Синтез, исследование структуры и реакционной способности азот – содержащих йодониевых солей
На протяжении последних десяти лет химия цилкических иодониевых солей стремительно развивалась, однако представители этого класса соединений, содержащие азольный фрагмент в своей структуре редки. В рамках магистерской диссертации разработан метод синтеза новых циклических имидазол содержащих иодониевых солей и продемонстрирована их реакционная способность в реакциях гетероциклизации.
Список сокращений и обозначений ……………………………………………………………………………………………. 13
Введение ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 15
1. Литературный обзор ……………………………………………………………………………………………………………….. 17
1.1. Методы синтеза циклических иодониевых солей …………………………………………………………….. 17
1.2. Реакционная способность циклических иодониевых солей …………………………………………….. 22
1.2.1. Образование ациклических продуктов в реакциях циклических иодониевых солей .. 23
1.2.2. Реакции циклических иодониевых солей с образованием карбоциклических
соединений …………………………………………………………………………………………………………………………… 30
1.2.3. Реакции циклических иодониевых солей с образованием гетероциклических
продуктов …………………………………………………………………………………………………………………………….. 36
2. Экспериментальная часть ………………………………………………………………………………………………………. 42
2.1. Марки приборов, сырье и материалы ……………………………………………………………………………… 42
2.2. Получение арил(имидазолил)иодоний ацетатов 1a-1q …………………………………………………….. 42
2.3. Получение 1-арил-5-иодоимидазолов 2a-2q ……………………………………………………………………… 45
2.4. Получение циклических иодониевых солей 3a-3q ……………………………………………………………. 45
2.5. Получение бенз[d]имидазо[5,1-b]тиазолов 4a-4k………………………………………………………………. 47
3. Результаты исследования. Синтез новых имидазол-содержащих циклических иодониевых
солей……………………………………………………………………………………………………………………………………………. 48
3.1. Получение 1,5-замещенных имидазолов…………………………………………………………………………… 48
3.2. Подбор метода окислительной циклизации 1-арил-5-иодоимидазолов …………………………… 50
3.3. Получение имидазол-содержащих циклических иодониевых солей ……………………………….. 53
3.4. Исследование реакционной способности гетероциклических иодониевых солей …………… 57
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и энергосбережение ………………………………… 62
4.1. Анализ конкурентных технических решений с позиции ресурсоэффективности и
ресурсосбережения ………………………………………………………………………………………………………………….. 62
4.2. SWOT-анализ ……………………………………………………………………………………………………………………. 64
4.3. Оценка готовности проекта к коммерциализации…………………………………………………………… 66
4.4. Планирование научно-исследовательских работ …………………………………………………………….. 67
4.4.1. Структура работ в рамках научного исследования …………………………………………………… 67
4.4.2. Определение трудоемкости выполнения работ …………………………………………………………. 70
4.4.3. Разработка графика проведения научно-исследовательской работы ……………………….. 71
4.5. Бюджет научного исследования ……………………………………………………………………………………….. 75
4.5.1. Сырье, материалы, покупные изделия (за вычетом отходов) ……………………………………. 75
4.5.2. Специальное оборудование для научных (экспериментальных) работ …………………….. 76
4.5.3. Расчет фонда заработной платы…………………………………………………………………………………. 77
4.6. Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования ……………………………………………………………………….. 81
5. Социальная ответственность………………………………………………………………………………………………….. 83
5.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ………………………………… 83
5.2. Производственная безопасность ………………………………………………………………………………………. 84
5.2.1 Анализ вредных и опасных факторов производственной среды ………………………………… 85
5.3. Экологическая безопасность …………………………………………………………………………………………….. 91
5.4. Безопасность в ЧС…………………………………………………………………………………………………………….. 93
Заключение…………………………………………………………………………………………………………………………………. 96
Список публикаций ……………………………………………………………………………………………………………………. 97
Список литературы ……………………………………………………………………………………………………………………. 98
Приложение А …………………………………………………………………………………………………………………………… 109
Приложение Б …………………………………………………………………………………………………………………………… 122
Список сокращений и обозначений
Me – метил
Ph – фенил
Ac – ацетил
p-TsO – п-тозил
DCM – дихлорметан
mCPBA – м-хлоронадбензойная кислота
TfO – трифлил
Oxone – комплексная соль состава 2KHSO5·KHSO4·K2SO4, окислитель
Ar – арил (в случае заместителей)
Et – этил
THF – тетрагидрофуран
DMF – N,N-диметилформамид
PCy3 – трициклогексилфосфин
DCE – 1,2-дихлорэтан
NMP – N-метил-2-пирролидон
dba – дибензилиденацетон
Xantphos – лиганд =
CuTc – 2-тиофен карбоксилат меди(I)
DMA – N,N-диметилацетамид
TBAI – тетрабутиламмоний иодид
t-Bu – третбутил
TBAB – тетрабутиламмоний бромид
1,10-phen – 1,10-феннантролин
DMEDA – N,N’- диметилэтилендиамин
DIPEA – диизопропилэтиламин
HetAr – гетероарил
dppf – 1,1’-бис(дифенилфосфино)ферроцен
TEMPO –
hfip или HFIP – 1,1,1,3,3,3-гексафторпропан-2-ол
TFE – 2,2,2-трифторэтанол
MS – молекулярные сита
ЯМР – ядерный магнитный резонанс
HRMS – масс-спектрометрия высокого разрешения
РСА – рентгеноструктурный анализ
Актуальность исследования. За последние двадцать лет химия
диарилиодониевых солей вызвала большой интерес со стороны ученых-химиков
по всему миру [1-4]. Данный интерес обусловлен высокой реакционной
способностью в реакциях нуклефильного замещения, в том числе в реакциях
арилирования, что находит свое применение, например, в синтезе природных
соединений [5].
Среди огромного разнообразия представителей данного класса соединений
можно выделить циклические иодониевые соли. Данный класс веществ активно
изучается на протяжении последних 10 лет и демонстрирует высокий потенциал
в качестве прекурсора в реакциях получения гетероциклических систем и
функциональных производных бифенилов [6, 7]. Также стоит отметить, что
циклические иодониевые соли зарекомендовали себя в роли катализаторов за
счет возможности образования галогенных связей [8, 9, 10]. Несмотря на
распространенность циклических иодониевых солей в тонком органическом
синтезе, они представлены преимущественно карбоциклическими производным.
Лишь в последние годы внимание исследователей было направлено на изучение
некоторых классов циклическим иодониевых солей с гетероциклическими
фрагментами в структуре, например, пиразольным [11], пиридиновым или
хромоновыми фрагментами [12, 13], c явным преобладанием шестичленных
гетероциклов. Несмотря на то, что имидазольный фрагмент является важным
структурным элементом как в биологически активных соединениях [14,15], так
и в материалах для OLED [16], имидазол содержащие соли остаются
неизвестными, что делает исследования в данном направлении крайне
актуальными.
Целью данного исследования является разработка метода синтеза
имидазол-содержащих циклических иодониевых солей и исследование их
синтетического применение в получении полигетероциклических соединений.
Научная новизна:
1) Разработан метод синтеза нового класса циклических иодониевых
солей, содержащих имидазолильный фрагмент в структуре.
2) Показана высокая реакционная способность имидазолил-
замещенных иодониевых солей в реакциях гетероциклизации с элементарной
серой.
3) Получены и охарактеризованы новые циклические имидазол-
содержащие иодониевые соли (17 соединений) и новые бензо[d]имидазо[1,5-
b]тиазолы (11 соединений), а также новые 1-арил-5-иодоимидазолы (8
соединений) и арил(имидазолил)иодоний ацетаты (8 соединений).
Практическая значимость:
1) Разработан удобный и простой метод синтеза циклических
иодониевых солей, содержащих имидазольный фрагмент в своей структуре с
использование доступной и безопасной окислительной системы Oxone/H2SO4.
2) Разработан доступный метод синтеза бензо[d]имидазо[1,5-
b]тиазолов с использованием элементарной серы в качестве реагента.
Апробация работы. Отдельные части работы докладывались и
обсуждались на International conference «Chemistry of Organoelement Compounds
and Polymers 2019» (г. Москва, 2019 год); XXI Международной научно-
практической конференции студентов и молодых ученых «Химия и химическая
технология в XXI веке» (г. Томск, 2020 год); V Всероссийском конкурсе НИР
студентов и аспирантов вузов России по техническим, естественным и
гуманитарным наукам “Шаг в науку” (г. Томск, 2021 год).
Химия циклических иодониевых солей переживает бурное развитие в
получения данных соединений, а также реакционной способности циклических
иодониевых солей, как в реакциях образования карбо- и гетероциклических
соединений, так и в условиях раскрытия цикла с образованием ациклических
продуктов.
1.1. Методы синтеза циклических иодониевых солей
Впервые синтез циклических иодониевых солей был представлен
Mascarelli и Benati в 1909 году [17]. Иодониевая соль была получена посредством
диазотирования 2,2′-диаминодифенила нитритом натрия в растворе соляной
кислоты, с последующим добавлением иодида калия (Схема 1).
1) Показано, что окисление 1-фенил-5-иодоимидазола доступной и
экологически безопасной системой Oxone/H2SO4 приводит к образованию
аналогов циклических иодониевых солей, содержащих в своей структуре
имидазольный фрагмент.
2) Предложен метод синтеза широкого ряда циклических иодониевых
солей (17 примеров), который включает как производные замещенные по
фенильному кольцу, так и по имидазольному фрагменту.
3) Получены и описаны кристаллические структуры иодониевых солей
3с и 3j с помощью рентгеноструктурного анализа монокристалла.
4) Продемонстрирована реакционная способность нового класса
реагентов в реакциях гетероциклизации в присутствие серы с образованием
бенз[d]имидазо[1,5-b]тиазолов, а также в некоторых других реакциях
гетероциклизации, что однако не привело к желаемым результатам.
5) Предложен метод синтеза бенз[d]имидазо[1,5-b]тиазолов в
отсутствие солей металлов. Получен ряд (11 примеров) соответствующих
бенз[d]имидазо[1,5-b]тиазолов.
6) В результате работы над разделом “Финансовый менеджмент,
ресурсоэффективность и ресурсосбережение” были определены перспективы
для НИП, существующие для него угрозы и возможности, а также рассчитана
себестоимость исполнения работы.
7) В рамках раздела «Социальная ответственность» проработана
нормативная документация, проведена оценка влияния вредных и опасных
факторов на организм человека и окружающую среду, в том числе посчитан
уровень шума в рабочей зоне с учетом работы насосной станции и роторного
испарителя, и предложен ряд мероприятий по профилактике и предотвращению
вредных воздействий и чрезвычайных ситуаций.
Список публикаций
1) Antonkin, N.; Vlasenko, Y.; Yoshimura, A.; Smirnov, V.; Borodina, T.;
Zhdankin, V.; Yusubov, M.; Shafir, A.; Postnikov, P., Preparation and Synthetic
Applicability of Imidazole-Containing Cyclic Iodonium Salts // J. Org. Chem.
2021, 86, 10, 7163–7178.
2) Антонкин Н. С.; Власенко Ю. А.; Постников П. С., Новые циклические
имидазолсодержащие иодониевые соли – кратчайший путь к
полианнелированным гетероциклическим системам // Химия и химическая
технология в XXI веке: материалы XXI Международной научно-
практической конференции студентов и молодых ученых, Томск, 21-24
Сентября 2020. – Томск: ТПУ, 2020 – C. 159-160
3) Antonkin N. S.; Vlasenko Y. A.; Yusubov M. S.; Shafir A.; Postnikov P. S.,
Preparation of fused heterocyclic compounds via iodine exchange //
International conference «Chemistry of Organoelement Compounds and
Polymers 2019»: program and absrtacts, 2019, p.134.
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.7 (82 отзыва)
5 (285 отзывов)
5 (22 отзыва)
4.6 (92 отзыва)
4.6 (71 отзыв)
4.6 (30 отзывов)
4.8 (30 отзывов)
4.9 (20 отзывов)
5 (8 отзывов)
