Діалкіламінофторосульфурани, поліфтороалкоксифторосульфурани, сульфонієві та селенонієві солі на їх основі

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора хімічних наук

ДІАЛКІЛАМІНОФТОРОСУЛЬФУРАНИ, ПОЛІФТОРОАЛКОКСИФТОРОСУЛЬФУРАНИ, СУЛЬФОНІЄВІ ТА СЕЛЕНОНІЄВІ СОЛІ НА ЇХ ОСНОВІ

Спеціальність: Органічна хімія

Пашинник Валерій Юхимович

Київ, 2000 рік

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Хімія сульфуранів - одна з наймолодших та найменш досліджених галузей хімії сіркоорганічних сполук. Серед сульфуранів найбільшу увагу хіміків-органіків привертають фторосульфурани. Відкриття нами в 1973 році унікальних фторуючих властивостей діалкіламінотрифторосульфуранів дало новий поштовх розвитку процесів фторування різноманітних поліфункціональних сполук, насамперед складних і лабільних, якими є вітаміни, простагландини, нуклеозиди, цукри, амінокислоти тощо.

Водночас ціла низка питань щодо проміжних сполук в реакціях фторування та хімічних властивостей цих сполук, впливу фтороводню та інших кислот Льюїса на ці процеси, стерео-селективного заміщення гідроксильної групи на атом фтору, використання фторосульфуранів для синтезу нових типів сіркоорганічних сполук залишались не розв'язаними. Вирішення цих питань стало предметом досліджень в даній роботі.

Зв'язок роботи з науковими планами та темами. Робота виконувалась у рамках планової бюджетної тематики відділу хімії фосфоранів ІОХ НАН України у відповідності до Постанов Президії АН України №487 від 17.11.82 р., №402 від 24.12.87 г., Постанови Бюро Відділення хімії НАН України від 09.03.93 р. №2 з напрямку “Розробка методів синтезу та дослідження хімічних властивостей сполук фосфору і халькогенів з незвичайною координацією елемента та нових елементовмісних лігандів”.

Мета роботи. Синтез та дослідження властивостей сульфуранів, що містять поліфтороалкоксильні групи - модельних проміжних продуктів реакцій фторування спиртів чотири-фтористою сіркою або діалкіламінотрифторосульфуранами. Дослідження їх термічних перетворень, які приводять до утворення зв'язку C-F, а також хімічних перетворень в реакціях з електрофільними та нуклеофільними реагентами. Пошук шляхів синтезу різноманітних типів сульфонієвих та селенонієвих солей. Розробка методів введення атома фтору в органічні молекули за допомогою фторосульфуранів.

Наукова новизна одержаних результатів.

В результаті проведеної роботи:

а) вперше здійснено синтез відносно стабільних тригідрополіфтороалкокситрифторосульфуранів;

б) досліджено процеси хімічних перетворень поліфтороалкокситрифторосульфуранів. Встановлено, що напрямки цих процесів у значній мірі залежать від довжини поліфтороалкільного ланцюга та умов термолізу;

в) вперше доведено утворення поліфтороалкоксидифторосульфонієвих солей при взаємодії поліфтороалкокситрифторосульфуранів з кислотами Льюїса;

г) вивчена термічна стабільність солей, що дозволило прогнозувати напрямок реакцій за участю цих сполук - фторування або поліфтороалкілювання;

д) показана висока реакційна здатність тригідрополіфтороалкокси-трифторосульфуранів в реакціях з амінами та амідами. Вперше здійснено синтез фтороангідридів N-заміщених кислот;

є) знайдено зручний препаративний спосіб одержання N-заміщених фтороангідридів;

ж) вперше виявлено можливість заміщення аніона або йоду на відповідні трис(діалкіламіно)сульфонійтриметилди-фторосилікати;

з) розроблено простий та оригінальний метод синтезу кислоти, хлору та діалкіламінотриметилсиланів;

і) вперше показано, що взаємодія чотирифтористого селену з надлишком N-триметил-cилілдіалкіламінів;

Основний зміст дисертаційної роботи відображений в 36 наукових публікаціях, з яких - 25 наукових статей (з них - дві монографічні статті та одна оглядова) та 11 авторських свідоцтв.

Практичне значення одержаних результатів полягає:

- в розробці зручних методів синтезу відносно стабільних сульфуранів, які містять поліфтороалкосильну групу;

- розробці методів введення фтору в різноманітні типи органічних сполук, в тому числі фізіологічно активні речовини;

- розробці методів синтезу сульфонієвих та селенонієвих солей, трифенілсульфонієвих солей з комплексними аніонами, які мають важливе практичне значення - хлориди, як добавки до комплексних коагулянтів та флокулянтів при очищенні стічних вод нафтопереробних заводів та міських станцій очищення води, трифенілсульфонієві солі з комплексними фторовмісними аніонами, як ініціатори катіонної полімеризації.

Особистий внесок автора.

Участь автора в представленому дослідженні полягає в обґрунтуванні та постановці задачі, розробці планів та методик експериментів, інтерпретації та узагальненню експериментальних даних, одержаних як самостійно, так і у співавторстві з іншими дослідниками, формулюванні наукових висновків.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповідались на Всесоюзних симпозіумах “Синтетичні та прикладні аспекти дослідження простагландинів” (Уфа, 1984 р., Таллінн, 1986 р.), VI Республіканській конференції з хімії ВМС (Київ, 1988 р.), 10 Всесоюзній нараді з кінетики та механізмів хімічних реакцій в твердому тілі (Чорноголовка, 1989 р.), XIV, XV, XVIII Українських конференціях з органічної хімії (Одесса, 1982 р., Ужгород, 1986 р., Дніпропетровськ, 1998 р.). Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку літератури, що налічує 345 найменувань, та додатку. Перший розділ (літературний огляд) присвячено аналізу літературних даних з методів синтезу та хімічних перетворень фторосульфуранів. В трьох наступних розділах приведені результати виконаних автором досліджень та їх обговорення. В додатку наведені дані з випробовування та впровадження комплексного флокулянта, до складу якого входить трис(морфоліно)сульфонієва сіль. Обсяг роботи складає 295 сторінок та додатку, 18 таблиць, 3 схеми, 7 рисунків.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Методи синтезу сульфуранів, які містять тригідрополіфтороалкоксильну групу.

Багатьма хіміками, які вивчали процеси фторування функціональних груп в органічних сполуках фтористою сіркою та діалкіламінотрифторосульфуранами, передбачалось, що в цих процесах, як проміжні сполуки, утворюються алкокситрифторо- та алкокси(діалкіл-аміно)дифторосульфурани, які внаслідок низької термічної стабільності розпадаються з утворенням відповідних фторопохідних. Синтез відносно стабільних алкоксифторосульфуранів та дослідження їх властивостей, зокрема термічних перетворень, надавав можливість більш детального вивчення процесів фторування за допомогою фторосульфуранів та чотирифтористої сірки. Пошуку шляхів стабілізації оксисульфуранової системи та дослідженню процесів хімічних перетворень ациклічних алкоксифторосульфуранів і присвячено цей розділ.

Виявлено, що тригідрополіфтороалкільний радикал відносно добре стабілізує алкоксисульфуранову систему, а зміна довжини поліфтороалкільного ланцюга дає можливість досить тонко впливати на стабільність та хімічні перетворення сульфуранів, які містять цей радикал.

Зручними вихідними речовинами для синтезу поліфтороалкоксифторосульфуранів є тригідрополіфтороалканоли.

Вони в м'яких умовах реагують з чотирифтористою сіркою в присутності акцепторів фтороводню з утворенням тригідрополіфтороалкокситрифторосульфуранів (1).

На відміну від поліфторованих спиртів, тригідрополіфтороалканолів не можуть бути використані для одержання сульфуранів (1) тому, що розщеплення Si-O зв`язку при дії SF4 відбувається в досить жорстких умовах, за яких сульфурани (1) розпадаються.

Тригідрополіфтороалкокситрифторосульфурани (1 а-г) - гідролітично нестійкі, але відносно термічно стабільні речовини, які переганяють в глибокому вакуумі - виняток сульфуран (1 а).

Наявність поліфтороалкоксильного радикалу біля атома сірки не приводить до суттєвого зниження реакційної здатності сульфуранів (1). В залежності від співвідношення реагентів (сульфуран (1): тригідрополіфтороалканол) атоми фтору можуть далі заміщуватись на поліфтороалкоксильний радикал.

Реакції фторування з використанням фторосульфуранів.

Діалкіламінотрифторосульфурани є зручними і незамінними реагентами для синтезу фторовмісних фізіологічно активних речовин, зокрема простагландинів, вітамінів, нуклеозидів, цукрів тощо. Відомо, що заміна гідроксильної групи на атом фтору в деяких природних простагландинах приводить до підвищення їх антиагрегаційних властивостей. В зв'язку з цим нами, разом з к. х. н. В.В. Безугловим (ІБОХ РАН), проведені дослідження з синтезу фторовмісних простагландинів.

Розроблено метод прямого фторування простагландину А2 (50) діалкіламінотрифторосуль-фуранами. За допомогою диметиламіно- або морфолінотрифторосульфурану в дуже м'яких умовах проходить заміщення гідроксильноі групи в 15-положенні простагландину А2 на атом фтору і утворюється простагландин (51). Гідроліз фтороформільної групи сполуки (51) в слаболужному середовищі приводить до вільної кислоти (52).

Досліджено стереохімію заміщення алільної гідроксильної групи в 11-дезоксипростагландині Е1 на атом фтору за допомогою діалкіламінотрифторосульфуранів і чотирифтористої сірки. При дії на метиловий эфір (±)-11-дезоксипростагландину Е1 (53) морфолінотрифторосульфурану, поряд з фторидом (54), утворюються продукти дегідратації, які не містять фтору, а також 13-фториди (55) та ненасичені сполуки (56) та (57). За допомогою препаративної високоефективної рідинної хроматографії для 15-фторопохідних виділені в індивідуальному стані епімерні фториди (54 а) та (54 б), які мають практично ідентичні масспектри, але відрізняються за спектрами ЯМР 19F. Співвідношення С15-епімерів у продуктах фторування метилових ефірів (53 а) і (53 б) залежить від типу фторуючого реагенту. Фторування за допомогою суміші морфолінотрифторосульфуран - трис(морфоліно)сульфонійтриметил-дифторосилікат приводить до збільшення фторованих похідних з оберненою конфігурацією при С15 в порівнянні з морфоліно- і диметиламінотрифторосульфуранами. Така різниця стає очевидною при розгляді передбачуваної схеми реакції наведених фторуючих реагентів з простагландинами (53 а) і (53 б). Ймовірно, як і у випадках фторування інших гідроксилвмісних органіч-них сполук фторосульфуранами, реакція починається з електрофільної атаки сульфуранового атома сірки по алільному гідроксилу з відщепленням фтороводню і утворенням дифторосульфурану (58). В дифторосульфурані (58) щонайменш один з атомів фтору спроможний атакувати вуглецевий атом С15 з фронту із збереженням конфігурації (механізм SNi). До такого ж результату приведе атака дифторосульфурану (58) аніоном фтору з фронту. Водночас атака фтор-аніоном з тилу по С15 вуглецевому атому приводить до обернення конфігурації (SN2-механізм), що особливо стає істотним при застосуванні суміші О(СН2)4NSF3.

При зменшенні кількості вільних фторидйонів кількість продукту із збереженою конфігурацією при С15 збільшується. При фторуванні метилового ефіру 15-11-дезоксипростагландину Е1 (53a) комплексом O(CH2), внесок 15-епімеру підвищується до 78% за рахунок утворення на першій стадії реакції HBF4, яка за цих умов не є донором фторидйонів. Розпад проміжної сполуки (58) за внутрішньо-молекулярним механізмом через чотирицентровий перехідний стан або за участю фтор-аніона приводить до утворення сполук (54 а, 54 б, 55). Проміжна сполука (58) може дисоціювати з утворенням проміжної йонної сполуки (58 a), а далі перетворюватись за такими напрямками: катіон сполуки (58 а) при відщепленні протона може давати ненасичені сполуки (55) і (57) або реагувати з фтороаніоном, утворюючи фториди (54) та (56), а аніон - з відщепленням фтор-аніона, перетворюватись у фтороангідрид морфолідосірчистої кислоти.

Результати, що були одержані при дослідженні стереохімії заміщення алільної гідроксильної групи на атом фтору з використанням фторосульфуранів, як фторуючих агентів, дозволили, виходячи з простагландинів (53 а, 53 б, 60, 61 а, 61 б), цілеспрямовано синтезувати ряд 15- і 13-фторозаміщених простагландинів (54, 54 а, 54 б, 55, 62, 63, 64).

Взаємодія 2-фтороциклогексанону з SF4 в присутності каталітичної кількості води приводить до цільового 1,1,2-трифтороциклогексану (73 а). Спроба використати в цій реакції суміш чотири-фтористої сірки з фтороводнем не приводить до бажаного результату.

В аналогічних умовах відбувається заміщення карбонільної групи в 2-(тридейтерометокси)-циклогексаноні, яке приводить до 1,1-дифторо-2-(тридейтерометокси)циклогексану (73 г).

На відміну від 2-фтороциклогексанону, 2-хлоро- і 2-бромоциклогексанони взаємодіють із сумішшю чотирифтористої сірки і фтористого водню, утворюючи з високими виходами відповідні 2-хлоро- і 2-бромо-1,1-дифтороциклогексани (73 б, 73 в).

Слід відзначити, що при використанні в наведених вище реакціях таких фторуючих агентів, як діалкіламінотрифторосульфурани, виходи цільових продуктів нижчі. Взаємодія морфолінотрифторосульфурану з 2-хлоро- і 2-бромоциклогексанонами відбувається в достатньо м'яких умовах (35С, 30 хв), однак в результаті реакції утворюються суміші 2-хлоро- або 2-бромо-1,1-дифторо-циклогексанів (73 б, в) та відповідних 2-фторо-3-хлоро- або 2-фторо-3-бромоциклогексенів-1 (74 а, б), що веде до зниження виходу цільового продукту. Значне зниження виходу цільового продукту при застосуванні діалкіламінотрифторосульфуранів у порівнянні з аналогічною реакцією чотирифтористої сірки, ймовірно, пов'язане з більш високою основністю перших, що сприяє процесам дегідрофторування відповідних 1,1-заміщених циклогексанів. фторування хімічний сіркоорганічний

Замістити карбонільну групу на атоми фтору в 2-фенілтіоциклогексаноні взаємодією з чотири-фтористою сіркою не вдається у зв'язку із сильним осмоленням реакційної суміші. Однак використання як фторуючого реагенту морфолінотрифторосульфурану дозволяє досягти бажаного результату. Реакція проходить в м'яких умовах і приводить до суміші продуктів, із якої з виходом 50% виділено 1,1-дифторо-2-фенілтіоциклогексан (73 д).

ВИСНОВКИ

1. Здійснено синтез тригідрополіфтороалкокситрифторосульфуранів - модельних проміжних сполук в реакціях фторування спиртів чотирифтористою сіркою.

2. Перетворень поліфтороалкокситрифторосульфуранів у відповідні тригідрополіфтороалкани. Встановлено, що напрямки цих процесів у значній мірі залежать від довжини поліфтороалкільного ланцюга та умов термолізу.

3. Встановлено утворення поліфтороалкоксидифторосульфонієвих солей при взаємодії поліфтороалкокситрифторосульфуранів з кислотами Льюїса.

4. Визначені стабільності поліфтороалкоксидифторосульфонієвих солей, що дозволило прогнозувати напрямок реакцій з участю цих сполук - фторування або поліфторалкілювання.

5. Показана здатність тригідрополіфтороалкокситрифторосульфуранів в реакціях з амінами та амідами. Вперше здійснено синтез фтороангідридів N-заміщених О-поліфтороалкіліміносірчистих кислот.

6. Знайдено зручний препаративний спосіб одержання N-заміщеної сірки на основі фтороангідридів О-поліфтороалкіл N-заміщених іміносірчистих кислот або тригідрополіфтороалк-окситрифторосульфуранів.

7. Вперше виявлено можливість заміщення при дії брому або йоду на відповідні трис(діалкіламіно)сульфонійтриметилди-фторосилікати.

8. Розроблено простий та оригінальний метод синтезу трис(діалкіламіно)сульфонійхлоридів з тетраалкілдіамідів сульфоксилової кислоти, хлору та діалкіламінотриметилсиланів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Марковский Л.Н., Пашинник В.Е. Фторирование органических соединений фторсульфуранами / в кн. “Новые фторирующие реагенты в органическом синтезе” ред. Герман Л.С., Земсков С.В. Новосибирск, “Наука”. - 1987. - С. 121-139.

2. Markovsky L.N., Pashinnik V.E. New Fluorination Agents in Organic Synthesis/ Eds L.S.German, S.V.Semskov. Berlin: Springer. - 1989. - P. 254-271.

3. Markovsky L.N., Pashinnik V.E. Fluorosulfuranes // Heteroatom Chem.- 1989.- V. 2. - P. 112-151.

4. Марковский Л.Н., Бобкова Л.С., Пашинник В.Е., Иксанова С.В. Тригидроперфтор // ЖОрХ - 1981. - Т. 17 - Вып. 3. - С. 486-490.

5. Марковский Л.Н., Бобкова Л.С., Пашинник В.Е. (Полифторалкокси)- N,N-диалкиламино-фторсульфураны и трис(полифторалкокси) N,N-диалкиламиносульфураны // ЖОрХ. - Т. 17. - Вып. 9. - С. 1903-1908.

6. Марковский Л.Н., Бобкова Л.С., Яременко В.В., Пашинник В.Е. Взаимодействие 1,1,7-три-гидрододекафторгептилокситрифторсульфурана с кис-лотами // ЖОрХ. - Т. 19. - Вып. 8. - С. 1632-1635.

7. Мурсакулов И.Г., Самошин В.В., Биннатов Р.В., Пашинник В.Е., Поволоцкий М.И., Зефиров Н.С. Конформационное поведение 2-замещенных 1,1-дифторциклогексанов // ЖОрХ. - 1983. - Т. 19. - Вып. 6. - С. 1336-1337.

8. Дегтярева А.А., Магдинец В.В., Пашинник В.Е., Марковский Л.Н. Исследование фотоинициируемого взаимодействия окиси пропилена с диэтиленгликолем // ДАН УССР, сер. Б. - 1983. - №11. - С. 37-40.

9. Харченко В.И., Чайко А.К., Магдинец В.В., Пашинник В.Е., Марковский Л.Н. Кинетические характеристики фотолиза сульфониевых солей // Укр. хим. ж. - 1984. - Т. 50. - Вып. 1. - С. 29-32.

10. Зайцева Г.В., Квасюк Е.И., Пупейко Н.Е., Кулак Т.И., Пашинник В.Е., Товстенко В.И., Марковский Л.Н., Михайлопуло И.А. Синтез 3'-трифосфатов // Биоорган. хим. - 1988. - Т. 14. - №9. - С. 1275-1280.

11. Зайцева Г.В., Ваакс Е.В., Пашинник В.Е., Товстенко В.И., Марковский Л.Н., Михайлопуло И.А. Одностадийный метод синтеза пиримидиновых 2'-дезокси-О2,3'-ангидронуклеозидов // ЖОрХ. - 1988. - Т. 24. - Вып. 12. - С. 2629-2630.

12. Марковский Л.Н., Товстенко В.И., Пашинник В.Е., Мельничук Е.А., Макаренко А.Г., Шермо-лович Ю.Г. Реакции тригидрополифторалкокситрифторсульфуранов с первичными аминами и амидами // ЖОрХ. - 1991. - Т. 27. - Вып. 4. - С. 769-773.

13. Марковский Л.Н., Товстенко В.И., Мартынюк Е.Г., Пашинник В.Е., Шермолович Ю.Г. Трис(диалкиламино)селенонийгалогениды // ЖОХ. - 1992. - Т. 62. - Вып. 3. - С. 516-520.

14. Ватулев В.Н., Батог О.П., Магдинец В.В., Пашинник В.Е. Влияние условий облучения на фотохимический процесс одностадийного образования аналогов полиэпоксиакрилатов // ТЭХ. - 1997. - Т. 33. - №4. - С. 252-255.

15. Безуглов В.В., Пашинник В.Е., Товстенко В.И., Марковский Л.Н., Фрейманис Я.Ф., Серков И.В. Стереохимия замены аллильной гидроксильной группы на атом фтора в простагланди-нах. Синтез 15-фтор-11,15-дидезоксипростагландинов Е1 // Биоорган. химия. - 1996. - Т. 22. - №10-11. - С. 814-822.

Размещено на Allbest.ru