Методы синтеза азотсодержащих циклических соединений на основе глиоксаля и его производных реакцией переиминирования
Введение………………………………………………………………………. 4
Глава 1. Методы синтеза азотсодержащих гетероциклов с
использованием аминов, мочевин и амидов (Литературный обзор)……. 8
1.1 Взаимодействие глиоксаля с аминами…………………………………. 9
1.1.1 Построение каркаса 2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло-
[5,5,0,0311,05,9]додекана конденсацией глиоксаля с производными
бензиламина………………………………………………………………….. 9
1.1.2 Синтез полициклических соединений конденсацией диаминов
(диамидов) с глиоксалем…………………………………………………… 12
1.1.3 Реакция Шиффа………………………………………………………… 16
1.2 Методы синтеза азагетероциклов взаимодействием производных
мочевины с различными агентами…………………………………………… 17
1.2.1 Синтез гетероциклов, содержащих два атома азота, реакцией
мочевин с 1,2-бифункциональными соединениями………………………. 17
1.2.2 Методы синтеза бициклических азагетероциклов………………….. 19
1.2.3 Двухступенчатое α-уреидоалкилирование мочевин 4,5-
дигидроксиимидазолидин-2-онами…………………………………………. 23
1.2.4 Нитролиз продуктов взаимодействия глиоксаля с производными
мочевины………………………………………………………………………. 27
1.3 Биологически активные свойства циклических азотсодержащих
соединений…………………………………………………………………….. 28
1.4 Заключение по литературному обзору………………………………… 30
Глава 2. Обсуждение результатов…………………………………………… 31
2.1 Исследование реакции переиминирования производных 1,2-
этандиимина различными аминами и солями сульфаминовой кислоты….. 31
2.1.1 Переиминирование N,N’-дитрет-бутил-1,2-этандиимина аминами
и их солями……………………………………………………………………. 32
2.1.2 Получение 2,4,6,8,10,12-гексабензил-2,4,6,8,10,12-гексааза-
тетрацикло[5,5,0,03,11,05,9]додекана реакцией переиминировани
производных 1,2-этандиимина бензиламином……………………………… 38
2.1.3 Механизм реакции переиминирования N,N’-дитрет-бутил-1,2-
этандиимина аминами………………………………………………………… 40
2.1.4 Исследование реакции переиминирования N,N’-дитрет-бутил-1,2-
этандиимина солями сульфаминовой кислоты……………………………. 41
2.2 Исследование взаимодействия производных мочевины с N,N’-
дитрет-бутил-1,2-этандиимином (дитрет-бутилдиимина глиоксаля),
глиоксалем и нитролиз полученных продуктов реакций…………………. 43
2.2.1 Исследование реакции переиминирования N,N’-дитрет-бутил-1,2-
этандиимина производными мочевины……………………………………. 43
2.2.2 Исследование циклоконденсации производных мочевин с
глиоксалем…………………………………………………………………….. 48
2.2.3 Исследование нитролиза полученных продуктов конденсации
глиоксаля с N-монозамещенными производными мочевины……………… 60
Глава 3. Экспериментальная часть…………………………………………. 65
Заключение……………………………………………………………………. 76
Список сокращений и условных обозначений…………………………….. 78
Список литературы…………………………………………………………… 79
Актуальность темы. В настоящее время химия гетероциклических
соединений является одной из наиболее развивающихся областей
органической химии. Особенно интересен класс азотсодержащих
циклических соединений, которые могут выступать как биологически
активные вещества, лекарства, так и высокоэнергетические соединения – это
производные гексаазаизовюрцитана и предшественника бициклических
бисмочевин имидазолидин-2-она.
2,4,6,8,10,12-Гексабензил-2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло-
[5,5,0,03,11,05,9]додекан (ГБ) самый известный и востребованный
представитель гексаазаизовюрцитанов, промежуточное соединение в
процессе получения 2,4,6,8,10,12-гексанитро-2,4,6,8,10,12-
гексаазатетрацикло[5,5,0,03,11,05,9] додекана (CL-20, ГАВ) и в синтезе
биологически активных веществ.
Бициклические бисмочевины октанового ряда – гликольурилы
(тривиальное название), являются перспективным новым классом
нейротропных веществ. Среди предшественников гликольурилов –
производных имидазолидин-2-онов выявлены биологические активные
соединения, например, противоэпилептический препарат – дифенин. В то
время как нитропроизводные тетраазабицикло[3,3,0]октан-3,7-диона
(ДИНГУ, СОРГУИЛ) являются взрывчатыми веществами.
Цели и задачи работы. Целью работы является поиск новых методов
синтеза циклических азотсодержащих соединений, производных
гексаазаизовюрцитана реакцией переиминирования.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить
следующие задачи:
1 Исследовать реакцию переиминирования производных глиоксаля
(1,2-этандиимина) линейными аминами.
2 Исследовать реакцию переиминирования производных глиоксаля
(1,2-этандиимина) аминами с образованием производных
гексаазаизовюрцитана.
3 Исследовать переиминирование бензиламином производных 1,2-
этандиимина с образованием гексабензилгексаазаизовюрцитана.
4 Исследовать реакцию переиминирования производных глиоксаля
(1,2-этандиимина) N-монозамещенных производных мочевины в синтезе
азотсодержащих циклических соединений.
5 Исследовать взаимодействие глиоксаля с N-монозамещенными
производными мочевины.
Научная новизна:
– Впервые показана реакция переиминирования производного
глиоксаля, N,N’-дитрет-бутил-1,2-этандиимина с аминами: линейными
(метиламин, этиламин, пропиламин, бутиламин, октиламин), разветвленными
(изопропиламин), непредельными (аллиламин), циклическими (бензиламин,
фурфуриламин).
– Разработан новый способ получения 2,4,6,8,10,12-гексабензил-
2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло[5,5,0,03,11,05,9]додекана путем
переиминирования различных производных 1,2-этандиимина бензиламином.
– Впервые получен 5-гидрокси-4-бензилуреидо-1-бензилимида-
золидин-2-он реакцией переиминирования N,N’-дитрет-бутил-1,2-
этандиимина бензилмочевиной.
– Впервые показана возможность образования гликольурилов и 4,5-
бис(алкилуреидо)-1-алкилимидазолидин-2-онов переиминированием N,N’-
дитрет-бутил-1,2-этандиимина некоторыми монозамещенными
производными мочевины;
– Впервые в мягких условиях в одну стадию получены 4,5-
бис(алкилуреидо)-1-алкилимидазолидин-2-оны взаимодействием N-
монозамещенных производных мочевины с глиоксалем.
Положения, выносимые на защиту:
– Реакция переиминирования N,N’-дитрет-бутил-1,2-этандиимина
линейными (метиламин, этиламин, пропиламин, бутиламин, октиламин),
разветвленными (изопропиламин) аминами приводит к образованию
производным 1,2-этандиимина (метиламин, этиламин, пропиламин,
бутиламин, октиламин, изопропиламин).
– Реакция переиминирования N,N’-дитрет-бутил-1,2-этандиимина
аллиламином, бензиламином и фурфуриламином протекает с последующей
реакцией циклотримеризации с образованием соответствующих
гексаазаизовюрцитанов.
– Способ синтеза 2,4,6,8-тетраазабицикло[3,3,0]октан-3,7-дионов и 4,5-
диалкилуреидо-1-алкилимидазолидин-2-онов реакцией переиминирования
N,N’-дитрет-бутил-1,2-этандиимина производными мочевины.
– Закономерность образования различных продуктов реакции
глиоксаля с производными мочевины (гликольурилы, 4,5-диалкилуреидо-1-
алкилимидазолидин-2-оны) от условий протекания реакции (растворитель,
температура, время, мольное соотношение реагентов).
Практическая значимость работы: Открытая реакция
переиминирования производных 1,2-этандиимина аминами, мочевинами,
сульфоматом калия является фундаментальным знанием, которое найдет
применение в препаративной химии циклических производных мочевин и
гексаазаизовюрцитанов, в получении биологически активных и других
полезных продуктов.
Реализация работы: Результаты диссертационной работы
использованы при выполнении проектов фундаментальных исследований СО
РАН V.40.2.3 «Синтез высокоэнергетических соединений, обладающих
повышенным содержанием азота» (2010–2012 гг.), V.49.1.1 «Направленный
синтез высокоэнергетических соединений из класса циклических
нитраминов» (2013 г.).
Личный вклад автора: планирование и проведение экспериментов,
разработка методов синтеза и очистка полученных соединений, анализ и
обсуждение результатов, сопоставление полученных результатов с
литературными данными, формулирование выводов.
Достоверность результатов подтверждается использованием
современных методов анализа структуры полученных соединений и
воспроизводимостью результатов. Достоверность и обоснованность научных
положений и выводов, сформулированных в диссертации, обеспечивается
внутренней непротиворечивостью результатов исследования, их
соответствием теоретическим положениям органической химии.
Апробация работы. Результаты работы были представлены на III
научно-технической конференции молодых ученых «Перспективы создания
и применения конденсированных энергетических материалов» (Бийск, 2010);
Всероссийской конференции «Химия, технология и применение
высокоэнергетических соединений», посвященная памяти В.В. Бахирева
(Бийск, 2011); Всероссийской конференции «Перспективы создания и
применения конденсированных энергетических материалов» (Бийск, 2012);
Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 80-летию
основания Инженерного химико-технологического факультета РХТУ им.
Д.И. Менделеева «Успехи в специальной химии и химической технологии»
(Москва, 2015).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 9
работах, из них статей в изданиях, рекомендованных ВАК, и зарубежных
журналах 4.
Структура диссертации. Диссертация изложена на 93 страницах
машинописного текста и состоит из введения, литературного обзора,
обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка
литературы (104 источника литературы). Работа содержит 11 таблиц и 14
рисунков.
1 Впервые разработаны методы синтеза азотсодержащих циклических
соединений реакцией переиминирования производных глиоксаля (1,2-
этандиимина). Показано, что N,N’-дитрет-бутил-1,2-этандиимин вступает в
реакцию переиминирования с линейными аминами (метиламин, этиламин,
пропиламин, бутиламин, октиламин) и разветвленными (изопропиламин) с
образованием соответствующих дииминов глиоксаля (диметилдиимин
глиоксаля, диэтилдиимин глиоксаля, дипропилдиимин глиоксаля, диизо-
пропилдиимин глиоксаля, дибутилдиимин глиоксаля, диоктилдиимин
глиоксаля).
2 Бензиламин, фурфуриламин и аллиламин вступают в реакцию
переиминирования N,N’-дитрет-бутил-1,2-этандиимина с последующией
циклотримеризацией с образованием соответствующих
гексаазаизовюрцитанов.
3 Разработан новый способ получения 2,4,6,8,10,12-гексабензил-
2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло [5,5,0,03,11,05,9] додекана, путем
переиминирования бензиламином дизамещенных производных 1,2-
этандиимина с различными заместителями (метил, этил, трет-бутил, октил).
4 Реакция переиминирования позволяет получать производные 1,2-
этандиимина и гексаазаизовюрцитана исключая образование
оксосоединений, так как не происходит образования 1,2-этандиола.
5 Изучена реакция переиминирования N,N’-дитрет-бутил-1,2-
этандиимина различными производными мочевины. Впервые
переиминированием N,N’-дитрет-бутил-1,2-этандиимина N-
монозамещенными производными мочевины получены производные
гликольурилов и 4,5-диалкилуреидо-1-алкилимидазолидин-2-онов. Показана
возможность получения гексаазаизовюрцитанового каркаса путем
взаимодействия N,N’-дитрет-бутил-1,2-этандиимина с производными
мочевины, на примере бензилмочевины, и его нитролиз до ГАВ.
6 Изучена реакция конденсации глиоксаля с различными N-
монозамещенными производными мочевины, установлено, что на результат
реакции влияют растворитель, температура реакции, время, мольное
соотношение реагентов. Показано, что основными продуктами реакции
являются линейные, моно- и бициклические соединения (1,1,2,2-
тетракис(алкилуреидо)этан, 4,5-бис(алкилуреидо)-1-алкилимидозолидин-2-
оны, 2,6-диалкил-2,4,6,8-тетраазабицикло[3,3,0]октан-3,7-дион).
7 Впервые в мягких условиях в одну стадию получены 4,5-
диалкилуреидо-1-алкилимидозолидин-2-оны путем конденсации N-
монозамещенных производных мочевины с глиоксалем.
8 Обнаружено протекание обратной реакции конденсации с
образованием новых продуктов (4,5-диалкилуреидо-1-алкилимидазолидин-2-
он), ранее не описанных в литературе, что позволило предположить новый
химизм реакции конденсации глиоксаля с амидами, который поясняет
проведение реакции в избытке амида.
9 Исследовано влияние заместителей у атома азота в производных
2,4,6,8-тетраазабицикло [3,3,0] октан-3,7-дион на процесс нитрования
показано, что диацетил- и дитрет-бутилгликольурилы при нитролизе
образуют динитрогликольурил. При нитровании дибутил-, диоктил- и
динонилгликольурилов образуются 4,8-динитро-2,6-диалкилгликольурилы, в
случае нитрования дибензил- и дифенилгликольурилов получили 4,8-
динитро-2,6-динитроарилгликольурилы.
Список сокращений и условных обозначений
БА – бензиламин;
ББМ – бициклические бисмочевины;
ГА – 2,4,6,8,10,12-гексааллил-2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло-
[5,5,0,03,11,05,9]додекан;
ГАВ (CL-20) – 2,4,6,8,10,12-гексанитро-2,4,6,8,10,12-
гексаазатетрацикло-[5,5,0,03,11,05,9]додекан;
ГБ (HBIW) – 2,4,6,8,10,12-гексабензил-2,4,6,8,10,12-
гексаазатетрацикло-[5,5,0,03,11,05,9]додекан;
ГФ – 2,4,6,8,10,12-гексафурфурил-2,4,6,8,10,12-гексаазатетрацикло-
[5,5,0,03,11,05,9]додекан;
ДГИ – 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-он;
ДИНГУ (DINGY) – 2,6-динитро-2,4,6,8-тетраазабицикло[3,3,0]октан-
3,7-дион;
ДСК – высокоэффективная жидкостная хроматография;
ДТБЭД – N,N’-дитрет-бутил-1,2-этандиимин;
ИК – инфракрасная;
КС ТГП –калиевая соль 1,4-дисульфо-2,3,5,6-тетрагидроксипиперазина;
СОРГУИЛ (SORGUIL) – 2,4,6,8-тетранитро-2,4,6,8-тетраазабицикло-
[3,3,0]октан-3,7-дион;
Ткип – температура кипения;
Тпл – температура плавления;
Тразл – температура разложения;
ТФУК – трифторуксусная кислота;
ЯМР – ядерно-магнитный резонанс.
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.9 (522 отзыва)
4.8 (373 отзыва)
4.9 (66 отзывов)
4.8 (1033 отзыва)
4.5 (9 отзывов)
4.6 (92 отзыва)
4.7 (82 отзыва)
5 (154 отзыва)
4.5 (330 отзывов)
