

4-ClC6H4

H

H

H

J

Cl

TEBA

-

123

4-ClC6H4

H

H

H

J

J

TEBA

59

123

(CH3)3Si

H

H

H

Cl

Cl

TEBA

50

121

(CH3)3SiCH2

H

H

H

Cl

Cl

TEBA

73

121

C3H7

C2H5

H

H

Br

Cl

DB-18-k-6

44

124

CH3

H

CO2C4H9

H

Br

Cl

DB-18-k-6

46

124

C2H5

H

CH3

H

J

Cl

TEBA

65^a

123

C2H5

H

CH3

H

J

J

TEBA

4

123

C2H5

H

C2H5

H

Cl

Cl

Cetrymid^g

73

126

C8H17

H

Br

H

Br

Br

Cetrymid

61

126

C8H17

H

Br

H

Cl

Cl

Cetrymid

58

126

COCH3

H

CH3

H

Br

Br

TEBA

79

125

CO2CH3

H

CH3

H

Cl

Cl

TEBA

8^c

125

CO2CH3

H

CH3

H

Br

Br

TEBA

45^d

125

CO2C2H5

H

CH3

H

Br

Br

TEBA

78^e

125

CO2C4H9

H

CH3

H

Br

Br

TEBA

87

125

CO2C4H9

H

Ph

H

Cl

Cl

TEBA

95

125

CO2C4H9

H

Ph

H

Br

Br

TEBA

93

125

Ph

H

CH3

H

Br

Cl

DB-18-k-6

76

124

Ph

H

CH3O

H

Cl

Cl

TEBA

22

127

Ph

H

C2H5O

H

Cl

Cl

TEBA

50

127

Ph

H

C3H7O

H

Cl

Cl

TEBA

50

127

Ph

H

i-C3H7O

H

Cl

Cl

TEBA

36

127

Ph

H

t-C4H9O

H

Cl

Cl

TEBA

23

127

Ph

H

Cl

H

Cl

Cl

TEBA

28

127

Ph

H

Br

H

Cl

Cl

TEBA

22

127

Ph

H

Ph

H

J

Cl

TEBA

59

123

Ph

H

Ph

H

J

J

TEBA

20

123

Ph

H

H

Ph

J

J

TEBA

2

123

s-C4H9

H

Br

H

Br

Br

Cetrymid

79

126

s-C4H9

H

Br

CH3

Cl

Cl

Cetrymid

89

126

COCH3

H

CH3

CH3

Br

Br

TEBA

61

125

CO2C2H5

H

CH3

CH3

Br

Br

TEBA

60

125

CO2C2H5

H

CH3

Ph

Cl

Cl

TEBA

0^f

125

CO2C2H5

H

CH3

Ph

Br

Br

TEBA

6

125

CH3

CH3

CH3

H

Cl

Cl

TEBA

60

142

CH3

CH3

CH3

H

Br

Cl

DB-18-k-6

43

124

CH3

CH3

CH3

CH3

Br

Cl

DB-18-k-6

48

124

CH3

CH3

CH3

CH3

Cl

Cl

Cetrymid

64

126

CH3

CH3

Br

CH3

Br

Br

Cetrymid

68

126

CH3

Br

Br

CH3

Cl

Cl

Cetrymid

55

128

CH3

Br

Cl

CH3

Cl

Cl

Cetrymid

57

128

CH3

Cl

Cl

CH3

Br

Br

Cetrymid

42

128

CH3

Cl

Cl

CH3

Cl

Cl

Cetrymid

57

128

C2H5

Br

Br

C2H5

Cl

Cl

Cetrymid

53

128

C2H5

Br

Cl

C2H5

Cl

Cl

Cetrymid

55

128

C2H5

Cl

Cl

C2H5

Br

Br

Cetrymid

71

128

C2H5

Cl

Cl

C2H5

Cl

Cl

Cetrymid

55

128

C3H7

Br

Br

C3H7

Cl

Cl

Cetrymid

67

128

C3H7

Br

Cl

C3H7

Cl

Cl

Cetrymid

53

128

C3H7

Cl

Cl

C3H7

Br

Br

Cetrymid

53

128

C3H7

Cl

Cl

C3H7

Cl

Cl

Cetrymid

61

128

COCH3

CH3

CH3

CH3

Br

Br

TEBA

21

125

COC3H7-i

CH3

CH3

CH3

Br

Br

TEBA

30

125

Ph

CH3

Cl

CH3

Cl

Cl

TEBA

38

127

Ph

Cl

CH3O

Cl

Cl

Cl

TEBA

33

127

-(CH2)3-

H

H

Cl

Cl

TEBA

60

121

-(CH2)4-

H

H

Cl

Cl

TEBA

70

121

-(CH2)4-

H

H

Cl

Cl

TEBA

72

142

-(CH2)4-

H

H

J

Cl

TEBA

53^a

123

-(CH2)4-

H

H

J

J

TEBA

-

123

-(CH2)4-

H

H

Br

Cl

DB-18-k-6

64

124

-(CH2)6-

H

H

Br

Cl

DB-18-k-6

61

124

-(CH2)6-

H

H

Cl

Cl

TEBA

70

121

-(CH2)2CH=CH(CH2)2-

H

H

Br

Cl

DB-18-k-6

58

124

-(CH2C(i-C2H5)CH2CO)-

H

H

Br

Br

TEBA

67

125

-(CH2C(i-C2H5)CH2CO)-

H

H

Cl

Cl

TEBA

87

125

Cl

Cl

TEBA

70

121

Cl

Cl

TEBA

70

121

a) powstaje mieszanina izomerów

b) powstaje 13% 1,1,1-trichloro-2-cjano-2-metylocyklopropanu

c) powstaje 60% kwasu 1-metylo-2,2-dichlorocyklo propanokarboksylowego i kwas metakrylowy

d) powstaje 35% kwasu 1-metylo-2,2-dibromocyklo propanokarboksylowego

e) powstaje 5% kwasu 1-metylo-2,2-dibromocyklo propanokarboksylowego

f) powstaje 8% kwasu 1-metylo-3-fenylo-2,2-dichloro cyklopropanokarboksylowego

g) Cetrymid- C₁₆H₃₃N⁺(CH₃)₃Br^-

W kolejnej pracy opisano wykorzystanie ultradźwięków, mieszaninę bromoformu, czterochlorku węgla i alkenów, a jako zasadę stosowano sproszkowany NaOH oraz TEBA jako katalizator. Reakcje prowadzono w temp. 30ºC przez 25 min. Stosowano naświetlanie ultradźwiękami o następujących parametrach 250 W i 33 kHz. W reakcjach tych jako główne produkty powstawały 1-bromo-1-chlorocyklopropany, a także 1,1-dibromo- i 1,1-dichlorocyklopropany. Niestety autorzy artykułu nie wyjaśnili mechanizmu tej reakcji (Tabela 19).¹²⁹

Tabela 19

R^1	R^2	R^3	Stosunek adduktów wg GC			Wydajność [%]^a
							:CBrCl	:CBr2	:CCl2
C4H9	H	H	48	31	21	94
C5H11	H	H	53	30	17	92
Ph	H	H	50	22	28	97
Ph	H	CH3	53	24	23	97
-(CH2)4-		H	53	24	23	95

a) wydajność całkowita trzech produktów

Przeprowadzono reakcje chloroformu z cykloheksenem, styrenem oraz 1-heksenem wobec stałego KOH badając wpływ rodzaju i ilości katalizatora oraz rodzaju rozpuszczalnika na wydajność procesu. Jako katalizatory używano kaliks[6]aren (A), 1-(p-t-butylofenylo)-1,4,7,10-tetraoksoundekan (B), a także 18-k-6. Reakcje prowadzono w temp. 40ºC w czasie od 4 do 20 godz. otrzymując produkty z wydajnościami zależnymi od warunków reakcji i budowy alkenu. Poniżej podałem wyżej wymienione katalizatory, a w Tabeli 20 zestawiłem warunki i wyniki reakcji.¹³⁰

Tabela 20^a

R^1	R^2	Kat.	Stosunek alken / kat.	Rozpuszcz.	Czas [godz.]	Wydajność [%]
C4H9	H	A	34	CH2Cl2	6	71
C4H9	H	-	-	CH2Cl2	6	<1
-(CH2)4-		A	23	CH2Cl2	6	79
-(CH2)4-		A	90	CH2Cl2	6	69
-(CH2)4-		A	90	CH2Cl2, H2O 50:1^b	6	68
-(CH2)4-		A	90	CH2Cl2, H2O 10:1^b	6	40
-(CH2)4-		A	90	CH2Cl2, H2O 10:1^b	4	14
-(CH2)4-		A	90	Benzen	6	13
-(CH2)4-		A	90	ClCH2CH2Cl	6	67
-(CH2)4-		A	90	CH3CN	6	85
-(CH2)4-		A	90	-	6	38
-(CH2)4-		B	14	CH2Cl2	6	27
-(CH2)4-		18-K-6	10	CH2Cl2	6	98
-(CH2)4-		-	-	CH2Cl2	20	2
Ph	H	A	18	CH2Cl2	6	82
Ph	H	A	18	CH2Cl2, H2O 10:1^b	6	58
Ph	H	-	-	CH2Cl2	6	11

a) reakcje prowadzono z 10 mmolami alkenu, 50 mmolami HCCl₃, 50 mmolami KOH_st. w temp. 40şC

b) stosunek objętościowy

W kolejnym artykule opisano reakcje chloroformu ze styrenem lub cykloheksenem wobec katalizatora Zr(HPO₄)₂·O₂PCH₂NEt₂CH₂PhCl·H₂O (ZBEPC-ZP) i 50% aq. roztworu NaOH.¹³¹

Na szczególna uwagę zasługuje artykuł z roku 1995, w którym autorzy przeprowadzają reakcje chloroformu z wybranymi alkenami w obecności 40% aq. roztworu NaOH oraz nowego rodzaju katalizatora międzyfazowego z dwoma miejscami aktywnymi chlorek 2-benzylideno-N,N,N,N',N',N'-heksaetylo-1,3-diaminopropan (DiquatCl) w ilości 3% molowych w stosunku do alkenu. Reakcje prowadzono w temp. 45ºC przez 24 godz. (Tabela 21).¹³²

Tabela 21

R^1	R^2	Stopień konwersji [%]
				po 8 godz.	po 24 godz.
C4H9O	H	100	100
Ph	H	60	93
4-CH3C6H4	H	98	100
-(CH2)4-		98	100
-(CH2)3O-		100	100
a		99	100

a) produkt reakcji: 4,4'-dichlorotetracyklo [6.2.1.0^2,7.0^3,5]undec-9-en

W kolejnej pracy wykorzystano DiquatBr, a także 40% aq. roztwór NaOH. Reakcje prowadzono w temp. 45ºC przez 20 min. Dla porównania wykonano te same reakcje z TEBA i TBAB. Otrzymane wyniki zebrałem w Tabeli 22.¹³³

Tabela 22

R^1	R^2	Stopień konwersji [%]
				DiquatBr	TEBA	TBAB
C3H7	H	90	61	52
C6H13	H	97	75	59
C8H17	H	94	79	52
C10H21	H	95	72	53
PhCO2CH2	H	84	58	40
Ph	H	98	76	38
4-ClCH2C6H4	H	95	87	65
-(CH2)3-	H	92	79	50
-(CH2)4-	H	100	90	50
-(CH2)6-	H	100	88	57
-c-C5H8-	H	70	51	41
a		95	73	57

a) produkt reakcji:4,4'-dichlorotetracyklo [6.2.1.0^2,7.0^3,5]undec-9-en

4. Reakcje monohalogenokarbenów z alkenami

Do generowanie halogenokarbenu z dihalometanu potrzebna jest mocniejsza zasada niż do dihalogenokarbenu z haloformu. Ponadto z reakcją α-eliminacji halogenowodoru z dihalometanu konkuruje reakcja S_N2 w wyniku czego powstaje produkt alkilowania. W reakcjach tego rodzaju używa się bardzo silnej zasady, która jest zarazem słabym nukleofilem takiej jak np. butylolit.

Natomiast w typowych warunkach katalizy przeniesienia międzyfazowego nie udaje się przeprowadzić takiej reakcji. Podwyższona temp, stężony aq. roztwór NaOH oraz katalizator międzyfazowy powodują jedynie powolną hydrolizę dihalogenometanu.¹³⁵

Przeprowadzono reakcje addycji chlorokarbenu do wybranych alkenów. Reagenty używano w stosunku molowym: alken, chlorek metylenu, butylolit - 2-6:3:1. Reakcje prowadzono w temp. -45-(-35)ºC do momentu zakończenia wytrącania się LiCl (Tabela 23).¹³⁶

Tabela 23

R^1	R^2	R^3	R^4	Cis/trans	Wydajność [%]
C3H7	H	H	H	3,4	10, 25^a
CH3	CH3	H	H	5,5	30
CH3	H	CH3	H	-	44, 50^a
CH3	H	H	CH3	-	32, 40^b
CH3	CH3	CH3	H	1,6	50
CH3	CH3	CH3	CH3	-	67
-(CH2)4-		H	H	3,2	25, 31^c, 48^d

a) MeLi zamiast n-Buli w temp. 30şC

b) stosunek reagentów alken, chlorek metylenu, n-BuLi: 5:3:1

c) stosunek reagentów alken, chlorek metylenu, n-BuLi: 4:3:1

d) stosunek reagentów alken, chlorek metylenu, MeLi: 6:3:1

Ponadto zaproponowano mechanizm reakcji konkurencyjnej chlorokarbenu z butylolitem. Chlorokarben jest silnym elektrofilem i po ataku na butylolit biegnie eliminacja LiCl według schematu:

W kolejnym artykule przedstawiono wyniki badań reakcji dibromo i dichlorometanu z alkenami prowadzonej w obecności [(CH₃)₃Si]₂NNa w pentanie w temp. od -30 do 55ºC przez 24 godz. Wydajność halocyklopropanów w zależności od budowy użytego alkenu wynosiła 5-54%. W Tabeli 24 zestawiłem wyniki reakcji.¹³⁷

Tabela 24

R^1	R^2	R^3	R^4	CH2X2	Temp. [ºC]	Cis/ trans	Wydajność [%]
Ph	H	H	H	Br	tpok.	-	25
Ph	H	H	H	Cl	0	2,12	40
CH3	C2H5	H	H	Br	tpok.	3	30
CH3	CH3	CH3	H	Br	tpok.	-	50
CH3	CH3	CH3	CH3	Br	tpok.		45
-(CH2)4-		H	H	Br	tpok.	1,5	40
-(CH2)4-		H	H	Br	0	1,5	40
-(CH2)4-		H	H	Br	70	1	30
-(CH2)4-		H	H	Br	-30-(-10)	1,1	5
-(CH2)4-		H	H	Br	55	1,3	30^a
-(CH2)6-		H	H	Br	tpok.	20	40^b
-(CH2)6-		H	H	Cl	tpok.	2,35	54

a) wykorzystano w tej reakcji [(CH₃)₃Si]₂NK

b) wykorzystano w tej reakcji [(CH₃)₃Si]₂NLi

Zbadano również selektywność generowania bromo- i chlorokarbenu z bromochlorometanu oraz ich reakcje z z cyklooktenem, na którą wpływ miał rodzaj silikoamidku. Posłużono się bis-trimetylosiliko amidkiem sodu, potasu i litu. Reakcje przeprowadzono w temp. pokojowej w czasie 24 godz. (Tabela 25).

Tabela 25

	Stosunek halocyklopropanów na podstawie GLC [%]
M	7-bromobicyklo[6.1.0]nonan	7-chlorobicyklo[6.1.0]nonan
Na	5	95
K	2	98
Li	13	87

W takich samych warunkach (temp. pokojowa, 24 godz.) przeprowadzono addycję bromokarbenu (Tabela 26).¹³⁸

Tabela 26

Produkt	R^1	R^2	R^3	endo/ exo	Wydajność [%]
42a	CH3	CH3	H	-	-
42b	-(CH2)3-		H	tylko exo	5
41f	-(CH2)4-		H	2.1:1	34
42c	-(CH2)4-		CH3	-	-
42d	-(CH2)5-		H	2:1	15
42e	-(CH2)8-		H	tylko endo	29
42f	-(CH2)10-		H	tylko endo	26
42g	-(CH=CH-(CH2)4)-		H	-	-
42h	-(CH2)2CH=CH(CH2)2-		H	-	-

4. WYNIKI WŁASNE

W rozdziale tym opisuję moje badania nad reakcjami cykloalkilowania fenyloacetonitrylu, alkilowania fenyloacetylenu, kondensacją Darzens'a chlorooctanu t-butylu z wybranymi związkami karbonylowymi oraz addycją mono- i dihalokarbenów do alkenów. Planowałem prowadzić te reakcje w warunkach PTC w układach ciało stałe - ciecz w obecności sproszkowanego CsOH lub KOH i układzie ciecz - ciecz w obecności stężonego wodnego roztworu KOH oraz katalizatora przeniesienia międzyfazowego, którym był przeważnie TBAB. Planowałem również niektóre reakcje przeprowadzić w układzie dwufazowym bez użycia katalizatora..

Ze względu na to, iż KOH i CsOH są mocniejszymi zasadami niż NaOH, powinny one umożliwić przeprowadzenie planowanych przeze mnie reakcji lub podwyższyć wydajność produktów.

Wodorotlenki litowców rozpuszczają się dobrze w wodzie z wydzieleniem znacznej ilości ciepła (energia hydratacji). W roztworach wodnych ulegając całkowicie dysocjacji stanowią układ hydratowanych jonów (kationów metalu i anionów hydroksylowych) dzięki czemu należą do stosunkowo mocnych zasad. Oczywiście wraz ze zmianą kationu zmienia się również jego energia hydratacji, która maleje ze wzrostem promienia Paulinga metalu. Przejście jonu z sieci krystalicznej do roztworu, w którym ulega on hydratacji, jest tym łatwiejsze im mniejsza jest energia sieci.^24-26 W Tabeli 1 i 2 zamieściłem odpowiednie dane fizykochemiczne.

Tabela 1. Dane dotyczące jonów Na⁺, K⁺, Cs⁺

	Na^+	K^+	Cs^+
Promień Paulinga [Å]	0.96	1.33	1.69
Energia sieci krystalicznej [kJmol^-1]	108.8	90.2	79.0
Energia hydratacji [kJmol^-1]	409	322	264

Tabela 2. Rozpuszczalność MOH w H₂O (w g MOH na 100 g H₂O) w temp. 20°C

MOH	NaOH	KOH	CsOH^a
rozpuszczalność	107	112	400

a) brak informacji dotyczącej temp.

Z analiz powyższych danych wynika, iż w serii kationów Na⁺, K⁺, Cs⁺ wraz ze wzrostem promieni Paulinga maleje energia sieci i hydratacji. Na skutek tego rozpuszczalność CsOH w wodzie jest dużo większa niż rozpuszczalność KOH albo NaOH. Jest on jednak zdecydowanie mocniejszą zasadą niż KOH czy najsłabsza spośród nich NaOH.

1. Cykloalkilowanie fenyloacetonitrylu

W oparciu o dane literaturowe^21,22 postanowiłem przeprowadzić reakcje cykloalkilowania FAN wobec CsOH w benzenie a jako katalizator użyć TBAB w ilości 5% molowych w stosunku do fenyloacetonitrylu. Zamierzałem nie tylko sprawdzić możliwość zastosowania CsOH w warunkach PTC, chciałem także przekonać się czy użycie tak mocnej zasady pozwoli na wydajne alkilowanie FAN dihaloalkanami. Oczekiwałem, że reakcja będzie przebiegała według następującego równania:

1. Reakcja fenyloacetonitrylu z 1,2-dichloroetanem

Próby otrzymania 1-cyjano-1-fenylocyklopropanu (1) rozpocząłem od sprawdzenia możliwości użycia 1,2-dichloroetanu. Reagenty oraz zasadę użyłem w następującym stosunku molowym: FAN/ 1,2-dichloroetan/ CsOHH₂O - 1:1.05:4. Jako katalizator użyłem TBAB w ilości 5% molowych w stosunku do FAN. Reakcję przeprowadziłem w temp. pokojowej, a jej przebieg kontrolowałem przez analizę pobieranych próbek metodą chromatografii gazowej (GC). Ponieważ po 6 godz. mieszania w temp. pokojowej nie pojawiły się inne sygnały niż substratów kontynuowałem reakcję w temp. 50°C. Metodą GC stwierdziłem, że w mieszaninie zaczęły pojawiać się nowe związki. Reakcję prowadziłem przez 7 godz.. Kontynuowanie procesu nie prowadziło do wzrostu zawartości produktu w mieszaninie reakcyjnej. Stwierdziłem, że w mieszaninie znajdowało się 25% 1-cyjano-1-fenylocyklopropanu (1), 61% nie przereagowanego FAN, a także trzy związki o czasach retencji: 6.2, 11.3, 14.1 min. Wynik tej reakcji był mało satysfakcjonujący, dlatego przeprowadziłem ją w innych warunkach (Tabela 3).

Tabela 3

Lp.	Stosunek molowy FAN/ / CsOHH2O	Temp. [°C]	Czas [godz.]	Skład mieszaniny wg GC [%]
								Produkt 1	FAN	Inne
1	1: 1.05: 4	tpok. + 50	6.0 + 7.0	25	61	14
2	1: 1.05: 5	80	2.0	82	13	5
3	1: 1.5: 5	80	4.0	98	0	2
4^a	1: 1.5:5	80	3.0	87 (61^b)	7	4
5^c	1: 1.5:5	80	3.0	0	36	64

a) reakcja przeprowadzona w powiększonej skali

b) wydajność produktu 1

c) reakcja prowadzona bez katalizatora (TBAB)

Najlepszy wynik osiągnąłem w doświadczeniu Lp. 3 (Tabela 3). Ponieważ próby optymalizacji prowadziłem w bardzo małej skali (2-3 mmole), powtórzyłem reakcję w warunkach optymalnych w większej skali. Wyniki reakcji odbiegały nieco od poprzednich. Po zakończeniu procesu mieszaninę przerobiłem w standardowy sposób a produkt wyizolowałem przez destylację. Otrzymałem 1-cyjano-1-fenylocyklopropan (1) z wydajnością 61% o czystości 96%.

Ponieważ udało mi się otrzymać oczekiwany produkt z dobrą wydajnością spróbowałem przeprowadzić reakcję bez katalizatora przeniesienia międzyfazowego. Użyłem FAN, dichloroetan i CsOH·H₂O w stosunku molowym 1:1.2:4. Reakcję prowadziłem w temperaturze wrzenia rozpuszczalnika (80°C) przez 3 godz. Niestety, mieszanina reakcyjna nie zawierała produktu 1.

2. Reakcja fenyloacetonitrylu z 1,2-dibromoetanem

W przypadku tej reakcji zdecydowałem się na użycie 5-krotnego molowego nadmiaru CsOHH₂O, w celu wyeliminowania niekorzystnego wpływu jonów Brˉ. 1,2-Dibromoetan stosowałem w ilości 1.05 w stosunku do fenyloacetonitrylu, a katalizator TBAB 5% molowych w stosunku do FAN. Reakcję prowadziłem w temp. pokojowej przez 8 godz. W mieszaninie zidentyfikowałem na podstawie GC: 7% FAN, 67% produktu 1 oraz 26% produktów ubocznych (czasy retencji: 9.2, 11.2, 14.1 min.). Spróbowałem uzyskać lepszy wynik zwiększając nadmiar 1,2-dibromoetanu oraz prowadząc reakcję w temp. 80°C. Po upływie 3.25 godz. zawartość cyklopropanu 1 w mieszaninie reakcyjnej wynosiła 96% (wg GC). Powtórzyłem reakcję w większej skali. Po przerobieniu mieszaniny otrzymałem produkt z wydajnością 68% o czystości 88%.

Tak jak w poprzednim doświadczeniu spróbowałem tą samą metodą otrzymać 1-cyjano-1-fenylocyklopropan (1) bez udziału katalizatora. Ku memu zaskoczeniu, w reakcji tej zaczął pojawiać się produkt 1. Po 3 godz. zawartość produktu 1 w mieszaninie reakcyjnej wynosiła 35%. Jednak dalsze prowadzenie reakcji nie zwiększyło tej ilości. W Tabeli 4 zestawiłem warunki przeprowadzonych reakcji.

Tabela 4

Lp.	Stosunek molowy FAN/ / CsOHH2O	Temp. [°C]	Czas [godz.]	Skład mieszaniny wg GC [%]
								Produkt 1	FAN	Inne
1	1: 1.05: 5	tpok	8.0	67	7	26
2	1: 1.1: 5	80	3.25	96	4	0
3^a	1: 1.1: 5	80	4.0	96 (68^b)	2	2
4^c	1: 1.1: 5	80	3.0	35	63	37

a) reakcja przeprowadzona w powiększonej skali

b) wydajność produktu 1

c) reakcja prowadzona bez katalizatora (TBAB)

3. Reakcja fenyloacetonitrylu z 1,3-dichloropropanem

Tak jak poprzednio nadmiar molowy 1,3-dichloropropanu wynosił 1.05, nadmiar molowy CsOH·H₂O był 4-krotny, zaś TBAB użyłem w ilości 5% molowych. Reakcję prowadziłem w temp. 50°C i po upływie 4.25 godz. zawartość 1-cyjano-1-fenylocyklobutanu (2) wynosiła 65%, a nie przereagowanego FAN 6%. W mieszaninie reakcyjnej znajdowały się także produkty uboczne (czasy retencji: 5.4 i 14.2 min.). Następną reakcję prowadziłem w temp. 80°C. Reakcja przebiegała bardzo szybko, ponieważ po 1 godz. zawartość produktu 2 w mieszaninie wynosiła 81%. Zwiększając nadmiar molowy 1,3-dichloropropanu do 1.2 w stosunku do FAN udało mi się zwiększyć stopień przereagowania do 84%. Natomiast prowadząc reakcję w obecności 5-krotnego molowego nadmiaru CsOHH₂O udało mi się zwiększyć ten stopień do 88%. Warunki prowadzenia powyższych reakcji zestawiłem w Tabeli 5.

Tabela 5

Lp.	Stosunek molowy FAN/ / CsOHH2O	Temp. [°C]	Czas [godz.]	Skład mieszaniny wg GC [%]
								Produkt 2	FAN	Inne
1	1: 1.05: 4	50	4.25	65	6	29
2	1: 1.05: 4	80	1.0	81	7	12
3	1: 1.2: 4	80	1.0	84	10	6
4	1: 1.2: 5	80	1.0	88	2	10
5^a	1: 1.2: 4	80	1.5	90 (65^b)	0	10
6^c	1: 1.2: 4	80	4.0	0	0	100

a) reakcja przeprowadzona w powiększonej skali

b) wydajność produktu 2

c) reakcja prowadzona bez katalizatora (TBAB)

Chociaż w doświadczeniu L.p. 4 zaobserwowałem największy stopień przereagowania substratów, do zbadania wydajności wykorzystałem reakcję z doświadczenia L.p. 3. W tych warunkach zawartość produktu 2 była nieco niższa, ale prowadziłem reakcję z mniejszą ilością zasady.

W Tabeli 5 zamieściłem również wynik reakcji bez użycia katalizatora TBAB. W tym przypadku, tak jak w reakcji FAN z 1,2-dichloroetanem, nie zauważyłem pojawienia się produktu cykloalkilowania.

4. Reakcja fenyloacetonitrylu z 1,3-dibromopropropanem

Badanie rozpocząłem od przeprowadzenia reakcji w temperaturze pokojowej, używając substraty w stosunku molowym: FAN/ 1,3-dibromopropan/ CsOHH₂O - 1 : 1.05 : 5 i jak zwykle TBAB, 5% molowych w stosunku do FAN. Wynik reakcji po 4 godz. okazał się zaskakująco dobry, bowiem w mieszaninie reakcyjnej znajdowało się aż 92% 1-cyjano-1-fenylocyklobutanu (2), tylko 2% FAN i 6% produktów ubocznych (czasy retencji: 4.4, 5.4, 9.5 min.). W kolejnym wariancie postanowiłem zwiększyć ilość 1,3-dibromopropanu do 1.1 mola względem FAN oraz podwyższyć temp. do 80°C. W takich warunkach już po 45 min. reakcja przebiegła praktycznie ilościowo, a zawartość pochodnej cyklobutanu 2 wynosiła 96%. Wyniki przeprowadzonych reakcji są zbliżone ale czas drugiego doświadczenia jest ponad 4-krotnie krótszy.

Reakcję w tych warunkach powtórzyłem bez katalizatora. Proces trwał 4 godz., a zawartość cyklobutanu 2 w mieszaninie reakcyjnej wynosiła 69%. W Tabeli 6 zestawiłem warunki oraz wyniki przeprowadzonych reakcji.

Tabela 6

Lp.	Stosunek molowy FAN/ / CsOHH2O	Temp. [°C]	Czas [godz.]	Skład mieszaniny wg GC [%]
								Produkt 2	FAN	Inne
1	1: 1.05: 5	tpok.	4.0	92	1	7
2	1: 1.1: 5	80	0.75	96	0	4
3^a	1: 1.1: 5	80	0.75	96 (74^b)	0	4
4^c	1: 1.1: 5	80	4.0	69	0	31

a) reakcja przeprowadzona w powiększonej skali

b) wydajność produktu 2

c) reakcja prowadzona bez katalizatora (TBAB)

2. Badania alkilowania fenyloacetylenu

W niniejszym rozdziale opisałem wyniki badań reakcji alkilowania fenyloacetylenu wybranymi halogenoalkanami (1-bromobutan, 1-jodopropan) w warunkach PTC, w układzie ciało stałe - ciecz, w obecności sproszkowanego CsOHH₂O i katalizatora TBAB oraz innych często stosowanych katalizatorów takich, jak chlorek trioktylometyloamonowy (Aliquat 336) lub wodorosiarczan tetrabutyloamonowy (TBAHS). Reakcje prowadziłem w benzenie oraz DMF. Oczekiwałem, że reakcja będzie przebiegała według następującego równania:

Fenyloacetylen otrzymałem w 2-etapowej syntezie ze styrenu. W pierwszym etapie otrzymałem 1,2-dibromoetylobenzen z wydajnością 94% (wyd. lit 97%).¹³⁹ W drugim etapie przeprowadziłem reakcję eliminacji w warunkach PTC, wobec 60% aq. roztworu KOH oraz katalizatora PEG 600 w benzenie w temp. 70°C przez 2 godz.. Otrzymałem fenyloacetylen z wydajnością 72% (wyd. lit. 84%)¹⁴⁰.

1. Reakcja fenyloacetylenu z 1-bromobutanem

Próbę zsyntetyzowania podstawionego fenyloacetylenu 3a rozpocząłem od reakcji fenyloacetylenu z bromobutanem, prowadziłem ją w skali ~2 mmole. Jako zasadę użyłem sproszkowany CsOHH₂O, a jako katalizator TBAB, rozpuszczalnikiem był benzen. Reagenty stosowałem w następującym stosunku molowym: fenyloacetylen/ bromobutan/ CsOHH₂O/ TBAB - 1:1.1:5:0.05. Reakcję prowadziłem w temp. pokojowej przez 10 godz. badając jej przebieg metodą GC. Ponieważ nie zauważyłem pojawiania się produktów podniosłem temp. reakcji do 80°C. Po 2 godz. zauważyłem powstawanie produktów reakcji o czasach retencji: 1.9 (10%), 5.3 (4%); 8.2 (5%), 10.5 (2%) min. Niestety dłuższe prowadzenie reakcji nie zwiększyło ilości produktów w mieszaninie reakcyjnej, po upływie 11.5 godz. zawartość ich była taka sama. Postanowiłem sprawdzić jak na przebieg reakcji wpłynie inny katalizator. Dodałem więc do mieszaniny Aliquat 336 w ilości 5% molowych i prowadziłem proces dalej. Po 7.5 godz. zauważyłem zmiany: mieszanina zawierała fenyloacetylen (51%), nie zidentyfikowałem 1-bromobutanu oraz 5 produktów: 1.9 (18%), 5.3 (4%), 8.3 (5%), 10,5 (18%), 10.9 (4%) min. Dalsze prowadzenie reakcji (22 godz.) nie przyczyniło się do wzrostu ilości produktów w mieszaninie. Duża ilość produktów i ich mała zawartość spowodowały, że nie podjąłem się ich wydzielenia. Próba alkilowania fenyloacetylenu 1-bromobutanem w wyżej wymienionych warunkach nie powiodła się.

2. Reakcja fenyloacetylenu z 1-jodopropanem

Drugim czynnikiem alkilującym wykorzystanym przeze mnie w reakcji z fenyloacetylenem był 1-jodopropan. Reakcję prowadziłem w obecności CsOHH₂O użytym w 4-krotnym molowym nadmiarze, 5% molowych TBAB oraz 1-jodopropan 1.1 mol w stosunku do fenyloacetylenu, rozpuszczalnikiem był benzen. Reakcje prowadziłem w temp. pokojowej przez 6 godz. i stwierdziłem, że mieszanina reakcyjna zawierała jedynie substraty: 1-jodopropan o czasie retencji 1.2 min. (36% wg GC); fenyloacetylen o czasie retencji 2.9 min. (64% wg GC). Ze względu na brak produktów, podniosłem temp. do 80°C i prowadziłem proces dalej. Po upływie 4 godz. pobrałem próbkę i z analizy GC wynikło, że reakcja w dalszym ciągu nie biegła. Dodałem Aliquat 336 w ilości 5% molowych i prowadziłem reakcję dalej w temp. 80°C. Po upływie 9 godz. analiza GC wykazał częściowe przereagowanie 1-jodopropanu oraz pojawienie się pięciu produktów w ilości 9% (czasy retencji: 5.3, 7.5, 9.8, 10.9, 11.4 min.). Po 17 godz. stwierdziłem, że 1-jodopropan całkowicie zanikł zaś zawartość produktów wzrosła do ok. 16%, przybyło 8 nowych związków i każdy w ilości nie większej niż 1%. Kontynuowanie procesu nie miało sensu, przerwałem więc reakcję, a z powodu małej ilości każdego z produktów nie próbowałem ich wydzielić.

Kolejną reakcję 1-jodopropanu z fenyloacetylenem przeprowadziłem z tymi samymi odczynnikami, użytymi w takich samych ilościach zmieniłem jedynie benzen na DMF. Reakcję prowadziłem w temp. pokojowej. Po upływie 12 godz. metodą GC stwierdziłem jedynie zanik 1-jodopropanu i brak produktów. Dodałem kolejną porcję 1-jodopropanu do mieszaniny reakcyjnej i podniosłem temp. do 50°C. W tych warunkach prowadziłem reakcję przez 5.5 godz. i zbadałem skład mieszaniny metodą GC. Stwierdziłem brak produktów. Dodałem katalizator TBAHS w ilości 5% molowych i prowadziłem dalej reakcję w temp. pokojowej. Po 6 godz. analiza GC nie wykazała obecności żadnych produktów, postanowiłem więc przerwać proces. Reakcja alkilowania fenyloacetylenu 1-jodopropanem nie powiodła się.

3. Kondensacja Darzens'a chlorooctanu t-butylu ze związkami karbonylowymi

W rozdziale tym opisałem wyniki badań kondensacji Darzens'a chlorooctanu t-butylu z benzaldehydem, acetofenonem, cyklopentanonem i cykloheksanonem. Reakcje prowadziłem w obecności 50% aq. KOH w układzie ciecz-ciecz oraz sproszkowanego KOH i CsOHH₂O w układzie ciało stałe-ciecz, jako katalizator wykorzystałem TBAB w ilości 5% molowych. Reakcje prowadziłem w benzenie w temp. pokojowej. Spodziewałem się, że będą one przebiegać w następujący sposób:

Chlorooctan t-butylu otrzymałem z chlorku chloroacetylu i alkoholu t-butylowego wobec N,N-dimetyloaniliny z wydajnością 52% (wyd. lit.¹⁴¹ 60%).

1. Reakcja chlorooctanu t-butylu z benzaldehydem

Jako pierwszy związek karbonylowy do badań kondensacji Darzens'a użyłem benzaldehyd ponieważ z danych literaturowych wynika, iż łatwo wstępuje on w tę reakcję. Reakcję przeprowadziłem stosując chlorooctan t-butylu w 1.2-krotnym molowym nadmiarze w stosunku do benzaldehydu wobec katalizatora TBAB i sproszkowanego KOH (5-krotny molowy nadmiar), w benzenie w temp. pokojowej do czasu, gdy analiza GC wykazała brak substratów (1.25 godz.). Mieszanina reakcyjna zawierała 71% Z-β-fenylo-α,β-epoksypropionianu t-butylu (Z-4a), 21% E-β-fenylo-α,β-epoksypropionianu t-butylu (E-4a) oraz 8% innych produktów o czasach retencji: 5.3 (4%) i 10.5 (4%) min.

Kolejną reakcję chlorooctanu t-butylu z benzaldehydem przeprowadziłem wobec 50% aq. roztworu KOH (5-krotny molowy nadmiar). Pozostałe reagenty użyłem w takich samych ilościach. Reakcję prowadziłem w benzenie w temp. pokojowej aż do zaniku substratów (3 godz.). Otrzymałem mieszaninę reakcyjną o składzie: 79% produktu Z-4a oraz 16% produktu E-4a, a także jeden produkt uboczny o czasie retencji 10.5 min. w ilości 5%. W Tabeli 7 zestawiłem warunki reakcji oraz uzyskane wyniki.

Tabela 7

Stosunek molowy benzaldehyd/ chlorooctan t-butylu/ zasada	Zasada	Temp. [°C]	Czas [godz.]	Skład mieszaniny wg GC [%]
								Produkty 4a	Inne
1: 1.2: 5	KOHst.	tpok.	1.25	Z-72 E-21	8
1: 1.2: 5	50%aq.KOH	tpok.	3.0	Z-79 E-16	5

2. Reakcja chlorooctanu t-butylu z acetofenonem

Jako kolejny związek karbonylowy do badań nad kondensacją Darzens'a wykorzystałem acetofenon. Pierwszą reakcję przeprowadziłem przy użyciu stałego KOH i katalizatora TBAB w benzenie. Reagenty były użyte w następującym stosunku molowym: acetofenon, chlorooctan t-butylu, KOH, kat. TBAB - 1: 1.2 : 5 : 0.05. Reakcję prowadziłem w temp. pokojowej i po 1 godz. analiza GC wykazała, że zaczęły pojawiać się produkty w ilości 36%. Po porównaniu ze wzorcem zidentyfikowałem je jako izomery Z (24%) i E (12%) β-fenylo-β-metylo-α,β-epoksypropionianu t-butylu (4b), ponadto w mieszaninie znajdowało się 10% chlorooctanu t-butylu, 31% acetofenonu oraz 23% innych związków. Postanowiłem reakcję prowadzić przez następne 3 godz.. Metodą GC stwierdziłem, że po tym czasie mieszanina zawierała 28% izomeru Z-4b, 12% izomeru E-4b, 30% acetofenonu oraz 30% 18 związków w niewielkich ilościach.

W kolejnym wariancie reakcję przeprowadziłem w dokładnie takich samych warunkach i z takimi samymi ilościami reagentów, a jedynie postanowiłem użyć 50% aq. roztwór KOH w 5-krotnym molowym nadmiarze względem acetofenonu. Reakcję prowadziłem w benzenie w temp. pokojowej przez 9.5 godz. Stwierdziłem, że mieszanina zawierała jedynie 3% izomeru Z-4b oraz 2% izomeru E-4b oraz: chlorooctan t-butylu (5%), acetofenon (80%) oraz inne 2 związki w ilości 10% [czasy retencji: 8.9 (4%), 11.1 (6%) min.].

W reakcji tej postanowiłem użyć mocniejszej zasady jaką jest CsOHH₂O w 5-krotnym molowym nadmiarze. Pozostałe reagenty zostały użyte w takiej samej ilości jak poprzednio. Reakcję przeprowadziłem w benzenie w temp. pokojowej i przerwałem ją gdy analiza GC wykazała brak chlorooctanu t-butylu (2.5 godz.). Mieszanina reakcyjna zawierała 23% acetofenonu, 47% izomeru Z-4b oraz 24% izomeru E-4b oraz 3 związki o czasach retencji: 6.5 (1%), 8.9 (1%), 11.1 (4%) min. Był to najlepszy wynik kondensacji Darzens'a chlorooctanu t-butylu z acetofenonem. W Tabeli 8 zestawiłem wyniki oraz warunki reakcji.

Tabela 8

Stosunek molowy acetofenon/ chlorooctan t-butylu/ zasada	Zasada	Temp. [°C]	Czas [godz.]	Skład mieszaniny wg GC [%]
								Produkty 4b	Acetofenon	Inne
1 : 1.2 : 5	KOHst.	tpok.	3.0	Z-28 E-12	30	30
1 : 1.2 : 5	50%aq.KOH	tpok.	9.5	Z-3 E-2	80	10
1 : 1.2 : 5	CsOHH2O	tpok.	2.5	Z-47 E-24	23	6

3. Reakcja chlorooctanu t-butylu z cyklopentanonem

Kolejno przeprowadziłem kondensację Darzens'a cyklopentanonu i chlorooctanu t-butylu (1.2 mola) wobec sproszkowanego KOH (5-krotny molowy nadmiar) oraz TBAB (5% molowych). Reakcję prowadziłem w benzenie w temp. pokojowej prze z 7.5 godz. Po tym czasie analiza GC wykazała w mieszaninie reakcyjnej 77% cyklopentanonu oraz 2 związki o czasach retencji: 8.3 (12%), 11.4 (11%) min. Niestety nie posiadałem wzorca estru t-butylowego kwasu 1-oksospiro[2.4]heptano-2-karboksylowego (4c), a małe ilości otrzymanych w reakcji związków nie pozwalały na ich wydzielenie i identyfikację. Mogę jedynie przypuszczać, że związek o czasie retencji 8.3 jest estrem t-butylowym kwasu 1-oksospiro[2.4]heptano-2-karboksylowego (4c).

Tę samą reakcje przeprowadziłem z wykorzystaniem 4-krotnego molowego nadmiaru CsOHH₂O względem cyklopentanonu (pozostałe warunki bez zmian) w benzenie w temp. pokojowej. Po upływie 1.5 godz. w mieszaninie znajdowało się 65% cyklopentanonu oraz 35% niezidentyfikowanych związków o czasach retencji: 8.3 (16%), 8.9 (6%), 11.1 (2%), 11.6 (8%), 11.9 (2%), 12.7 (1%) min. Wyniki reakcji zestawiłem w Tabeli 9.

Tabela 9

Stosunek molowy cyklopentanon/ chlorooctan t-butylu/ zasada	Zasada	Temp. [°C]	Czas [godz.]	Nieprzereagowany cyklopentanon [%]	Produkty
										Czasy retencji [min.]	Zawartość w mieszaninie [%]
1 : 1.2 : 5	KOHst.	tpok.	7.5	77	8.3 11.4	12 11
1 : 1.2 : 4	CsOHH2O	tpok.	1.5	65	8.3 8.9 11.1 11.6 11.9 12.7	16 6 2 8 2 1

4. Reakcja chlorooctanu t-butylu z cykloheksanonem

Badałem także kondensację chlorooctanu t-butylu z cykloheksanonem. Badanie rozpocząłem używając reagenty w następującym stosunku molowym: stały KOH - 5-krotny nadmiar, TBAB - 5%, chlorooctan t-butylu - 1.1-krotny nadmiar oraz cykloheksanon - równoważnik. Reakcję prowadziłem w benzenie w temp. pokojowej kontrolując jej przebieg metodą GC. Po upływie 5.5 godz. w mieszaninie znajdowało się 35% chlorooctanu t-butylu, 40% cykloheksanonu, 23% związku o czasie retencji 9.1 min. oraz 2% związku o czasie retencji 11.1 min. Kontynuowałem reakcję przez 13 godz. i wtedy analiza GC wykazała obecność chlorooctanu t-butylu (2%), cykloheksanonu (57%) oraz 2 wyżej wymienionych związków w ilościach 34% (9.1 min.) i 4% (11.1 min.) a także związek o czasie retencji 8.9 min. w ilości 3%. Ze względu na skalę, w jakiej prowadziłem reakcję (~2 mmol) oraz niski stopień przereagowania nie mogłem oczyścić mieszaniny i zidentyfikować produktów.

Kolejną reakcję przeprowadziłem przy użyciu 50% aq. roztworu KOH użytym (5-krotnym molowym nadmiarze), pozostałe reagenty jak poprzednio. Reakcję prowadziłem w benzenie w temp. pokojowej przez 7 godz. Wyniki analizy GC wykazały, iż mieszanina reakcyjna zawierała 91% cykloheksanonu, 7% związku o czasie retencji 9.1 min. oraz 2% związku o czasie retencji 9.6 min.

W następnym doświadczeniu wykorzystałem CsOHH₂O (4-krotny molowy nadmiar), chlorooctan t-butylu (1.2-krotny molowy nadmiar) oraz 5% molowych TBAB. Reakcję prowadziłem w benzenie w temp. pokojowej kontrolując jej przebieg metodą GC. Już po upływie 1 godz. mieszanina reakcyjna zawierała 3 produkty pojawiające się we wcześniejszych doświadczeniach, były to związki o czasach retencji: 8.9 (2%), 9.1 (59%), 11.1 (16%) min. oraz 2% chlorooctanu t-butylu, 15% cykloheksanonu, a także 11 związków w niewielkich ilościach. Reakcję jednak kontynuowałem dalej i zakończyłem ją po 3 godz. Analiza wykazała, że mieszanina zawierała 14% cykloheksanonu oraz produkty o czasach retencji: 8.9 (4%), 9.1 (61%), 9.6 (1%), 11.1 (17%), 12.1 (2%), 12.4 (1%) min..

Wynik tej reakcji nie wydawał się zadowalający, dlatego postanowiłem ją powtórzyć zwiększając nadmiar CsOHH₂O do 5-krotnego molowego (pozostałe warunki reakcji bez zmian). Po upływie 3 godz. przerwałem reakcję i zbadałem próbkę mieszaniny metodą GC. Analiza wykazała, że w mieszaninie reakcyjnej znajdowało się 25% cykloheksanonu oraz 3 związki o czasach retencji: 9.1 (68%), 9.6 (2%) 11.1 (5%) min.

Wynik tej reakcji był na tyle dobry, że postanowiłem ją powtórzyć w większej skali (~10 mmol). Reakcję prowadziłem przez 2 godz. (do zaniku chlorooctanu t-butylu). Mieszanina reakcyjna zawierała 28% cykloheksanonu, a także 4 związki o czasach retencji: 9.1 (60%), 11.1 (8%), 12.1 (2%), 12.4 (2%) min. Po zakończeniu procesu mieszaninę reakcyjną rozcieńczyłem wodą, przerobiłem w standardowy sposób a produkt o czasie retencji 9.1 wyizolowałem przez destylację. Otrzymałem go z wydajnością 43% o czystości 82%. Niska czystość produktu spowodowana była obecnością 18% związku o czasie retencji 11.1 min. Destylat poddałem więc rozdziałowi na kolumnie chromatograficznej wypełnionej żelem krzemionkowym (eluent: heksan nasycony MeOH). Udało mi się uzyskać produkt o czystości 87% w 13% zanieczyszczony związkiem o czasie retencji 11.1 min. i w takiej postaci poddałem go identyfikacji za pomocą widma ¹H NMR.

Wyniki przeprowadzonych reakcji zebrałem w Tabeli 10.

Tabela 10

Stosunek molowy cykloheksanon/ chlorooctan t-butylu/ zasada	Zasada	Temp. [°C]	Czas [godz.]	Nieprzereagowany cykloheksanon [%]	Produkty
										Czasy retencji [min.]	Zawartość w mieszaninie [%]
1 : 1.1 : 5	KOHst.	tpok.	13	57	8.9 9.1 11.1	3 34 4
1 : 1.1 : 5	50%aq.KOH	tpok.	7	91	9.1 9.6	7 2
1 : 1.2 : 4	CsOHH2O	tpok.	3	14	8.9 9.1 9.6 11.1 12.1 12.4	4 61 1 17 2 1
1 : 1.2 : 5	CsOHH2O	tpok.	3	25	9.1 9.6 11.1	68 2 5
1 : 1.2 : 5^a	CsOHH2O	tpok.	2	28	9.1 11.1 12.1 12.4	60 (43)^b 8 2 2

a) reakcja przeprowadzona w powiększonej skali

b) wydajność produktu o czasie retencji 9.1 o czystości 87%

Wyniki widma H¹NMR:

H¹NMR (CDCl₃), δ[ppm]: 1.41 (s, 9H, t-C₄H₉), 1.40-1.76 (m, 10H, c-C₆H₁₀), 3.14 (s, 1H, CH).

Z analizy widma wynika, iż jest to ester t-butylowy kwasu 1-oksospiro[2.5]oktano-2-karboksylowego (4d).

5. Reakcja chlorooctanu t-butylu w warunkach PTC

Ponieważ w większości reakcji, które przeprowadziłem pojawiał się związek o czasie retencji 11.1 min., podejrzewałem, że jest to produkt kondensacji jednego z reagentów. Postanowiłem więc przeprowadzić reakcję chlorooctanu t-butylu w warunkach PTC. Użyłem sproszkowany KOH w 5-krotnym molowym nadmiarze oraz TBAB w ilości 5% molowych. Reakcję prowadziłem w benzenie w temp. pokojowej kontrolując jej przebieg metodą GC. Po upływie 3 godz. mieszanina reakcyjna zawierała trzy związki o czasach retencji: 7.8 (35%), 8.9 (32%), 11.1 (33%) min. i nie zawierała chlorooctanu t-butylu. Pomimo tego prowadziłem reakcję dalej i po upływie 5 godz. stwierdziłem obecność tylko produktu o czasie retencji 11.1 min. Po standardowym przerobieniu mieszaniny otrzymałem produkt w postaci mętnego oleju, z którego po rozpuszczeniu w metanolu wykrystalizował produkt o czystości 92%. Związek ten poddałem identyfikacji za pomocą widma ¹H NMR.

H¹NMR (CDCl₃), δ[ppm]: 1.45 (s, 9H, t-C₄H₉), 1.45 (s, 18H, 2·t-C₄H₉), 2.36 (d, J_CD=5.2 Hz, 2H, 2·CH_C), 2.58 (t, J_DC= 5.6 Hz, 1H, CH_D)

Z danych spektralnych wynika, iż jest to ester t-butylowy kwasu trans-cyklopropano-1,2,3-trikarboksylowego (7), który powstaje najprawdopodobniej następującą drogą:

Powstające w trakcie reakcji związki o czasach retencji: 7.8 i 8.9 min. to przypuszczalnie związki 5 i 6.

4. Addycja karbenów do cykloheksenu

1. Addycja dibromokarbenu i dichlorokarbenu do cykloheksenu

W tym rozdziale opisałem wyniki badań reakcji bromoformu i chloroformu z cykloheksenem w celu otrzymania 7,7-dibromo-(8a) i 7,7-dichlorobicyklo[4.1.0]heptanu (8b). Reakcje prowadziłem w układzie ciało stałe-ciecz zawierającym sproszkowany KOH lub CsOHH₂O bez udziału katalizatora przeniesienia międzyfazowego. Reakcje prowadzone były w cykloheksenie użytym z 20-krotnym molowym nadmiarze w stosunku do haloformu w temp. pokojowej i w 60ºC. Spodziewałem się, że reakcje będą przebiegać w następujący sposób:

1. Reakcja bromoformu z cykloheksenem

W pierwszej reakcji wykorzystałem jako zasadę sproszkowany KOH użyty w 5-krotnym nadmiarze oraz cykloheksen użyty w 20-krotnym molowym nadmiarze wobec bromoformu. Reakcję prowadziłem w temp. 60ºC badając jej przebieg metodą GC. Po upływie 2 godz. analiza wykazała, że poza cykloheksanem mieszanina zawiera 58% bromoformu oraz 42% 7,7-dibromobicyklo[4.1.0]heptanu (8a) (zidentyfikowanego przez porównanie z wzorcem). Po upływie 5.75 godz. stwierdziłem zanik bromoformu, w mieszaninie reakcyjnej znajdowało się 93% 7,7-dibromobicyklo[4.1.0]heptanu (8a) a pozostałość (7%) stanowiło 7 związków.

Kolejną reakcję przeprowadziłem ze sproszkowanym CsOH·H₂O użytym z 5-krotnym molowym nadmiarem względem bromoformu. Reakcje prowadziłem w cykloheksenie w temp. pokojowej, aż do zaniku bromoformu. Po upływie 7.5 godz., w mieszaninie znajdowało się 95% 7,7-dibromobicyklo[4.1.0]heptanu (8a) oraz 5% zanieczyszczeń. W Tabeli 11 zestawiłem warunki i wyniki reakcji.

Tabela 11

Stosunek molowy bromoform/ cykloheksen/ zasada	Zasada	Temp. [°C]	Czas [godz.]	Zawartość produktu 8a w mieszaninie reakcyjnej wg GC [%]
1:20:5	KOHst.	60	5.75	93
1:20:5	CsOH·H2O	tpok.	7.5	95

2. Reakcja chloroformu z cykloheksenem

W reakcjach tych zasadę używałem w 5-krotnym molowym nadmiarze w stosunku do chloroformu. Ponadto ze względu na znaczną lotność chloroformu analizę metodą GC wykonywałem ze wzorcem wewnętrznym 1,3,5-trichlorobenzenem użytym w ilości 0.25 mola w stosunku do chloroformu.

Pierwszą reakcję przeprowadziłem ze sproszkowanym KOH, cykloheksen użyłem w 20-krotnym molowym nadmiarze do chloroformu. Reakcję prowadziłem w temp. pokojowej przez 5,5 godz. i kontrolowałem jej przebieg metodą GC. Mieszanina reakcyjna zawierała jedynie 9% 7,7-dichlorobicyklo[4.1.0]heptanu (8b), a także 2% czterech niezidentyfikowanych związków. Postanowiłem reakcję kontynuować w temp. 60ºC i po 3.5 godz. analiza metodą GC wykazała w mieszaninie reakcyjnej 11% 7,7-dichlorobicyklo[4.1.0]heptanu (8b) oraz 2% zanieczyszczeń. W tej sytuacji uznałem kontynuowanie reakcji za bezcelowe.

Kolejną reakcję przeprowadziłem stosując takie same ilości substratów ale w temp. 60ºC. Reakcję prowadziłem przez 4 godz. i w mieszaninie stwierdziłem obecność 58% 7,7-dichlorobicyklo[4.1.0]heptanu (8b) oraz 6% 5 innych związków. Kontynuacja reakcji nie doprowadziła do wzrostu ilości produktu głównego 8b.

W następnej reakcji zmieniłem zasadę na CsOH·H₂O, który użyłem w 5-krotnym molowym nadmiarze. Reakcje prowadziłem w temp. pokojowej, sprawdzając jej przebieg metodą GC. Wzrost zawartości produktu był mało zadowalający, po 10.5 godz. w mieszaninie reakcyjnej znajdowało się 23% 7,7-dichlorobicyklo[4.1.0]heptanu (8b) oraz 7% zanieczyszczeń, które stanowiło 11 związków.

Kolejną reakcję z udziałem CsOH·H₂O prowadziłem w temp.60ºC. Po 1 godz. pojawił się produkt 8b w ilości 32%. Po 2 godz. zawartość produktu wzrosła do 33%. Uznałem, że kontynuowanie tej reakcji nie miało sensu, gdyż przyrost ilości 7,7-dichlorobicyklo[4.1.0]heptanu (8b) był zbyt wolny.

Ostatnia reakcję chloroformu z cykloheksenem przeprowadziłem z użyciem CsOH·H₂O w 5-krotnym molowym nadmiarze z tym, że względem cykloheksenu, gdyż tym razem jako rozpuszczalnika użyłem chloroformu w 20-krotnym molowym nadmiarem do cykloheksenu. Reakcję prowadziłem w temp. pokojowej, jej przebieg kontrolowałem metodą GC i stwierdziłem, że po upływie 2 godz. mieszanina reakcyjna zawierała 47% 7,7-dichlorobicyklo[4.1.0]heptanu (8b) . Kontynuacja reakcji nie przyniosła pozytywnych efektów. Relacja między produktem a wzorcem pozostała na takim samym poziomie.

W Tabeli 12 zestawiłem wyniki i warunki prowadzonych przeze mnie reakcji.

Tabela 12

Stosunek molowy chloroform/ cykloheksen/ zasada	Zasada	Temp. [°C]	Czas [godz.]	Zawartość produktu 8b w mieszaninie reakcyjnej wg GC [%]
1:20:5	KOHst.	tpok. + 60	5.5 +3.5	11
1:20:5	KOHst.	60	4	58
1:20:5	CsOH·H2O	tpok.	10.5	23
1:20:5	CsOH·H2O	60	2	33
20:1:5	CsOH·H2O	tpok.	2	47

2. Badania reakcji addycji bromo i chlorokarbenu do cykloheksenu

W rozdziale tym opisałem wyniki badań reakcji dibromo i dichlorometanu z cykloheksenem w celu otrzymania 7-bromo-(9a) i 7-chlorobicyklo[4.1.0]heptanu (9b). Reakcje prowadziłem w układzie ciało stałe-ciecz wobec sproszkowanego CsOHH₂O, z udziałem katalizatorów przeniesienia międzyfazowego: TBAB i TBAHS, które użyłem w 5% molowym stosunku oraz TBA w 10% molowym stosunku do dihalogenometanu. Cykloheksen użyłem w 20-krotnym molowym nadmiarze do dihalogenometanu. Reakcje z udziałem dibromometanu prowadzilem w temp. pokojowej, 60 i 80ºC. a reakcje z dichlorometanem w temp. pokojowej oraz w temp. wrzenia mieszaniny. Spodziewałem się, że reakcje będą przebiegać w następujący sposób:

1. Reakcja dibromometanu z cykloheksenem

Przeprowadziłem reakcję dibromkometanu z cykloheksenem wobec 5-krotnego molowego nadmiaru CsOH·H₂O oraz 5% molowych katalizatora TBAB. Reakcję prowadziłem w temp. pokojowej przez 16 godz., sprawdzając jej przebieg metodą GC. Po tym czasie mieszanina reakcyjna zawierała 99% dibromometanu i 1% zanieczyszczeń w liczbie 6 związków. Podniosłem temp. reakcji do 60ºC, po kolejnych 16 godz. analiza GC nie wykazała istotnego zwiększenia ilości produktów. Postanowiłem przerwać tę reakcję, ponieważ w mieszaninie reakcyjnej znajdowało się 98 % dibromometanu i 2% zanieczyszczeń w ilości 10 związków.

Kolejną reakcję przeprowadziłem w tych samych warunkach i z takimi samymi nadmiarami reagentów ale w temp. 80ºC. Przebieg reakcji badałem za pomącą GC i po 16 godz. stwierdziłem w mieszaninie reakcyjnej obecność 97% dibromometanu oraz 3% zanieczyszczeń.

W Tabeli 13 zestawiłem wyniki oraz warunki reakcji.

Tabela 13

Stosunek molowy dibromometan/ cykloheksen/ zasada	Temp. [°C]	Czas [godz.]	Dibromometan w mieszaninie wg GC [%]
1:20:5	tpok. + 60	16 + 16	98
1:20:5	80	16	97

2. Reakcja dichlorometanu z cykloheksenem

Kolejne reakcje przeprowadziłem z dichlorometanem. Jako katalizator użyłem TBAB w ilości 5% molowych w stosunku do dichlorometanu, jako zasadę CsOH·H₂O w 4-krotnym molowym nadmiarze oraz cykloheksen w 20-krotnym molowym nadmiarze. Reakcję prowadziłem w temp. pokojowej i po 23 godz. stwierdziłem, że mieszanina reakcyjna zawierała 96% dichlorometanu oraz 4% 6 innych związków. Kontynuowałem reakcję w temp. wrzenia mieszaniny. Po upływie 16 godz. skład mieszaniny zmienił się nieznacznie, zawierała ona 94% dichlorometanu oraz 6% 9 związków. Kontynuowanie reakcji nie miało sensu, więc ją przerwałem.

W kolejnym wariancie tej reakcji postanowiłem sprawdzić jak na jej przebieg wpłynie zmiana katalizatora na TBAHS użytego w ilości 5% molowych względem dichlorometanu, jako zasadę ponownie użyłem CsOH·H₂O (4-krotny molowy nadmiar). Reakcję prowadziłem w temp. wrzenia mieszaniny, a ponadto do mieszaniny dodałem kilka kropel wody, żeby sprawdzić czy jej obecność wpłynie na przebieg reakcji. Po upływie 21.5 godz. analiza metodą GC wykazała, że mieszanina reakcyjna zawiera 90% dichlorometanu oraz 9 związków o łącznej zawartości 10%. Z powodu niskiego stopnia konwersji dichlorometanu nie kontynuowałem tego doświadczenia.

W następnym doświadczeniu przeprowadziłem identyczną reakcję jednak bez dodatku wody, a CsOH·H₂O podsuszyłem w tyglu aby pozbyć się jak największej ilości wody. Reakcję prowadziłem w temp. wrzenia przez 14 godz., niestety analiza GC wykazała, że w mieszaninie reakcyjnej znajdywało się 99% dichlorometanu oraz zanieczyszczenia.

Ponieważ dotychczasowe reakcje nie przynosiły pożądanych rezultatów postanowiłem wypróbować inny katalizator. Użyłem do tej reakcji TBA w ilości 10% molowych oraz CsOH·H₂O w 4-krotnym molowym nadmiarze do dichlorometanu. Reakcję prowadziłem w temp. pokojowej przez 39.5 godz., niestety analiza GC nie wykazała obecności żadnych produktów w znaczących ilościach. Mieszanina poreakcyjna zawierała 73% dichlorometanu, 24% TBA oraz 3 związki po 1% każdy.

W Tabeli 14 zestawiłem warunki prowadzenia reakcji oraz ich wyniki.

Tabela 14

Stosunek molowy dichlorometan/ cykloheksen/ zasada/katalizator	Kat.	Temp. [°C]	Czas [godz.]	Dichlorometan w mieszaninie wg GC [%]
1:4:20:0.05	TBAB	tpok. + twrz.	23 + 16	94
1:4:20:0.05	TBAHS	twrz.	21.5	90^a
1:4:20:0.05	TBAHS	twrz.	14	99^b
1:4:20:0.1	TBA	tpok.	39.5	73

a) do reakcji dodano kilka kropel wody

b) użyto suszony CsOH·H₂O

6. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA

1. Ogólna metoda otrzymywania 1-cyjano-1-fenylocykloalkanów

Trójszyjną okrągłodenną kolbę poj. 25 ml zaopatrzoną w mieszadło mechaniczne, chłodnicę zwrotną oraz termometr, umieszczono w czaszy grzejnej. Do kolby dodano kolejno 0.879 g (7.5 mmola) fenyloacetonitrylu, 1,ω-dihaloalkanu (ilość podano w Tabeli 15), 0.121 g (0.375 mmola) TBAB oraz 14 ml benzenu. Włączono mieszanie i dodano monohydrat wodorotlenku cezu (ilość podana w Tabeli 15). Czynność dodawania należy wykonać szybko, gdyż CsOHH₂O jest higroskopijny. Reakcje prowadzono w temp. 80°C kontrolując ich postęp za pomocą chromatografii gazowej (GC). Gdy jeden z substratów zanikał, reakcje przerywano (czasy reakcji podano w Tabeli 15), do mieszaniny reakcyjnej dodano 15 ml wody, całość przeniesiono do rozdzielacza i rozdzielono fazy. Fazę wodną ekstrahowano benzenem (3x10 ml), połączone fazy organiczne przemyto rozcieńczonym kwasem solnym (1:10), solanką oraz wodą. i wysuszono bezwodnym MgSO₄. Po odfiltrowaniu środka suszącego przesącz zatężono na wyparce i produkt destylowano na aparacie Kugel-Rohra. Otrzymany 1-cyjano-1-fenylocykloalkan analizowano metodą GC (wydajność i czystość produktów podano w Tabeli 15).

Tabela 15

		1,2-dichloroetan	1,2-dibromoetan	1,3-dichloropropan	1,3-dibromopropan
m [g]		1.113	1.550	1.017	1.665
n [mmol]		11.25	8.25	9.0	8.25
CsOH·H2O	m [g]	6.297	6.297	5.038	6.297
		n [mmol]	37.5	37.5	30.0	37.5
Czas [godz.]		3.0	4.0	1.5	0.75
Produkt [%]		61	68	65	74
Czystość [%]		91	88	97	93

2. Reakcje alkilowania fenyloacetylenu

1. Otrzymywanie dibromku styrenu¹³⁹

Roztwór 20.8 g (22.8 ml, 0.2 mol) świeżo destylowanego styrenu w 20 ml bezw. chloroformu umieszczono w zlewce poj. 100 ml, chłodzonej wodą z lodem i zaopatrzonej w mieszadło mechaniczne. Nad zlewką umocowano wkraplacz zawierający roztwór 32 g (10.3 ml, 0.2 mola) Br₂ w 20 ml chloroformu. Mieszając zawartość zlewki, wkraplano roztwór Br₂ z taką szybkością, aby każda następna kropla spadała do roztworu w zlewce wtedy, gdy barwa jego zmieni się z czerwonej na jasnożółtą. Reakcję tę korzystnie jest prowadzić na światle słonecznym. Po dodani całej ilości Br₂ (1.5 godz.) zawartość zlewki mieszano 15 min., a następnie odpędzono chloroform na wyparce i pozostawiono na powietrzu w celu wysuszenia. Otrzymano surowy dibromek styreu w ilości 49.6 g (wydajność 94%). Można go używać bezpośrednio do otrzymywania fenyloacetylenu.

Uwagi:

• Styren wrze w temp. 42-43°C/18 mm Hg. Podczas destylacji pod ciśnieniem atmosferycznym (tw. 145-146°C) znaczna część związku polimeryzuje.

• Jeśli produkt będzie zanieczyszczony należy przemyć go metanolem lub zagotować z węglem aktywnym w chloroformie i przesączyć na gorąco.

1. Otrzymywanie fenyloacetylenu w warunkach PTC¹⁴⁰

Trójszyjną okrągłodenną kolbę poj. 250 ml zaopatrzoną w mieszadło mechaniczne, chłodnicę zwrotną oraz termometr, umieszczono w czaszy grzejnej. Do kolby dodano kolejno 26.4 g (0.1 mola) dibromku styrenu, 6 g (0.01 mola) katalizatora PEG 600, 50 ml 60% aq. roztworu KOH oraz 25 ml benzenu. Włączono mieszanie i prowadzono reakcję w temp. 70°C kontrolując jej postęp za pomocą GC, aż do zaniku dibromku styrenu (2 godz.). Po zakończeniu reakcji mieszaninę reakcyjną przeniesiono do rozdzielacza i rozdzielono fazy. Fazę wodną ekstrahowano benzenem (3·30 ml), połączone fazy organiczne przemyto solanką oraz wodą. i wysuszono bezwodnym MgSO₄. Po odfiltrowaniu środka suszącego przesącz zatężono na wyparce a produkt destylowano pod ciśnieniem atmosferycznym (tw.140-144°C). Otrzymano 7.3 g fenyloacetylenu (czystość wg GC 98%, wydajność 72%).

1. Kondensacja Darzens'a

1. Otrzymywanie chlorooctanu t-butylu¹⁴¹

Trójszyjną okrągłodenną kolbę poj. 250 ml zaopatrzoną w mieszadło mechaniczne, termometr i wkraplacz zabezpieczony przed wilgocią rurką z CaCl₂ umieszczono w wodzie z lodem. Do kolby dodano 40.6 g (0.36 mola) chlorku chloroacetylu. Włączono mieszanie, a następnie dodawano z wkraplacza roztwór t-butanolu 33.4 g (0.45 mola) w N,N-dimetyloanilinie 72.7 g (0.6 mola) przez 1 godz. utrzymując temperaturę 0°C. Po wkropleniu odstawiono łaźnię chłodzącą i mieszaninę pozostawiono na noc. Następnie dodano wodę, przeniesiono do rozdzielacza i rozdzielono fazy. Fazę organiczną przemyto wodą, rozcieńczonym HCl, wodnym roztworem NaHCO₃ i ponownie wodą, wysuszono bezwodnym CaCl₂, a po odfiltrowaniu środka suszącego przesącz zatężono na wyparce. Produkt destylowano pod zmniejszonym ciśnieniem (tw. 48°C/11mmHg) i otrzymano 28.2 g chlorooctan t-butylu (wydajność 52%, wyd. lit.¹⁴¹ 60%) o czystości 94% .

2. Otrzymywanie estru t-butylowego kwasu 1-oksospiro[2.5]oktano-2-karboksylowego

Do okrągłodennej trójszyjnej kolby poj. 25 ml zaopatrzonej w mieszadło mechaniczne, chłodnicę zwrotną oraz termometr dodano kolejno 1.35 g (8.94 mmola) chlorooctanu t-butylu, 0.73 g (7.45 mmola) cykloheksanonu, 0.12g (0.372 mmola) TBAB oraz 14 ml benzenu. Włączono mieszanie i dodano 6.2 g (37.25 mmola) monohydratu wodorotlenku cezu. Czynność dodawania należy wykonać szybko, gdyż CsOHH₂O jest higroskopijny i wiążąc wodę traci aktywność. Reakcję prowadzono w temp. pokojowej (kontrolując jej postęp za pomocą chromatografii gazowej). do zaniku chlorooctanu t-butylu (2 godz). Następnie do mieszaniny dodano 15 ml wody, całość przeniesiono do rozdzielacza, rozdzielono fazy, fazę wodną ekstrahowano benzenem (3·10 ml), połączone fazy organiczne przemyto solanką oraz wodą i wysuszono bezwodnym MgSO₄. Po odfiltrowaniu środka suszącego przesącz zatężono na wyparce i produkt destylowano na aparacie Kugel-Rohra. Otrzymano ester t-butylowy kwasu 1-oksospiro[2.5]oktano-2-karboksylowego w ilości 0.68 g o czystości 82% (wydajność 43%).

3. Otrzymywanie estru t-butylowego kwasu cyklopropano-1,2,3-trikarboksylowego

Do trójszyjnej okrągłodennej kolby poj. 25 ml z zamontowanym mieszadłem mechanicznym, chłodnicą zwrotną oraz termometrem dodano kolejno 0.376 g (2.5 mmola) chlorooctanu t-butylu, 0.04 g (0.125 mmola) TBAB, 0.701 g (12.5 mmola) stałego KOH oraz 5 ml benzenu. Reakcję mieszano w temp. pokojowej przez 5 godz. kontrolując jej postęp za pomocą chromatografii gazowej (GC). Po zakończeniu reakcji dodano 5 ml wody, całość przeniesiono do rozdzielacza, rozdzielono fazy a fazę wodną ekstrahowano benzenem (3x4 ml). Połączone fazy organiczne przemyto solanką oraz wodą i wysuszono bezwodnym MgSO₄. Po odfiltrowaniu środka suszącego przesącz zatężono na wyparce i pozostawiono do krystalizacji z metanolu. Otrzymano 0.231g estru t-butylowego kwasu cyklopropano-1,2,3-trikarboksylowego (wydajność 27%) o czystości 92%.

2. Otrzymywanie 7,7-dihalobicyklo[4.1.0]heptanów

Wszystkie reakcje prowadzono według tej samej procedury, różniły się jedynie temp. oraz czasem.

Otrzymywanie 7,7-dibromobicyklo[4.1.0]heptanu. Typowa procedura.

Do okrągłodennej trójszyjnej kolby poj. 25 ml zaopatrzonej w mieszadło mechaniczne, chłodnicę zwrotną oraz termometr dodano kolejno 0.63 g (2.5 mmola) bromoformu i 5 ml (50 mmoli) cykloheksenu. Włączono mieszanie i dodano 2.1 g (12.5 mmola) monohydratu wodorotlenku cezu. Czynność dodawania należy wykonać szybko, gdyż CsOHH₂O jest higroskopijny i wiążąc wodę traci aktywność. Reakcję prowadzono w temp. pokojowej kontrolując jej postęp za pomocą chromatografii gazowej. Stwierdzono, że po 7.5 godz., w mieszaninie znajdowało się 95% 7,7-dibromobicyklo[4.1.0]heptanu. Produktu tego nie wydzielono.




8. STRESZCZENIE PRACY

W ramach niniejszej pracy badano możliwość wykorzystania wodorotlenku potasu i cezu w układach ciało stałe - ciecz oraz ciecz - ciecz do:

• otrzymywania 1-cyjano-1-fenylocyklopropanu i cyklobutanu przez alkilowanie fenyloacetonitrylu 1,2- i 1,3-dihaloalkanami;

• alkilowania fenyloacetylenu;

• przeprowadzania reakcji chlorooctanu t-butylu ze związkami karbonylowymi (kondensacja Darzens'a);

• generowania dihalo- i halokarbenów i ich cykloaddycji do cykloheksenu.

Reakcje te prowadzone były z udziałem soli tetraalkiloamoniowej (przeważnie TBAB) oraz bez katalizatora. Stwierdzono, że:

• w warunkach PTC (CsOHH₂O, TBAB) można otrzymać 1-cyjano-1-fenylocyklopropan i 1-cyjano-1-fenylocyklobutan ze stosunkowo dobrymi wydajnością. Ponadto mieszaniny reakcyjne zawierały małe ilości produktów ubocznych. Wydajność wynikała ze skali w jakiej prowadzono reakcje (~10 mmol). W badaniach optymalizacyjnych potwierdzono prawidłowość, iż dibromoalkany wykazywały większą reaktywność niż dichloroalkany. Zależność ta była szczególnie widoczna w reakcjach przeprowadzonych bez użycia katalizatora. W tych przypadkach produkty cyklizacji pojawiały się jedynie podczas użycia aktywniejszych dibromoalkanów;

• w reakcjach alkilowania fenyloacetylenu bromobutanem i jodopropanem wobec CsOHH₂O oraz katalizatorów TBAB, TBAHS i Aliquatu 336 produkty powstawały w nieznacznych ilościach uniemożliwiających wydzielenie i identyfikację;

• kondensacja Darzens'a przebiega stosunkowo łatwo z benzaldehydem oraz acetofenonem wobec stałego KOH, 50% aq. roztworu KOH, CsOHH₂O i katalizatora TBAB dając odpowiednio β-fenylo-α,β-epoksypropionian t-butylu i β-fenylo-β-metylo-α,β-epoksypropionian t-butylu z przewagą izomeru Z. W reakcji chlorooctanu t-butylu z cyklopentanonem wobec obydwu zasad oraz TBAB powstają produkty w niewielkich ilościach. W procesie kondensacji chlorooctanu t-butylu z cykloheksanonem z użyciem CsOHH₂O i TBAB otrzymano ester t-butylowy kwasu 1-oksospiro[2.5]oktano-2-karboksylowego. Ponadto w trakcie badań otrzymano produkt autokondensacji chlorooctanu t-butylu, ester t-butylowy kwasu trans-cyklopropano-1,2,3-trikarboksylowego;

• w przypadku addycji karbenów do cykloheksenu dobre wyniki uzyskano w przypadku reakcji bromoformu i chloroformu wobec stałego KOH i CsOHH₂O. Reakcja dibromo- i dichlorometanum z cykloheksenem przy użyciu CsOHH₂O i katalizatorów TBAB, TBAHS,TBA nie przebiegała.




10. LITERATURA CYTOWANA

1. Dehmlow E. V., Dehmlow S. S., Phase Transfer Catalysis, 3-rd edition, VCH Weinheim, 1993.

2. Cope A. C, Holmes L. H., House O. H., Org. React., 1957, 9, 107.

3. Dahlbom R., Mollberg R., Acta. Chem. Scand., 1962, 16, 655.

4. Moraud P., Bagli J. F., Kraml M., Dubuc J., J. Med. Chem., 1964, 7, 504.

5. Dupin C., Fraisse Jullien T., Bull. Soc. Chim. France, 1964, 1993.

6. Horner L., Gusten H., Ann., 1962, 99, 652.

7. Bonnekessel, Ruchardt, Chem. Ber., 1973, 106, 2890.

8. House O. H., Phillips V. W., Sayer S. B. T., Yau C., J. Org. Chem., 1978, 43, 700.

9. Hill E. A., Li B., Organometall. Chem., 1993, 448, 9.

10. Knowles C. E., Cloke B. J., J. Am. Chem. Soc., 1932, 54, 2028.

11. Butler E. D., Pollatz C. J., J. Org. Chem., 1971, 36, 9, 1308.

12. Mąkosza M., Serafinowa B., Rocz. Chem., 1966, 40, 1647.

13. Sychkora L. D., Schabaror S., J. Org. Chem. USSR, 1980, 16, 1775, Zh. Org. Khim., 1980, 16, 2086.

14. Fedoryński M., Jończyk A., Org. Prep. Proced., Int., 1995, 27, 355.

15. Stefańska K., Praca dyplomowa, Politechnika Warszawska, Wydział Chemiczny, 2000, 48.

16. Barbasiewicz M., Praca Dyplomowa, Politechnika Warszawska, Wydział Chemiczny, 2001, 32.

17. Newman S. M., Kaugars G., J. Org. Chem., 1966, 31, 1379.

18. Kofron G. W., Hauser R. C., J. Org. Chem., 1970, 35, 2085.

19. Kaiser M. E., Solter E. L., Schwarz A. R., Beard D. R., Hauser R. C.. J. Am. Chem. Soc., 1971, 93, 4237.

20. Zefirov H. S., Kuznetsova T. S., Kozhushkov S. I., Sarmina L. S., Rashchupkina E. A., J.Org. Chem. USSR,

1983, 19, 474, Zh. Org. Khim., 1983, 19, 541.

21. Vasil'ev A. A., Tatarinova V. I., Petrosyan V. A., Izv. Akad. Nauk SSSR, Ser. Khim., 1990, 3, 710.

22. Bloomfield J. J., J. Org. Chem., 1961, 26, 4112.

23. Vasil'ev A. A., Tatarinova V. I., Petrosyan V. A., Izv. Akad. Nauk SSSR, Ser. Khim., 1991, 6, 1381.

24. Cotton F. A., Wilkinson G., Gaus P. L., Chemia nieorganiczna, PWN, Warszawa, 1998, 317.

25. Bieliński A., Podstawy chemii nieorganicznej, PWN, Warszawa, 1999, 2, 814, 1999, 3, 349.

26. Ullmann'sEencyclopedia of Industrial Chemistry, VCH, 1993.

27. Larcheveque M., Bull. Soc. Chim. Fr., 1968, 3387.

28. Mortreux A., Blanchard M., Bull. Soc. Chim. Fr., 1970, 4035.

29. Johnstone R., Tuli D., J. Chem. Res.(M), 1980, 3593.

30. Jeffery-Luong T., Linstumelle G., Synthesis, 1983, 1, 32.

31. Chong J. M., Wong S., Tetrahedron Lett., 1986, 27, 5445.

32. Boudjouk P., Sooriyakumaran R., Han B., J. Org. Chem., 1986, 51, 2819.

33. Bumagin N. A., Ponomerev A. B., Beletskaya T. P., Izv. Akad. Nauk SSSR Ser. Khim., 1987, 7, 1565.

34. Ogawa T., Kusume K., Tanaka M., Hayami K., Suzuki H., Synth. Commun., 1989, 19, 2199.

35. Newmann-Evans R. H., Simon R. J., Carpenter B. K., J. Org. Chem., 1990, 55, 695.

36. Okura K., Furuune M., Miura M., Nomura M., Tetrahedron Lett., 1992, 33, 5363.

37. Okura K., Furuune M., Miura M., Nomura M., J. Org. Chem., 1993, 58, 4716.

38. Alami M., Ferri F., Linstrumelle G., Tetrahedron Lett., 1993, 34, 6403.

39. Ren X., Konakliera M. I., Turos E., Krajkowski L. M., Lake Ch. H., J. Org. Chem., 1995, 60, 6484.

40. Alami M., Ferri F., Tetrahedron Lett., 1996, 37, 6403.

41. Zhao Z., Ding Y., Zhao G., J. Org. Chem., 1998, 63, 9285.

42. Buck M., Chong J. M., Tetrahedron Lett., 2001, 42, 5825.

43. Tarasova O., Amosowa S. V., Trofimov B. A., Zh. Org. Khim., 1983, 19, 1765.

44. Lissel M., Tetrahedron Lett., 1985, 26, 1843.

45. Jeffery T., Tetrahedron Lett., 1989, 30, 2225.

46. Grushin V. V., Alper H., J. Org. Chem., 1992, 57, 2188.

47. Dehmlow E. V., Fastabend U., Gazz. Chim. Ital., 1996, 126, 53.

48. Buck M., Chong J. M., Tetrahedron Lett., 2001, 42, 5825.

49. Newman M. S., Magerlein J. B., Org. React., 1949, 5, 414.

50. Erlenmeyer Jr., Ann., 1892, 271, 161.

51. Darzens G.; Compt. Rend., 904, 139, 1214.

52.Darzens G., Compt. Rend., 905, 141, 766.

53.Darzens G., Compt. Rend., 906, 142, 214.

54. Darzens G., Lefebure, Compt. Rend., 1906, 142, 714.

55. Darzens G., Compt. Rend., 1904, 139, 1214.

56. Darzens G., Compt. Rend., 1907, 145, 1342.

57. Darzens G., Compt. Rend., 1910, 150, 1243.

58. Darzens G., Rost, Compt. Rend., 1910, 151, 758.

59. Darzens G., Compt. Rend., 1911, 152, 443.

60. Darzens G., Sejourne, Compt. Rend., 1911, 152, 1105.

61. Darzens G, Leroux, Compt. Rend., 1912, 154, 1812.

62. Darzens G, Compt. Rend., 1932, 195, 884.

63. Claisen, Chem. Ber., 1905, 38, 693.

64. Darzens G., Compt. Rend., 1910, 151, 883.

65. Darzens G., Compt. Rend., 1936, 203, 1374.

66. Darzens G., Levy, Compt. Rend., 1937, 204, 272.

67. Wolf H.; Ger. Pat. 702,007 [C.A., 1942, 36, 95].

68. Elks J., Hey D. H., J. Chem. Soc., 1943, 15.

69. Freudenberg, Stoll, Ann., 1924, 440, 41.

70. Borch R. F., Tetrahedron Lett., 1972, 36, 3761.

71. Haller A., Ramar-Lucas, Compt. Rend., 1914, 159, 143.

72. Weidlich H. A., Daniels G. H., Chem. Ber., 1939, 72, 1596.

73. Fittig, Erlenbach, Ann., 1892, 269, 15.

74. Milas N., Lee W., Sakal E., Wohlers H., MacDonald N., Grossi F., Wright H., J. Am. Chem. Soc., 1948, 70,

1584.

75. Troell E., Chem. Ber., 1928, 61, 2498.

76. Linstead R. P., J. Chem. Soc., 1930, 2064.

77. Kayser; Ann., 1936, 6, 170.

78, Knorr A., Laage E., Weissenborn A., Ger. pat. 591,452 [C.A., 1934, 28, 2367], U.S. pat. 1,899,340 [C.A.,

1933, 27, 2962].

79. Yarnall W., J. Org. Chem., 1939, 4, 284.

80. Chuit P., Bolle J., Bull. Soc. Chim. France, 1924, 35 ,1993.

81. Newman M. S, Magerlein J. B., J. Am. Chem. Soc., 1947, 69, 469.

82. Ishikawa, Matsuura, Sci. Repts. Tokyo Bunrika Daigaku, 1937, 3A, 173 [C.A. 1937, 31, 7851].

83. Newman M. S., J. Am. Chem. Soc., 1935, 57, 732.

84. Newman M. S., Magerlein J. B. Nieopublikowane wyniki doświadczeń przeprowadzone na Uniwersytecie

Stanowym w Ohio.

85. Yarnall W., Wallis E. S., J. Org. Chem., 1939, 4, 270.

86. Howton D. R., J. Org. Chem., 1947, 12, 379.

87. Newman M. S, Magerlein J. B., Wheatley, J. Am. Chem. Soc., 1946, 68, 2112.

88. Allen C. F. H., Allen, Org. Syntheses, 1944, 24, 82.

89. Knorr A., Weissenborn A., Ger. pat. 602,816 [C.A., 1935, 29, 1438].

90. Doeuvre, Bull. Soc. Chim. France, 1929, 45 , 710.

91. Fester G., Pucci D., Chem. Ber., 1936, 69, 2017.

92. Fourneau E., Billeter O., Bull. Soc. Chim. France, 1939, 6 , 1616.

93. Rutowski, Dajew, Chem. Ber., 1931, 64, 693.

94. Ruzicka L., Ehman, Helv. Chim. Acta, 1932, 15, 160.

95. Dutta M. M., J. Indian. Chem. Soc., 1941, 18, 233.

96. Bradfield A. E., Pritchard R. R., Simonsen J. L., J. Chem. Soc., 1937, 760.

97. Darzens G., Ger. pat. 174, 279 [C.A., 1907, 1, 950].

98. Kohler E. P., Richtmyer N. K., Hester W. F., J. Am. Chem. Soc., 1931, 53, 211.

99. Spezial A. J., Frazier H. W., J. Org. Chem., 1961, 26, 3176.

100. Schickh v. O., Chem. Ber., 1936, 69, 971.

101. Neustadter V., Monatsh., 1906, 27, 889.

102. Fedoryński M., Wojciechowski K., Matacz Z., Mąkosza M., J. Org. Chem., 1978, 43, 4682.

103. Kimura Ch., Kashiwaya K., Murai K., Katada H., Ind. Eng. Prod. Res. Dev., 1983, 22, 118.

104. Dehmlow E. V., Kinnius J., J. prakt. Chem., 1995, 377, 153.

105. d'Incan E. Seyden-Penne J., Compt. Rend. , 1975, 281, 1031.

106. McIntosh J.M., Khalil H., Can. J. Chem., 1978, 56, 2134.

107. Zomerfeld T., Praca Dyplomowa, Politechnika Warszawska, Wydział Chemiczny, 1999, 42.

108. Mitsch R. A., Robertson J.E., J. Heterocyclic Chem., 1965, 2, 152.

109. Seyferth D., Mai A. V., J. Org. Chem., 1966, 31, 4079.

110. Skell P. S., Garner J., J. Am. Chem. Soc., 1956, 78, 5430.

111. Skattebol L., Acta Chem. Scand., 1963, 17, 1683.

112. Sandler S. R., J. Org. Chem., 1967, 32, 3876.

113. Baird M. S., J. Chem. Soc. Perkin Trans. 1, 1976, 54.

114. Hamon D. P. G., Trenerry C. V, Aust. J. Chem., 1980, 33, 809.

115. Kamel M., Chem. Ber., 1976, 109, 2351.

116. Weyerstahl P, Chem. Ber., 1967, 100, 1858.

117. Weyerstahl P., Justus Liebigs Ann. Chem., 1973, 2100.

118. Winberg H. E., J. Org. Chem., 1959, 24, 264.

119. Schlosser M., Chem. Ber., 1971, 104, 1921.

120. Regen S. L., Singh A., J. Org. Chem., 1982, 47, 1587.

121. Laguerre M., Grignon-Dubois M., Dunogues J., Tetrahedron; 1981, 37, 1161.

122. Dehmlow E. V., Justus Liebigs Ann. Chem., 1972, 758.

123. Mathias R., Weyerstahl P., Angew. Chem., 1974, 86, 42.

124. Fedorynski M., Synthesis, 1977, 783.

125. Sydnes L.K., Acta Chem. Scand. Ser. B, 1977, 31, 823.

126. Baird M. S., Hussain H. H., Nethercott W., J. Chem. Soc. Perkin Trans.1, 1986, 1845.

127. Kostikov R. R., Drygailova E. A., Golovkina E. A., Komendantov A. M., Molchanov A. P., Zh. Org. Khim.,

1987, 23, 2170.

128. Baird M. S., Mahli B. S., Sheppard L., J. Chem. Soc. Perkin Trans.1, 1990, 7, 1881.

129. Xu L., Tao F., Synth. Commun., 1988, 18, 16-17, 2117.

130. Nomura E., Taniguchi H., Otsuji Y., Bull. Chem. Soc. Jpn., 1994, 67, 792.

131. Fu X-K., Wen S.-Y., Synth. Commun., 1995, 25, 2435.

132. Balakrishnan T., Jayachandran J. P., Synth. Commun., 1995, 25, 3821.

133. Jayachandran J. P., Wang M.-L., Synth. Commun., 1999, 29, 4101.

134. Parham W. E., Twelves R. R., J .Org. Chem., 1957, 22, 730.

135. Ref. 1, p 315.

136. Closs G. L., Closs L. E., J. Am. Chem. Soc., 1959, 81, 4996, J. Am. Chem. Soc., 1960, 82, 5723.

137. Martel B., Hiriart J.M., Synthesis, 1972, 201.

138. Dehmlow E. V., Stuetten J., Tetrahedron Lett., 1991, 32, 6105.

139. Vogel A. I., Preparatyka organiczna, 1984, 290.

140. Kimura Y., Regen L. S., J. Org. Chem., 1982, 47, 2493.

141. Westheimer F. H., Shookhoof M. W., J. Am. Chem. Soc., 1940, 62, 269.

142. Mąkosza M., Wawrzyniewicz W., Tetrahedron Lett., 1969, 4659.

W części WYNIKI WŁASNE tabele numerowałem od początku.

Warunki analizy metodą GC: 100-250°C, przyrost temp. 10°C/min.

^* Warunki analizy metodą GC: 100-250°C, przyrost temp. 10°C/min

Warunki analizy metodą GC: 50-100°C, przyrost temp. 10°/min., 100-250°C, przyrost temp. 20°C/min

Warunki analizy metodą GC: 50-100°C, przyrost temp. 10°/min., 100-250°C, przyrost temp. 20°C/min

Warunki analizy metodą GC: 100-250°C, przyrost temp. 10°/min

CEL PRACY

57

CZĘŚĆ TEORETYCZNA

WYNIKI WŁASNE

CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA

STESZCZENIE PRACY

LITERATURA CYTOWANA







---