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 | 3 |

Хемоселективное и асимметрическое окисление кетосульфидов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

АШИХМИНА ЕКАТЕРИНА ВЛАДИМИРОВНА

ХЕМОСЕЛЕКТИВНОЕ И АСИММЕТРИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ КЕТОСУЛЬФИДОВ

Специальность 02.00.03 – Органическая химия

(химические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Нижний Новгород – 2009

Работа выполнена в Институте химии Коми научного центра Уральского отделения РАН

Научный руководитель: кандидат химических наук,

старший научный сотрудник

Рубцова Светлана Альбертовна

Официальные оппоненты: доктор химических наук,

старший научный сотрудник

Семёнов Владимир Викторович

доктор химических наук,

профессор

Гринвальд Иосиф Исаевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО "Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского"

Защита состоится « 20 » марта в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.165.06 при Нижегородском государственном техническом университете им. Р. Е. Алексеева по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, д. 24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета

им. Р. Е. Алексеева.

Автореферат разослан 19 февраля 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Т. Н. Соколова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Реакциям окисления кетосульфидов в настоящее время уделяется все большее внимание. Это связано с перспективами использования кетосульфоксидов и сульфонов в медицине, в асимметрическом синтезе, в качестве экстрагентов палладия и платины, регуляторов роста растений, флотореагентов, комплексообразователей металлов. Особое место занимает асимметрический синтез хиральных органических соединений с заданной абсолютной конфигурацией асимметрических центров. Существует ряд примеров, где энантиомеры хирального биологически активного вещества оказывают различное воздействие на организм. При этом различие может состоять не только в биологических воздействиях, но также в фармакокинетике и метаболизме энантиомеров. Так как оптический антипод хирального лекарственного препарата может оказывать не только нейтральное, но и негативное воздействие, как в случае с Thalidatnid'oм, и даже вызвать летальный исход как в случае с Robitussin'ом, то можно понять, почему огромное количество исследовательских групп пытаются разработать эффективные методы синтеза оптически активных соединений.

Кетосульфоксиды – удобные соединения как прекурсоры для синтеза хиральных лигандов для асимметрического окисления, поэтому разработка методов получения кетосульфоксидов, в том числе и в энантиомерно чистом виде является актуальной проблемой органического синтеза.

Один из путей получения хиральных кетосульфоксидов – асимметрическое окисление соответствующих кетосульфидов. Наиболее привлекательны для препаративного использования методы Кагана и Модены с применением модифицированной каталитической системы Шарплесса [изопропилат титана – (+)-диэтилтартрат – вода], а также метод асимметрического окисления сульфидов в присутствии комплексов на основе ванадия(IV) с хиральными основаниями Шиффа (система Больма) и в присутствии комплексов на основе титана(IV) с хиральными основаниями Шиффа (система Фуджита).

Одним из наиболее интересных и доступных окислителей, выпускаемых в промышленных масштабах, является диоксид хлора. Если в литературе имеется ряд работ по окислению диоксидом хлора различных органических соединений, то такие данные по асимметрическому окислению отсутствуют.

Настоящая работа посвящена хемоселективному и асимметрическому окислению кетосульфидов и выполнена в соответствии с планами НИР Института химии Коми НЦ УрО РАН по темам НИР «Разработка методов синтеза и окисления сера- и кислородсодержащих органических соединений» (№ Гос. регистрации 01.2.00102724) и «Научные основы химии и технологии комплексной переработки растительного сырья; синтез хиральных функциональных производных изопреноидов, липидов и природных порфиринов для получения новых физиологически активных веществ и материалов (№ Гос. регистрации 0120.0 604259). Научные исследования проводились при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (Грант РФФИ № 04-03-96010-р2004урал_а), при поддержке президента Российской Федерации (программа поддержки ведущих научных школ, грант НШ – 4028.2008.3), а также гранта Уральского отделения РАН.

Цель работы

Разработка перспективных для практического применения методов селективного окисления кетосульфидов, в том числе при участии каталитических количеств комплексов титана(IV) и ванадия(IV); поиск новых каталитических систем для асимметрического окисления; расширение области синтетического применения диоксида хлора.

Научная новизна работы

  • Осуществлено асимметрическое окисление в присутствии каталитических систем Фуджита, Больма, модифицированной системы Шарплесса. Изменяя лиганды в данных каталитических системах получены кетосульфоксиды с энантиомерным избытком (ее) 46-84%.
  • Рассмотрено влияние различных окислителей на хемоселективность и стереоселективность реакций окисления кетосульфидов. Показано, что диоксид хлора в реакциях асимметрического окисления приводит к обращению конфигурации образующихся кетосульфоксидов.
  • Разработана удобная методика получения -кетосульфидов с участием обеих енольных форм таутомеров.

Практическая значимость работы

Получены новые кетосульфиды: 3-(гексилтиометил)-4-метил-2-пентанон, 2-(гексилтиометил)циклогексанон, 3-бензилтиометил-4-метил-2-пентанон, 2-бензилтиометилциклогексанон. Разработаны методы асимметрического окисления этих соединений, которые можно использовать для синтеза биологически активных веществ. Введение асимметричной сульфоксидной группы позволяет применить полученные кетосульфоксиды в качестве строительных блоков для синтеза хиральных лигандов.

Основные положения, выносимые на защиту

- Реакция тиометилирования кетонов формальдегидом и меркаптаном как способ получения -кетосульфидов – субстратов для хемоселективного и асимметрического окисления.

- Влияние различных окислителей на хемоселективность реакций окисления кетосульфидов.

- Асимметрическое окисление кетосульфидов в присутствии модифицированных хиральных комплексов титана(IV) и ванадия(IV) с образованием энантиомерно обогащенных кетосульфоксидов.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы были представлены на международных, всероссийских и региональных конференциях: Межрегиональная научно-методическая конференция «Актуальные проблемы химии и методики её преподавания» (Нижний Новгород, 2005), IX Молодежная школа-конференция по органической химии (Москва, 2006), X Молодежная школа-конференция по органической химии (Уфа, 2007), XI Молодежная школа-конференция по органической химии (Екатеринбург, 2008), I Всероссийская молодежная конференция «Молодежь и наука на севере» (Сыктывкар, 2008), V Всероссийская научная конференция «Химия и технология растительных веществ» (Уфа, 2008), 23-й Международный симпозиум по органической химии серы (Москва, 2008).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 10 работ: 2 статьи в изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией, тезисы 8 докладов международных и всероссийских научных конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа изложена на 162 страницах машинописного текста и состоит из введения, трех глав (литературный обзор, результаты и обсуждение, экспериментальная часть), выводов, списка цитируемых источников, включающего 188 наименований. Диссертация иллюстрирована 11 таблицами и 40 схемами.

Благодарности. Автор выражает глубокую признательность чл.-корр. РАН, доктору химических наук Кучину Александру Васильевичу и кандидату химических наук Рубцовой Светлане Альбертовне за помощь в выполнении работы и участие в обсуждении полученных результатов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В вводной части диссертации дано обоснование актуальности рассматриваемой проблемы, сформулирована цель работы. В литературном обзоре проанализирована информация о способах получения кетосульфидов и их основных свойствах, о способах получения хиральных сульфоксидов, о применении сульфидов. Далее следуют результаты исследования и их обсуждение. В экспериментальной части описано проведение эксперимента.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Работа посвящена получению кетосульфоксидов селективным окислением кетосульфидов, в том числе с применением металлокомплексных хиральных катализаторов с лигандами как известными, так и полученными впервые. Приведены сравнительные данные по эффективности действия стандартных окислителей (трет-бутилгидропероксида (t-BuOOH), кумилгидропероксида, пероксида водорода) и диоксида хлора. Определена зависимость энантиомерного избытка кетосульфоксидов от природы каталитической системы, окислителя. Показано влияние расположения кето-группы и атома серы на энантиомерный избыток продукта реакции.

Для окисления был использован диоксид хлора, получаемый промышленным способом (водный раствор с концентрацией 5-7 г/л).

Идентификация и установление структур продуктов реакций проведены методами хроматографии (тонкослойной, газожидкостной, жидкостной), элементного анализа, спектроскопии ИК, ЯМР 1Н и 13С.

Получение кетосульфидов

Исходные -кетосульфиды получены по реакции тиометилирования кетонов (метилизобутилкетона (1), циклогексанона (2)) формальдегидом и бензилмеркаптаном, гексантиолом (по аналогии с реакцией Манниха). В эту реакцию вступают кетоны, содержащие в -положении подвижный атом водорода. Взаимодействие с формальдегидом и меркаптанами в щелочной среде приводит к -кетосульфидам (-алкилтиокетонам).

Так как в исходных кетонах имеется несколько реакционных центров, для получения моно(алкилтиометил)кетонов применили пятикратный избыток кетона и эквимолярные количества тиола, формальдегида и едкого натра.

В результате реакции впервые получены -кетосульфиды: 3-(гексилтиометил)-4-метил-2-пентанон (3), 2-(гексилтиометил) циклогексанон (4). Был проведен синтез 3-бензилтиометил-4-метил-2-пентанона (5), 2-бензилтиометилциклогексанона (6):

1 3, 5

2 4, 6

3, 4 R1=C6H13

5, 6 R1=C6H5CH2

-Алкилтиокетоны получены с выходом 65-73% при температуре 40-50°С в течение 4-6 ч, в спирто-щелочной среде, при соотношении реагентов кетон : тиол : 40%-ный водный раствор формальдегида : гидроксид натрия, равном 5 : 1 : 1 : 1.

Несмотря на то, что в метилалкилкетонах более реакционноспособной является метиленовая группа при кетогруппе, в реакциях с метилизобутилкетоном происходит образование двух алкилтиокетонов (схема 1). Спектральные данные позволяют сделать вывод, что в ходе реакции идет присоединение и к метиленовой группе, и к метильной группе при карбонильном атоме углерода. Образующиеся алкилтиокетоны являются структурными изомерами, наличие которых ранее не было описано.

Схема 1

R1=C6H13, C6H5CH2

Учитывая полученные результаты, в совокупности с известными литературными данными, взаимодействие кетонов с формальдегидом и меркаптанами по реакции тиометилирования можно представить схемой.

В растворе кетонов, содержащих по крайней мере один -водородный атом, характерна кето-енольная таутомерия, заключающаяся в миграции этого атома водорода к кислороду карбонильной группы.

На первой стадии в результате присоединения муравьиного альдегида к обеим енольным формам таутомеров образуется гидроксипроизводное, которое подвергается нуклеофильной атаке тиолом с получением кетосульфида.

Схема 2

Наличие в ИК-спектрах соединений 3-6 интенсивных полос поглощения в области 1705-1720 см-1, характеризующих колебания связи С=О, указывает на присутствие кето-группы. Полоса поглощения в области 517-729 см-1 свидетельствует о наличии тиоэфирной связи.

Окисление кетосульфидов в сульфоксиды и сульфоны

В настоящей работе были подобраны условия селективного окисления известных -, -кетосульфидов (S-этилацетата (7), 1-метилтио-2-пропанона (8), (бензилтио)ацетона (9)), а также впервые полученных -кетосульфидов (3-(гексилтиометил)-4-метил-2-пентанона, 2-(гексилтиометил)циклогекса-нона, 3-бензилтиометил-4-метил-2-пентанона, 2-бензилтиометилциклогекса-нона) в сульфоксиды и сульфоны.

При окислении -, -, -кетосульфидов трет-бутилгидропероксидом в хлороформе при температуре 0°С и соотношении сульфид : окислитель, равном 1 : 1, с прямым порядком подачи реагентов получены соответствующие кетосульфоксиды с выходом -, -, -кетосульфоксидов 89-98%, табл. 1:

3, 5, 7-9 10-14

4, 6 15, 16

3, 13 R1=CH3; R=C3H7; R2= С6H13; n=1

4, 15 R1= С6H13

5, 14 R1=CH3; R=C3H7; R2= С6H5СН2; n=1

6, 16 R1= С6H5СН2

7, 10 R1=CH3; R2=С2H5; n=0

8, 11 R1=CH3; R2=СH3; R=H; n=1

9, 12 R1=CH3; R2=С6H5СН2; R=H; n=1

Таблица 1

Результаты окисления сульфидов при соотношении

сульфид : трет-бутилгидропероксид, равном 1 : 1

Сульфид Конверсия сульфида, % Содержание по ГЖХ, %
Сульфоксид Сульфон
S-этилацетат 89 96 4
1-метилтио-2-пропанон 89 97 3
(бензилтио)ацетон 93 100 -

В соответствии с данными спектроскопии ЯМР 13С продукты реакции 13-16 получены в виде смеси двух диастереомеров в соотношении 1 : 1. Так, в спектрах ЯМР 13С соединения 13 содержатся удвоенные сигналы на ядрах атомов углерода в области 53.37, 52.68, 49.86 и 20.13 м.д. равной интенсивности. Отсутствие стереоселективности объясняется тем, что в исходных кетосульфидах нет дифференцирующего влияния функциональной кетогруппы.

Замена трет-бутилгидропероксида на раствор диоксида хлора в реакциях окисления кетосульфидов при соотношении сульфид : окислитель, равном 1 : 0.5, и комнатной температуре позволила получить соответствующие кетосульфоксиды, выход которых после колоночной хроматографии составил 85-95%, табл. 2.

Таблица 2

Результаты окисления -, -кетосульфидов

трет-бутилгидропероксидом и диоксидом хлора

Кетосульфид Выход сульфоксида, %
трет-бутилгидропероксид * Диоксид хлора**
S-этилацетат 93 92
1-метилтио-2-пропанон 94 92
3-(гексилтиометил)-4-метил-2-пентанон 96 94


Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 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.