🔍 Поиск готовых работ

🔍 Поиск работ

Синтез, структура, свойства и синтетические применения соединений поливалентного иода на основе 2- и 4-иодбензолсульфокислот и 2-иодбензойной кислоты

Работа №201385

Тип работы

Диссертация

Предмет

химия

Объем работы127
Год сдачи2022
Стоимость700 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
20
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1. Аналитический обзор. Синтез, структура и свойства псевдоциклических и
циклических соединений поливалентного иода 7
1.1 Синтез, структура и свойства циклических и псевдоциклических 13-иоданов 7
1.1.1 Синтез и свойства некоторых представителей псевдоциклических
соединений иода (III) 10
1.2 Синтетическое применение циклических и псевдоциклических 13-иоданов 15
1.3 Синтез, структура и свойства циклических и псевдоциклических V-иоданов 20
1.3.1 Синтез, структура и свойства 2-иодоксибензойной кислоты и её
псевдоциклических производных 20
1.3.2 Синтез, структура и свойства аналогов 2-иодоксибензойной кислоты и её
псевдоциклических производных 25
Глава 2. Использование 4-иодилбензолсульфоната калия в реакциях иодфункционализации, соответствующих принципам «зеленой» химии 29
2.1 Окислительная иодфункционализация алкенов, алкинов и кетонов с
использованием 4-иодилбензолсульфоната калия 29
2.2 Экспериментальная часть 36
Глава 3. 2-Иодбензолсульфокислота в синтезе поливалентных производных 45
3.1 Синтез и структура поливалентных производных иода на основе 2-
иодбензолсульфокислоты 45
3.2 Экспериментальная часть 54
Глава 4. Дизайн нового реагента поливалентного иода (III) для прямого азидирования органических субстратов 58
4.1 Новый реагент для азидирования на основе 2-иодбензолсульфокислоты 58
4.2 Экспериментальная часть 72
Глава 5. Окислительная внутримолекулярная гетероциклизация 2-аллилокси- и 2- пропаргилоксибензальдоксимов 78
5.1 Окислительная внутримолекулярная гетероциклизация 2-аллиокси- и 2-
пропаргилоксибензальдоксимов с использованием каталитических количеств 4- толуолсульфоната 2-иодозилбензойной кислоты (IBA-OTs) 78
5.2 Экспериментальная часть 88
ВЫВОДЫ 103
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 104
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 105


Соединения поливалентного иода (СПИ) являются универсальными реагентами с широкими возможностями применения как в фундаментальных научных исследованиях, так и в промышленности. Данные реагенты зарекомендовали себя в органическом синтезе как экологически безопасные окислительные реагенты, использующиеся взамен дорогостоящих соединений переходных и токсичных тяжелых металлов благодаря их схожей реакционной способности. Помимо этого, известны работы, которые посвящены применению соединений поливалентного иода в биохимии, синтезе и модификации материалов, а также в получении радиофармпрепаратов.
На сегодняшний день СПИ используются не только в качестве незаменимых стехиометрических окислителей, но также стремительно развиваются каталитические методы функционализации различных органических субстратов с их участием. Данные тенденции связаны главным образом со стремлением к прогрессу в «зеленой» химии и «зеленых» технологиях. Соответственно, наряду с расширением фундаментальных знаний о ранее известных реагентах поливалентного иода поиск новых реагентов и исследование их реакционной способности является крайне актуальной задачей.
Целью работы является разработка методов синтеза соединений поливалентного иода на основе 2- и 4-иодбензолсульфокислот и 2-иодбензойной кислоты, изучение их структуры, физико-химических свойств и превращений с их участием.
Для достижения цели в работе решаются следующие задачи:
• Исследование реакционной способности 4-иодилбензолсульфоната калия в реакциях окислительной иодфункционализации непредельных соединений и кетонов, а также исследование возможности его регенерации;
• Разработка метода синтеза 2-иодоксибензолсульфокислоты и исследование её структуры;
• Разработка метода синтеза азидирующего агента на основе 2-
иодбензолсульфокислоты и исследование его реакционной способности;
• Исследование окислительной внутримолекулярной циклизации 2- аллилокси- и 2-пропаргилоксибензальдоксимов с использованием каталитических количеств псевдоциклического 4-толуолсульфоната 2-иодозилбензойной кислоты.
Научная новизна:
1. Показана эффективность использования 4-иодилбензолсульфоната калия как
окислителя в реакциях иодфункционализации алкенов, алкинов и кетонов в условиях, соответствующих принципам «зеленой» химии. Показано, что продукты реакции образуются с высокими выходами, и более того, не требуют дополнительной очистки. Впервые предложен эффективный метод рециклизации 4-иодилбензолсульфоната калия на примере реакции иодметоксилирования стирола.
2. Впервые показано влияние рН среды на образование продуктов окисления 2-
иодбензолсульфокислоты. Обнаружено, что окисление в кислой среде приводит к образованию 13-иодана, в то время как окисление в щелочных и нейтральных условиях - к образованию 15-иодана. Впервые проведено исследование структуры 2-
иодоксибензолсульфокислоты методом рентгеноструктурного анализа, и показано её циклическое строение.
3. Предложен метод синтеза азидирующего реагента на основе 2- иодбензолсульфокислоты - 1-азидо-1 #-И3-бензо[^][1,2,3]иодоксатиол 3,3-диоксида, показана его низкая стабильность в растворах органических растворителей, а также исследована его структура с помощью рентгеноструктурного анализа и показано его циклическое строение. Полученный реагент проявляет высокую реакционную способность в реакции с триизопропил((1-фенилвинил)окси)силаном с образованием а- азидоацетофенона в условиях отсутствия металлокатализа (metal-free).
4. Разработан метод синтеза бензопираноизоксазолов и
бензопираноизоксазолинов с использованием каталитических количеств
псевдоциклического соединения поливалентного иода. Показано, что 4-толуолсульфонат 2-иодозилбензойной кислоты генерируется in situ и является окислителем в данном превращении. Предложен вероятный механизм внутримолекулярной гетероциклизации 2- аллилокси- и 2-пропаргилоксибензальдоксимов, катализируемой псевдоциклическим соединением поливалентного иода.
Практическая значимость
1. Разработан эффективный метод иодфункционализации непредельных соединений и кетонов с использованием 4-иодилбензолсульфоната калия, соответствующий ряду принципов «зеленой» химии. Разработан простой и удобный метод регенерации 4-иодилбензолсульфоната калия, что соответствует ряду принципов «зеленой» химии.
2. Разработан эффективный метод синтеза 2-иодозилбензолсульфокислоты и 2- иодоксибензолсульфокислоты действием иодной кислоты, периодата натрия и Оксон (Oxone®), показано влияние рН на образование продуктов реакции.
3. Впервые синтезирован сульфоаналог реактива Жданкина - азидирующего агента на основе поливалентного иода, а также показана его высокая реакционная способность на примере триизопропил((1-фенилвинил)окси)силана с образованием а- азидоацетофенона в условиях отсутствия металлокатализа.
4. Разработан метод синтеза фармакофорных бензопираноизоксазолов и
бензопираноизоксазолинов в условиях органокатализа соединением псевдоциклического поливалентного иода. Впервые получено и охарактеризовано 18 новых 2-аллилокси- и 2- пропаргилобензальдоксимов и конденсированных бензопираноизоксазолов и бензопираноизоксазолинов. Предложенный метод имеет высокий потенциал для масштабирования в граммовых количествах.
По результатам работы сформулированы положения, выносимые на защиту:
1. Метод окислительного иодирования алкенов, алкинов и кетонов с использованием 4-иодилбензолсульфоната калия, а также метод его регенерации в соответствии с принципами «зеленой» химии.
2. Метод синтеза 2-иодозилбензолсульфокислоты и 2-
иодоксибензолсульфокислоты действием иодной кислоты, периодата натрия и Оксон (Oxone®). Исследование структуры 2-иодоксибензолсульфокислоты с помощью рентгеноструктурного анализа.
3. Метод синтеза азидирующего агента на основе 2-иодбензолсульфокислоты - 1-азидо-1Я-И3-бензо[^][1,2,3]иодоксатиол 3,3-диоксида. Исследование структуры впервые полученного реагента с помощью рентгеноструктурного анализа, а также исследование его стабильности. Изучение реакционной способности разработанного азидирующего агента, образующегося in situ, в реакции с триизопропил((1- фенилвинил)окси)силаном с образованием а-азидоацетофенона в условиях metal-free.
4. Метод окислительной внутримолекулярной циклизации 2-аллилокси- и 2- пропаргилоксибензальдоксимов с использованием каталитических количеств 4- толуолсульфоната 2-иодозилбензойной кислоты, генерируемого in situ, с образованием конденсированных бензопираноизоксазолов и бензопираноизоксазолинов. Механизм протекания окислительной внутримолекулярной циклизации 2-аллилокси- и 2- пропаргилоксибензальдоксимов с использованием каталитических количеств 4 - толуолсульфоната 2-иодозилбензойной кислоты.
Степень достоврености и апробация результатов исследования
Отдельные части работы докладывались и обсуждались на 5 специализированных конференциях всероссийского и международного уровней: 6th International Conference on Hypervalent Iodine Chemists, Кардиф; Химия и химическая технология в XXI веке: Международная научно-практическая конференция студентов и молодых ученых, Томск; The XII International Conference On Chemistry For Young Scientists “Mendeleev 2021”, Санкт-Петербург; Всероссийский Конгресс «KOST-2021» по химии гетероциклических соединений, Сочи; VI Северо-Кавказском симпозиуме по органической химии (NCOCS- 2022), Ставрополь.
Работа была выполнена при поддержке следующих грантов: Проект РФФИ 16-5310046 КО_а, Проект №2569 ГЗ «Наука», РНФ №16-13-10081, РНФ №21-73-20031, ГЗ: 07503-2021-287/4 (2309-21).
Методология и методы исследования. В ходе работы применялись общепринятые техники синтеза и контроля реакций с использованием стандартного лабораторного оборудования. Установление строения и показателей чистоты полученных соединений проводилось с использованием спектроскопии ЯМР 1Н, 13С, ИК спектроскопии, хромато-масс-спектрометрии, а также рентгеноструктурного анализа.
Личный вклад автора. Автор непосредственно участвовал в планировании, проведении и оптимизации экспериментов, проводил самостоятельный анализ литературных данных, интерпретацию полученных результатов исследования. Обсуждение результатов и подготовка публикаций велись совместно с научным руководителем.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи, 5 материалов докладов на конференциях различного уровня.
Объем и структура работы. Работа изложена на 127 страницах, содержит 18 рисунков, 62 схемы и 3 таблицы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы из 229 наименований.
Работа состоит из введения, аналитического обзора (глава 1), глав, непосредственно посвященных отдельным частям настоящего исследования (главы 2-5), выводов и списка литературы. Первая глава диссертации представляет собой аналитический обзор методов синтеза и свойств псевдо- и гетероциклических соединений поливалентного иода. Вторая - пятая главы содержат описание и обсуждение результатов, а также описание экспериментальных методик, характеристики использованных веществ и оборудования.
Благодарности. Автор выражает благодарность научному руководителю д.х.н. Юсубову М.С. за всестороннюю помощь и внимание к работе. Также автор выражает благодарность проф., д.х.н. Жданкину В.В., Ph.D Йошимура А., д.х.н. Постникову П.С. за помощь в выполнении экспериментов и интерпретации данных.


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!


1. Исследована реакционная способность 4-иодилбензолсульфоната калия в реакциях окислительной иодфункционализации алифатических и ароматических алкенов, алкинов и кетонов. Разработаны эффективные общие методики синтеза окислительного иодирования алкенов, алкинов и кетонов с использованием 4-иодилбензолсульфоната калия. Обнаружено, что данная методика позволяет получить без дополнительной очистки ценные алифатические иодиды с высокими выходами. Впервые предложен эффективный метод рециклизации 4-иодилбензолсульфоната калия на примере реакции иодметоксилирования стирола, что соответствует ряду принципов «зеленой химии».
2. Разработаны новые методы синтеза 2-иодоксибезолсульфокислоты и 2- иодозилбензолсульфокислоты. Впервые выделена в индивидуальном виде 2- иодоксибензолсульфокислота и исследована её структура с помощью рентгеноструктурного анализа. Показано, что 2-иодоксибензолсульфокислота обладает циклическим строением и имеет вторичные межмолекулярные взаимодействия между иодным центром и кислородами в соседних молекулах. Впервые установлено, что окисление в кислой среде приводит к образованию 23-иодана, в то время как окисление в щелочных и нейтральных условиях - к образованию 25-иодана.
3. Разработан метод синтеза нового азидирующего агента на основе 2- иодбензолсульфокислоты - 1-азидо-1^-И3-бензо[^][1,2,3]иодоксатиол 3,3-диоксида. Исследована его стабильность в растворах органических растворителей, а также исследована его структура с помощью РСА и показано его циклическое строение. Согласно данным РСА, полученный реагент обладает более электрофильной природой по сравнению с оригинальными азидоиоданами. Полученный реагент проявляет высокую реакционную способность в реакции с триизопропил((1-фенилвинил)окси)силаном с образованием а-азидоацетофенона в условиях отсутствия металлокатализа.
4. Исследован процесс окислительной внутримолекулярной циклизации 2- аллилокси- и 2-пропаргилоксибензальдоксимов с использованием каталитических количеств 4-толуолсульфоната 2-иодозилбензойной кислоты. Показано, что 4- толуолсульфонат 2-иодозилбензойной кислоты генерируется in situ и является окислителем в данном превращении. Предложен механизм внутримолекулярной циклизации 2-аллилокси- и 2-пропаргилоксибензальдоксимов с использованием 4- толуолсульфоната 2-иодозилбензойной кислоты. Разработан метод синтеза различных бензопираноизоксазолов и бензопираноизоксазолинов с использованием каталитических количеств 4-толуолсульфоната 2-иодозилбензойной кислоты и показана его широкая применимость.



1. Olofsson B., Marek I., Rappoport Z. The Chemistry of Hypervalent Halogen Compounds. - John Wiley & Sons, 2019.
2. Zhdankin V. V. Hypervalent iodine chemistry: preparation, structure, and synthetic applications of polyvalent iodine compounds. - John Wiley & Sons, 2013.
3. Yoshimura A., Zhdankin V. V. Advances in synthetic applications of hypervalent iodine compounds //Chemical Reviews. - 2016. - vol. 116. - No. 5. - pp. 3328-3435. - DOI: 10.1021/acs.chemrev.5b00547.
4. Amey R. L., Martin J. C. Synthesis and reaction of substituted arylalkoxyiodinanes: formation of stable bromoarylalkoxy and aryldialkoxy heterocyclic derivatives of tricoordinate organoiodine (III) //The Journal of Organic Chemistry. - 1979. - vol. 44. - No. 11. - pp. 1779-1784. - DOI: 10.1021/jo01325a007.
5. Koser G. F. PATAI'S Chemistry of Functional Groups. Halides, Pseudo-Halides and Azides //by S. Patai and Z. Rappoport, John Wiley & Sons, New York. - 1983. - DOI: 10.1002/9780470771723.ch6.
6. Hari D. P., Caramenti P., Waser J. Cyclic hypervalent iodine reagents: enabling tools for bond disconnection via reactivity umpolung //Accounts of Chemical Research. - 2018. - vol. 51. - No. 12. - pp. 3212-3225. - DOI: 10.1021/acs.accounts.8b00468.
7. Declas N., Pisella G., Waser J. Vinylbenziodoxol (on) es: Synthetic Methods and Applications //Helvetica Chimica Acta. - 2020. - vol. 103. - No. 12. - pp. e2000191. - DOI: 10.1002/hlca.202000191.
8. Yoshimura A., Yusubov M. S., Zhdankin V. V. Synthetic applications of pseudocyclic hypervalent iodine compounds //Organic & Biomolecular Chemistry. - 2016. - vol. 14. - No. 21. - pp. 4771-4781. - DOI: 10.1039/C6OB00773B.
9. Zhdankin V. V., Protasiewicz J. D. Development of new hypervalent iodine
reagents with improved properties and reactivity by redirecting secondary bonds at iodine center //Coordination Chemistry Reviews. - 2014. - vol. 275. - pp. 54-62. - DOI:
10.1016/j.ccr.2014.04.007.
10. Carmalt C. J., Crossley J. G., Knight J. G., Lightfoot P., Martin A., Muldowney M. P., Norman N. C., Orpen, A. G. An examination of the structures of iodosylbenzene (PhIO) and the related imido compound, PhINSO 2-4-Me-C6H4, by X-ray powder diffraction and EXAFS (extended X-ray absorption fine structure) spectroscopy //Chemical Communications. - 1994. - No. 20. - pp. 2367-2368. - DOI: 10.1039/C39940002367.
11. Boucher M., Macikenas D., Ren T., Protasiewicz J. D. Secondary Bonding as a Force Dictating Structure and Solid-State Aggregation of the Primary Nitrene Sources (Arylsulfonylimino)iodoarenes (ArINSO2Ar’) //Journal of the American Chemical Society. - 1997. - vol. 119. - No. 40. - pp. 9366-9376. - DOI: 10.1021/ja971048o.
12. Ochiai M., Suefuji T., Miyamoto K., Shiro M. Solid state structures of pentacoordinated 3-iodanes with a trigonal bipyramidal geometry: synthesis of diphenyl- and alkynylphenyl-3-iodane complexes with 1,10-phenanthroline// Chemial Communicaton. - 2003.
- vol. 12. - pp. 1438-1439. - DOI: 10.1039/B302579A.
13. Ochiai M. Stoichiometric and catalytic oxidations with hypervalent organo-13-
iodanes //The Chemical Record. - 2007. - vol. 7. - No. 1. - pp. 12-23. - DOI:
10.1002/tcr.20104.
14. Ochiai M., Suefuji T., Miyamoto K., Tada N., Goto S., Shiro M., Sakamoto S., Yamaguchi K. Secondary Hypervalent I (III)---O Interactions: Synthesis and Structure of Hypervalent Complexes of Diphenyl-13-iodanes with 18-Crown-6 //Journal of the American Chemical Society. - 2003. - vol. 125. - No. 3. - pp. 769-773. - DOI: 10.1021/ja0211205.
15. Ochiai M., Miyamoto K., Suefuji T., Shiro M., Sakamoto S., Yamaguchi K.
Synthesis and structure of supramolecular complexes between 1-
alkynyl(phenyl)(tetrafluoroborato)-13-iodanes and 18-crown-6 //Tetrahedron. - 2003. - vol. 59.
- No. 51. - pp. 10153-10158. - DOI: 10.1016/j.tet.2003.10.074.
...229


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.




©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ