Введение к работе
Актуальность проблемы.
Производство фосфорорганических соединений на протяжении последних есятилетий является бурноразвивающейся областью химической технологии, что пределяется все возрастающим числом отраслей деятельности человека, с успехом спользующих органические соединения фосфора. Абсолютное большинство про-зводств фосфорорганических соединений имеют в основе технологических провесов хлориды фосфора или фосфин, их производные и некоторые другие соеди-ения, являющиеся опасными и особо опасными веществами. Возрастающие тре-ования трудовых и природоохранных законодательств к промышленности ставят еред производством фосфорорганических соединений непростые и трудоемкие ідачи по удовлетворению правіш как техники безопасности, так и экологических эрмативов. В условиях сегодняшних производств и лабораторной практики син-;з кислых фосфатов и пирофосфатов является многостадийным и как правило роходит через стадию образования соответствующих сложных эфиров, омыление эторых в ряде случаев является нетривиальной задачей. Вместе с тем потребность монозамещенных производных фосфорной и пирофосфорной кислот достаточно ушка. Они применяются в качестве медицинских препаратов, антипиренных до-1BOK к полимерам, компонентов огнеупорных материалов и покрытий и так да-;е.
Ранее было предпринято большое количество исследований по разработке гтодов синтеза органических фосфатов из неорганических веществ таких как бели и красный фосфор, фосфорные кислоты и их соли, однако реакции на их осно-: чаще всего приводили к ди- и тризамещенным фосфатам, и возможности пере-ісленньїх соединений как фосфорилирующих агентов достаточно ограничены.
Преодолению данных проблем в определенной мере может способствовать шменение такого сравнительно экологически чистого и дешевого соединения как эсфорный ангидрид (Р4О10).
Важным преимуществом фосфорного ангидрида является химическая актив->сть, черезвычайная простота как в препаративном плане, так и в аппаратурном юрмлении синтезов на его основе, которые быстро в две стадии, исключающие
2 выделение вредных летучих продуктов, приводят к получению однозамещенных кислых фосфатов и пирофосфатов.
Это тем более важно, что многие кислые органические фосфаты и пирофос-фаты являются важными продуктами в целенаправленном синтезе фосфороргани ческих соединений, позволившем создать новые поколения гербицидов, фунгици дов, антихолинэстеразных препаратов избирательного действия, специфических комплексопов и ряд других веществ. В последнее время фосфорорганические соединения приобрели особое значение в производстве и обработке таких регистрирующих сред как галогенсеребряные фоточувствительные материалы, они применяются в качестве стабилизаторов, антивуалентов, модификаторов роста микрокристаллов галогенидов серебра, дубителей.
В связи с колоссальной ролью фосфорного ангидрида и амидов в процессах эволюции на начальных этапах возникновения на Земле биологически активных органических соединений, в частности - макроэргических, возникла целесообразность изучения реакций между этими соединениями.
Основной прикладной задачей данного исследования был целенаправленнь синтез потенциальных модификаторов роста МК AgHal с целью поиска наиболее эффективных микродобавок, повышающих фотографические характеристики оте чественных промышленных фотографических эмульсий. Органические соединени содержащие анионный фосфатный центр могут обладать повышенной модифици рутощей активностью. Этому также должны способствовать прототропные проце сы в органических молекулах, благодаря чему в их фосфоршшрованных произвол ных становится вероятна фосфоротропия. В немалой степени выбор органически) объектов изучения реакций фосфорнлирования фосфорным ангидридом определялся этой целевой установкой работы.
В связи с изложенным представлялось важным как для органической химии так и химической технологии решить проблему получения на основе фосфорного ангидрида разнообразных по природе кислых однозамещенных органических фо( фатов и пирофосфатов.
Цель работы. Создание простых и экологически чистых методов фосфорнлирования фосфорным ангидридом С-Н, N-H, О-Н, S-H кислот. Установлени закономерностей протекания процесса фосфорнлирования соединений, содержащих два и более конкурирующих нуклеофильных центра. Отработка условий синтезов, направленных на получение труднодоступных органических соединений,
онозамещенных фосфатов и пирофосфатов - модификаторов роста микрокри-галлов (МК) AgHal. Исследование их модифцирующей активности, адсорбцион-зй способности на поверхности микрокристаллов AgHal и механизма действия, оиск оптимальных режимов синтеза и химической сенсибилизации моднфициро-шных светочувствительных галогенсеребряных эмульсий и создание фотографи-:ских материалов на их основе. Изучение фармакологических свойств ряда полу-:нных продуктов.
Научная новизна. Впервые проведено систематическое исследование ігро-:ссов фосфорилирования органических соединений, способных к прототропии, эсфорным ангидридом. Выявлены закономерности протекания этих процессов, в :зультате чего разработаны простые и надежные методы получения новых труд-щоступных соединений, обладающих практически ценными свойствами.
Установлено, что фосфорный ангидрид является достаточно эффективным )сфорилирующим агентом разнообразных типов С-Н, N-H, О-Н, S-H кислот, даводящим преимущественно к синтезу монозамещениых фосфатов и пирофос-ітов.
Выявлены электронные и стерическис факторы, влияющие на направление акции с фосфорным ангидридом нуклеофильных реагентов, имеющих в молеку-х несколько реакцнонннных центров и существующих в различных таутомерных >рмах. Показаны принципиальные особенности поведения циклических и ацик-ческих соединений, содержащих амидную группу. Доказано, что первоначальная ака амидов фосфорным ангидридом происходит по атому азота. Методами ЯМР , 13С, 31Р, ИКС, РСА установлена склонность фосфорилированных амидов к оцессу фосфоротропии с образованием соответствующих фосфатов, способных нее вступать в реакцию димеризации, зависимую от строения исходного амида, я гидразида бензойной кислоты обнаружен 1,4-сдвиг дигидроксифосфорильной ^ппы. Детальное исследование спектральными методами (ЯМР 'Н, !3С, 3|Р растров и кристаллических образцов) продуктов фосфорилирования бензотриазо-в позволило выявить у них также явление фосфоротропии, а для бенз- и ацета-лидов не только фосфоротропию, которая в значительной мере определяется ібилизирующим влиянием сопряжения, но и Е- и Z- изомерию.
Установлена способность ряда монозамещениых сложных эфиров к деалко-щзу под действием фосфорного ангидрида. Именно таким образом впервые вы-гены монофункционализированные кетены и продукты их циклотримеризации -
4 2,4,6-тризамещенные флороглюцины и их фосфорные и пирофосфорные эфиры. Внутримолекулярная дегидратация N-ацетил- и 1М-бензоил-1,2-диаминобензолов под действием фосфорного ангидрида привела к образованию 2-замещенных бен-зимидазолов и продуктов их N-фосфорилирования.
Совместный анализ экспериментальных результатов и квантово-химическш рассчетов показал вероятность достаточно корректного прогнозирования возмож ностей и путей протекания процессов фосфорилирования ряда органических соединений фосфорным ангидридом методами компьютерного моделирования.
Практическая значимость результатов.
Разаработаны промышленно доступные методы синтеза фосфорилирован-ных флороглтоцинов, амидов, пиримидинтрионов, азолов. Они позволяют не толь ко легко вводить фосфорную или пирофосфорную группы в органическую молеку лу но и получать труднодоступные типы органических соединений: монозамещен-ные кетены, замещенные флороглюцины, азолы и прочие.
Впервые сформулированы основные принципы подхода к целенаправленному синтезу фосфорилированных гетероциклических модификаторов роста микрокристаллов галогенидов серебра для промышленного производства светочувствительных материалов с улучшенными фотографическими характеристиками. Экспе риментально доказана важная роль дигидроксифосфорильной группы в процессе обратимой адсорбции модификаторов на поверхности МК AgHal. Испытания полученных в работе модификаторов в модельных и промышленных фотографических эмульсиях позволили провести анализ зависимости их модифицирующей активности от строения молекул, что существенно облегчает поиск новых эффективных модификаторов и стабилизаторов фотографических эмульсий. Подобрань оптимальные технологические режимы синтеза высокочувствительных промышленных фотографических эмульсий с применением модификаторов роста МК AgHal. Чувствительность эмульсий таким образом может быть повышена в 5 - 6 раз при одновременном подавлении вуалеобразования. Опробированные модифи каторы полностью отвечают всем санитарным нормам технологических производств.
Обнаружено трех - четырехкратное усиление сопорифического действия фосфорилированных пиримидинтрионов по сравнению с их предшественниками, не содержащими дигидроксифосфорильной группы. Показаны ускорение и увели-
5 ение продолжительности действия веществ на экспериментальных животных при изкіїх показателях LD50-
Вклад автора в работы, выполненные в соавторстве, результаты которых ключены в диссертацию, состоят в разработке и постановке общей задачи иссле-ования, плашгровании эксперимента и личном участии в выполнении синтезов, становлении строения полученных соединений, регистрации спектров ИК, УФ, [MP, проведении компьютерного моделирования, активном участии на всех эта-ах работы в обсуждении и интерпретации полученных результатов, их обработке, итематизации и представлении в виде публикаций и докладов на научных конфе-енциях, составлении авторских заявок.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены авто-ом на Международной конференции по химии фосфора, Таллинн, 1990 г.: Всесо-ізном симпозиуме "Фотохимические и фотофизические процессы в галогснидах ;ребра", Черноголовка, 1991 г.; Ленинградском городском коллоквиуме по химии ЮС, Ленинград, 1989, 1990 гг.; Научно - технической конференции "Кинофото-;хника: Научно-технические достижения и передовой опыт в области кинемато-эафии", Ленинград, 1990 г.; Всероссийском совещании по элементорганической шии, Горький, 1991 г.; Международном конгрессе "The Advancement of Imaging :ience and Technology", Пекин, Китай, 1990; Семинаре Стаффордширского отде-;ния Королевского Химического Общества, Стаффордширский Политехничс-:ий, Сток-на-Тренте (Великобритания), февраль, апрель 1992 г.; Научно - техни-;ской конференции фирмы "ILFORD", Моберли (Великобритания), 1992 г.; Меж-шародном симпозиуме по фосфорорганической химии, Стаффордширский Уни-;рситет, Сток-на-Тренте (Великобритания), 1992 г.; Научной конференции Стаф-эрдширского Университета, Сток-на-Тренте (Великобритания), 1993 г.; Коллок-іуме по фосфорорганической химии Королевского Колледжа Лондонского Уни-рситета, Лондон, 1993 г.; Международном семинаре по химии и технологии фо-іграфических материалов, Санкт-Петербург, 1993 г.; Международной конферен-ш "Imaging Science and Technology", Рочестер (США), 1994 г.; Конференции maging Science and Technology, 48th Annual Conference", Вашингтон, 1995 г.; энференции "The Royal Society of Chemistry - Perkin Division Midlands Regional eeting", Уоррик (Великобритания), 1995 г.; Международной конференции по ор-
ганической химии, С-Петербург, 1995 г., Международной конференции "XIII International Conference on Phosphorus Chemistry", Иерусалим, 1995 г.
Публикации. Основной материал диссертации изложен в 34 публикациях в центральных отечественных и международных научных журналах и сборниках, из них 1 монография, опубликованная в издательстве Wiley & Sons (Великобритания) 2 авторских свидетельства.
Объем И структура диссертации. Работа выполнена в Санкт-Петербургском институте кино и телевидения. Диссертация изложена на 357 страницах, состоит из 10 глав, включает 43 рисунка, 37 таблиц, список цитируемой литературы охватывает 612 источников. Вся нумерация рисунков, таблиц и литературных ссылок сквозная.
