Національна академія наук україни

Інститут органічної хімії

ШАЛІМОВ

Олександр Олександрович

УДК 547.298.1 + 547.464.2 + 546.183

РIII-ФОСФОРИЛЬОВАНІ АМІДИ

ПОЛІГАЛОГЕНКАРБОНОВИХ КИСЛОТ

02.00.08 – хімія елементоорганічних сполук

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата хімічних наук

Київ–2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у відділі хімії елементоорганічних сполук

Інституту органічної хімії НАН України

Науковий керівник: доктор хімічних наук, професор

Синиця Анатолій Данилович

Інститут органічної хімії НАН України, м. Київ,

завідувач відділом хімії елементоорганічних сполук

Офіційні опоненти: доктор хімічних наук, професор

Пінчук Олександр Михайлович

Інститут органічної хімії НАН України, м. Київ,

завідувач відділом хімії фосфороорганічних сполук

кандидат хімічних наук, доцент

Гордієнко Ольга Василівна

Київський національний університет імені Тараса Шевченка, м. Київ, доцент кафедри органічної хімії

Захист дисертації відбудеться „22” листопада 2007 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.217.01 в Інституті органічної хімії НАН України за адресою 02660, м. Київ-94, вул. Мурманська, 5, факс (044) 573-26-43.

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці Інституту органічної хімії НАН України.

Автореферат розісланий „1” жовтня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

доктор хімічних наук Вовк М.В.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Реакції галогенідів фосфору в присутності третинних амінів є одним із найрозповсюдженіших методів фосфорилювання органічних сполук. Але солі третинних амінів, які при цьому утворюються, часто обумовлюють диспропорціонування кінцевих фосфоровмісних продуктів, міграції в них атома фосфору та інші процеси.

В зв'язку з цим важливим завданням сучасної хімії ФОС є пошук систем, фосфорилювання якими здійснюється за відсутності основ, до них відносяться діалкіл- імідазоліл- та ациламідофосфіти. На нашу думку, таким вимогам мають відповідати також РІІІ-фосфорильовані полігалогенаміди карбонових кислот, наявність в молекулах яких сильних електроноакцепторних ацильних груп повинна надавати їм властивостей амбідентних електрофілів, зокрема фосфорилюючих агентів. Хімічні властивості цих сполук мало вивчені, вони викликають також теоретичний інтерес як потенційні таутомерні системи. Крім того, PІІІ-фосфорильовані похідні є доступними вихідними сполуками для синтезу амідохлорфосфоранів, які можуть слугувати зручними моделями для з’ясування природи проміжних продуктів в синтезі імідоїлхлоридів із N-заміщених амідів карбонових кислот і хлоридів пентакоординованого атома фосфору.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась в рамках бюджетних наукових тем відділу хімії елементоорганічних сполук: „Функціонально заміщені галогеназаалкени, синтез та властивості” (2002-2004 рр., № держреєстрації 0102U000052); „Високоелектрофільні функціоналізовані ненасичені системи з кратними зв’язками вуглець-елемент” (2002-2006 рр., № держреєстрації 0102U0008054).

Мета роботи. Основна мета та завдання роботи полягали в наступному:

– розробці препаративних методів синтезу РІІІ-фосфорильованих N-заміщених тригалогенацетамідів, вивченні впливу замісників біля атомів азоту і фосфору на фосфоротропні міграції в тріаді O–C–N;

– вивченні фосфорилюючої здатності РІІІ-фосфорильованих тригалогенацетамідів по відношенню до C–, N–, O– та S–центрованих нуклеофілів;

– дослідженні реакцій тригалогенацетамідофосфітів, що супроводжуються підвищенням валентності та координації атома фосфору: окиснення, окиснювального імінування, алкілування, ацилювання та хлорування;

– зясуванні факторів, які впливають на стійкість та напрямок терморозпаду оксазафосфетанів;

– встановленні впливу природи замісників біля атома вуглецю в оксазафосфетанах на тріадні міграції атома хлору;

– підтвердженні утворення 1,3,2-л5-оксазафосфетанів як проміжних продуктів при реакціях N-заміщених тригалогенацетамідів з пентахлоридом фосфору;

– встановленні найбільш імовірних інтермедіатів реакцій N-заміщених трифтороацетамідів з пентахлоридом фосфору за допомогою квантовохімічних розрахунків.

Об’єкт дослідження – PIII-фосфорильовані аміди полігалогенкарбонових кислот, іміди та лактами.

Предмет дослідження – PIII-фосфорильовані аміди тригалогеноцтових кислот, фосфоротропні міграції в тріаді O–C–N, реакції амідів тригалогеноцтових кислот з пентахлоридом фосфору, оксазафосфетани з пентакоординованим атомом фосфору.

Методи дослідження – органічний синтез, ЯМР-спектроскопія на ядрах 1Н, 31Р, 19F, 13C, ІЧ-спектроскопія, елементний аналіз, квантовохімічні розрахунки.

Наукова новизна одержаних результатів. Синтезовано низку невідомих раніше N-PІІІ-фосфорильованих амідів тригалогеноцтових кислот і досліджено фактори, які впливають на фосфоротропні міграції в тріаді O-C-N. Фосфорилюванням N-ацетилтрифтороацетаміду хлоридами фосфору (ІІІ) одержані невідомі раніше представники б-фосфорильованих вініламідів трифтороцтової кислоти.

Показана принципова відмінність у властивостях N-PІІІ- і N-PV-фосфорильованих трифтороацетамідів. В той час, коли амідофосфати є трифтороацетилюючими агентами, N-фосфінотрифтороацетаміди виступають як м'які фосфорилюючі агенти по відношенню до С-, N-, О- та S-центрованих нуклеофілів.

Реакцією N-алкілдіетоксифосфінотрифтороацетаміду з карбоетокситрифенілметілідом синтезований перший представник О-PІІІ-фосфорильованих фосфакетен-ацеталів.

На основі N-дифенілфосфіно-N-фенілтрифтороацетаміду одержані невідомі раніше фосфазиди з N-ациламідною групою біля атома фосфору і досліджені їх перетворення.

Вперше встановлено, що оксазафосфетани з пента- та гексакоординованим атомом фосфору є проміжними продуктами в синтезі імідоїлхлоридів з пентахлориду фосфору та N-заміщених амідів карбонових кислот або 3,3-дихлорлактамів. Ці результати мають значення не тільки для хімії елементоорганічних сполук, але і для органічної хімії в цілому.

Встановлено фактори, що впливають на стійкість оксазафосфетанів і напрямок їх наступних перетворень. Проведені квантовохімічні розрахунки можливих інтермедіатів реакції PCl5 з трифтороацетамідами.

Практичне значення одержаних результатів. Одержані PIII-фосфорильовані тригалогенацетаміди можуть виступати доступними попередниками в синтезі відповідних PV-похідних з потенційно високою біологічною активністю. Деякі з N-PIII-фосфорильованих трифтороацетамідів виявили себе як м'які фосфорилюючі агенти за відсутності основ. Знайдено закономірності перебігу реакцій N-заміщених полігалогенацетамідів з пентахлоридом фосфору та іншими хлоруючими реагентами, які дозволяють оптимізувати методи синтезу різних типів імідоїлхлоридів.

Особистий внесок здобувача. Аналіз і систематизація літературних даних, експериментальна робота, встановлення структури синтезованих сполук, інтерпретація спектральних даних, а також узагальнення одержаних результатів виконані особисто дисертантом. Постановка задачі, планування експерименту і обговорення результатів проведено з науковим керівником д. х. н., професором А.Д. Синицею, окремих етапів роботи з к. х. н. Д.М. Маленком.

Спектральні дослідження методом ЯМР виконані разом з д. х. н. О.В. Туровим, к. х. н. В.В. Піроженком та інж. О.Ю. Петіним. Квантовохімічні розрахунки проведені спільно з к. х. н. О.М. Нестеренком.

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 4 статті та тези 7 доповідей на конференціях.

Апробація роботи. Результати роботи були представлені і доповідались на національних і міжнародних конференціях: XIX Українській конференції з органічної хімії (м. Львів, 2001 р.); XXVIII Конференції молодих вчених з органічної хімії та хімії елементоорганічних сполук (м. Київ, 2002 р.); Міжнародному симпозіумі, присвяченому 100-річчю від дня народження акад. О.В. Кірсанова (м. Київ, 2002 р.); ХХ Українській конференції з органічної хімії, присвяченої 75-річчю від дня народження акад. О.В. Богатського, (м. Одеса, 2004 р.); XXX Конференції молодих вчених з органічної хімії та хімії елементоорганічних сполук (м. Київ, 2004 р.); VI Регіональній конференції молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії (м. Дніпропетровськ, 2005 р.); 7-ій Всеросійській конференції “Химия фтора”, присвяченої 100-річчю з дня народження акад. І.Л. Кнунянца (м. Москва, 2006 р.).

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, переліку використаних літературних джерел, який включає 128 найменувань. Робота викладена на 169 сторінках машинописного тексту, містить 106 схем, 8 таблиць і 2 малюнка.

В першому розділі систематизовані та узагальнені літературні дані, які стосуються реакцій фосфорилювання галогенідами тривалентного фосфору амідів карбонових кислот. Результати власних досліджень представлені в наступних трьох розділах.

Другий розділ присвячений методам синтезу PIII-фосфорильованих тригалогенацетамідів та вивченню їх реакцій, при яких не змінюється валентність та координація атома фосфору.

У третьому розділі описані перетворення PIII-фосфорильованих тригалогенацетамідів, що супроводжуються підвищенням валентності та координації атома фосфору, а також реакції амідів полігалогенкарбонових кислот з пентахлоридом фосфору.

В четвертому розділі приведені експериментальні дані до розділів 2 та 3.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Синтез і властивості РІІІ-фосфорильованих амідів

полігалогенкарбонових кислот

Нами розроблено метод синтезу РIII-фосфорильованих тригалогенацетамідів, який полягає у взаємодії хлоридів тривалентного фосфору з N-заміщеними тригалогенацетамідами (1) в присутності триетиламіну або використанні їх триметилсилільних похідних (2). Найбільш доцільним є використання силільованих амідів, оскільки в цьому випадку виходи амідофосфітів (3) наближаються до кількісних. Амідофосфіти (3) є переважно рідинами, які переганяються у вакуумі і чутливі до вологи повітря. Термічно вони досить стабільні за винятком похідних з X= Br, Cl, NEt2, схильних до диспропорціонування.

Схема

Тригалогенацетамідофосфіти (3) принципово можуть існувати у вигляді двох регіоізомерів: N-ізомера (амідофосфіту) та О-ізомера (імідоїлфосфіту). Більшість вивчених нами трифтороацетамідофосфітів переважно існує у вигляді N-ізомерів (4).

Схема

В той же час похідні трифтороацетаніліду (5), практично повністю існують у вигляді імідоїлфосфітних ізомерів. Дані ЯМР та ІЧ спектрів дозволяють зробити висновок про місце знаходження атома фосфору. Типовою особливістю N-ізомерів (4) є наявність в спектрах ЯМР незвично високої 75ч120 Гц константи спін-спінової взаємодії P-F через чотири зв’язки. В той же час для О-ізомерів (5) таке розщеплення не спостерігається.

За даними спектрів ЯМР 31Р і 19F амідофосфіти (4) імовірно існують у вигляді конформерів з цис (А) та транс (Б) розташуванням трифторометильної групи і фосфоровмісного угруповання відносно C–N зв’язку.

Схема

Порівняння розрахованих термодинамічних характеристик конформерів (А) та (Б), а також співставлення розрахованого значення константи спін-спінової взаємодії P-F з експериментальним дозволяє зробити висновок, що амідофосфіти знаходяться переважно в цис-конформації.

З метою вивчення впливу природи замісників біля атомів вуглецю і азоту амідів на співвідношення регіоізомерів, які утворюються, було проведено фосфорилювання деяких ацетамідів (6) та (9) з різними за природою замісниками біля атома азоту.

Схема

Так, фосфорилювання тригалогенацетанілідів (6) глікольхлорфосфітом приводить до ізомерів (7) і (8) в співвідношенні (9:1), а у випадку ацетаніліду відповідні ізомери утворюються майже в рівних кількостях. Введення карбометоксильної групи до атома азоту ацетаміду ще більше сприяє утворенню О-ізомера (11). Одержані нами результати якісно узгоджуються з даними неемпіричних розрахунків (B3LYP/6-31G(d,p)) при порівнянні фосфорильованих ізомерів ацетаніліду і ацетилуретану.

При взаємодії хлорфосфітів з імідом (12) можливе утворення трьох ізомерів (13), (14), (15), однак в спектрах ЯМР 31Р та 19F реакційної суміші вдалося зафіксувати лише фосфіти (14) і (15) у співвідношенні (4:1). Переважне утворення імідоїлфосфіту (14) додатково підтверджено нами даними квантовохімічних розрахунків (RHF/6-31G(d,p)), згідно з якими фосфіт (14) суттєво стабільніший за ізомерні до нього сполуки (13) і (15).

Схема

Кінцевими продуктами перетворень інтермедіатів (13), (14) та (15) були б-фосфорильовані вініламіди (17). Незважаючи на невисокі виходи, ця реакція може служити альтернативним методом синтезу важкодоступних б-фосфорильованих вініламідів, котрі не містять замісників в в-положенні.

Реакції PIII-фосфорильованих тригалогенацетамідів,

які проходять без зміни валентності та координації атома фосфору

Наявність акцепторної тригалогенацетамідної групи біля атома фосфору амідофосфітів (3) зумовлює їх підвищену реакційну здатність по відношенню до нуклеофілів. Амідофосфіти легко реагують з О- N- та S-центрованими нуклеофілами, при цьому утворюються відповідні сполуки з тривалентним атомом фосфору (18) і аміди. В цих реакціях тригалогенацетамідна група виявляє псевдогалоїдні властивості.

При взаємодії дихлорамідофосфіту (19) з еквімолекулярною кількістю диметиланіліну останній як С-нуклеофіл заміщує трифтороацетамідну групу.

Схема

2,5-Диметилпірол є одночасно N- і С- нуклеофілом, тому для нього можливі конкуруючі реакції фосфорилювання амідофосфінами (20). Фосфорилювання 2,5-диметилпіролу з елімінуванням амідів приводить до амідофосфіну (21), який в результаті 1,3-фосфоротропної міграції перетворюється в 3-фосфінопірол (22). Останній було виділено і охарактеризовано у вигляді відповідного оксиду (23).

Схема

Підтвердженням шляху реакції через приєднання піролу як NН-нуклеофіла до карбонільної групи амідофосфінів (20) є той факт, що амідофосфіни (20) не вступають в реакцію не тільки з 1,2,5-триметилпіролом, але і з більш нуклеофільним N-метилімідазолом.

Як м’які фосфорилюючі агенти, амідофосфіти (24) легко взаємодіють і з карбоетокситрифенілметілідом за відсутності основ. Слід зазначити, що в реакціях дихлорамідофосфітів (24) (X = Cl) з карбоетокситрифенілметілідом першою заміщується трифтороацетамідна група, а не атом хлору.

Схема

Незвично реагує карбоетокситрифенілметілід з діетиламідофосфітами (24) (X = OEt). В результаті утворюється гетерокумулен (26), що є представником невідомих раніше О-PIII-фосфорильованих фосфакетенацеталів.

Реакції PIII-фосфорильованих тригалогенацетамідів з підвищенням

валентності і координації атома фосфору

Для одержаних нами амідофосфітів характерні також реакції, в результаті яких змінюється валентність і координація атома фосфору. Для алкіламідофосфітів (27) в жорстких умовах відбувається діадна ізомеризація з утворенням імідоїлфосфонатів (28).

Схема

Амідофосфіти (29) окиснюються до відповідних фосфатів (30) киснем, однак в аналогічних умовах не приєднують сірку.

Амідофосфіти (31) вступають в реакцію [1+4] циклоприєднання з орто-хлоранілом. При цьому взаємодія не зупиняється на стадії утворення фосфорану (32), а супроводжується його наступною спіроциклізацією до оксазафосфетану (33).

Схема

Фосфоран (34) має низьку гідролітичну стабільність і при дії навіть вологи повітря легко перетворюється в амідофосфат, який в твердому стані існує у вигляді аддукта (35) з молекулою спирту, а в розчині дисоціює на спирт та амідофосфат (36).

Окиснювальним імінуванням за Штаудінгером амідодифенілфосфінів (37) арилазидами вперше були одержані фосфазиди (38) з ациламідною групою біля атома фосфору, які при нагріванні до 40ч50оС перетворюються у відповідні фосфініміни (39). Фосфініміни (39) при кип’ятінні в ксилолі за реакцією аза-Віттіга перетворюються в фосфорильовані трифтороацетамідини (40).

Схема

Тригалогенацетамідофосфіти (41) в м’яких умовах (–5ч10оС) взаємодіють з хлором, при цьому будова кінцевих продуктів визначається головним чином природою замісників біля атома фосфору. Дихлорфосфіти утворюють оксазафосфетани (45) – рідини, які переганяються і легко гідролізуються. Заміна одного атома хлору на етоксигрупу значно дестабілізує фосфоранову структуру. Так, оксазафосфетан (42) за даними спектрів ЯМР 31Р та 19F був присутній у реакційній суміші впродовж декількох годин. При наявності двох етоксигруп біля атома фосфору оксазафосфетан (43) проявляється в спектрах ЯМР 31Р та 19F тільки в слідових кількостях, в той час як фосфоран (44) не вдається зафіксувати навіть спектрально.

Схема

Перехід від тригалогенметильного до дихлоралкільного угруповання, що входить до лактамного циклу, приводить до того, що при хлоруванні суміші ізомерів (46) і (47) фосфоран (48), який утворюється, є нестабільним. Включення атома фосфору в циклічну систему не приводить до помітного підвищення його стабільності. Фосфоран (48) стійкий впродовж двох діб в розчині CDCl3, але поступово розкладається на трихлортетрагідропіридин (49) і пірокатехін-хлорфосфат. Зазначимо, що сполука (48) є першим представником тетрациклічних систем з оксазафосфетановим фрагментом зі звязком фосфор-хлор.

Схема

Ще менш стабільною виявилась трициклічна система (51), яка утворюється, ймовірно, при хлоруванні циклічного хлорфосфіту (50).

Схема

Не зважаючи на те, що оксазафосфетан (51) зафіксувати спектрально не вдалося, аргументом на користь його утворення є виділені димер (52) та імідоїлхлорид (53), які є типовими продуктами фрагментації фосфорана (51) за двома напрямками.

Реакції N-заміщених амідів полігалогенкарбонових кислот з пентахлоридом фосфору

Одержані нами трихлороксазафосфетани за своїм елементним складом відповідають можливим інтермедіатам реакцій PCl5 з N-заміщеними амідами карбонових кислот, а їх термоліз приводить до імідоїлхлоридів. В зв’язку з цим, для встановлення дійсної будови проміжних продуктів при синтезі імідоїлхлоридів проведено детальне дослідження реакцій амідів тригалогеноцтових та інших карбонових кислот з пентахлоридом фосфору. До наших досліджень загальноприйнятою схемою синтезу імідоїлхлоридів вважалось утворення О-тетра-хлорфосфоранів з наступним елімінуванням трихлороксиду фосфору. Нами встановлено, що фосфорилювання тригалогенацетамідів приводить до утворення оксазафосфетанів (54). При нагріванні в інтервалі температур 80-110оС оксазафосфетани розпадаються за двома напрямками А і Б.

Схема

Напрямок терморозпаду і співвідношення продуктів, які утворюються, суттєво залежать від природи замісників біля атома азоту. Розгалуження алкільного замісника біля атома азоту сприяє утворенню імідоїлхлоридів (55) (напрямок А). Так, у випадку ізопропільного замісника напрямок А стає домінуючим. Наявність арильного замісника біля атома азоту значно знижує стабільність оксазафосфетанів і сприяє їх розкладу (напрямок Б) з утворенням фосфазосполук (56). Підвищення електроноакцепторних властивостей замісника біля атома азоту при введенні трифторометильної групи в орто-положення фенільного кільця ще більше дестабілізує оксазафосфетанову структуру, одначе, сприяє перебігу реакції за напрямком А з утворенням імідоїлхлориду (до 50%).

3,3-Дихлороксіндол (57), який можна розглядати як циклічний аналог аніліду фенілдихлороцтової кислоти, реагує з утворенням 2,3,3-трихлор-3Н-індолу (60). Формально при реакції 3,3-дихлороксіндолу реалізується тільки один напрямок розпаду оксазафосфетану (58), що не узгоджується з даними по термолізу оксазафосфетанів (54).

Схема

Така уявна невідповідність стає зрозумілою, якщо припустити, що фосфазосполука (59), яка утворюється в результаті внутрішньомолекулярної реакції аза-Віттіга, перетворюється на 2,3,3-трихлор-3Н-індол (60).

З метою визначення найбільш вірогідної схеми утворення оксазафосфетанів нами проведені ab initio квантовохімічні розрахунки можливих інтермедіатів реакцій РCl5 з N-метил- та N-феніламідами трифтороцтової кислоти. За розрахунковими даними інтермедіатами в цих реакціях є N-тетрахлорфосфорани (61). У відповідності до наведеної нижче схеми, наступною стадією є циклізація N- або О-тетрахлорфосфоранів в фосфорати (63), подальший 1,3-хлоротропний зсув в яких приводить до трихлороксазафосфетанів (64). Зважаючи на достатньо високі енергії активації 1,3-хлоротропних зсувів, нами був розглянутий альтернативний механізм реакції, що передбачає утворення оксазафосфетанів в результаті приєднання до атома вуглецю фосфорату (65) хлораніона і відщеплення його (від атома фосфору) в комплексі з хлористим воднем (66). Дійсно, проведені розрахунки свідчать, що енергія активації для такого процесу значно нижча, ніж для 1,3-хлоротропної міграції.

Схема

Зафіксувати спектральними методами утворення фосфоратів в реакціях РCl5 з тригалогенацетамідами нам не вдалося. Проте, нами знайдений приклад утворення структури з гексакоординованим атомом фосфору при взаємодії 2-трифтороацетил-амінопіридину з РCl5.

Схема

Встановлено, що інтермедіатом цієї реакції є фосфорат (67), який за даними спектрів ЯМР 31Р, 19F, 13C та 1Н існує в розчині CDCl3 декілька годин. Зниження електроноакцепторних властивостей замісника біля карбонільної групи сприяє утворенню структур з гексакоординованим атомом фосфору. Так, при реакції N-метиламіду бензойної кислоти було зафіксовано тетрахлорфосфорат (68).

Реакції 3,3-дихлорпохідних 2-піперидону і капролактаму, на відміну від незаміщеного 2-піперидону, є єдиними прикладами серед досліджених нами реакцій амідів з РСl5, в яких спостерігається одночасне утворення структур (69) і (70) з гекса- та пентакоординованим атомом фосфору відповідно.

Схема

Слід зазначити, що відомо лише кілька прикладів поліциклічних систем з оксазафосфетановим фрагментом і зв’язком фосфор-хлор.

ВИСНОВКИ

1. Показано, що фосфорилювання N-заміщених амідів тригалогеноцтових кислот хлоридами тривалентного фосфору приводить до переважного утворення N-РІІІ-фосфорильованих амідів, при цьому регіоспрямованість визначається природою замісників біля атомів азоту і фосфору.

2. На основі діадного фосфіт-фосфонатного перегрупування РІІІ-фосфорильованих N-ацетилтрифтороацетамідів знайдено новий підхід до синтезу невідомих раніше представників б-фосфорильованих вініламідів трифтороцтової кислоти, котрі не містять замісників в -положенні єнамінного фрагмента.

3. Встановлено, що по відношенню до нуклеофілів РІІІ-фосфорильовані тригалогенацетаміди проявляють фосфорилюючі властивості, на відміну від РV-фосфорильованих тригалогенацетамідів, які є тригалогенацетилюючими агентами.

4. Реакцією N-алкілдіетоксифосфінотрифтороацетаміду з карбоетокситрифенілметілідом одержаний перший представник О-PІІІ-фосфорильованих фосфакетенацеталів.

5. Окиснювальним імінуванням N-РІІІ-фосфорильованих трифтороацетанілідів одержані невідомі раніше фосфазиди з N-ациламідною групою біля атома фосфору.

6. На основі даних ab initio квантовохімічних розрахунків визначені найбільш імовірні інтермедіати реакцій N-алкіл- та N-ариламідів тригалогеноцтових кислот з пентахлоридом фосфору.

7. Вперше встановлено, що проміжними продуктами при одержанні імідоїлхлоридів з N-алкіл- та N-ариламідів полігалогенкарбонових кислот з пентахлоридом фосфору є 2,2,2,4-тетрахлор-1,3,2-оксазафосфетани. З’ясовано, що стабілізації оксазафосфетанів сприяють електроноакцепторні замісники біля атомів вуглецю та фосфору та донорні біля атома азоту.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Синица А.Д., Шалимов А.А. РIII-Фосфорилированные амиды карбоновых кислот // Журнал органічної та фармацевтичної хімії. – 2005. – Т. 3, вип.3 (II) – С. 26-42. (Здобувачем систематизовані та узагальнені літературні дані, підготовлені схеми та робочий варіант статті).

2. Синица А.Д., Шалимов А.А., Нестеренко А.М., Маленко Д.М. Реакции N-алкил- и N-арилтригалогенацетамидов с пятихлористым фосфором // Изв. АН. Сер. хим. – 2005. – №3. – C. 739-744. (Здобувачем здійснено синтез вихідних сполук та цільових 1,3,2-5-оксазафосфетанів, проведено квантовохімічні розрахунки).

3. Шалимов А.А., Маленко Д.М., Репина Л.А., Синица А.Д. Реакции N-PIII-фосфорилированных трифторацетамидов с карбоэтокситрифенилметилидом // ЖОХ. – 2005. – Т.75, №9. – С. 1445-1447. (Здобувачем здійснено синтез вихідних сполук та цільових С- та О-РIII-фосфорильованих ілідів, проаналізовані спектральні дані одержаних сполук).

4. Шалимов А.А., Маленко Д.М., Репина Л.А., Синица А.Д. N-Замещённые-N-фосфинотрифторацетамиды в реакции Штаудингера // ЖОХ. – 2005. – Т.75, №9. – С. 1448-1450. (Здобувачем здійснено синтез вихідних сполук, цільових фосфазидів та продуктів їх перетворень, проаналізовано спектральні дані одержаних сполук).

5. Маленко Д.М., Рєпіна Л.О., Нестерова Л.І., Шалімов О.О. Фосфорильовані похідні сукциніміду. // XIX Українська конференція з органічної хімії. – Львів. – 2001. – Тези. – С. 442.

6. Шалімов О.О. Фосфорильовані аміди трифтороцтової кислоти // XXVIII Конференція молодих вчених з органічної хімії та хімії елементоорганічних сполук. – Київ. – 2002. – Тези. – С. 2.

7. Шалімов О.О., Нестерова Л.І. Фосфорилирование N-ацетилтрифторацетамида диэтилхлорфосфитом. // Міжнародний симпозіум, присвячений 100-річчю від дня народження акад. О.В. Кірсанова. – Київ. – 2002. – Тези. – С. 94.

8. Шалимов А.А. Синтез и свойства РIII-фосфорилированных амидов тригалогенуксусных кислот // XXX Конференція молодих вчених з органічної хімії та хімії елементоорганічних сполук. – Київ. – 2004. – Тези. – С. 8.

9. Шалимов А.А., Маленко Д.М., Репина Л.А., Синица А.Д. Реакции N-PIII-фосфорилированных трифторацетамидов с илидами фосфора // ХХ Українська конференція з органічної хімії, присвячена 75-річчю від дня народження академіка О.В. Богатського. – Одеса. – 2004. – Тези. – С. 364.

10. Шалимов А.А. РIII-Фосфорилированные амиды трифторуксусной кислоти // VI Регіональна конференція молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії. – Дніпропетровськ. – 2005. – Тези. – С. 60.

11. Шалимов А.А. Спироциклические 1,3,2-л5-оксазафосфетаны с трифторметильной группой // 7-я Всероссийская конференция Химия фтора, посвященная 100-летию со дня рождения акад. И.Л. Кнунянца. – Москва. – 2006. – Тезисы. – С. 48.

АНОТАЦІЯ

Шалімов О.О. РIII-Фосфорильовані аміди полігалогенкарбонових кислот. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.08 – хімія елементоорганічних сполук. Інститут органічної хімії НАН України, Київ, 2007.

Дисертація присвячена розробці методів синтезу РІІІ-фосфорильованих тригалогенацетамідів, з’ясуванню взаємного впливу на їх реакційну здатність тригалогенацетамідної групи та атома фосфору.

В роботі показано, що регіоспрямованість фосфорилювання N-заміщених амідів тригалогеноцтових кислот та їх аналогів хлоридами тривалентного фосфору визначається природою замісників біля атомів азоту і фосфору. Знайдено новий підхід до синтезу перших представників -фосфорильованих вініламідів трифтороцтової кислоти. Показано, що N-фосфінотрифтороацетаміди виступають як м'які фосфорилюючі агенти по відношенню до нуклеофілів. Реакцією N-алкілдіетоксифосфінотрифтороацетаміду з карбоетокситрифеніл-метілідом синтезовано перший представник О-PІІІ-фосфорильованих фосфакетенацеталів. Одержано невідомі раніше фосфазиди з N-ациламідною групою біля атома фосфору. Вперше встановлено, що проміжними продуктами при синтезі імідоїлхлоридів з пентахлориду фосфору та N-заміщених амідів карбонових кислот є оксазафосфетани з пента- та гексакоординованим атомом фосфору, а не ациклічні О-тетрахлорфосфорани, як постулювалося раніше.

Ключові слова: аміди, тригалогенацетамідофосфіти, фосфорилювання, оксазафосфетани, фосфазиди, пентахлорид фосфору, квантовохімічні розрахунки.

Аннотация

Шалимов А.А. РIII-Фосфорилированные амиды полигалогенкарбоновых кислот. – Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата химических наук по специальности 02.00.08 – химия элементорганических соединений. Институт органической химии Национальной академии наук Украины, Киев, 2007.

Диссертация посвящена разработке методов синтеза РІІІ-фосфорилированных тригалогенацетамидов, выявлению взаимного влияния на их реакционную способность тригалогенацетамидной группы и атома фосфора.

В работе показано, что регионаправленность фосфорилирования N-замещённых амидов тригалогенуксусных кислот и их аналогов хлоридами трёхвалентного фосфора определяется природой заместителей у атомов азота и фосфора и приводит к преимущественному образованию N-РІІІ-фосфорилированных амидов. Детально проанализированы данные физико-химических методов исследования для ряда полученных амидофосфитов и найдены спектральные характеристики, при помощи которых можно идентифицировать N-РIII- и О_РIII-фосфорилированные изомеры N_замещённых амидов тригалогенуксусных кислот. Для РIII-фосфорилированных изомеров N_замещенных ацетамидов проведены неэмпирические квантовохимические расчёты, данные которых не противоречат экспериментальным результатам, согласно которым повышение электроноакцепторных свойств заместителя у атома азота благоприятствует образованию О_РIII-фосфорилированного изомера. На основе диадной фосфит-фосфонатной перегруппировки РІІІ-фосфорилированных N-ацетилтрифтор-ацетамидов разработан новый подход к синтезу первых представителей -фосфорилированных виниламидов трифторуксусной кислоты, не содержащих заместителей в -положении енаминного фрагмента. Установлено, что в отличие от тригалогенацетамидофосфатов РІІІ-фосфорилированные тригалогенацетамиды проявляют фосфорилирующие свойства по отношению к C-, N-, O- и S-центрированным нуклеофилам, при этом в N-хлорфосфинопроизводных замещение трифторацетамидной группы протекает легче, чем атома хлора. При взаимодействии N-алкилтрифторацетамидофосфитов с карбоэтокситрифенил-метилидом получен неизвестный ранее О-PIII-фосфорилированный фосфакетенацеталь. Окислительным иминированием N-РІІІ-фосфорилированных трифторацетанилидов по Штаудингеру впервые получены фосфазиды с N-ациламидной группой у атома фосфора и исследованы продукты их превращений: фосфинимины и N-фосфорилированные трифторацетамидины. На основе данных неэмпирических квантовохимических расчётов определены наиболее вероятные интермедиаты реакций N-алкил- и N-ариламидов тригалогенуксусных кислот с пятихлористым фосфором. Впервые показано, что промежуточными продуктами при получении имидоилхлоридов из N-замещённых амидов карбоновых кислот с пятихлористым фосфором являются оксазафосфетаны с пента- или гекса-координированным атомом фосфора, а не ациклические О-тетрахлорфосфораны как постулировалось ранее. Синтезирован ряд неизвестных ранее моно- и бициклических оксазафосфетанов со связью фосфор-хлор. Исследовано влияние природы заместителей у атомов фосфора, азота, и углерода карбонильной группы на стабильность оксазафосфетанового цикла. Установлено, что снижение электроноакцепторных свойств заместителя у атома углерода благоприятствует образованию структур с гексакоординированным атомом фосфора. Найдены закономерности, позволяющие оптимизировать условия синтеза имидоилхлоридов из N_замещённых амидов карбоновых кислот.

Ключевые слова: амиды, тригалогенацетамидофосфиты, фосфорилирование, оксазафосфетаны, фосфазиды, пятихлористый фосфор, квантовохимические расчёты.

ANNOTATION

Shalimov A.A. PIII –Phosphorylated amides of polyhalogencarboxylic acids. – Manuscript.

Thesis for a candidate’s degree in chemical sciences by speciality 02.00.08 – Chemistry of organoelement compounds, Institute of Organic Chemistry, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2007.

The methods for the synthesis of PIII-phosphorylated trihalogenacetamides and the effect of phosphorus P(III) atom and trihalogenacetamide groups on their structure and reactivity are discussed in the thesis in details. It is shown that phosphorylation regiospecifity of N-substituted amides of trigalogenacetic acids and their analogs with phosphorus halides is governed by the character of the fragments at nitrogen and phosphorus atoms. In most cases it leads to formation of N-PIII-phosphorylated amides. A new approach for synthesis of the first representatives of бvinylamides of trifluoroacetic acid that do not bear substituents at вwas elaborated on the basis of dyadic phosphite-phosphonate rearrangement of PIII-phosphorylated N-acetyltrifluoroacetamides. It was found that PIII-phosphorylated trihalogenacetamides demonstrate phosphorylation properties to C-, N-, O-, and S-centered nucleophiles, as opposed to trigalogenacetoamidophosphates. The substitution of trifluoroacetamide group proceeds easier than that of a chlorine atom in N-chlorophosphino derivatives. Starting from N-alkyltrifluoroacetamidophosphite and carboethoxytriphenylmethylide, a hitherto unknown O-PIII-phosphorylated phosphocetenacetal was prepared. For the first time phosphazides with N-acylamide group at phosphorus atom were prepared by oxidative imination of N-PIII-phosphorylated trifluoroacetanilides via Staudinger pathway. The most credible intermediates for the reactions of N-alkyl- and N-aryl amides of trihalogenacetic acids with phosphorus pentachloride were determined according to ab initio quantum-chemical computations. For the first time it was shown that the reaction of carboxylic acids N-substituted amides with phosphorus pentachloride proceeds with formation of oxazaphosphetanes with penta- and hexacoopodinated phosphorus atoms as intermediates, rather than via acylic O-tetrachlorophosphoranes, which were postulated before.

Key words: amides, trigalogenacetamidophosphites, phosphorylation, oxazaphosphetanes, phosphazides, phosphorus pentachloride, quantum-chemical computations.