WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи


РЫБАКОВ СЕРГЕЙ МЕФОДЬЕВИЧ

СИНТЕЗ И СВОЙСТВА АЛКИЛ- И АЛКЕНИЛФОСФОНАТОВ, -ФУНКЦИОНАЛИЗИРОВАННЫХ АМИНООРГАНИЛЬНЫМИ ГРУППИРОВКАМИ

02.00.08 – Химия элементоорганических соединений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Казань – 2009

Работа выполнена на кафедре высокомолекулярных и элементоорганических соединений Химического института им. А.М. Бутлерова государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Казанский государственный университет им. В.И. Ульянова-Ленина" Министерства образования и науки Российской Федерации.

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Хусаинова Наркис Габбасовна

Официальные оппоненты: член-корреспондент РАН, доктор химических наук, профессор Миронов Владимир Фёдорович

доктор химических наук, доцент Стойков Иван Иванович

Ведущая организация: Казанский государственный
технологический университет

Защита диссертации состоится « » сентября 2009 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.081.03 по химическим наукам при Казанском государственном университете им. В.И. Ульянова-Ленина по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлёвская, 18 (Бутлеровская аудитория).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. Н.И. Лобачевского Казанского государственного университета. С авторефератом можно ознакомится на сайте КГУ (www.ksu.ru).

Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлёвская 18, Казанский государственный университет, Научная часть.

Автореферат разослан "___" августа 2009 года.

Учёный секретарь

диссертационного совета Д 212.081.03

кандидат химических наук, доцент М.А. Казымова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие методов синтеза производных аминофосфоновых кислот является одним из важнейших направлений современной химии фосфорорганических соединений (ФОС), что связано, прежде всего, с широкими возможностями их практического применения. Среди этих соединений найдены вещества, проявляющие антибактериальную, антивирусную, противогрибковую активность, экстрагенты металлов, комплексообразователи и т.д. Синтез и исследование свойств этих соединений способствуют решению ряда фундаментальных проблем теоретической элементоорганической химии, таких как изучение взаимосвязи электронной и пространственной структур молекул с их реакционной способностью, специфики, вносимой присутствием фосфорильной группы, регио- и стереохимии реакций. Повышенная реакционная способность алленовых и винильных производных кислот четырехкоординированного фосфора открывает возможность эффективного синтеза новых -аминофункционализированных ФОС на основе ранее не изученных реакций присоединения к ним азотсодержащих бифункциональных нуклеофильных реагентов и гетероциклических соединений. К настоящему времени описано крайне мало фосфорорганических соединений, содержащих в молекуле более одной аминогруппы, тогда как сочетание таких фрагментов, вероятно, приведет к появлению новых практически полезных свойств. Данные о строении образующихся продуктов исследуемых реакций, закономерностях их превращений позволят прогнозировать поведение непредельных ФОС в родственных реакциях и будут способствовать осуществлению синтеза полифункциональных ФОС заданной структуры.

В этой связи настоящая работа, посвященная синтезу и изучению свойств новых алкил- и алкенилфосфонатов, содержащих аминоорганильные группировки, является актуальным исследованием, ориентированным на направленный синтез практически значимых ФОС.

Целью работы является синтез новых потенциально практически значимых -аминофункционализированных фосфонатов на основе реакций ненасыщенных производных кислот четырехкоординированного фосфора с азотсодержащими бифункциональными реагентами и гетероциклическими соединениями, изучение их строения и свойств.

Научная новизна работы и выносимые на защиту положения:

  • На основе реакций присоединения азотсодержащих бифункциональных реагентов к винильным и алленовым производным четырехкоординированного фосфора синтезирован ряд новых полифункциональных фосфорилированных алканов и алкенов, обладающих биологической активностью.
  • Впервые при изучении реакции винил- и алленилфосфонатов с такими диаминами, как 1,2-диаминоэтан, 4,7,10-триокса-1,13-тридекандиамин, 4,9-диокса-1,12-додекандиамин показано, что нуклеофильное присоединение диаминов происходит с ориентацией атома азота к -углеродному атому непредельного субстрата. Установлено, что, варьируя соотношение исходных реагентов, можно синтезировать аддукты с участием одной или обеих аминогрупп диаминов.
  • Обнаружено, что реакция дибутилвинилфосфоната с этаноламином протекает регио- и хемоселективно с участием только аминогруппы бифункционального нуклеофильного реагента.
  • Впервые изучены реакции эфиров 3-метил-1,2-бутадиенилфосфоновой кислоты с 1,10-диаза-18-крауном-6. Показано, что молекулы продуктов присоединения состоят из двух 1-фосфорил-3-метилбут-2-еновых фрагментов, связанных между собой краун-эфирным мостиком, с анти-расположением фосфорорганических групп относительно плоскости макроцикла. Во взаимодействии принимает участие 1,2-кратная связь фосфорилалленов.
  • Установлено, что взаимодействие имидазола с алленил- и винилфосфонатами происходит с ориентацией атома азота гетероцикла к -углеродному атому непредельного субстрата. Впервые отмечено алкилирование имидазольного кольца этиловыми эфирами непредельных фосфоновых кислот.
  • Проведены испытания ряда впервые полученных -аминоалкил- и -аминоалкенилфосфонатов на биологическую активность. Обнаружено высокая противогрибковая активность практически всех исследуемых -аминофосфонатов. Выявлено, что -аминоалкилфосфонаты обладают бактерицидной активностью по отношению к кишечной и синегнойной палочкам и штаммам золотистого стафилококка.

Практическая значимость работы. Разработаны простые и удобные методы синтеза -аминофункционализированных ФОС на основе реакций присоединения азотсодержащих бифункциональных и гетероциклических реагентов к ненасыщенным производным четырехкоординированного фосфора. Некоторые из впервые полученных функционализированные ФОС проявляют бактерицидный эффект и противогрибковую активность.

Личный вклад автора заключается в постановке целей и задач исследований, выборе объектов, проведении эксперимента, анализе экспериментальных данных, обработке и обобщении результатов, а также формулировании выводов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на VII Научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов научно-образовательного центра Казанского государственного университета “Материалы и технологии XXI века” (Казань, 2007), XVII Международной конференции по химии фосфора (Xiamen, Китай, 2007), XV Международной конференции по химии соединений фосфора (Санкт-Петербург, 2007), XXI и XXII Международных конгрессах по химии гетероциклических соединений (Сидней, Австралия, 2007; С.-Джонс, Канада, 2009), XVII Международной конференции по химической термодинамике (Казань, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 4 статьи и тезисы 6 докладов в материалах международных и региональной конференций.

Структура и объем работы. Работа изложена на 126 страницах, включает 11 таблиц, 28 рисунков, 20 схем и библиографию из 98 ссылок. Диссертация состоит из введения, трёх глав и выводов работы. В первой главе, представляющей собой литературный обзор, обобщен и систематизирован материал по методам синтеза -аминофосфонатов. Во второй главе изложены результаты собственных исследований. Третья глава содержит описание проведенных экспериментов.

Работа выполнена на кафедре высокомолекулярных и элементоорганических соединений Химического института им. А.М. Бутлерова Казанского государственного университета и является частью исследований, проводимых в соответствии с госбюджетными темами МОиН РФ «Теоретическое и экспериментальное исследование взаимосвязи структуры и реакционной способности органических соединений фосфора различной координации, а также производных других переходных элементов, и разработка на его основе эффективных методов синтеза новых типов веществ» (рег. № 01200106137) и «Новое поколение биоактивных, комплексообразующих, экстракционных, ионофорных, мембрано-транспортных и других практически полезных веществ на основе полифункциональных соединений фосфора: синтетический, структурный и механистический аспекты» (рег. № 01200609690). Исследования проводились при финансовой поддержке совместного гранта американского фонда CRDF и Минобразования и науки РФ «Basic Research and Higher Education» (грант № REC-007).

Научным консультантом диссертационной работы по выполнению квантово-химических расчетов является к.х.н., профессор Хусаинов Михаил Абзалович.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Один из наиболее удобных методов получения функционализированных -аминоорганильной группой ФОС основан на реакциях присоединения первичных и вторичных аминов к ненасыщенным производным кислот четырехкоординированного фосфора. В литературе полно описаны реакции присоединения моноаминов к непредельным ФОС. Вместе с тем, опубликовано лишь небольшое число работ, посвященных изучению реакций бифункциональных азотсодержащих нуклеофильных реагентов с ненасыщенными фосфорорганическими субстратами.

1. Реакции эфиров винилфосфоновой кислоты с бифункциональными нуклеофильными реагентами

С целью получения новых функционализированных аминорганильными группами ФОС с потенциальной биологической активностью нами изучено взаимодействие диэтиловых и дибутиловых эфиров винилфосфоновой кислоты с 1,2-диаминоэтаном. Исследование структуры и состава продуктов присоединения методами ИК, ЯМР 1Н, 31Р и масс-спектроскопии позволило установить, что в зависимости от соотношения исходных реагентов могут быть получены как моно-, так и дифосфонаты с ориентацией аминоорганильной группы бинуклеофильного реагента на -углеродный атом непредельного субстрата.

С триоксатридекандиамином диэтилвинилфосфонат реагирует в присутствии воды в качестве растворителя, образуя с высоким выходом продукт присоединения состава 2:1 (IV).

В отличие от диаминов этаноламин обладает двумя различными нуклеофильными реакционными центрами, обусловливая теоретическую возможность образования продуктов присоединения с участием каждого из этих центров. На основании анализа данных ЯМР 1Н, 31Р и масс-спектроскопии нами установлено, что взаимодействие винилфосфоната с этаноламином приводит к образованию единственного продукта регио- и хемоселективного присоединение состава 1:1 с участием только аминогруппы бинуклеофильного реагента (V).

На основе реакций этаноламина с винилфосфонатом разработан эффективный метод регио- и хемоселективного синтеза новых ФОС, функционализированных 2-гидроксиэтиламиногруппами. Наличие гидроксильного фрагмента в молекуле открывает возможность получения солевых структур, хорошо растворимых в воде, что важно для биологически активных веществ.

Экспериментально установленная нами хемоселективность присоединения этаноламина к винилфосфонату находится в согласии с квантовохимическими расчетами термодинамических характеристик реакций (схемы а-с):

Таблица 1. Значения термодинамических характеристик реакций

Схема реакции

G°298 кДж/моль

H°298 кДж/моль

а)

-22.7

-257.3

b)

11.7

-47.4

c)

-4.0

-109.0

Сопоставление G и H реакций показывает, что наиболее выгодное термодинамически разрешенное направление реакции соответствует схеме а, приводящее к продукту хемоселективного присоединения к кратной связи винилфосфоната с участием аминогруппы бифункционального нуклеофильного реагента. Образование продукта присоединения с участием гидроксильной группы термодинамически невозможно при стандартных условиях в газовой фазе, так как G этой реакции имеет положительное значение (схема b). Вероятность образования аддукта 2:1 из исходных реагентов незначительна, но теоретически возможна (схема с). В связи с этим, нами была предпринята попытка получения продукта присоединения этаноламина к винилфосфонату состава 2:1 в иных, более жестких температурных условиях. В результате был получен белый порошок, нерастворимый в органических растворителях, но растворимый в воде. На основании данных ЯМР 1Н, 13С, 31Р-спектроскопии и элементного анализа для образовавшегося соединения была установлена структура цвиттер-иона (VI). Образование цвиттер-иона (VI), по-видимому, может происходить по следующей схеме:

2. Реакции эфиров алленилфосфоновых кислот с диаминами

Известно, что фосфорилированные аллены проявляют высокую реакционную способность в реакциях различного типа, в частности легко присоединяют нуклеофильные реагенты по 1,2-кратной связи кумуленовой системы. С целью получения новых алкенилфосфонатов, -функционализированных аминорганильными группами, нами исследовано взаимодействие эфиров 3-метил-1,2-бутадиенилфосфоновой кислоты с 1,2-диаминоэтаном.

По-видимому, первоначально присоединение диамина проходит с образованием енамина (А), что согласуется с поляризацией кратных связей алленовой системы за счет присутствия акцепторной фосфорильной группы, который затем изомеризуется в продукт реакции (VII).

Рис. 1. Молекулярная структура соединения (VII) в кристалле.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»