Химия каренов (стр. 7 из 9)
Борный эфир 112, в котором заведомо невозможно 1,2-элиминирование, пиролизуется с образованием 3-карена (1). Предполагают, что последний образуется в результате кислотной изомеризации первоначального продукта пиролиза — трициклического углеводорода 113. Ни один из опробованных в этой реакции эфиров 3,6,6-триметилбицикло[3.1.0]гекс-3-илметанола (тозилат, ацетат, амино- и хлорацетаты) не вел себя подобным образом.
В разделе II.2 мы отмечали, что сольволиз тозилатов 25 и 28 приводит к одному и тому же продукту 29.36 При пиролизе этих соединений также образуется один и тот же продукт реакции. 30, правда пиролиз эфира 28 происходит при более высокой температуре (180-200°С), чем эфира 25(70 - 100°С). В качестве возможного объяснения такого результата мы предполагаем предварительный 1,3-сдвиг тозилоксиметильной группы, который происходит при высокой температуре. Подобный сдвиг ацильной группы наблюдался при фотолизе кетона 4243 (см. раздел III).
4. Ионные реакции и валентная таутомерия
Выше уже упоминались ионные превращения карановых монотерпеноидов (например, соединений 74 и 76), приводящие к образованию 2,4-карадиеновой структуры, которая в результате электроциклического раскрытия трехчленного цикла перегруппировывается в триметилциклогептатриеновую. Скелетная перегруппировка в этих случаях происходит за счет валентной таутомерии. Для соединений ряда карана, имеющих более сложный углеродный скелет, возможны ионные пере группировки другого типа в результате которых образуются структуры, склонные к таутомерным превращениям.
Так. аддукт 3-карена с дибромкарбеном при действии суперосновной системы KOR-DMSO (R=Н, But) селективно дегидробромируется с образованием 1,8,8-триметил-5-метиленциклоокта-1,3,6-триена (114).114 При уменьшении конценграции дегидробромирующего агента из реакционной смеси были выделены и идентифицированы и другие продукты, что позволило предложить схему перегруппировки.115
Отщепление первой молекулы бромистого водорода сопровождается изомеризацией трехчленного цикла с образованием бромидов 115 и 116. Бромид 115 с сохраненным карановым скелетом образуется в результате раскрытия трехчленного цикла по внешней связи и не подвергается дальнейшим превращениям под действием системы KOH-DMSO. Соединение 116 изомеризуется, давая бромид 117. в котором имеется цис-дивинилциклопропановая система. В нем происходит перегруппировка Коупа116 путем согласованного раскрытия ЦПК. приводя к валентному таутомеру 118. Дегидробромирование соединения 118 ведет к циклопропену 119, который изомеризуется в более устойчивое циклооктатриеновое производное 120. Последнее в условиях реакции метилируется димсил-анионом.
В ходе этой реакции происходит еще одна согласованная перегруппировка. Бромид 121 образуется в результате 1,5-гомодиенильного сдвига; дальнейшая ионная изомеризация этого соединения приводит к бромидам 122 и 123.
5. Сигматропные сдвиги в заряженных системах
Весьма интересны превращения карановых структур под действием суперкислот. В суперкислых средах увеличивается время жизни карбокатионов, что делает возможным их более глубокие вторичные превращения и вовлекает в перегруппировки все возможные реакционные центры: ЦПК. Двойные связи (если они есть), функциональные группы. Одна из таких возможностей — сигматропные сдвиги водорода или алкильных групп. При этом образуются новые катионы, каждый из которых имеет собственную судьбу. Естественно, что разнообразие интермедиатов, участвующих в этих перегруппировках, обеспечивает и разнообразие продуктов реакции.
При взаимодействии спирта 36 и его производных с суперкислотной системой HSO3F—SO2FCl была получена смесь продуктов, образование которых объясняется сигматропными сдвигами в первоначально возникающих ионах 124 и 125 (схема 2).36
Подобным образом протекает перегруппировка изомерного спирта 90.36
Для осуществления циклизации такого типа требуется 1,2-водородный сдвиг в п-ментеновом ионе 126, так как атом кислорода гидроксиметильной группы удален от атома С(8), на котором возникает первоначальный заряд. В том случае, когда атом кислорода гидроксиметильной группы находится ближе к атому С(8), циклизация происходит через первоначально образующийся м-ментеновый ион 127. Конечно, 1,2-сдвиг происходит и в ионе 127, но атомы кислорода и углерода С(3) (на котором после сдвига сосредоточен положительный заряд) слишком сближены, поэтому циклизация не может осуществиться из-за стерического напряжения.
Циклизация диола 128 происходит без предварительного водородного сдвига через п-ментановый ион 129, в котором атом кислорода находится ближе к заряженному атому углерода, чем в ионе 126. При этом происходит селективное раскрытие циклопропанового кольца по связи С(1)—С(7); причина такой селективности пока не выяснена.36
Трициклический спирт 130 перегруппировывается в суперкислотной среде с раскрытием связи С(4)—С(5) с образованием соединения 131. Циклизация осуществляется за счет 1,2-сдвига водорода в катионе А.36
Перегруппировка спирта 130 примечательна тем, что его молекула имеет два трехчленных цикла, но под действием суперкислоты раскрывается только один из них. Это может быть связано с разницей энергий ВЗМО обоих циклопропановых фрагментов, имеющих различные заместители, хотя электростатическое влияние гидроксиметильиой группы на процесс, который контролируется зарядом, кажется неожиданно большим.
Перегруппировки, сопровождающиеся циклизацией, осуществляются в суперкислотных средах также для секокарановых структур.36 В этом случае положительный заряд должен быть сближен с кислородным атом, чтобы между ними образовалась связь.
При перегруппировках α-транс-3,4-эпоксикарана* (75) в суперкислотных средах в промежуточно образовавшихся ионах происходят не только водородные, но и алкильные сдвиги, и именно они ответственны за перестройку каранового скелета.117
В ионе 4-гидроксикарана 132 должен произойти 1,2-алкильный сдвиг, вызывающий сужение шестичленного цикла с образованием иона 133; выброс протона и ионизация ЦПК создают возможность циклизации (путь а).
Более интересен другой путь преобразования иона 132, формально происходящий как. 1,3-алкильный сдвиг и приводящий к иону 134 (путь b). Однако в заряженных системах не могут осуществляться 1,3-алкильные сдвиги: на атоме С(2) отсутствует подходящая p-орбиталь. Таким образом, в действительности происходит 1,2-алкильный сдвиг, но в образовании ПС участвуют атомы углерода, не являющиеся соседними (С(1) и С(3)). Перекрывание происходит не вдоль σ-связи, а через пространство; такой сдвиг можно назвать гомоенильным. В конечном итоге это приводит к замыканию трехчленного цикла и иону 134 (β-циклопропильная перегруппировка 118), в котором происходят последовательные водородный и алкильный сдвиги с образованием конечного кетона (+)-135.117
Для объяснения перегруппировок β-цис-3,4-эпоксикарана (136) в суперкислотной среде предложен механизм с участием бициклического иона 137, изомерного иону 134.118 В этом случае стереоспецифично образуется кетон (—)-135, который является не только стереоизомером, но и энантиомером кетона (+)-135, получающегося в процессе перегруппировок эпоксида 75.
Различную реакционную способность эпоксидов 75 и 136 авторы 118 объясняют термодинамическим и орбитальным факторами: ионы 132 и 138 имеют одинаково благоприятную для процесса сужения цикла ориентацию мигрирующей связи и вакантной орбитали. Для иона 132 энергетически более выгодным является процесс сужения цикла, а для иона 138 предпочтительна β-циклопронильная перегруппировка (через катионы 137 и 139), поскольку ориентация вакантной орбитали в этом катионе более благоприятна для перегруппировки, чем в ионе 132.
Приведенные выше схемы превращений эпоксидов 75 и 136 рассматривают лишь наиболее вероятные пути образования конечных продуктов. Соединения, имеющие углеродный скелет 1-метил-4-изопропилбицикло[3.1.0]гексана, которые могли бы получаться из ионов 134 и 137, среди продуктов превращения эпоксикаранов в суперкислотной среде не найдены. Однако в 1962 г, при кислотной гидратации цис-эпоксида 136 был получен диол 140 с таким же скелетом,119 и в 1972 г. была подтверждена его структура.120
В 1966 г. было показано, что одним из продуктов дегидратации моноацетата 3β, 4α-карандиола 141 является ацетат транс-1-метил-4-изопропенилбицикло[3.1.0]гексан-2-ола (142).121