Новые методы синтеза и модификации гликольурилов в условиях “зеленой химии” с использованием 1-оксиэтилидендифосфоновой кислоты

Актуальность исследования. На основе гликольурилов в промышленных масштабах выпускают вещества, которые нашли применение в качестве дезинфицирующих компонентов, лекарственных препаратов [1, 2], стабилизаторов в синтезе полимеров [3, 4], взрывчатых веществ и их компонентов [5–10], и т.д. В последние десятилетия развивается новое направление в химии гликольурилов – создание макроциклических соединений с уникальными контролируемыми свойствами на основе гликольурила и его производных (кукурбит[n]урилы, бамбус[n]урилы, тиара[n]урилы, «молекулярные зажимы ») и формирование супрамолекулярных систем с их участием [11−18]. Супрамолекулярные вещества, полученные на основе гликольурилов, предложены в качестве материалов со свойствами «молекулярного узнавания», вспомогательных веществ – пролонгаторов для лекарственных препаратов [19–21], компонентов полупроводниковых композиций [22] и молекулярных сенсоров для анализа амфи фильных компонентов [23−26]. Кроме того, известно [26−28], что гликольурилы малотоксичны и не проявляют канцерогенных свойств.
Анализ литературных сведений по химии гликольурилов и супрамолекулярных систем на их основе, показал, что для большинства известных методов их синтеза [29] присущи недостатки: длительное время, использование сильных минеральных и органических кислот или применение сложных каталитических систем в органических растворителях.
Сравнительно недавно в ряде работ установлено, что 1-оксиэтилидендифосфоновая кислота (ОЭДФ) показала себя в качестве удобного «зелено го » катализатора в 3-х компонентных реакциях гетероциклизации с использованием карбонильных соединений с активной метиленовой группой, мочевины и альдегидов [30–32]. Но, на данный момент не известны примеры использования ОЭДФ в качестве катализатора в реакциях 1, 2-дикарбонильных соединений с мочевинами, что подтверждает актуальность темы данной работы.
Целью работы является разработка новых эффективных методов получения гликольурилов и изучение их превращений без использования органических растворителей с применением ОЭДФ в качестве катализатора.
Для осуществления поставленной цели были определены следующие задачи:
1. Разработать метод получения гликольурилов реакцией 1,2-дикарбонильных соединений с мочевинами с использованием катализатора ОЭДФ в воде.
2. Изучить вероятные пути образования гликольурилов в присутствии ОЭДФ в воде, в том числе, путем идентификации побочных и промежуточных продуктов реакций.
3
3. Исследовать вероятные пути синтеза и превращения бициклических бисмочевин на примере тетраацетилгликольурила, нитрозогликольурила и тетрагидроксиметилгликольурила под действием ОЭДФ в воде.
4. Определить возможность применения ОЭДФ в синтезе кукурбит[ n]урилов.
Научная новизна:
1. Впервые разработан высокоэффективный и экологичный метод синтеза
гликольурилов в воде с применением ОЭДФ в качестве «зеленого» катализатора. В ходе изучения процесса образования гликольурилов идентифицированы промежуточные и побочные продукты, на основании чего предложены вероятные маршруты реакций образования гликольурилов.
2. Впервые изучено влияние фос форсодерж а щих катализаторов на ход процесса N-ацетилирования гликольурила уксусным ангидридом, и в результате анализа продуктов данной реакции высказано предположение о том, что с одной стороны ОЭДФ выступает как катали затор, а с др угой сторон ы в едет себ я как ги драли з ую щи й аген т. Предложен а последовательность химических превращений протекания этих реакций, объясняющая двоякую роль ОЭДФ.
3. Впервые показано, что использование ОЭДФ в реакциях N-нитрозирования некоторых гликольурилов обеспечивает существенно лучшие результаты, чем N-нитрозирование в присутствии минеральных кислот.
4. Установлено, что тетрагидроксиметилгликольурил подвергается дегидроксиметилированию, что позволило впервые использовать его в качестве мягкого и селективного метиленирующего реагента для синтеза ряда ароматических аминалей.
5. Найдено, что реакция тетрагидроксиметилгликольурила со спиртами под действием ОЭДФ приводит к образованию алкоксилированных димерных и тримерных продуктов – синтетических предшественников макромолекулярных и супрамолекулярных систем.
6. Обнаружено, что реакция с использованием ОЭДФ может выступать в качестве конкурентноспособного метода синтеза кукурбит[6]урила.