Синтез практически значимых фосфорорганических соединений в ионных жидкостях и воде

• Автор: Матвеева, Екатерина Владимировна
• Шифр специальности: 02.00.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 110 с. : ил.

Глава 1. Применение методов «green chemistry» в химии
фосфороргапических соединений (литературный обзор)
1.1. Реакция Р=0 олефинирования в ионных жидкостях и воде
1.2. Реакция Кабачника-Филдса в ионных жидкостях и воде
1.3. Другие типы фосфорорганических реакций
Глава 2. Синтез практически значимых фосфорорганических
соединений в ионных жидкостях и воде (обсуждение результатов)
2.1. Реакция Арбузова в ионных жидкостях
2.1.1. Реакция Арбузова в ионных жидкостях с активированными галогенидами
2.1.2. Реакция Арбузова в ионных жидкостях с галогенидами других типов
2.2. Реакция аза-Михаэля в ионных жидкостях и воде
2.3. Синтез со-азидофосфонатов в ионных жидкостях и воде и их циклоприсоединение в воде к интернальным алкинам
2.4. Взаимодействие эфиров фосфорилуксусных кислот с аминами в
воде
Глава 3. Экспериментальная часть
3.1. Реакция Арбузова в ионных жидкостях
3.2. Реакция аза-Михаэля в ионных жидкостях и воде
3.3. Синтез со-азидофосфонатов в ионных жидкостях и воде и их циклоприсоединение в воде к интернальным алкинам
3.4. Взаимодействие эфиров фосфорилуксусных кислот с аминами в
воде
Выводы
Список литературы

В химии фосфорорганических соединений за долгие годы ее развития сложилась устоявшаяся точка зрения, что в присутствии влаги и кислорода воздуха многие фосфорорганические соединения (ФОС) не отличаются высокой стабильностью, и их синтез требует применения защитной атмосферы инертного газа, вакуумных линий, а также абсолютных растворителей. В связи с этим даже метод межфазного катализа [1], где реакции протекают на границе раздела органической и водной фаз, стал использоваться в химии ФОС существенно позднее, чем в синтетической органической химии. Также медленно в настоящее время проникают в синтез ФОС такие экологически безопасные подходы как применение ионных жидкостей (ИЖ), воды и сверхкритических жидкостей, в первую очередь, сверхкритического С02 в качестве альтернативы традиционным и, в большинстве своем, токсичным и пожароопасным растворителям. В то же время, так называемая «зеленая» химия («green chemistry» или «environmentally friendly chemistry») относится, пожалуй, к наиболее актуальным направлениями современной синтетической химии, поскольку она как по способу производства, так и по результату не наносит вреда окружающей среде.
К достоинствам ионных жидкостей можно отнести низкую летучесть, токсичность и способность хорошо растворять органические, металлоорганические и неорганические соединения [2]. Вода же является не только наиболее дешевым, но и абсолютно нетоксичным растворителем [3]. Что касается сверхкритического диоксида углерода, то, например, его комбинация с катализатором, закрепленном на твердом носителе, привносит существенные преимущества в осуществление каталитического процесса. Сочетание «сверхкритики» и наноразмерного катализатора позволяет обходиться без использования органических растворителей, а также отделять от реакционной смеси и регенерировать катализатор [4].
Но основная причина поиска широкого применения альтернативных сред в синтетической химии кроется в их способности активировать реакции, приводя к целевым продуктам с высокими выходами, а также возможности их последующей рециклизации.

Действительно, в органической химии применение альтернативных растворителей, как в лабораторной практике, так и в производстве растет с каждым годом. Ионные жидкости используют в реакциях алкилирования, Дильса-Альдера, Стиле, Сузуки, Фриделя-Крафтса, полимеризациях различных типов и т.д. [2, 5-7]. Количество публикаций по использованию воды в качестве растворителя или сорастворителя в таких классических органических синтезах, как реакции Дильса-Альдера, Михаэля, Манниха, аллилирование, реакции альдольного типа и многих других, также постоянно увеличивается [8-10]. Широкое применение находит и сверкритичсский диоксид углерода [4].
В то же время в фосфорорганической химии известны лишь отдельные примеры использования ионных жидкостей и воды для активации ограниченного числа реакций, в частности реакций Виттига, Хорнера-Эммонса и Кабачника-Филдса, а данные о применении сверхкритических жидкостей в химии ФОС отсутствуют. Таким образом, проблема целевого синтеза фосфорорганических продуктов в экологически безопасных условиях остается актуальной и к настоящему времени практически нерешенной задачей.
В связи с этим с целью развития методологии фосфорорганического синтеза настоящая диссертационная работа посвящена исследованию возможности применения ионных жидкостей и воды в качестве альтернативных активирующих реакционных сред для проведения таких практически значимых реакций как реакция Арбузова, аза-Михаэля, нуклеофильного замещения в бромалкилфосфонатах и 1,3-диполярного циклоприсоединения с участием фосфорорганических субстратов.
В результате проведенного систематического исследования в соответствии с поставленной задачей нами предложены эффективные способы получения реактивов Хорнера-Эммонса-Вудсворга, азидоалкидфосфонатов и биологически активных (3-аминофосфорильных соединений. На основе взаимодействия в воде фосфорилированных азидов с симметричными ингернальными ацетиленами впервые получены потенциально биологически активные со-аминофосфонаты, модифицированные 1,2,3-триазольным фрагментом. Показана легкость гидролиза эфиров фосфорилуксусных кислот в воде в

Р-аминофосфорильных соединений при их выделении путем экстракции органическими растворителями (выход составляет от 30 до 70%).
В тоже время установлено, что в воде без сорастворителя и катализатора присоединение аминов к (ЕЮ)2Р(0)СН=СН2 протекает со скоростью, сопоставимой со скоростью реакции в оптимальной бифазной системе [Ьппт]Вг/Н20, причем последующая лиофильная сушка позволяет легко выделить продукт с выходом близким к количественному и высокой степенью чистоты (>95%). Хотя для плохо растворимого в воде винилфосфиноксида скорость реакции аза-Михаэля в воде ниже, чем в оптимальной бифазной системе [Ьгшт]Вр4/Н20, возможность простого выделения продукта без потерь при экстракции компенсирует этот недостаток.Так, при взаимодействии диэтилвинилфосфопата с пиперидином при комнатной температуре реакция завершается уже через 7 минут (количественный выход) (таблица 5, № 10), тогда как за тот же промежуток времени для реакции с диэтиламином и бутиламином выходы Р-аминофосфонатов 1611 и 16Ь составляли 73% и 25%, соответственно (таблица 4, № 8, 1). Для реакция практически
завершается через 45 минут, для пВиПН2 - через 1,5 часа, а для стерически загруженного 1ВиТМН2 выход конечного продукта составил лишь 78% даже после проведения взаимодействия в течение 70 часов при 20°С (таблица 5). Стоит отметить, что по литературным данным 1ВиМ32 не присоединяется к (ЕЮ)2Р(0)СН=СН2 даже при длительном кипячении (15-20 ч.) в избытке амина в присутствие каталитических количеств алкоголята натрия [86]. Кроме того, необходимо подчеркнуть, что в отсутствие воды при комнатной температуре активные амины, такие как диэтиламин, не присоединяются к винилфосфонату даже при продолжительном времени реакции и через 72 часа были выделены из реакционных смесей в неизменном виде.
В случае ди- или триаминов присоединение легко протекает с участием всех атомов азота молекулы, приводя к образованию соответствующих бис- или трис(фосфонатов) (таблица 5, № 13-15). При этом скорость взаимодействия сопоставима для ксилилендиамина и трис(2-аминоэтил амина) и несколько уменьшается в случае этилендиамина. В целом, скорость реакции снижается в ряду А1к2МН> А1кНН2> РйСНгРШ, при этом в ряду вторичных аминов циклические производные оказались более активными, чем их ациклические аналоги.