Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Синтетические и кинетические аспекты реакции пудовика в ряду иминов (Литературный обзор) 10
1.1 .Синтетические аспекты реакции Пудовика 10
1.2. Кинетические исследования реакции Пудовика в ряду иминов 15
1.3. Закономерности получения аминофосфонатов реакцией Кабачника-Филдса 23
Глава 2. Синтетические и спектральные исследования реакции пудовика в ряду азометинов . 38
2.1. Термохимия присоединения диалкилфосфитов к основаниям Шиффа 38
2.2. ЯМР Р-спектральное исследование реакции Пудовика 46
2.3. Наблюдение за реакцией бензальанилина с ДИПФ методом УФ-спектроскопии .62
Глава 3. Кинетическое исследование реакции азометинов с диалкилфосфитами 68
3.1. Общая методика кинетических исследований 68
3.2. Кинетическое исследование реакции диалкилфосфитов с азометинами в среде 2-пропанола 73
3.3. Кинетическое исследование реакции диизопропилфосфита с азометинами в различных растворителях 88
Глава 4. Экспериментальная часть 100
4.1 .Получение исходных реагентов 100
4.1.1.Синтез N-изопропилбензилиденаминов (I) 100
4.1.2. Синтез М-фенил-4-замещённыхбензилиденаминов (II) 100
4.1.3.Синтез N-4 -замещённыхфенил -бензилиденаминов 102
4.1.4. Получение и очистка диизопропилфосфористой кислоты 102
4.1.5. Очистка диметилфосфористой кислоты 103
4.1.6. Фосфористокислый бензальанилин (V) 103
4.2. Очистка растворителей 103
4.2.1. Очистка 2-пропилового спирта 103
4.2.2. Очистка толуола 104
4.2.3. Очистка диметилсульфоксида 104
4.2.4. Очистка диоксана 104
4.2.5.Очистка ацетонитрила 104
4.3. Проведение дифференциально-термического анализа (ДТА) 105
4.4.Кинетические исследования 105
4.4.1. Кинетика реакции диметилфосфористой кислоты с N-изопропил-бензилидензамещеннымиаминами в 2-пропаноле 107
4.4.2. Кинетика реакции диизопропилфосфористой кислоты с Ы-фенил-4 -замещёнными-бензилиденаминами в 2-пропаноле 108
4.4.3. Кинетика реакции диизопропилфосфористой кислоты с N-фенилзамещёнными бензилиденаминами в 2-пропаноле 109
4.4.4. Кинетика реакции диизопропилфосфористой кислоты с N-фенил-бензилидензамещёнными аминами в толуоле 110
4.4.5. Кинетика реакции диизопропилфосфористой кислоты с ]Ч-фенил-4 -бензалидензамещёнными аминами в ацетонитриле 111
4.4.6. Кинетика реакции диизопропилфосфористой кислоты с N-фенилзамещёнными бензилиденаминами в диоксане 111
4.4.7. Кинетика реакции диизопропилфосфористой кислоты с ТЧ-фенил-4 -замещённымибензалиденаминами в ДМСО 112
4.5.Спектральные исследования 113
4.6. Тонкослойная хроматография 113
Основные результаты и выводы. 114
Список литературы 116
Приложение 133
- Кинетические исследования реакции Пудовика в ряду иминов
- Наблюдение за реакцией бензальанилина с ДИПФ методом УФ-спектроскопии
- Кинетическое исследование реакции диизопропилфосфита с азометинами в различных растворителях
- Кинетика реакции диметилфосфористой кислоты с N-изопропил-бензилидензамещеннымиаминами в 2-пропаноле
Введение к работе
Актуальность работы. Среди многочисленных типов фосфорорганиче-ских соединений большой практический и теоретический интерес представляют соединения, содержащие а-аминоалкилфосфорильные фрагменты. Такие вещества, зачастую обладая целым комплексом практически полезных свойств, кроме того, благодаря высокой реакционной способности могут быть использованы в разнообразных синтезах. Важнейшими методами получения а-аминофосфонатов являются, как известно, реакция присоединения гидрофос-форильных соединений (ГФС) по связи C=N (реакция Пудовика в ряду иминов) и реакция в трёхкомпонентной системе ГФС - карбонильное соединение - амин (реакция Кабачника-Филдса), маршрут которой, как показали проведённые на нашей кафедре специальные систематические исследования, в подавляющем большинстве случаев включает реакцию Пудовика в качестве важнейшей элементарной стадии.
Предпочтение отдаваемое «иминному» методу при выборе стратегии синтеза аминофосфонатов обусловлено, во-первых, стремлением достичь максимального разнообразия функциональных групп при атомах азота и углерода в потенциальном аминофосфонате и, во-вторых, создать условия для максимальной стереоселективности присоединения ГФС по связи C=N, исключив при этом возможные побочные процессы.
На основе реакции Пудовика синтезировано большое количество новых соединений, часть из которых имеют важное прикладное значение и успешно применяются в различных областях жизнедеятельности человека. Среди них найдены инсектициды, гербициды, стимуляторы роста растений, комплексооб-разователи и экстрагенты, а также лекарственные препараты. Подробно иссле-
дованное ещё Пудовиком взаимодействие ГФС с основаниями Шиффа продолжает привлекать внимание исследователей в связи с простотой эксперимента и чрезвычайно широким спектром практически полезных свойств получаемых аминофосфонатов.
При этом, очевидно, что полноценное использование синтетического потенциала этой реакции невозможно без обстоятельного и систематического исследования ее механизма и количественных кинетических закономерностей, а в этом отношении на сегодняшний день приходится констатировать весьма существенные пробелы и откровенные противоречия. До настоящего времени не выработано единой точки зрения на механизм этой важнейшей фосфороргани-ческой реакции. Имеющиеся на этот счёт количественные кинетические данные занимают в литературе весьма скромное место и носят разрозненный и, зачастую, противоречивый характер. Вероятно, это связано с экспериментальными трудностями, возникающими при исследовании кинетики этой простой, на первый взгляд, но на самом деле достаточно «капризной» реакции, в выборе объектов исследования и методов кинетического контроля. Кроме того, несомненна и большая теоретическая значимость изучения механизма этой важнейшей фос-форорганической реакции, причем не только для химии фосфорорганических соединений, но и для органической химии в целом.
Цель работы. Данная диссертационная работа посвящена комплексному синтетическому и кинетическому изучению механизма реакции Пудовика в ряду иминов. Основными направлениями работы являлись: исследование синтетических закономерностей получения аминофосфонатов реакцией Пудовика (некаталитического варианта) с использованием методов дифференциально-термического анализа (ДТА) и ЯМР - спектроскопии; исследование кинетики и механизма реакции диалкилфосфитов с основаниями Шиффа спектрофотомет-рическим методом.
Научная новизна работы и основные выносимые на защиту положения состоят в следующем:
Впервые проведено комплексное синтетическое и кинетическое исследование механизма «некаталитического» варианта реакции Пудовика в ряду иминов и показано, что реакция протекает через согласованное четырехцентро-вое циклическое переходное состояние, в котором атом азота имина играет роль внутреннего основания, способствуя разрыхлению Р-Н связи гидрофосфо-рильного соединения.
Отличительной чертой подобного переходного состояния является его чрезвычайная лабильность, предопределяющая высокую чувствительность процесса к строению реагентов, растворителю, катализатору и другим внешним факторам вплоть до инверсии соотношения нуклеофильного и электрофильного вкладов в скоростьопределяющую стадию реакции.
Установлена чрезвычайно важная роль протонодонорных реагентов и кислых примесей в общем механизме реакции - в частности продуктов гидролиза диалкилфосфитов (моноалкилфосфитов и фосфористой кислоты), выступающих в качестве кислотных катализаторов. Показано, что в отсутствие подобных соединений при тщательной очистке исходных реагентов (т.е. в отсутствие катализаторов) реакция Пудовика в ряду иминов просто не протекает.
На основе установленных кинетических закономерностей и механизма реакции Пудовика в ряду иминов предложены оптимизированные методы синтеза а-аминофосфорильных соединений, учитывающие особенности строения исходных реагентов и условий проведения реакции.
Практическая значимость исследования состоит в модификации методов синтеза а-аминофосфорильных соединений на основе синтетических и кинетических закономерностей и механизма реакции Пудовика в ряду иминов.
Кроме того, полученные в результате исследования новые данные включены в читаемые в Казанском университете лекционные курсы «Теоретические основы органической и элементоорганической химии», «Химия фосфороргани-ческих соединений» и «Методы количественного изучения механизмов органических и элементоорганических реакций».
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: на XIV Международной конференции по химии фосфора (ICPC-14) (Цинциннати, США, 1998 г.), на XII Международной конференции по химии соединений фосфора (ICCPC-XII) (Киев, 1999 г), на XIII Международной конференции по химии соединений фосфора (ICCPC-XIII) (Санкт-Петербург, 2002 г), на Научной сессии, посвященной памяти профессора И.М.Шермергорна, (Казань, 1997 г.), на студенческих научных конференциях Казанского университета (1996 г.).
По материалам диссертации опубликованы 2 статьи в центральных научных журналах и тезисы 5 докладов, еще 1 статья находится в печати.
Опубликованные работы написаны в соавторстве с научными руководителями д.х.н., профессором В.И.Галкиным и к.х.н., доцентом А.А. Собановым, а также Р.А.Черкасовым и А.Н.Пудовиком, принимавшими участие в обсуждении результатов исследования. Студентка химического факультета О.А.Мостовая принимала участие в синтезе некоторых исходных соединений.
Вся экспериментальная работа и основные выводы сделаны самим автором.
Автор считает своим долгом выразить искреннюю благодарность научным руководителям за постоянное внимание к работе и теоретическую поддержку проводимых исследований, а также выражает глубокую признательность всем принимавшим участие в настоящем исследовании за плодотворное сотрудничество.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 144 страницах, содержит 38 таблицы, 25 рисунков и библиографию, включающую 151 ссылок. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка литературы и приложения.
В первой главе представлен обзор литературных данных по синтетическому и кинетическому изучению реакции Пудовика в ряду иминов. Рассмотрен механизм реакции Кабачника-Филдса, одной из стадий которой является реакция Пудовика.
Во второй главе обсуждаются наши собственные результаты по оценке влияния возможных компонентов реакционной смеси на ход и саму возможность протекания реакции диалкилфосфитов с иминами, полученные с использованием термохимических и спектральных методов. Также обсуждены литературные данные, посвященные вопросам кислотности, таутомерии и гидролитической устойчивости ТФС, закономерностям их присоединения по связи C=N.
Третья глава содержит результаты кинетического изучения взаимодействия диалкилфосфитов с основаниями Шиффа.
Экспериментальная часть работы, включающая описание проведенных синтезов и очистку веществ, а также кинетических и спектральных исследований, представлена в четвёртой главе.
Работа выполнена на кафедре высокомолекулярных и элементоорганиче-ских соединений Казанского государственного университета по госбюджетной теме: «Теоретическое и экспериментальное исследование взаимосвязи структуры и реакционной способности органических соединений фосфора различной координации, а также производных других непереходных элементов и разработка на его основе эффективных методов синтеза новых типов веществ» (№ г/б. темы 01200106137).
Работа входит в планы РАН и в Федеральную целевую программу «Интеграция», выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 96-03-32864а), Международной Соросовской Программы Образования в Области Точных Наук ISSEP «Соросовские студенты и аспиранты» (гранты ISSEP 1997 г, 1998 г), НТП "Университеты России. Химия"(грант UNI-006-95), НТП "Тонкий органический синтез" (грант ФТ-17), Научно-образовательного центра Казанского университета «Материалы и технологии XXI века» (грант REC-007 совместной российско-американской Программы «Фундаментальные исследования и высшее образование» (BRHE)).
Кинетические исследования реакции Пудовика в ряду иминов
Кроме того, полученные в результате исследования новые данные включены в читаемые в Казанском университете лекционные курсы «Теоретические основы органической и элементоорганической химии», «Химия фосфороргани-ческих соединений» и «Методы количественного изучения механизмов органических и элементоорганических реакций».
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: на XIV Международной конференции по химии фосфора (ICPC-14) (Цинциннати, США, 1998 г.), на XII Международной конференции по химии соединений фосфора (ICCPC-XII) (Киев, 1999 г), на XIII Международной конференции по химии соединений фосфора (ICCPC-XIII) (Санкт-Петербург, 2002 г), на Научной сессии, посвященной памяти профессора И.М.Шермергорна, (Казань, 1997 г.), на студенческих научных конференциях Казанского университета (1996 г.).
По материалам диссертации опубликованы 2 статьи в центральных научных журналах и тезисы 5 докладов, еще 1 статья находится в печати.
Опубликованные работы написаны в соавторстве с научными руководителями д.х.н., профессором В.И.Галкиным и к.х.н., доцентом А.А. Собановым, а также Р.А.Черкасовым и А.Н.Пудовиком, принимавшими участие в обсуждении результатов исследования. Студентка химического факультета О.А.Мостовая принимала участие в синтезе некоторых исходных соединений.
Автор считает своим долгом выразить искреннюю благодарность научным руководителям за постоянное внимание к работе и теоретическую поддержку проводимых исследований, а также выражает глубокую признательность всем принимавшим участие в настоящем исследовании за плодотворное сотрудничество. Объем и структура работы. Диссертация изложена на 144 страницах, содержит 38 таблицы, 25 рисунков и библиографию, включающую 151 ссылок. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, выводов, списка литературы и приложения.
В первой главе представлен обзор литературных данных по синтетическому и кинетическому изучению реакции Пудовика в ряду иминов. Рассмотрен механизм реакции Кабачника-Филдса, одной из стадий которой является реакция Пудовика.
Во второй главе обсуждаются наши собственные результаты по оценке влияния возможных компонентов реакционной смеси на ход и саму возможность протекания реакции диалкилфосфитов с иминами, полученные с использованием термохимических и спектральных методов. Также обсуждены литературные данные, посвященные вопросам кислотности, таутомерии и гидролитической устойчивости ТФС, закономерностям их присоединения по связи C=N. Третья глава содержит результаты кинетического изучения взаимодействия диалкилфосфитов с основаниями Шиффа.
Экспериментальная часть работы, включающая описание проведенных синтезов и очистку веществ, а также кинетических и спектральных исследований, представлена в четвёртой главе.
Работа выполнена на кафедре высокомолекулярных и элементоорганиче-ских соединений Казанского государственного университета по госбюджетной теме: «Теоретическое и экспериментальное исследование взаимосвязи структуры и реакционной способности органических соединений фосфора различной координации, а также производных других непереходных элементов и разработка на его основе эффективных методов синтеза новых типов веществ» (№ г/б. темы 01200106137). Работа входит в планы РАН и в Федеральную целевую программу «Интеграция», выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 96-03-32864а), Международной Соросовской Программы Образования в Области Точных Наук ISSEP «Соросовские студенты и аспиранты» (гранты ISSEP 1997 г, 1998 г), НТП "Университеты России. Химия"(грант UNI-006-95), НТП "Тонкий органический синтез" (грант ФТ-17), Научно-образовательного центра Казанского университета «Материалы и технологии XXI века» (грант REC-007 совместной российско-американской Программы «Фундаментальные исследования и высшее образование» (BRHE)).
Наблюдение за реакцией бензальанилина с ДИПФ методом УФ-спектроскопии
Таким образом, уже в первых работах [83], посвященных изучению реакции Кабачника-Филдса, было сделано важное предположение о возможном протекании аминоалкилирования ГФС через стадию образования имина и его последующего участия в реакции Пудовика.
Аргументом в пользу «иминного» пути реакции Кабачника-Филдса послужил тот экспериментальный факт, что метоксигруппа в метоксиметилфос-фонате не обменивается на аминогруппу при нагревании с аммиаком [12]. Кроме того, гидроксифосфонаты - продукты присоединения диалкилфосфитов к карбонильным соединениям - в мягких условиях реакции, использованных Филдсом, с аммиаком не реагируют [83]. Заместить гидроксильную группу на аминогруппу удается лишь в присутствии алкоголята натрия. Его роль, по мнению авторов работы [12], заключается в разложении гидроксифосфоната на исходные вещества - кислый фосфит и карбонильное соединение. Далее процесс идет через стадию образования имина, присоединяющего ГФС по схеме реакции Пудовика.
Факт обратимости образования гидроксифосфонатов получил убедительное экспериментальное подтверждение в работах Гансаржа с соавторами [102-104]. Было установлено, что гидроксифосфонаты, полученные из алифатических и ароматических альдегидов и кетонов, в присутствии первичного (бутиламин) или третичного (триэтиламин) аминов, а также в присутствии или в отсутствие доноров протонов (этанол), в определенных условиях разлагаются на исходные гидрофосфорильное и карбонильное соединения. Следовательно, факт возникновения гидроксифосфонатов в условиях реакции Кабачника-Филдса вовсе не означает, что образование конечных аминофосфонатов должно происходить обязательно по «гидроксифосфонатному» пути. Как показано выше, получающиеся в результате распада гидроксифосфонатов фосфит и карбонильное соединение могут давать конечный аминофосфонат по «иминному» варианту - через стадию конденсации карбонильного соединения и амина в имин и его дальнейшее гидрофосфорилирование.
На первый взгляд, такая точка зрения не объясняет участия в реакции Кабачника-Филдса вторичных аминов. Однако, в соответствии с данными, полученными в работе [12], в этом случае происходит присоединение ГФС к иминиевым солям, или взаимодействие проходит по схеме реакции Манниха. Вероятность последнего пути подтверждена образованием аминофосфоната в реакции диалкилфосфитов с Л ЛГЛГ-тетраэтилметилендиамином или с этокси-метилдиэтиламином.
В то же время, как установлено в работах [103,104], гидроксифосфонаты могут не только обратимо образовываться из ароматических кетонов в условиях реакции Кабачника-Филдса, но и необратимо переходить в фосфаты по схеме хорошо известной фосфонат-фосфатной перегруппировки.
Самой быстрой стадией реакции является образование гидроксифосфона-та. Его перегруппировка в фосфат происходит в 6 раз быстрее, чем распад на исходные вещества.
Следует подчеркнуть, что и Кабачник и Медведь, и Филдс сделали свои выводы о последовательности стадий реакции, не проводя специальных экспериментов по установлению механизма. Поэтому они не противопоставляли два возможных пути аминоалкилирования гидрофосфорильных соединений - «гид-роксифосфонатный» и «иминный». Экспериментальные данные, описанные в проведенных ими работах [82,83,99-101], позволяют предполагать, что в зависимости от природы реагирующих веществ (гидрофосфорильных и карбонильных соединений, а также аминов) механизм реакции может меняться, и последовательность стадий может быть различной.
Высказано предположение [105-107], что образование аминофосфонатов через гидроксифосфонаты происходит с участием аминов, основность которых достаточно высока (рКа 6). В противном случае (рКа 6) реализуется «иминный». механизм. Этот вывод основывается на смещении сигналов в спектре ЯМР Р диэтилфосфита в его смеси с аминами. Величина 5 Р тем больше, чем основ-нее амин. Кроме того, авторы работ [106,107]считают подтверждением обсуждаемой схемы факт увеличения выхода аминофосфоната при использовании краун-эфиров в реакции Кабачника-Филдса с участием слабоосновных аминов.
Идея о своеобразном дуализме механизма реакции Кабачника-Филдса кажется вполне разумной. Подтверждение возможности протекания реакции Кабачника-Филдса по обоим из обсуждаемых здесь маршрутов - «гидроксифос-фонатному» и «иминному» - было получено авторами [76,108-115] при комплексном исследовании, включающем кинетические, спектроскопические и препаративные методы. Были исследованы трехкомпонентные системы ГФС-карбонильное соединение-амин, в которых широко варьировались природа каждого из реагентов и условия проведения реакции (растворитель, добавки различного типа). Изучались также возможные бимолекулярные процессы в парах ГФС-карбонильное соединение, ГФС-амин, гидроксифосфонат-амин, ГФС-имин. Оказалось, что каждый из партнеров реакции оказывает определенное влияние как на скорость реакции, так и на маршрут ее протекания.
Кинетическое изучение реакции в системе диалкил(метил или амил)фосфит-бензальдегид-анилин и реакций в парах PhNH2 + PhCHO, (AmO)2PHO + PhCHO, (AmO)2PHO + PhN=CHPh позволило установить «имин-ный» механизм в этом случае [108]. В условиях изучения кинетики реакции методом УФ-спектроскопии было отмечено увеличение оптической плотности смеси, обусловленное появлением в ней в начале процесса иминного хромофора. Образование имина - самая быстрая реакция из всех возможных в этой системе. Она катализируется диалкилфосфитом. Реакция фосфитов с бензаль-дегидом в отсутствие кислых добавок (муравьиная кислота или солянокислый анилин) вообще не идет. Пиридин, равный анилину по основности, но не способный быть донором протона и не участвующий в реакции, не катализирует ее. Следовательно, основности анилина недостаточно, чтобы катализировать присоединение диалкилфосфористых кислот к бензальдегиду. Это исключает промежуточное образование гидроксифосфонатов.
Кинетическое исследование реакции диизопропилфосфита с азометинами в различных растворителях
В течение 2-хнедельного наблюдения за спектрами выдерживаемой при комнатной температуре смеси свежеочищенных ДИПФ и азометина (Пв) в 2-пропаноле не удалось зафиксировать образования продукта присоединения -аминофосфонового эфира (VIB) (оп.№ 22, табл.2.9. ). 5-Часовое нагревание аналогичной смеси при 50С привело лишь к следовым количествам продукта присоединения (оп. № 23). Вопреки ожиданиям влияние воды оказалось малосущественным (оп. № № 24,25). Однако, отсутствие продуктов гидролиза ДИПФ в реакционной смеси лишний раз подтверждает отмеченную выше его устойчивость к гидролизу в 2-пропаноле. Таким образом, добавление воды к реакционной смеси, в выбранных условиях, если и оказывает, то очень слабое каталитическое влияния на реакцию ДИПФ с азометином (Пв).
Из продуктов гидролиза ДИПФ у нас имелась только фосфористая кислота (надежную методику синтеза моноизопропилового эфира найти не удалось). Добавление к исходной смеси фосфористой кислоты уже при комнатной температуре приводит к образованию целевого аминофосфоната (VIB) (ОП.№ 26). В результате проведения конкурентной реакции имина (Пв) с ДИПФ и фосфористой кислотой (оп. № 27) (в предыдущем опыте количества (Пв) было достаточно для реакции с обеими ФОС) доля соли (V) в продуктах реакции возрастает, что свидетельствует о большей скорости ее образования по сравнению со скоростью образования аминофосфоната. Изменение соотношения исходного состава смеси (количество фосфористой кислоты почти в 1.5 раза больше необходимого для реакции с азометином (Пв) и добавление дополнительно воды (оп. № 28)) приводит к уменьшению степени исчерпывания ДИПФ, что, как и в предыдущем опыте, свидетельствует о конкурентном образовании аминофосфоната (VIB) И СОЛИ (V). В то же время, этот опыт свидетельствует и о том, что присутствие кислотной добавки необходимо для образования аминофосфоната и скорость его образования при этом достаточно высока ( сравни с опытами № 22 и 23). При приготовлении раствора (оп. № 28) происходит мгновенное выпадение соли (V), что, по-видимому, связано с ионизацией фосфористой кислоты вводимой водой и облегчением переноса протона к атому азота имина.
Соль (V) была выделена и охарактеризована. Аналогичная соль бензальа-нилина состава 1:1 получена в реакции с фосфорной кислотой, независимо от соотношения реагентов [141]. Строение (V) подтверждалось данными ЯМР Р-и ИК-спектроскопии. В ИК-спектре наблюдаются полосы поглощения v, см" : 1095, 1150 (РОСТ), 1633 (C=N, для сравнения в исходном бензальанилине -1615), широкая полоса 2000-3000 (Р-ОН, Р-Н, N+H). Проба смешения с препаратом, полученным в отдельном опыте из азометина (Пв) и фосфористой кислоты депрессии температуры плавления не дала.
Поскольку смешение растворов фосфористой кислоты и имина (Пв) в течение нескольких минут приводит к образованию соли (V), а образование ами-нофосфоната (VIB) происходит относительно медленно, возникает вопрос о вероятном каталитическом действии соли (V) в изучаемой реакции. Кроме того, имеет место и предположение о том, что соль (V) является интермедиатом при образовании аминофосфоната (VIB).
Мы специально проверили такое предположение. Нагревание смеси (Пв) и ДИПФ в 2-пропаноле в присутствии соли (V) (оп. № 29) приводит к образованию аминофосфоната (VIB), В то же время в аналогичных условиях реакция между солью (V) и ДИПФ не протекает вообще (оп. № 30). Таким образом, фос-фористокислый бензальанилин (V) играет роль катализатора реакции, но не является промежуточным продуктом на пути образования аминофосфоната.
Интересно отметить, что при проведении реакции фосфористой кислоты с бензальанилином при нагревании в отсутствие растворителя образуется соответствующий аминофосфонат, а не соль (V). При термографировании соли (V) (нагрев до 210С) соль не превращается в аминофосфонат, что может свидетельствовать о ее термодинамической стабильности. Кроме того, она не диссоциирует и в растворе (по крайней мере 2-пропанола), о чем свидетельствуют данные опыта № 30, в котором при длительном нагревании в присутствии ДИПФ не наблюдалось образования аминофосфоната (VIB).
Поскольку первоначальным продуктом гидролиза ДАФ является моноэфир фосфористой кислоты, а фосфористая кислота образуется по прошествии более длительного времени (тем более, что в случае с ДИПФ в изопропаноле и диоксане мы вообще в течении срока наблюдения не зафиксировали второй стадии гидролиза, см. табл.2.4., 2.8.), следовало полагать, что моноэфир также обладает каталитическим действием в изучаемой реакции. В литературе нам не удалось найти методики, которая, по нашему мнению, позволила бы получить чистый моноизопропиловый или монометиловый эфир фосфористой кислоты. Нами была предпринята попытка выделить его из диоксанового раствора экви-молярной смеси ДИПФ и воды, в котором по данным ЯМР 3 Р спектроскопии содержалось 70% моноизопропилфосфита и 30% ДИПФ. Однако в результате перегонки была выделена фракция с т. кип. 75-76С (10 мм рт. CT.),«J =1.4135,
содержащая помимо 64% моноэфира 30% ДИПФ и фосфористую кислоту (6%). В результате нагревания растворов (Пв) и ДИПФ в 2-пропаноле без добавления (оп. № 31) и с добавлением (оп. № 32) полученной фракции, каталитическое влияние добавки не вызывает сомнения, но присутствие в ней небольшого количества фосфористой кислоты всё-таки нарушает чистоту эксперимента. Доказательством каталитического действия моноизопропилфосфита может служить и тот факт, что при использовании в реакции с (Пв) ДИПФ, выдерживавшегося после очистки несколько дней и содержащего в результате прошедшего гидролиза незначительное количество моноизопропилового эфира фосфористой кислоты, также фиксируется образование аминофосфоната (VIB) (on. № 33, сравни с оп. № 22 и 23). Таким образом, участие моноалкиловых эфиров ДАФ как катализаторов можно считать вполне доказанным.
Кинетика реакции диметилфосфористой кислоты с N-изопропил-бензилидензамещеннымиаминами в 2-пропаноле
Все три случая (общий (2) и два частных (3,4)) мы наблюдаем экспериментально. Так, пример общего случая приведен на странице 75, когда при малой концентрации воды ([НгО]=0,1615 моль/л) при 298К экспериментально наблюдаемый порядок по ДАФ заметно превышает единицу. Первый порядок по каждому из реагентов хорошо прослеживается в концентрационных зависимостях при различных температурах (страница 76).
И случай, когда порядок по воде стремится к нулю, экспериментально получен при кинетическом изучении зависимости скорости от концентрации воды для реакции ДМФ с бензальанилином (Пв) (стр. 79).
Таким образом, полученное общее кинетическое уравнение (2) хорошо согласуется с экспериментальными кинетическими данными, описывая все возвозможные частные случаи. Что же касается выбора между схемами (IV) и (V), то кинетически они неразличимы и, следовательно, нельзя вынести однозначного суждения как протекает реакция: через активацию ГФС, либо имина.
Понятно, что приведённый выше анализ в полной мере справедлив при допущении быстрого установления равновесия в реакции гидролиза, что в условиях кинетических экспериментов реально не достигается. Однако, данное допущение позволяет существенно упростить конечное кинетическое уравнение и рассматривать его в аналитическом виде, а полученные при этом выводы хрошо согласуются с наблюдаемыми кинетическими и синтетическими закономерностями. Вывод же кинетических уравнений без принятого допущения приводит к крайне громоздким выражениям с нецелочисленными порядками и трудно определяемыми параметрами, что делает не возможным их аналитическое рассмотрение.
Для исследования реакции ДИПФ с иминами в различных средах кроме 2-пропанола были выбраны следующие растворители: толуол, ацетонитрил, ди-оксан и ДМСО, различающиеся как по полярности, так и по протонодонорным свойствам.
Для реакции бензальанилина с ДИПФ в указанных растворителях при постоянном содержании воды в реакционной смеси были исследованы зависимости наблюдаемой константы скорости реакции от концентрации ДАФ. Данные представлены в приложении (приложение, табл. 13,14). Из полученных данных видно, что во всех выбранных растворителях наблюдаются линейные зависимости хорошего качества константы скорости псевдопервого порядка от концентрации ДИПФ при неизменном количестве Н20 (рис. 3.13).
Из линейных хорошо коррелированных уравнений зависимостей логарифмов констант скорости реакции от логарифмов концентрации ДИПФ (по данным табл. 13 приложения) видно, что порядки реакции по ДИПФ, как и в случае спирта, в данных растворителях нецелочисленные, хотя и близки к единице. Это подтверждает установленный выше сложный механизм реакции. Растворитель
При выполнении кинетических исследований с использованием свеже-очищенного ДИПФ, наблюдался индукционный период, что еще раз свидетельствует о каталитическом характере процесса. Индукционный период обусловлен временем, необходимым для начала гидролиза ДАФ, что приводит к появлению в реакционной смеси катализатора кислого характера.
В случае выполнения кинетического эксперимента по первой методике для получения зависимостей наблюдаемой константы скорости псевдопервого порядка от концентрации ДАФ (для примера использовали ДМСО и диоксан) без специального добавления воды наблюдаются нелинейные зависимости констант скорости от концентрации ДИПФ (рис. 3.14). с ДИПФ в диоксане и ДМСО (по данным табл.14 приложения).
Нелинейный рост константы скорости реакции с увеличением концентрации ДИПФ объясняется тем, что из-за высокой гигроскопичности ДАФ, в результате многократных открываний сосуда хранения, степень его гидролиза так же увеличивается. Таким образом, при каждом последующем эксперименте мы вносим в реакционную смесь непропорционально большее количество продуктов гидролиза, т. е. катализатора. Для определения порядка реакции ДАФ с азометином по воде в толуоле, ацетонитриле, диоксане и ДМСО исследовали кинетику взаимодействия ДИПФ с бензальанилином в присутствии различных концентраций воды. Кинетические данные представлены в таблице 15 приложения.
![Сравнительная характеристика присоединения нуклеофильных реагентов к гетерено[а]2,3-дигидро-2,3-пирролдионам. Изучение механизмов реакций](/i/i/4365/436737.png "Сравнительная характеристика присоединения нуклеофильных реагентов к гетерено[а]2,3-дигидро-2,3-пирролдионам. Изучение механизмов реакций Гумерова Дахия Файзурахмановна")
