авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Синтез и свойства 1,3,5-триазиннитроловых кислот.

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Селезнева Евгения Валерьевна

СИНТЕЗ И СВОЙСТВА

1,3,5-ТРИАЗИННИТРОЛОВЫХ КИСЛОТ.

02.00.03 Органическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Самара – 2009

Работа выполнена на кафедре «Химия и технология органических соединений азота» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет»

Научный руководитель доктор химических наук, профессор Бахарев Владимир Валентинович
Официальные оппоненты доктор химических наук, профессор Ширяев Андрей Константинович доктор химических наук, с.н.с. Шастин Алексей Владимирович
Ведущая организация Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН

Защита состоится «22» декабря 2009 года в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.217.05 в ГОУВПО «Самарский государственный технический университет» по адресу: 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, Главный корпус.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Самарского государственного технического университета.

Автореферат разослан « » ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

к.х.н., доцент Саркисова В.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Поиск новых методов введения и трансформации функциональных групп – одна из важнейших задач органической химии. Сведения о влиянии функциональных групп на свойства вновь получаемых веществ являются ключом к успешному решению многих задач синтетической органической химии и выявлению закономерностей «структура-свойство» в новых рядах соединений. Особый интерес представляют заместители, имеющие несколько реакционных центров, что позволяет вовлекать их в превращения, приводящие к разнообразным полифункциональным производным. Поэтому разработка методов синтеза соединений, содержащих новое сочетание заместителей, определение особенностей их строения, изучение химических свойств таких соединений является актуальной проблемой.

К числу таких полифункциональных соединений относятся 1,3,5-триазиннитроловые кислоты. Общие сведения о методах синтеза и химических превращениях нитроловых кислот весьма скудны и разрозненны. К моменту начала настоящей работы был известен единственный представитель нитроловых кислот этого ряда - 2,4,6-трис[нитро(гидроксимино)]-1,3,5-триазин. В то же время нитроловый фрагмент относится к числу заместителей, имеющих несколько реакционных центров, что позволит вовлекать его в различные превращения, приводящие к широкому спектру полифункциональных соединений. Более того, влияние -дефицитного цикла 1,3,5-триазина может, с одной стороны, привести к повышению стабильности нитроловых кислот этого ряда, а с другой стороны, к новым трансформациям нитро(гидроксимино)метильного фрагмента в другие реакционноспособные функциональные группы, что может существенно расширить синтетический потенциал нитроловых кислот.



Исследования последних лет показали, что нитроловые кислоты являются интересным классом потенциальных биологически активных соединений, способных выступать в качестве донора оксида азота (NO), являющегося внутри- и межклеточным вторичным нейромедиатором и играющего ключевую роль в регуляции важнейших биологических процессов.

Цель работы заключалась в разработке метода синтеза 1,3,5-триазиннитроловых кислот, изучении химических превращений и NO-донорной активности соединений этого ряда. В соответствии с поставленной целью в ходе исследований решались следующие задачи:

  • исследование реакции солей динитрометил-1,3,5-триазинов с димерным диоксидом азота;
  • изучение закономерностей и особенностей химических превращений нитро(гидроксимино)метильной группы;
  • выявление NO-донорной активности 1,3,5-триазиннитроловых кислот.

Научная новизна. Впервые показано, что 1,3,5-триазиннитроловые кислоты могут быть получены на основе реакции солей динитрометил-1,3,5-триазинов с димерным диоксидом азота. Найдено, что при нагревании и действии оснований 1,3,5-триазиннитроловые кислоты превращаются в высоко реакционноспособные нитрилоксиды, которые при отсутствии других реагентов димеризуются до фуроксанов, а в присутствии диполярофилов (производные этилена и ацетилена) превращаются по реакции диполярного [3+2]-циклоприсоединения в 3,5-дизамещенные изоксазолы и 4,5-дигидроизоксазолы, в присутствии 1,3-дикарбонильных соединений - 3,4,5-тризамещенные изоксазолы. Обнаружена новая реакция нитроловых кислот - взаимодействие с трифенилфосфином с образованием нитрилов. Впервые получены амино-, азидо-, алкил(арил)тио(гидроксимино)метилпроизводные 1,3,5-триазина при взаимодействии нитроловых кислот с аминами, азидом натрия и тиолами (тиофенолами).

Практическая значимость. Разработан метод синтеза 1,3,5-триазиннитроловых кислот, включающих в качестве заместителей различные амино-, алкил(арил)оксигруппы. На основе химической трансформации фрагмента нитроловой кислоты разработаны методы синтеза ряда полифункциональных соединений ряда 1,3,5-триазина: нитрилов, карбоновых кислот, фуроксанов, изоксазолов, 4,5-дигидроизоксазолов, амино-, азидо-, алкил(арил)тио(гидрокси-мино)метилпроизводных. Найдено, что 1,3,5-триазиннитроловые кислоты и 3,4-ди(1,3,5-триазинил)-фуроксаны могут быть эффективными донорами NO.

На защиту выносятся следующие положения:

- новый метод синтеза 1,3,5-триазиннитроловых кислот, включающих в качестве заместителей в цикле различные амино-и алкил(арил)оксигруппы;

- общие закономерности и особенности химических превращений нитро(гидроксимино)метильного фрагмента в 1,3,5-триазиннитроловых кислотах, сопровождающиеся его трансформацией в другие функциональные группы и гетероциклические фрагменты;

- данные по NO-донорной активности 1,3,5-триазиннитроловых кислот и 3,4-ди(1,3,5-триазинил)фуроксанов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Всероссийской научно-технической конференции по технической химии (Казань 2007), XXI международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии (Москва, 2007), Всероссийской научной конференции «Современные проблемы органической химии» (Новосибирск, 2007), Российской молодежной научной конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 2007, 2008, 2009), Второй Международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной химии» (Астрахань, 2008), Международной конференции «Новые направления в химии гетероциклических соединений» (Кисловодск, 2009).

Публикации. Результаты работы опубликованы в 7 статьях и 9 тезисах докладов на конференциях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и библиографии (117 источников). Диссертация изложена на 127 страницах, включает 21 таблицу и 5 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

К началу настоящих исследований было известно три подхода к синтезу нитроловых кислот: нитрозирование мононитросоединений и их солей; нитрование оксимов альдегидов; нитрозирование солей динитросоединений. Осуществление синтеза 1,3,5-триазиннитроловых кислот на основе реакций нитрозирования моно-нитрометильных производных 1,3,5-триазина или нитрования оксимов 1,3,5-триазинкарбальдегидов было затруднительно ввиду малой доступности исходных соединений. К преимуществам подхода, базирующегося на реакции нитрозирования солей динитрометил-1,3,5-триазинов можно отнести наличие общего метода синтеза исходных соединений - солей динитрометил-1,3,5-триазинов. Поэтому для синтеза 1,3,5-триазиннитроловых кислот был выбран подход, основанный на реакции нитрозирования солей динитрометил-1,3,5-триазинов димерным диоксидом азота.

2.1. Синтез нитроловых кислот ряда 1,3,5-триазина

В реакции солей динитрометил-1,3,5-триазинов с димерным диоксидом азота по аналогии с солями алифатических и ароматических динитрометильных соединений можно было ожидать образования 1,3,5-триазиннитроловых кислот, 1,3,5-триазиннитрилоксидов, 3,4-ди(1,3,5-триазинил)фуроксанов, цвиттер-ионных динитрометил-1,3,5-триазинов и тринитрометил-1,3,5-триазинов.

Введение в реакцию с димерным диоксидом азота донора протонов (в данной реакции в качестве донора протонов была использована вода) необходимо для образования нитроловой кислоты. Поэтому в этой системе могут протекать две конкурентные реакции: димерного диоксида азота с 1,3,5-триазинилдинитрометилкарбанионом и димерного диоксида азота с водой. Соотношение скоростей этих реакций, зависящее от используемого растворителя и количества вводимой воды, должно было определять направление превращений калиевой соли динитрометил-1,3,5-триазина и выход продуктов. Изучение влияния растворителя (гексан, четыреххлористый углерод, толуол, дихлорэтан, диэтиловый эфир, этилацетат, ацетонитрил, метанол) и количества введенной воды (от 0,5 до 5 молей воды на 1 моль соли) на реакцию солей 2,4-дизамещенных динитрометил-1,3,5-триазинов с димерным диоксидом азота (выполнены на примере калиевой соли 2-диметиламино-4-метокси-6-динитрометил-1,3,5-триазина) показало, что максимальный выход нитроловой кислоты достигается в толуоле при добавлении 2 молей воды на 1 моль соли. Дальнейшие исследования реакции солей динитрометил-1,3,5-триазинов, содержащих различное сочетание заместителей в цикле, с димерным диоксидом азота были проведены в толуоле при соотношении калиевая соль : N2O4 : H2O = 1 : 1,35 : 2 и температуре 0-20оС.

Добавление димерного диоксида азота к суспензии соли динитрометил-1,3,5-триазина приводило к образованию сине-зеленого раствора и выделению нитрата калия (выход 98%). Сине-зеленое окрашивание переходит в слабо-желтое (10-30 минут) и в осадок выпадают целевые нитроловые кислоты 1h-n (нитроловые кислоты 1a-d были выделены после удаления растворителя). Суммарный результат реакции определялся типом заместителей в цикле 1,3,5-триазина - наряду с нитроловыми кислотами 1a-n в зависимости от заместителей R1 и R2 были выделены фуроксаны 2a-g и цвиттер-ионные динитрометил-1,3,5-триазины 3h-n.

В реакции с солями 2,4-диалкокси-6-динитрометил-1,3,5-триазинов образуются нитроловые кислоты 1a-d с примесью 3,4-ди(1,3,5-триазинил)фуроксанов 2a-d.

R= Me (1a, 2a); Pr (1b, 2b); Pr-i (1c, 2c); C6H11-цикло (1d, 2d)

В реакции же с солями 2,4-диарилокси-6-динитрометил-1,3,5-триазинов основными продуктами реакции были 3,4-ди(1,3,5-триазинил)фуроксаны 2e-g. Нитроловые кислоты 1e-g препаративно выделить не удалось, их образование было доказано только методом ТСХ.

Ar=C6H4COOMe-п (1e, 2e); C6H4Br-n (1f, 2f); C6H4COOMe-м (1g, 2g)

В реакции с солями 2-амино-4-алкокси-6-динитрометил-1,3,5-триазинов образуются нитроловые кислоты 1h-n, в качестве побочных продуктов были выделены цвиттер-ионные динитрометил-1,3,5-триазины 3h-n.

R1= Me, NR2R3=NMe2 (1h, 3h), R1= Me, NR2R3= N(CH2)4 (1i, 3i), R1= Me, NR2R3= N(CH2)5 (1j, 3j), R1= Me, NR2R3= N(CH2CH2)2O (1k, 3k), R1= C6H4NO2-o, NR2R3= NEt2 (1l, 3l), R1= C6H4COOMe-м, NR2R3= NMe2 (1m, 3m), R1= C6H4Br-п, NR2R3= N(CH2)5 (1n, 3n)

Выходы нитроловых кислот 1a-n, фуроксанов 2a-g и цвиттер-ионных динитрометил-1,3,5-триазинов 3h-n приведены в табл. 1.

Реакция начинается с нитрозирования 1,3,5-триазинилдинитрометилкарбаниона димерным диоксидом азота. Динитронитрозопроизводное достаточно быстро претерпевает дальнейшие превращения и не успевает окислиться под действием диоксида азота до тринитрометил-1,3,5-триазина, хотя аналогичные примеры описаны в ароматическом ряду.

Таблица 1.

Выходы нитроловых кислот 1a-n, фуроксанов 2a-g и цвиттер-ионных динитрометил-1,3,5-триазинов 3h-n.

Заместители R1 и R2 в 1,3,5-триазине Выход, %
R1 R2 1a-n 3h-n 2a-g
OMe OMe 70 - 10
OPr OPr 77 - 12
OPr-i OPr-i 55 - 5
OC6H11-цикло OC6H11-цикло 72 - 15
OC6H4COOMe-п OC6H4COOMe-п -* - 82
OC6H4Br-n OC6H4Br-n -* - 79
OC6H4COOMe-м OC6H4COOMe-м -* - 80
OMe NMe2 80 5 -
OMe N(CH2)4 73 10 -
OMe N(CH2)5 74 7 -
OMe N(CH2CH2)O 65 15 -
OC6H4NO2-o NEt2 40 20 -
OC6H4COOMe-м NMe2 42 15 -
OC6H4Br-п N(CH2)5 55 15 -




* - обнаружены по ТСХ, препаративно не выделены

Миграция нитрогруппы от атома углерода к атому кислорода нитрозогруппы и последующее взаимодействие нитро(О-нитрооксиимино)метильного производного с водой завершается образованием нитроловых кислот 1a-n. Конкурентным направлением трансформации динитронитрозометильного производного является отщепление двух нитрогрупп, приводящее к 1,3,5-триазиннитрилоксидам и их димеризации в фуроксаны 2a-g. Для солей диалкоксипроизводных образование фуроксанов 2a-d происходит в незначительной степени, для солей диарилоксипроизводных это направление реакции преобладает над образованием целевых нитроловых кислот 1e-g.

R = 2-R1-4-R2-1,3,5-триазин-6-ил

Цвиттер-ионные динитрометил-1,3,5-триазины 3h-n образуются при взаимодействии исходных солей динитрометил-1,3,5-триазинов с азотной кислотой.

В ИК спектрах нитроловых кислот 1a-d, 1h-n поглощение =NOH-группы наблюдается в виде уширенной полосы в области 3100-3200 см-1, что указывает на наличие водородных связей и ассоциации в кристаллическом состоя-нии. В 1H ЯМР спектре сигнал протона =NOH-группы сильно смещен в слабое поле и располагается в области 13,5-14,2 м.д., это свидетельствует о том, что соединения 1a-d, 1h-n являются достаточно сильными кислотами. В спектре ЯМР 13С сигнал атома углерода нитро(гидроксимино)ме-тильной группы наблю-дается в области 150,5-151,5 м.д. По данным РСА 1k (рис. 1), в кристаллическом состоянии нитро(гидроксимино)метильный фрагмент существует в Z-конфигурации. Метокси- и гидроксиминная группы находятся в одной плоскости с планарным триазиновым циклом, морфолиновый цикл имеет конфигурацию «кресло». Нитрогруппа во фрагменте нитроловой кислоты практически перпендикулярна плоскости триазинового цикла (торсионный угол С(3)-С(4)-N(4)-O(2) составляет 81,6).

2.2. Химические превращения нитроловых кислот ряда 1,3,5-триазина

Известно, что нитроловые кислоты являются малостабильными соединениями. -Дефицитный цикл 1,3,5-триазина повышает стабильность нитроловых кислот. Заметное разложение начинается только выше 90С. Нагревание нитроловых кислот 1a,h-k в толуоле показало, что разложение начинается при 90-110С и сопровождается выделением оксидов азота. В результате образуются 3,4-ди(1,3,5-триазинил)фуроксаны 2a,h-k. Реакция протекает через стадию отщепления азотистой кислоты, образование 1,3,5-триазиннитрилоксидов и их последующую димеризацию.

R1=R2= OMe (1a, 2a), R1= OMe, R2=NMe2 (1h, 2h), R1= OMe, R2= N(CH2)4 (1i, 2i), R1= OMe, R2= N(CH2)5 (1j, 2j), R1= OMe, R2= N(CH2CH2)2O (1k, 2k)

С целью изучения алкилирования нитроловых кислот была предпринята попытка получения солей. Нитроловые кислоты 1a,h-k обрабатывали водным или метанольным раствором гидроксида натрия или калия при 20С. Однако вместо ожидаемых солей были выделены фуроксаны 2a,h-k. Обнаруженная нестабильность образующихся анионов нитроловых кислот, по-видимому, обусловлена легкостью отщепления нитрит-аниона с образованием 1,3,5-триазиннитрилоксидов.

R1=R2= OMe (1a, 2a), R1= OMe, R2=NMe2 (1h, 2h), R1= OMe, R2= N(CH2)4 (1i, 2i), R1= OMe, R2= N(CH2)5 (1j, 2j), R1= OMe, R2= N(CH2CH2)2O (1k, 2k)

Таким образом, 1,3,5-триазиннитроловые кислоты могут выступать в качестве синтетического эквивалента высоко реакционноспособных 1,3,5-триазиннитрилоксидов, которые могут быть использованы в дальнейших химических превращениях.

Нами было обнаружено новое превращение нитроловых кислот. Нагревание нитроловых кислот в толуоле в присутствии восстановителя - трифенилфосфина завершается образованием 1,3,5-триазинкарбонитрилов 4a, c, h-k.

R1=R2= OMe (1a, 2a), R1=R2= OPr-i (1c, 2c) R1= OMe, R2=NMe2 (1h, 3h), R1= OMe, R2= N(CH2)4 (1i, 3i), R1= OMe, R2= N(CH2)5 (1j, 3j), R1= OMe, R2= N(CH2CH2)2O (1k, 3k)


Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.