Синтез та властивості N-ацилокси-N-алкоксигемінальних систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна

УДК 547.495 : 547.93

02.00.03 - органічна хімія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата хімічних наук

Синтез та властивості N-ацилокси-N-алкоксигемінальних систем

Клоц Євген Олександрович

Харків - 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі органічної хімії, хімічного факультету Дніпропетровського національного університету Міністерства освіти і науки України, м. Дніпропетровськ

Науковий керівник: доктор хімічних наук, доцент Івонін Сергій Павлович, Дніпропетровський національний університет, завідувач кафедри органічної хімії

Офіційні опоненти:

- доктор хімічних наук, професор Болотов Валерій Васильович, Національний фармацевтичний університет, м. Харків, завідувач кафедри аналітичної хімії

- кандидат хімічних наук, доцент Комихов Сергій Олександрович, Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, доцент кафедри органічної хімії

Провідна установа: Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут",кафедра органічної хімії і технології органічних речовин, Міністерства освіти і науки України, м. Київ

Захист відбудеться "4"липня 2003 р. о 14⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.051.14 Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна (Україна, 61077, м. Харків, пл. Свободи, 4, ауд. 7-80)

З дисертацією можна ознайомитись в Центральній науковій бібліотеці Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна (Україна, 61077, м. Харків, пл. Свободи, 4)

Автореферат розіслано "30" травня 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Чепелєва Л.В.

Анотації

Клоц Е.О. Синтез та властивості N-ацилокси-N-алкоксигемінальних систем. - Рукопис

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.03 - органічна хімія. - Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, Харків, 2003.

Розроблено загальний спосіб синтезу N-ацилокси-N-алкоксисполук, досліджена аніонна рухливість ацилоксигрупи цих сполук на прикладі реакції алкоголізу.

Взаємодією відповідних N-хлор-N-алкоксисполук з натрієвими та калієвими солями карбонових кислот отримані наступні N-ацилокси-N-алкоксигемінальні системи: N-ацилокси-N-алкоксисечовини, N-ацилокси-N-алкокси-N-трет-алкіламіни, N-ацилокси-N-алкоксибензаміди та N-ацилокси-N-алкоксикарбамати.

Досліджена взаємодія N-хлор-N-алкоксикарбаматів з деякими типами нуклеофілів у протонних та апротонних розчинниках.

Знайдено, що у випадку алкоголізу N-ацилокси-N-алкоксисечовин, N-ацилокси-N-алкокси-N-трет-алкіламінів та N-ацилокси-N-алкоксикарбаматів відбувається нуклеофільне заміщення біля атому азоту з утворенням відповідних N,N-діалкоксисполук, а у разі взаємодії N-ацетокси-N-етоксибензаміду з метанолом або метилатом натрію утворюються естери бензойної кислоти.

Ключові слова: N-ацилокси-N-алкоксисечовини, N-хлор-N-алкоксисечовини, N-ацилокси-N-алкоксикарбамати, N-хлор-N-алкоксикарбамати, N,N-діалкоксиаміносполуки, алкоголіз, нуклеофільне заміщення біля атому азоту.

Klots E.A. Synthesis and Propertiers N-Acyloxy-N-alkoxygeminal Systems. - Manuscript.

Thesis for Ph.D. degree in speciality 02.00.03 - organic chemistry. Kharkov National V.N. Karazin university, Kharkov, 2003.

Overall method of the N-acyloxy-N-alkoxycompounds synthesis have been created. The anionic movity of acyloxy groups in these compounds was studied at alkoholysis reaction.

Such kinds of N-acyloxy-N-alkoxygeminal systems, as N-acyloxy-N-alkoxyureas, N-acyloxy-N-alkoxy-N-tert-alkylamines, N-acyloxy-N-alkoxybenzamides and N-acyloxy-N-alkoxycarbamates were obtained by N-chloro-N-alkoxycompounds interaction with sodium and potassium salts of carboxylic acids.

N-Chloro-N-alkoxycarbamates reactiones with some kinds of nucleophiles have been studied at the protonic and aprotonic solvents.

As found, the nucleophilic substitution at nitrogen atom giving N,N-dialkoxyaminocompounds take place at the alkoholysis of N-acyloxy-N-alkoxyureas, N-acyloxy-N-alkoxy-N-tert-alkylamines and N-acyloxy-N-alkoxycarbamates. But esters of benzoic acid are obtained if the N-acetoxy-N-ethoxybenzamide react with methanol or sodium methylate.

Keywords: N-acyloxy-N-alkoxyureas, N-chloro-N-alkoxyureas, N-acyloxy-N-alkoxycarbamates, N-chloro-N-alkoxycarbamates, N,N-dialkoxyaminocompounds, alkoholysis, nucleophilic substitution at nitrogen.

Клоц Е.А. Синтез и свойства N-ацилокси-N-алкоксигеминальных систем. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.03-органическая химия. - Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, Харьков, 2003.

Диссертация посвящена разработке общего способа получения N-ацилокси-N-алкоксигеминальных систем и изучению анионной подвижности ацилоксигруппы в данных соединениях на примере реакции алкоголиза.

Создан общий способ получения N-ацилокси-N-алкоксигеминальных систем взаимодействием соответствующих N-хлор-N-алкоксисоединений с натриевыми и калиевыми солями карбоновых кислот в ацетонитриле. Этим методом впервые синтезированы N-ацилокси-N-алкоксимочевины и N-ацилокси-N-алкоксикарбаматы, а также показана возможность получения N-ацилокси-N-алкокси-N-трет-алкиламинов и N-ацилокси-N-алкоксибензамидов. Показано, что предложенный способ не применим при использовании: а) N-хлор-N-алкоксисоединений не обладающих анионноподвижным атомом хлора (N-хлор-N-алкоксисульфониламидов), б) солей-восстановителей (формиатов). Установлено, что при взаимодействии N-хлор-N-алкокси-N-трет-алкиламинов с ацетатом натрия, наряду с нуклеофильным замещением у атома азота, может конкурировать процесс фрагментации.

Исследовано взаимодействие N-хлор-N-алкоксикарбаматов с различными видами нуклеофилов и показана возможность нуклеофильного замещения у атома азота как в апротонной среде, так и в условиях алкоголиза в присутствии ацетата серебра. Впервые получены N,N-диалкоксикарбаматы. Показано, что в зависимости от природы нуклеофила и растворителя с нуклеофильным замещением атома хлора могут конкурировать реакции восстановления и фрагментации.

Найдено, что алкоголиз N-ацилокси-N-алкоксимочевин первичными и вторичными спиртами приводит к селективному образованию N,N-диалкоксимочевин. На примере алкоголиза N-ацилокси-N-алкоксимочевин вторичными спиртами показано, что нуклеофильное замещение у атома азота чувствительно к стерическим препятствиям, что обуславливает большую продолжительность данной реакции. Установлено, что в трет-бутаноле алкоголиз N-ацилокси-N-алкоксимочевин не происходит вообще.

Показано, что при метанолизе N-ацилокси-N-алкокси-N-трет-алкиламинов с высокими выходами образуются соответствующие N,N-диалкоксиамины. Однако в зависимости от строения N-трет-алкиламиного заместителя с нуклеофильным замещением у атома азота возможна конкуренция процесса фрагментации.

Установлено, что при алкоголизе метил-N-ацетокси-N-метоксикарбамата, метил-N-пропионилокси-N-метоксикарбамата и метил-N-ацетокси-N-н-октилоксикарбамата первичными спиртами происходит нуклеофильное замещение у атома азота с образованием N,N-диалкоксикарбаматов. В случае этил-N-ацетокси-N-метоксикарбамата и этил-N-ацетокси-N-изо-пропилоксикарбамата наряду с нуклеофильным замещением у атома азота (образование N,N-диалкоксикарбаматов), наблюдается протекание реакции фрагментации и окислительно-восстановительных процессов. При алкоголизе N-ацилокси-N-алкоксикарбаматов изо-пропанолом наблюдается образование продуктов окислительно-восстановительных процессов, а с трет-бутанолом реакции не протекают.

Найдено, что при метанолизе N-ацетокси-N-этоксибензамида, а также при его взаимодействии с метилатом натрия в апротонной среде нуклеофильная атака протекает не по атому азота, а по карбонильным группам, приводя к образованию метилового и этилового эфиров бензойной кислоты.

Ключевые слова: N-ацилокси-N-алкоксимочевины, N-хлор-N-алкокси-мочевины, N-ацилокси-N-алкоксикарбаматы, N-хлор-N-алкоксикарбаматы, N,N-диалкоксиаминосоединения, алкоголиз, нуклеофильное замещение у атома азота.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Розвиток хімії O-N-O-гемінальних систем обумовлений відкриттям двох зручних підходів їх побудови - реакції 1,3-диполярного циклоприєднання нітронових естерів до олефінів (Тартаковський В.А., Членов І.Є., 1964 р.) та нуклеофільного заміщення атома хлору на алкоксигрупу в Cl-N-O-гемінальных системах (Костяновський Р.Г., Рудченко В.Ф., 1979 р.). Детальне вивчення хімії N,N-діалкоксисполук і N-хлор-N-алкоксисполук збагатило теорію реакційної здатності, особливо проблему існування нітренієвих іонів і специфіку нуклеофільного заміщення біля атома азоту, а також дозволило розробити низку зручних синтетичних методів одержання несиметричних діазенів і нових типів гетероциклів. Синтетичне значення Cl-N-O-гемінальних систем обумовлена аніонною рухливістю атома хлору, що є наслідком кінетичної дестабілізації зв'язку N-Cl, обумовленої молекулярно-орбітальною взаємодією n_(O)*_N-Cl. Нуклеофільне заміщення біля атома азоту в Cl-N-O-гемінальних системах, яке перебігає відносно гладко, дозволило здійснити заміщення атома хлору різними нуклеофільними агентами. Однак, досить часто з нуклеофільним заміщенням біля атома азоту конкурує ряд інших процесів: відновлення, фрагментація, перегрупування, О-дезалкілювання. Крім того, аніонній рухливості атома хлору в Cl-N-O-гемінальних системах не сприяє підвищення електроноакцепторних властивостей третього замісника біля атома азоту, зокрема аніонна рухливість атома хлору в N-хлор-N-алкоксикарбаматах донедавна залишалась дискусійною. Застосуванню Cl-N-O-сполук в органічному синтезі заважає їх низька термічна стабільність. Тому актуальним є створення таких типів O-N-O-сполук, які були б чутливими до нуклеофільної атаки на атом азоту і були б стабільними, - N-ацилокси-N-алкоксигемінальних систем, що мають два нерівноцінні зв'язки азот-кисень. В зв'язку з цим постала необхідність вивчення ступеню подібності хімічних властивостей таких AcO-N-OAlk-гемінальних систем та їх Cl-N-OAlk-аналогів на прикладі реакції алкоголізу.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Дисертація є частиною планових досліджень, що проводилися на кафедрі органічної хімії, хімічного факультету Дніпропетровського національного університету в рамках держбюджетної теми "Катіонотропне перегрупування в ряду несиметричних ацилоїнів" (№ держ. реєстрації 0101U001529).

Мета і задачи дослідження. Метою дослідження є синтез N-ацилокси-N-алкоксигемінальних систем. Розробка загального способу одержання таких систем і визначення аніонної рухливості ацилоксигрупи на прикладі реакції алкоголізу. Встановлення можливості нуклеофільного заміщення атома хлору на ацилоксигрупу для різних типів N-хлор-N-алкоксисполук.

При проведенні запланованих досліджень були використані методи спектроскопії ядерного магнітного резонансу, інфрачервоної спектроскопії, мас-спектрометрії, та газово-рідинної хроматографії.

Наукова новизна одержаних результатів. Розроблено загальний спосіб одержання різних типів N-ацилокси-N-алкоксигемінальних систем. Вперше одержано такі типи N-ацилокси-N-алкоксисполук, як N-ацилокси-N-алкоксисечовини і N-ацилокси-N-алкоксикарбамати.

Досліджено взаємодію N-хлор-N-алкоксикарбаматів з різними типами нуклеофілів і показана можливість нуклеофільного заміщення біля атома азоту як в апротонному середовищі, так і в умовах алкоголізу. Вперше одержано N,N-діалкоксикарбамати.

Знайдено, що при алкоголізі N-ацилокси-N-алкоксисечовин селективно утворюються N,N-діалкоксисечовини. Встановлено, що нуклеофільному заміщенню біля атома азоту перешкоджають стеричні затруднення.

Вивчено алкоголіз N-ацилокси-N-алкоксикарбаматів і N-ацилокси-N-алкоксиамінів. Знайдено, що з нуклеофільним заміщеннням біля атома азоту можуть конкурувати фрагментація і окисно-відновні процеси.

Встановлено, що при метанолізі N-ацетокси-N-етоксибензаміду нуклеофільне заміщення біля атома азоту не відбувається.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено загальний метод одержання N-ацилокси-N-алкоксигемінальних систем: N-ацилокси-N-алкоксисечовин, N-ацилокси-N-алкоксикарбаматів, N-ацилокси-N-алкоксиамінів і N-ацилокси-N-алкоксибензамідів. Запропоновано нові способи одержання N,N-діалкоксисечовин і N,N-діалкоксикарбаматів. Синтезовані N-ацилокси-N-алкоксисполуки можуть бути застосовані в сільському господарстві як хімічні мутагени.

Особистий внесок здобувача. Дисертантом особисто виконано огляд наукової літератури і експериментальну частину роботи, а саме: створення методик синтезів, аналіз спектральних даних і встановлення будови синтезованих сполук.

Автор висловлює подяку науковому керівнику д.х.н. С.П. Івоніну і к.х.н., с.н.с. В.Г. Штамбургу за участь в розробці наукової проблематики і обговорені отриманих результатів.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи були представлені на XLII з'їзді Польского хімічного товариства (Польща, Жешув, 1999 р.), на XVIII Українській конференції з органічної хімії (Львів, 2001 р.), на XXVIII конференції молодих учених з органічної хімії і елементоорганічної хімії (Київ, 2002 р.), на I, II, III і IV регіональних конференціях молодих вчених і студентів з актуальних питань хімії (Дніпропетровськ, 1999 р., 2000 р., 2001 р., 2002 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 5 статей в українських наукових фахових журналах, 9 тез доповідей на наукових конференціях.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку літературних джерел із 101 найменування. Дисертація викладена на 138 сторінках, містить 3 рисунки, 8 таблиць.

Основний зміст роботи

Розділ 1, "Отримання і хімічні властивості N-хлор-N-алкокси- та N-ацилокси-N-алкоксигемінальних систем" являє собою огляд літератури у якому узагальнено і систематизовано літературні дані з хімічних властивостей N-хлор-N-алкокси- і N-ацилокси-N-алкоксисполук.

Розділ 2, "Одержання N-ацилокси-N-алкоксипохідних сечовин, амінів і бензамідів", присвячено одержанню таких типів N-ацилокси-N-алкоксигемінальных систем, як N-ацилокси-N-алкоксисечовини, N-ацилокси-N-алкоксиаміни і N-ацилокси-N-алкоксибензаміди.

Об'єктами досліджень були обрані наступні типи N-ацилокси-N-алкоксисполук: неописані дотепер N-ацилокси-N-алкоксисечовини і N-ацилокси-N-алкоксикарбамати, а також маловивчені N-ацилокси-N-алкокси-N-трет-алкіламіни і N-ацилокси-N-алкоксибензаміди.

З метою розробки загального методу синтезу N-ацилокси-N-алкоксигемінальних систем було вивчено взаємодію різних типів N-хлор-N-алкоксисполук з натрієвими і калієвими солями карбонових кислот в ацетонітрилі. Хлоруванням N-алкоксисечовин 1-8 були одержані N-хлор-N-алкоксисечовини 9-16, які гладко реагують з натріевими і калієвими солями карбонових кислот в ацетонітрилі, селективно утворюючи N-ацилокси-N-алкоксисечовини 17-28 (схема 1).

R¹=R²=R³=Me (1, 9), R⁴=Me (17), Et (18), i-Pr (19), Ph (20); R¹=R²=Me, R³=Pr (2, 10), R⁴=Me (21); R¹=Me, R²=H, R³=Pr (3, 11), R⁴=Me (22), Ph (23); R¹=1-CH₂C₈H₁₀, R²=H, R³=Et (4, 12), R⁴=Me (24); R¹=R²=H, R³=Et (5, 13), R⁴=Me (25); R¹=R²=H, R³=n-Bu (6, 14), R⁴=Me (26); R¹=R²=H, R³=n-C₁₂H₂₅ (7, 15), R⁴=Me (27); R¹=R²=Me, R³=i-Pr (8, 16), R⁴=Me (28).

N-Ацилокси-N-алкоксисечовини 17-28 - жовтуваті рідини або безбарвні кристалічні речовини, хоч і більш стабільні, ніж вихідні N-хлор-N-алкоксисечовини 9-16, однак не можуть довго зберігатись при 20 С, але при -5 С залишаються без помітного розкладу до двох-трьох місяців.

Запропонований метод одержання N-ацилокси-N-алкоксисполук виявився придатним також для одержання N-ацилокси-N-алкоксиамінів і N-ацилокси-N-алкоксибензамідів. Знайдено, що при взаємодії N-хлор-N-алкоксиаміну 29 з ацетатом натрію в ацетонітрилі з високим виходом утворюється N-ацетокси-N-алкоксиамін 30 одночасно з незначною кількістю метил-3-метил-2-бутеноату 31 (схема 2).

Утворення як побічного продукту естеру 31 свідчить про конкуренцію процесу елімінування з нуклеофільним заміщенням біля атома азоту, що приводить до сполуки 30.

Взаємодія N-хлор-N-етоксибензаміду 32 с ацетатом натрію з високим виходом приводить до N-ацетокси-N-етоксибензаміду 33 (схема 3).

Для N-хлор-N-алкоксисульфоніламідів, у яких атом хлору не є нуклео-фільно рухливим (Рудченко В.Ф., 1986 р.), цей спосіб одержання N-ацилокси-N-алкоксисполук непридатний. N-Хлор-N-етоксисульфоніламід 35, одержаний хлоруванням N-етокси-пара-толуолсульфоніламіду 34, не реагує з ацетатом натрію. Ймовірно, що через сильний електроноакцепторний ефект сульфонільної групи в сполуці 35 не реалізується зсув електронної густини до атома хлору, тобто хлор "позитивований", як і в N-хлорсульфоніламідах, про що свідчить відновлення N-хлораміду 35 в м'яких умовах до аміду 34 (схема 4).

У розділі 3, "Взаємодія N-хлор-N-алкоксикарбаматів з нуклеофілами. Одержання N-ацилокси-N-алкоксикарбаматів", розглядається можливість нуклеофільного заміщення в N-хлор-N-алкоксикарбаматах і одержання N-ацилокси-N-алкоксикарбаматів.

Можливість синтезу N-ацилокси-N-алкоксикарбаматів шляхом нуклеофільного заміщення атома хлору в N-хлор-N-алкоксикарбаматах розробленим нами способом одержання N-ацилокси-N-алкоксигемінальних систем здавалась сумнівною, тому що прецеденти аніонної рухливості хлору фактично були відсутні. Хлоруванням N-алкоксикарбаматів 36-39 ми синтезували N-хлор-N-алкоксикарбамати 40-43, в більшості своїй неописані (схема 5).

Виявилось, що при взаємодії сполук 40-43 з натрієвими і калієвими солями карбонових кислот в ацетонітрилі, як правило, з високими виходами утворюються N-ацилокси-N-алкоксикарбамати 44-49 (схема 6).

R¹=R²=R³=Me (44, 85.5%),R¹=R²=Me, R³=Et (45, 74.2%); R¹=R³=Me, R²=(CH₂)₇Me (46, 93.4%); R¹=Et, R²=R³=Me (47, 92.3%); R¹=Et, R²=Me, R³=Ph (48, 60.5%); R¹=Et, R²=i-Pr, R³=Me(49, 98%); M=Na,K.

На відміну від натрієвих солей інших карбонових кислот, форміат натрію при взаємодії з метил-N-хлор-N-метоксикарбаматом 40 відіграє роль не нуклеофіла, а відновника, утворюючи уретилан 36 і гідразин 50 (схема 7).

Одержані N-ацилокси-N-алкоксикарбамати 44-49 - безбарвні рідини, стабільні при 20 С протягом 1-2 діб (за винятком сполуки 48). N-Ацилокси-N-алкоксикарбамати 44-47, 49 можуть зберігатись при -5 С 2-3 місяці без поміт-ного розкладу. N-Бензоїлокси-N-метоксикарбамат 48 менш стабільний і зберігається при -5 С не більше 3 діб.

Однак з іншими нуклеофілами в ацетонітрилі N-хлор-N-алкоксикарбамати реагують не так однозначно. Так, при взаємодії з калієвою сіллю N-ацетил-бензолсульфоніламіду N-хлор-N-метоксикарбамат 40 утворює дві сполуки. основним продуктом реакції є продукт нуклеофільного заміщення - N'-метокси-N'-метоксикарбоніл-N-ацетилбензолсульфонілгідразид 51. Другим, побічним продуктом, є метил-N-метоксикарбамат 36, що утворюється, ймовірно, в результаті відновлення N-хлор-N-метоксикарбамату 40 (схема 8).

Нами встановлено, що при взаємодії N-хлор-N-метоксикарбамату 42 з фталімідом калію в цьому ж розчиннику утворюється тільки продукт відновлення - гідразин 52 (схема 9); а для N-хлор-N-алкоксисечовин в цих же умовах йде виключно нуклеофільне заміщення біля атома азоту (Рудченко В.Ф., Костяновский Р.Г., 1986 р.).

Таким чином, виявилось, що при взаємодії N-хлор-N-алкоксикарбаматів з нуклеофілами в апротонному середовищі стає можливим перебіг як нуклеофільного заміщення біля атома азоту, так і окисно-відновних процесів.

При спробах здійснити нуклеофільне заміщення при метанолізі N-хлор-N-метоксикарбамату 42 в різних умовах утворюються продукти відновлення (сполуки 38, 52) і фрагментації (карбонат 53) (схема 10).

B - a) AcONa; б) CH(OMe)₃

Однак, ми встановили, що нуклеофільне заміщення біля атома азоту для N-хлор-N-метоксикарбаматів при метанолізі все ж перебігає в присутності ацетату срібла, що приводить до утворення N,N-диметоксикарбаматів (схема 11).

В розділі 4, "Алкоголіз різних типів N-ацилокси-N-алкоксигемінальних систем", обговорено особливості алкоголізу одержаних типів N-ацилокси-N-алкоксисполук.

Тестом на аніонну рухливість хлору в N-хлор-N-алкоксигемінальних системах є можливість заміщення останнього на алкоксигрупу в умовах алкоголізу (Рудченко В.Ф., Костяновский Р.Г., 1986 р.). Тому можливість нуклеофільного заміщення біля атома азоту в різних типах N-ацилокси-N-алкоксигемінальных систем (тобто аніонна рухливість ацилоксигрупи) вивчалась нами також на прикладі реакції алкоголізу.

Алкоголіз N-ацилокси-N-алкоксисечовин, для підтвердження аніонної рухливості ацилоксигрупи в N-ацилокси-N-алкоксисечовинах було досліджено їх алкоголіз первинними, вторинними і третинними спиртами. Нами встановлено, що при алкоголізі N-ацилокси-N-алкоксисечовин 17-22, 24-28 такими первинними спиртами, як метанол, етанол, н-пропанол, при 20-30 °С гладко і селективно перебігає нуклеофільне заміщення ацилоксигрупи з утворенням N,N-діалкоксисечовин 55-64 (схема 12).

R¹=R²=R³=Me, R⁵=Pr (55); R¹=R²=R³=Me, R⁵=Et (56); R¹=R⁵=Me, R²=H, R³=Pr (57); R¹=Me, R²=H, R³=R⁵=Pr (58); R¹=1-CH₂C₁₀H₇, R²=H, R³=Et, R⁵=Me (59); R¹=R²=H, R³=Et, R⁵=Me (60); R¹=R²=H, R³=n-Bu, R⁵=Me (61); R¹=R²=H, R³=n-Bu, R⁵=Et (62); R¹=R²=H, R³=n-C₁₂H₂₅, R⁵=Me (63); R¹=R²=R⁵=Me, R³=i-Pr (64).

Алкоголіз N-ацилокси-N-алкоксисечовин, на відміну від N-хлор-N-алкоксисечовин, не вимагає присутності основи. Другим продуктом алкоголізу є відповідна карбонова кислота, інертна до N,N-діалкоксисечовин, що полегшує виділення останніх. Запропонований нами новий спосіб одержання N,N-діалкоксисечовин дозволяє одержувати не лише відомі N'-моноалкіл - і N',N'-діалкілзаміщені N,N-діалкоксисечовини (Рудченко В.Ф., Костяновский Р.Г., 1983 р.), але нами вперше синтезовано незаміщені NH₂-N,N-діалкоксисечовини (сполуки 60-63).

Алкоголіз N-ацилокси-N-алкоксисечовин ізо-пропанолом перебігає значно повільніше, ніж первинними спиртами, хоч і досить селективно. Для повної конверсії N-ацетокси-N-н-пропілокси-N',N'-диметилсечовини 21 в ізо-пропанолі при 20 °С в N-ізо-пропілокси-N-н-пропілоксисечовину 65 знадобилась 51 доба, а в трет-бутанолі алкоголіз не відбувається взагалі (схема 13).

Така чутливість алкоголізу N-ацилокси-N-алкоксисечовин до стеричних перешкод свідчить, на наш погляд, на користь S_N2-механізму нуклеофільного заміщення біля атома азоту.

Алкоголіз N-ацилокси-N-алкоксиамінів", проведене нами вивчення метанолізу N-ацетокси-N-метокси-N-трет-алкіламінів 30, 66 показало, що вони перетворються в N,N-диметоксиаміни 67, 68 (схеми 14, 15).

Однак, при проведенні метанолізу сполуки 30, одночасно з очікуваним N,N-диметоксиаміном 68, утворюється також невелика кількість метил-3-метил-2-бутеноату 31 (схема 15).

Загальну схему перетворень, як нам уявляється, можна пояснити утворенням в результаті дисоціації зв'язку AcO-N відносно стійкого нітренієвого іону A, який або взаємодіє з метанолом, утворюючи N,N-диметоксиамін 68, або фрагментується по зв'язку вуглець-азот з утворенням стійкого трет-алкільного катіона B, який далі депротонується до естеру 31 (схема 16).

Алкоголіз N-ацилокси-N-алкоксикарбаматів, нами знайдено, що при метанолізі метил-N-ацилокси-N-метоксикарбаматів 44, 45 з високими виходами утворюються метил-N,N-диметоксикарбамат 69 і відповідна карбонова кислота (схема 17).

ацилоксигрупа аніонний алкоголіз розчинник

1. Запропоновано загальний метод одержання N-ацилокси-N-алкокси-сполук взаємодією N-хлор-N-алкоксисполук з натрієвими (калієвими) солями карбонових кислот в ацетонітрилі. За цим методом вперше одержано N-ацилокси-N-алкоксисечовини і N-ацилокси-N-алкоксикарбамати, а також показана можливість одержання N-ацилокси-N-алкоксибензамідів і N-ацилокси-N-алкокси-N-трет-алкіламінів.

2. Доведена можливість нуклеофільного заміщення біля атома азоту в N-хлор-N-алкоксикарбаматах як в апротонному середовищі на прикладах одержання N-ацилокси-N-алкоксикарбаматів і N'-метокси-N'-метоксикарбоніл-N-ацетилбензолсульфонілгідразиду, так і в спиртовому середовищі в присутності ацетату срібла з утворенням N,N-діалкоксикарбаматів. Показано, що з нуклеофільним заміщенням в N-хлор-N-алкоксикарбаматах, в залежності від умов проведення реакції і природи нуклеофіла, конкурують окисно-відновні процеси і елімінування.

3. Показана аніонна рухливість ацилоксигруп в N-ацилокси-N-алкоксисечовинах в умовах алкоголізу. Запропоновано новий спосіб одержання N,N-діалкоксисечовин алкоголізом N-ацилокси-N-алкоксисечовин. Установлена чутливість заміщення біля атома азоту в N-ацилокси-N-алкоксисечовинах до стеричних перешкод.

4. Знайдено, що при алкоголізі N-ацилокси-N-алкокси-N-трет-алкіламінів переважно утворюються N,N-діалкокси-N-трет-алкіламіни.

5. Встановлено, що, в залежності від природи і будови N-ацилокси-N-алкоксикарбаматів, з нуклеофільним заміщенням біля атома азоту можуть конкурувати процеси відновлення і фрагментації. Показана можливість утворення N,N-діалкоксикарбаматів при алкоголізі N-ацилокси-N-алкоксикарбаматів.

Основні результати дисертації опубліковані в роботах

1. Штамбург В.Г., Клоц Е.А., Сердюк В.Н., Плешкова А.П. Нуклеофильное замещение у азота в N-алкокси-N-хлоркарбаматах, N-алкокси-N-ацилокси-карбаматов и N-алкокси-N-ацилоксимочевинах // Вісник Дніпропетровського державного університету. Хімія. - 2000. - Вип. 5. - С. 13-27.

2. Штамбург В.Г., Клоц Е.А., Столбов А.А., Цыганков А.В. Нуклеофильное замещение в N-алкокси-N-хлоркарбаматах. Синтез N'-метокси-N'-метоксикарбонил-N-ацетилбензолсульфонилгидразида // Вісник Дніпропетров-ського державного університету. Хімія. - 2000. - Вип. 6. - С. 79-82.

3. Штамбург В.Г., Клоц Е.А., Сердюк В.Н, Плешкова А.П., Ивонин С.П.. Образование N-ацилокси-N-алкоксикарбаматов и N,N-диалкоксикарбаматов при нуклеофильном замещении хлора в N-хлор-N-алкоксикарбаматах // Укр. хим. журн. - 2002. - Т.67, №12. - С. 94-97.

4. Штамбург В.Г., Клоц Е.А., Сердюк В.Н, Плешкова А.П., Ивонин С.П. Получение и алкоголиз N-алкокси-N-ацилоксимочевин // Укр. хим. журн. - 2002. - Т.68, №7. - С. 49-55.

5. Клоц Е.А., Штамбург В.Г., Авраменко В.И., Цыганков А.В. Метанолиз N-ацетокси-N-алкоксиаминов и N-ацетокси-N-алкоксибензамидов // Вісник Дніпропетровського державного університету. Хімія. - 2002 - Вип. 8 - С. 54 - 63.

6. Клоц Е.А., Сердюк В.Н.. Нуклеофильное замещение у азота в N-хлор-N-алкоксиуретиланах // Тези доповідей I Регіональної конференції молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії. Дніпропетровськ (Україна). -1999. - С.41.

7. Клоц Е.А., Сердюк В.Н.. Новый способ получения N,N-диалкоксимочевин // Тези доповідей I Регіональної конференції молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії. Дніпропетровськ (Україна).-1999. - С.43.

8. Клоц Е.А., Сердюк В.Н., Исаев А.В. Нуклеофильное замещение у азота в O-N-O геминальных системах // Тези доповідей II Регіональної конференції молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії. Дніпропетровськ (Україна). - 2000. - С. 14.

9. Штамбург В.Г., Клоц Е.О., Плешкова О.П.. Нуклеофільне заміщення у N-алкокси-N-хлоркарбаматах та N-алкокси-N-ацилоксикарбаматах // ХIХ Українська конференція з органічної хімії (Львів, 10-14 вересня 2001 р.): Тези доп. - Львів, 2001. - С. 158.

10. Штамбург В.Г., Клоц Е.О., Плешкова О.П.. Синтез N-ацилокси-N-алкоксисечовин та їх алкоголіз // // ХIХ Українська конференція з органічної хімії (Львів, 10-14 вересня 2001 р): Тези доп. - Львів, 2001. - С. 529.

11. Клоц Е.А., Столбов А.А., Цыганков А.В.. Особенности алкоголиза N-алкокси-N-ацилоксимочевин // Тези доповідей III Регіональної конференції молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії. Дніпропетровськ (Україна). - 2001. - С. 8.

12. Клоц Е.А., Столбов А.А., Цыганков А.В. Синтез N'-метокси-N'-метоксикарбонил-N-ацетилбензолсульфонилгидразида // Тези доповідей III Регіональної конференції молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії. Дніпропетровськ (Україна). - 2001. - С.9.

13. Клоц Е.А., Штамбург В.Г., Авраменко В.И., Цыганков А.В.. Взаимодействие N-ацилокси-N-алкоксиуретанов со спиртами // Тези доповідей IV Регіональної конференції молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії. Дніпропетровськ (Україна). - 2002. - С.4.

14. Клоц Е.А, Цыганков А.В., Авраменко В.И.. Метанолиз N-ацетокси-N-алкоксиаминов и N-ацетокси-N-алкоксибензамидов // Тези доповідей IV Регіональної конференції молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії. Дніпропетровськ (Україна). - 2002 . - С. 40.

Размещено на Allbest.ru