Помощь студентам в учебе
МЕТОДЫ СИНТЕЗА АЗОТСОДЕРЖАЩИХ ЦИКЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА ОСНОВЕ ГЛИОКСАЛЯ И ЕГО ПРОИЗВОДНЫХ РЕАКЦИЕЙ ПЕРЕИМИНИРОВАНИЯ
|
Введение 4
Глава 1. Методы синтеза азотсодержащих гетероциклов с использованием аминов, мочевин и амидов (Литературный обзор) 8
1.1 Взаимодействие глиоксаля с аминами 9
1.1.1 Построение каркаса 2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло-
[5,5,0,0311,05,9]додекана конденсацией глиоксаля с производными
бензиламина 9
1.1.2 Синтез полициклических соединений конденсацией диаминов
(диамидов) с глиоксалем 12
1.1.3 Реакция Шиффа 16
1.2 Методы синтеза азагетероциклов взаимодействием производных мочевины с различными агентами 17
1.2.1 Синтез гетероциклов, содержащих два атома азота, реакцией
мочевин с 1,2-бифункциональными соединениями 17
1.2.2 Методы синтеза бициклических азагетероциклов 19
1.2.3 Двухступенчатое а-уреидоалкилирование мочевин 4,5-
дигидроксиимидазолидин-2-онами 23
1.2.4 Нитролиз продуктов взаимодействия глиоксаля с производными
мочевины 27
1.3 Биологически активные свойства циклических азотсодержащих
соединений 28
1.4 Заключение по литературному обзору 30
Глава 2. Обсуждение результатов 31
2.1 Исследование реакции переиминирования производных 1,2-
этандиимина различными аминами и солями сульфаминовой кислоты 31
2.1.1 Переиминирование Ы,Ы’-ди^реда-бутил-1,2-этандиимина аминами
и их солями 32
2.1.2 Получение 2,4,6,8,10,12-гексабензил-2,4,6,8,10,12 -гексааза- тетрацикло[5,5,0,03,11,05,9]додекана реакцией переиминировани
производных 1,2-этандиимина бензиламином 38
2.1.3 Механизм реакции переиминирования ^№-дитрет-бутил-1,2-
этандиимина аминами 40
2.1.4 Исследование реакции переиминирования ^№-дитрет-бутил-1,2-
этандиимина солями сульфаминовой кислоты 41
2.2 Исследование взаимодействия производных мочевины с N,N’- дитрет-бутил-1,2-этандиимином (дитрет-бутилдиимина глиоксаля),
глиоксалем и нитролиз полученных продуктов реакций 43
2.2.1 Исследование реакции переиминирования ^№-дитрет-бутил-1,2-
этандиимина производными мочевины 43
2.2.2 Исследование циклоконденсации производных мочевин с
глиоксалем 48
2.2.3 Исследование нитролиза полученных продуктов конденсации
глиоксаля с N-монозамещенными производными мочевины 60
Глава 3. Экспериментальная часть 65
Заключение 76
Список сокращений и условных обозначений 78
Список литературы 79
Глава 1. Методы синтеза азотсодержащих гетероциклов с использованием аминов, мочевин и амидов (Литературный обзор) 8
1.1 Взаимодействие глиоксаля с аминами 9
1.1.1 Построение каркаса 2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло-
[5,5,0,0311,05,9]додекана конденсацией глиоксаля с производными
бензиламина 9
1.1.2 Синтез полициклических соединений конденсацией диаминов
(диамидов) с глиоксалем 12
1.1.3 Реакция Шиффа 16
1.2 Методы синтеза азагетероциклов взаимодействием производных мочевины с различными агентами 17
1.2.1 Синтез гетероциклов, содержащих два атома азота, реакцией
мочевин с 1,2-бифункциональными соединениями 17
1.2.2 Методы синтеза бициклических азагетероциклов 19
1.2.3 Двухступенчатое а-уреидоалкилирование мочевин 4,5-
дигидроксиимидазолидин-2-онами 23
1.2.4 Нитролиз продуктов взаимодействия глиоксаля с производными
мочевины 27
1.3 Биологически активные свойства циклических азотсодержащих
соединений 28
1.4 Заключение по литературному обзору 30
Глава 2. Обсуждение результатов 31
2.1 Исследование реакции переиминирования производных 1,2-
этандиимина различными аминами и солями сульфаминовой кислоты 31
2.1.1 Переиминирование Ы,Ы’-ди^реда-бутил-1,2-этандиимина аминами
и их солями 32
2.1.2 Получение 2,4,6,8,10,12-гексабензил-2,4,6,8,10,12 -гексааза- тетрацикло[5,5,0,03,11,05,9]додекана реакцией переиминировани
производных 1,2-этандиимина бензиламином 38
2.1.3 Механизм реакции переиминирования ^№-дитрет-бутил-1,2-
этандиимина аминами 40
2.1.4 Исследование реакции переиминирования ^№-дитрет-бутил-1,2-
этандиимина солями сульфаминовой кислоты 41
2.2 Исследование взаимодействия производных мочевины с N,N’- дитрет-бутил-1,2-этандиимином (дитрет-бутилдиимина глиоксаля),
глиоксалем и нитролиз полученных продуктов реакций 43
2.2.1 Исследование реакции переиминирования ^№-дитрет-бутил-1,2-
этандиимина производными мочевины 43
2.2.2 Исследование циклоконденсации производных мочевин с
глиоксалем 48
2.2.3 Исследование нитролиза полученных продуктов конденсации
глиоксаля с N-монозамещенными производными мочевины 60
Глава 3. Экспериментальная часть 65
Заключение 76
Список сокращений и условных обозначений 78
Список литературы 79
Актуальность темы. В настоящее время химия гетероциклических соединений является одной из наиболее развивающихся областей органической химии. Особенно интересен класс азотсодержащих циклических соединений, которые могут выступать как биологически активные вещества, лекарства, так и высокоэнергетические соединения - это производные гексаазаизовюрцитана и предшественника бициклических бисмочевин имидазолидин-2-она.
2,4,6,8,10,12-Г ексабензил-2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло- [5,5,0,03,11,05,9]додекан (ГБ) самый известный и востребованный
представитель гексаазаизовюрцитанов, промежуточное соединение в процессе получения 2,4,6,8,10,12-гексанитро-2,4,6,8,10,12-
гексаазатетрацикло[5,5,0,03,11,05,9] додекана (CL-20, ГАВ) и в синтезе
биологически активных веществ.
Бициклические бисмочевины октанового ряда - гликольурилы (тривиальное название), являются перспективным новым классом нейротропных веществ. Среди предшественников гликольурилов - производных имидазолидин-2-онов выявлены биологические активные соединения, например, противоэпилептический препарат - дифенин. В то время как нитропроизводные тетраазабицикло[3,3,0]октан-3,7-диона (ДИНГУ, СОРГУИЛ) являются взрывчатыми веществами.
Цели и задачи работы. Целью работы является поиск новых методов синтеза циклических азотсодержащих соединений, производных гексаазаизовюрцитана реакцией переиминирования.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1 Исследовать реакцию переиминирования производных глиоксаля (1,2-этандиимина) линейными аминами.
2 Исследовать реакцию переиминирования производных глиоксаля
(1,2-этандиимина) аминами с образованием производных
гексаазаизовюрцитана.
3 Исследовать переиминирование бензиламином производных 1,2- этандиимина с образованием гексабензилгексаазаизовюрцитана.
4 Исследовать реакцию переиминирования производных глиоксаля (1,2-этандиимина) N-монозамещенных производных мочевины в синтезе азотсодержащих циклических соединений.
5 Исследовать взаимодействие глиоксаля с N-монозамещенными производными мочевины.
Научная новизна:
- Впервые показана реакция переиминирования производного глиоксаля, ^№-дидареда-бутил-1,2-этандиимина с аминами: линейными (метиламин, этиламин, пропиламин, бутиламин, октиламин), разветвленными (изопропиламин), непредельными (аллиламин), циклическими (бензиламин, фурфуриламин).
- Разработан новый способ получения 2,4,6,8,10,12-гексабензил-
2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло[5,5,О,О3,11,05,9]додекана путем
переиминирования различных производных 1,2 -этандиимина бензиламином.
- Впервые получен 5-гидрокси-4-бензилуреидо-1-бензилимида- золидин-2-он реакцией переиминирования ^№-дидареда-бутил-1,2- этандиимина бензилмочевиной.
- Впервые показана возможность образования гликольурилов и 4,5-
бис(алкилуреидо)-1-алкилимидазолидин-2-онов переиминированием N,N’- ди^ре^-бутил-1,2-этандиимина некоторыми монозамещенными
производными мочевины;
- Впервые в мягких условиях в одну стадию получены 4,5-
бис(алкилуреидо)-1-алкилимидазолидин-2-оны взаимодействием N-
монозамещенных производных мочевины с глиоксалем.
Положения, выносимые на защиту:
- Реакция переиминирования Ы,Ы’-дитрет-бутил-1,2-этандиимина линейными (метиламин, этиламин, пропиламин, бутиламин, октиламин), разветвленными (изопропиламин) аминами приводит к образованию производным 1,2-этандиимина (метиламин, этиламин, пропиламин, бутиламин, октиламин, изопропиламин).
- Реакция переиминирования Ы,Ы’-дитрет-бутил-1,2-этандиимина аллиламином, бензиламином и фурфуриламином протекает с последующей реакцией циклотримеризации с образованием соответствующих гексаазаизовюрцитанов.
- Способ синтеза 2,4,6,8-тетраазабицикло[3,3,0]октан-3,7-дионов и 4,5- диалкилуреидо-1-алкилимидазолидин-2-онов реакцией переиминирования Ы,Ы’-дитрет-бутил-1,2-этандиимина производными мочевины.
- Закономерность образования различных продуктов реакции глиоксаля с производными мочевины (гликольурилы, 4,5-диалкилуреидо-1- алкилимидазолидин-2-оны) от условий протекания реакции (растворитель, температура, время, мольное соотношение реагентов).
Практическая значимость работы: Открытая реакция
переиминирования производных 1,2 -этандиимина аминами, мочевинами, сульфоматом калия является фундаментальным знанием, которое найдет применение в препаративной химии циклических производных мочевин и гексаазаизовюрцитанов, в получении биологически активных и других полезных продуктов.
Реализация работы: Результаты диссертационной работы
использованы при выполнении проектов фундаментальных исследований СО РАН V.40.2.3 «Синтез высокоэнергетических соединений, обладающих повышенным содержанием азота» (2010-2012 гг.), V.49.1.1 «Направленный синтез высокоэнергетических соединений из класса циклических нитраминов» (2013 г.).
Личный вклад автора: планирование и проведение экспериментов, разработка методов синтеза и очистка полученных соединений, анализ и обсуждение результатов, сопоставление полученных результатов с литературными данными, формулирование выводов.
Достоверность результатов подтверждается использованием современных методов анализа структуры полученных соединений и воспроизводимостью результатов. Достоверность и обоснованность научных положений и выводов, сформулированных в диссертации, обеспечивается внутренней непротиворечивостью результатов исследования, их соответствием теоретическим положениям органической химии.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на III научно-технической конференции молодых ученых «Перспективы создания и применения конденсированных энергетических материалов» (Бийск, 2010); Всероссийской конференции «Химия, технология и применение высокоэнергетических соединений», посвященная памяти В.В. Бахирева (Бийск, 2011); Всероссийской конференции «Перспективы создания и применения конденсированных энергетических материалов» (Бийск, 2012); Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 80-летию основания Инженерного химико-технологического факультета РХТУ им. Д.И. Менделеева «Успехи в специальной химии и химической технологии» (Москва, 2015).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 9 работах, из них статей в изданиях, рекомендованных ВАК, и зарубежных журналах 4.
Структура диссертации. Диссертация изложена на 93 страницах машинописного текста и состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка литературы (104 источника литературы). Работа содержит 11 таблиц и 14 рисунков.
2,4,6,8,10,12-Г ексабензил-2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло- [5,5,0,03,11,05,9]додекан (ГБ) самый известный и востребованный
представитель гексаазаизовюрцитанов, промежуточное соединение в процессе получения 2,4,6,8,10,12-гексанитро-2,4,6,8,10,12-
гексаазатетрацикло[5,5,0,03,11,05,9] додекана (CL-20, ГАВ) и в синтезе
биологически активных веществ.
Бициклические бисмочевины октанового ряда - гликольурилы (тривиальное название), являются перспективным новым классом нейротропных веществ. Среди предшественников гликольурилов - производных имидазолидин-2-онов выявлены биологические активные соединения, например, противоэпилептический препарат - дифенин. В то время как нитропроизводные тетраазабицикло[3,3,0]октан-3,7-диона (ДИНГУ, СОРГУИЛ) являются взрывчатыми веществами.
Цели и задачи работы. Целью работы является поиск новых методов синтеза циклических азотсодержащих соединений, производных гексаазаизовюрцитана реакцией переиминирования.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1 Исследовать реакцию переиминирования производных глиоксаля (1,2-этандиимина) линейными аминами.
2 Исследовать реакцию переиминирования производных глиоксаля
(1,2-этандиимина) аминами с образованием производных
гексаазаизовюрцитана.
3 Исследовать переиминирование бензиламином производных 1,2- этандиимина с образованием гексабензилгексаазаизовюрцитана.
4 Исследовать реакцию переиминирования производных глиоксаля (1,2-этандиимина) N-монозамещенных производных мочевины в синтезе азотсодержащих циклических соединений.
5 Исследовать взаимодействие глиоксаля с N-монозамещенными производными мочевины.
Научная новизна:
- Впервые показана реакция переиминирования производного глиоксаля, ^№-дидареда-бутил-1,2-этандиимина с аминами: линейными (метиламин, этиламин, пропиламин, бутиламин, октиламин), разветвленными (изопропиламин), непредельными (аллиламин), циклическими (бензиламин, фурфуриламин).
- Разработан новый способ получения 2,4,6,8,10,12-гексабензил-
2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло[5,5,О,О3,11,05,9]додекана путем
переиминирования различных производных 1,2 -этандиимина бензиламином.
- Впервые получен 5-гидрокси-4-бензилуреидо-1-бензилимида- золидин-2-он реакцией переиминирования ^№-дидареда-бутил-1,2- этандиимина бензилмочевиной.
- Впервые показана возможность образования гликольурилов и 4,5-
бис(алкилуреидо)-1-алкилимидазолидин-2-онов переиминированием N,N’- ди^ре^-бутил-1,2-этандиимина некоторыми монозамещенными
производными мочевины;
- Впервые в мягких условиях в одну стадию получены 4,5-
бис(алкилуреидо)-1-алкилимидазолидин-2-оны взаимодействием N-
монозамещенных производных мочевины с глиоксалем.
Положения, выносимые на защиту:
- Реакция переиминирования Ы,Ы’-дитрет-бутил-1,2-этандиимина линейными (метиламин, этиламин, пропиламин, бутиламин, октиламин), разветвленными (изопропиламин) аминами приводит к образованию производным 1,2-этандиимина (метиламин, этиламин, пропиламин, бутиламин, октиламин, изопропиламин).
- Реакция переиминирования Ы,Ы’-дитрет-бутил-1,2-этандиимина аллиламином, бензиламином и фурфуриламином протекает с последующей реакцией циклотримеризации с образованием соответствующих гексаазаизовюрцитанов.
- Способ синтеза 2,4,6,8-тетраазабицикло[3,3,0]октан-3,7-дионов и 4,5- диалкилуреидо-1-алкилимидазолидин-2-онов реакцией переиминирования Ы,Ы’-дитрет-бутил-1,2-этандиимина производными мочевины.
- Закономерность образования различных продуктов реакции глиоксаля с производными мочевины (гликольурилы, 4,5-диалкилуреидо-1- алкилимидазолидин-2-оны) от условий протекания реакции (растворитель, температура, время, мольное соотношение реагентов).
Практическая значимость работы: Открытая реакция
переиминирования производных 1,2 -этандиимина аминами, мочевинами, сульфоматом калия является фундаментальным знанием, которое найдет применение в препаративной химии циклических производных мочевин и гексаазаизовюрцитанов, в получении биологически активных и других полезных продуктов.
Реализация работы: Результаты диссертационной работы
использованы при выполнении проектов фундаментальных исследований СО РАН V.40.2.3 «Синтез высокоэнергетических соединений, обладающих повышенным содержанием азота» (2010-2012 гг.), V.49.1.1 «Направленный синтез высокоэнергетических соединений из класса циклических нитраминов» (2013 г.).
Личный вклад автора: планирование и проведение экспериментов, разработка методов синтеза и очистка полученных соединений, анализ и обсуждение результатов, сопоставление полученных результатов с литературными данными, формулирование выводов.
Достоверность результатов подтверждается использованием современных методов анализа структуры полученных соединений и воспроизводимостью результатов. Достоверность и обоснованность научных положений и выводов, сформулированных в диссертации, обеспечивается внутренней непротиворечивостью результатов исследования, их соответствием теоретическим положениям органической химии.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на III научно-технической конференции молодых ученых «Перспективы создания и применения конденсированных энергетических материалов» (Бийск, 2010); Всероссийской конференции «Химия, технология и применение высокоэнергетических соединений», посвященная памяти В.В. Бахирева (Бийск, 2011); Всероссийской конференции «Перспективы создания и применения конденсированных энергетических материалов» (Бийск, 2012); Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 80-летию основания Инженерного химико-технологического факультета РХТУ им. Д.И. Менделеева «Успехи в специальной химии и химической технологии» (Москва, 2015).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 9 работах, из них статей в изданиях, рекомендованных ВАК, и зарубежных журналах 4.
Структура диссертации. Диссертация изложена на 93 страницах машинописного текста и состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка литературы (104 источника литературы). Работа содержит 11 таблиц и 14 рисунков.
1 Впервые разработаны методы синтеза азотсодержащих циклических соединений реакцией переиминирования производных глиоксаля (1,2- этандиимина). Показано, что N,N’-дитрет-бутил-1,2-этандиимин вступает в реакцию переиминирования с линейными аминами (метиламин, этиламин, пропиламин, бутиламин, октиламин) и разветвленными (изопропиламин) с образованием соответствующих дииминов глиоксаля (диметилдиимин глиоксаля, диэтилдиимин глиоксаля, дипропилдиимин глиоксаля, диизопропилдиимин глиоксаля, дибутилдиимин глиоксаля, диоктилдиимин глиоксаля).
2 Бензиламин, фурфуриламин и аллиламин вступают в реакцию
переиминирования N,N’-дитрет-бутил- 1,2-этандиимина с последующией циклотримеризацией с образованием соответствующих
гексаазаизовюрцитанов.
3 Разработан новый способ получения 2,4,6,8,10,12-гексабензил-
2,4,6,8,10,12- гексаазатетрацикло [5,5,0,03,11,05,9] додекана, путем
переиминирования бензиламином дизамещенных производных 1,2 - этандиимина с различными заместителями (метил, этил, трет-бутил, октил).
4 Реакция переиминирования позволяет получать производные 1,2-
этандиимина и гексаазаизовюрцитана исключая образование
оксосоединений, так как не происходит образования 1,2 -этандиола.
5 Изучена реакция переиминирования Ы,Ы’-дитрет-бутил-1,2-
этандиимина различными производными мочевины. Впервые переиминированием Ы,Ы’-дитрет-бутил-1,2-этандиимина N-
монозамещенными производными мочевины получены производные гликольурилов и 4,5-диалкилуреидо-1-алкилимидазолидин-2-онов. Показана возможность получения гексаазаизовюрцитанового каркаса путем взаимодействия Ы,Ы’-дитрет-бутил-1,2-этандиимина с производными мочевины, на примере бензилмочевины, и его нитролиз до ГАВ.
6 Изучена реакция конденсации глиоксаля с различными N- монозамещенными производными мочевины, установлено, что на результат реакции влияют растворитель, температура реакции, время, мольное соотношение реагентов. Показано, что основными продуктами реакции являются линейные, моно- и бициклические соединения (1,1,2,2- тетракис(алкилуреидо)этан, 4,5 -бис(алкилуреидо) -1 -алкилимидозолидин-2 - оны, 2,6-диалкил-2,4,6,8-тетраазабицикло[3,3,0]октан-3,7-дион).
7 Впервые в мягких условиях в одну стадию получены 4,5- диалкилуреидо-1-алкилимидозолидин-2-оны путем конденсации N- монозамещенных производных мочевины с глиоксалем.
8 Обнаружено протекание обратной реакции конденсации с образованием новых продуктов (4,5-диалкилуреидо-1-алкилимидазолидин-2- он), ранее не описанных в литературе, что позволило предположить новый химизм реакции конденсации глиоксаля с амидами, который поясняет проведение реакции в избытке амида.
9 Исследовано влияние заместителей у атома азота в производных 2,4,6,8-тетраазабицикло [3,3,0] октан-3,7-дион на процесс нитрования показано, что диацетил- и ди^ре^-бутилгликольурилы при нитролизе образуют динитрогликольурил. При нитровании дибутил-, диоктил- и динонилгликольурилов образуются 4,8-динитро-2,6-диалкилгликольурилы, в случае нитрования дибензил- и дифенилгликольурилов получили 4,8- динитро-2,6-динитроарилгликольурилы.
2 Бензиламин, фурфуриламин и аллиламин вступают в реакцию
переиминирования N,N’-дитрет-бутил- 1,2-этандиимина с последующией циклотримеризацией с образованием соответствующих
гексаазаизовюрцитанов.
3 Разработан новый способ получения 2,4,6,8,10,12-гексабензил-
2,4,6,8,10,12- гексаазатетрацикло [5,5,0,03,11,05,9] додекана, путем
переиминирования бензиламином дизамещенных производных 1,2 - этандиимина с различными заместителями (метил, этил, трет-бутил, октил).
4 Реакция переиминирования позволяет получать производные 1,2-
этандиимина и гексаазаизовюрцитана исключая образование
оксосоединений, так как не происходит образования 1,2 -этандиола.
5 Изучена реакция переиминирования Ы,Ы’-дитрет-бутил-1,2-
этандиимина различными производными мочевины. Впервые переиминированием Ы,Ы’-дитрет-бутил-1,2-этандиимина N-
монозамещенными производными мочевины получены производные гликольурилов и 4,5-диалкилуреидо-1-алкилимидазолидин-2-онов. Показана возможность получения гексаазаизовюрцитанового каркаса путем взаимодействия Ы,Ы’-дитрет-бутил-1,2-этандиимина с производными мочевины, на примере бензилмочевины, и его нитролиз до ГАВ.
6 Изучена реакция конденсации глиоксаля с различными N- монозамещенными производными мочевины, установлено, что на результат реакции влияют растворитель, температура реакции, время, мольное соотношение реагентов. Показано, что основными продуктами реакции являются линейные, моно- и бициклические соединения (1,1,2,2- тетракис(алкилуреидо)этан, 4,5 -бис(алкилуреидо) -1 -алкилимидозолидин-2 - оны, 2,6-диалкил-2,4,6,8-тетраазабицикло[3,3,0]октан-3,7-дион).
7 Впервые в мягких условиях в одну стадию получены 4,5- диалкилуреидо-1-алкилимидозолидин-2-оны путем конденсации N- монозамещенных производных мочевины с глиоксалем.
8 Обнаружено протекание обратной реакции конденсации с образованием новых продуктов (4,5-диалкилуреидо-1-алкилимидазолидин-2- он), ранее не описанных в литературе, что позволило предположить новый химизм реакции конденсации глиоксаля с амидами, который поясняет проведение реакции в избытке амида.
9 Исследовано влияние заместителей у атома азота в производных 2,4,6,8-тетраазабицикло [3,3,0] октан-3,7-дион на процесс нитрования показано, что диацетил- и ди^ре^-бутилгликольурилы при нитролизе образуют динитрогликольурил. При нитровании дибутил-, диоктил- и динонилгликольурилов образуются 4,8-динитро-2,6-диалкилгликольурилы, в случае нитрования дибензил- и дифенилгликольурилов получили 4,8- динитро-2,6-динитроарилгликольурилы.
