Исследование взаимодействия бета-дикарбонильных соединений, содержащих электроноакцепторные группы, с ароматическими аминами тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

ПЕРМСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ А. М. ГОРЬКОГО

■1

Тг* '"-V

, 71 ^ у

На правах рукописи ВАРКЕНТИН Людмила Ивановна

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ р-ДИКАРБОНИЛ ЬНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, СОДЕРЖАЩИХ ЭЛЕКТРОНОАКЦЕПТОРНЫЕ ГРУППЫ, С АРОМАТИЧЕСКИМИ АМИНАМИ

(02.00.03 — органическая химия)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Пермь —1992

Работа выполнена на кафедре органической химии Пермского фармацевтического института

Научные руководители: доктор химических наук,

профессор Авдрейчиков Ю.С., кандидат химических наук Козлов А.П.

Официальные оппоненты: доктор химических наук,

старший научный сотрудник Якимович С.И доктор химических нарт, профессор Танасэйчук Б.С.

Ведущая организация - Пермский государственный педагогический институт, г.Пермь

Защита состоится февраля 1992 года в 15 часов на_ заседании специализированного совета К 063.59.04 в Пермском ордена Трудового Красного Знамени государственном университете им. А..М. Горького по адресу: 614600, г. Пермь, ГСП, ул.Букирева, 15, ту

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ШУ

Автореферат разослан января 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат химических наук, старший научный сотрудник

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Особое уесто среди поликарбонильних соединений занимают ароилпи-ровинограднае кислоты и их производные. Наличие в этих соединениях трех резко отличающихся по реакционной способности карбонильных групп определяет их богатые синтетические возможности, однако, механизмы реакций р-дикарбонильных соединений, несмотря на юс широкое использование в органическом синтез», изучено совершенно недостаточно по сравнению с монокарбонильными соединениями. Благодаря енолизации и взаимному влиянию двух карбонильных групп, механизмы реакций р> -дикарбонильных соединений с нуклеофильныаи реагентэмя существенно отличаются от механизмов аналогичных взаимодействий монокарбонильных соединения, что подтверждено ранее проведенным изучением в среде протонодонорных растворителей нуклеофильнкх реакций эфиров ароилпировиногрэдных кислот, являющихся наиболее удобной моделью для подобных исследований. Структурные особенности субстратов предполагают течение реакции через циклические переходные состояния, которые могут быть выявлены липь в среде апретонных растворителей. Поэтому представляется целесообразным изучение кинетики вышеуказанной реакции в серии апретонных: специфически и неспецифически сольватирущих растворителей различной полярности с целью получения данних, более точно идентифицирующих механизм реакции. Знание механизма взаимодействия эфиров ароиллировиногрчдних кислот с нуклеофильными реагентами дает возможность оптимизировать процесс получения производных ароилпировиногрэдных кислот, в то» числе и обладающих высокой биологической активностью и перспективой для практического использования.

Тяким оЗразом, исследование особенностей механизмов реакций аро-илпкрови-'оградных кислот и их производных с нуклеофкльныыи реагентами з растворителях различной полярности является актуальным как с теоретической, так и с практической точек зрения.

-Юь работа. I. Исследование кинетическим методом механизмов реакций эфиров ароилпировиногрэдных кислот с ариламянами в водно-спиртовой среде, толуоле, диокссне, хлорбензоле и его смесях с цик-логексаноы в присутствии катализаторов - карбоновых кислот. 2. Изучение особенностей катализа вышеуказанных реакций в среде различных растворителей, 3. Оценка влияния среды на механизм исследуемых реакций.

Научная новизна. Впервые подробно изучена кинетика катализируемой карбьновыми кислотами реакции эфироа ароилпировиногрэдных кис-

лот с арилашшаыи в серии специфически и неспецифически сольшт;гру-юцих растворителей различней полярности. В каядой реакционной серии установлена лимитирующая стадия реакции и предложен вероятный механизм. Исследованы особенности катализа реакции карбоновыш кислотами в зависимости от природа растворителя и характера заместителей в субстрате.

ГЬа,':тичесгягя значимость. Полученные даншз разЕ!;з£:от теореткчз-скиз представления о хклаи енолизовангах -дихарбонильных соединений. Результаты кшетпчесхих исследований реакция зфкров арокл-пировкноградных кислот с арилакинани когут бить кепользоганы для целенаправленного синтеза биологически активных гетероциклических соединений на основе производных ароклпкрокшоградных кислот и других енолизовавдах 1,3-дихарбонильнах соединений.

Гсублккапип. По материалам работы опубликована 4 статьи в центральной печати.

.Апробация. Результате работа долокены на Всесоюзной конференции по химки непредельных соединений (г.Казань, 1986 г.), на I Уральской конференции пЕнагжиы в органическом синтезе" (р.Пзр'^ь, 198ог»), а такга ка итоговых научнах конференциях профзссорско-прсподаЕатель-ского состава Периского фармацевтического шетигута 1982-1983 года.

Структура и объем работы. Диссертационная работа обг^ш обге^с;: У25" страниц шешопкеного текста состоит из вЕедгния, литоратур-ного обзора, обсуждения результатов собственных исследований, экс-паркмзитсльной части и выводов, содзргшт 14 рисункоз, 14 таблиц. Список литературы включает 195 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

Нэучекиз механизма и катализа реакции офиров ароилпировино-градных кислот с ароматическими аминами в различных растворителях.

Спвктрафотомг-гркчасккы методом изучена кинетика реакции офирос ароклпировнногредшга кислот (1а-о) с арсматичэсккги ежз-шш в 80$ этаноле зз прасутстэки катализаторов - карбоноБЫХ кислот, приводимая к образован}® метиловых вфиров 2—арилаы1Шо-4-оксо-4-аркл-2-бу?с>-новнх кислот по схеае: НМАг

R'COOH п-й^-С^ ^С-СООСНЦ

.сил

0И ОН

-я,0

10-е

1Г

(О

£=0СН3(1а, Ша), СИ3 (16, Иб), Н (1в, Ша), С1 (1г, Иг), Вг (1д, Шд), М02 (1с, Ша)

АГ=С2Н5, П-СН3С6Н4, П-0СН3С6Н4.

Методика идентификации кеханизка кислотного каталка заюшчаотсл в исследовании зависимости скорости реакции от концэнтрацми буфера, содержащего общий кислотный катализатор, при постоянном значении рН. Экспериментально были определены интервалы изменения концентраций и СН3СООН при их постоянном соотношении, где рН практически но меняется.

!1з рис. I видно, что значения Ну практически не зависят от згз-менения СН3СООН при рН 5.45. Таким образом, реакция наиболее зф-фективно катализируется сольватировзншм протоном, т.е. для нее характерен специфический нислоттай кателиз.

t-a к

-tfl 1,5 1-Ы+,сшм] 3 ч í>- р"

Рис. I. Зависимость 1г= л2/(коль2, с) от изменения

концентрации ~ С6Н5МН2 CH3GOOH (моль/л) при рН 5.45 в реакции зфиров ароилпкровшгаградных кислот (la-e) с анилином. Здесь и на рис. 3 номера точек соответствуют номерам соединений в схема (I).

Рис. 2. Зависимость Üиабл (с-1) от рН для реакции э$ира бензо-илпировиноградной кислоты (Is) с анилином, C6H5fJH2 - 0,47 моль/л, СН3СООН -'0,42-8,3 моль/л

Зависимость k набл от рН (рис. 2) монет быть обусловлена или ионизацией реагентов, или сменой лимитирующей стадии реакции, или же одновременным влиянием этих «факторов.

При увеличении концентрации катализатора наблюдаются значительные отрицательные отклонения от линейности (рис. 3).

-ií ~1а

-Г« :ir le

Рис. 3. Зависимость констант скорости второго порядка kj от концентрации ионов [Н*-] в реакции эфи-ров ароилпировиноградных кислот (la-e) с анилином.

0,5-Гг

Наклон линий на рис. 3 представляет собой каталитическую константу скорости реакции. Прохождение линий зависимости через начало координат свидетельствует о незначительном вкладе некаталитической реакции. Уменьшение наклона линий при увеличении является

доказательством смены лимитирующей стадии и протекания реакции с образованием стабильного промежуточного продукта.

Методом ШР спектроскопии в Ъ, содержащем 20% в отсутствие кислотных катализаторов не удалось зафиксировать накопление промежуточного продукта, что позволяет окончательно выбрать из двух альтернативных механизмов, описывающихся одним и тем же кинетическим уравнением, один, выючдаций зависимую от кислотного катализа стадию присоединения и менее чувствительную к нему дегидратацию.

Реакция эфиров (1а-е) с анилином в исследуемом интервале рН (рис, 3) удовлетворительно описывается уравнением стационарной скорости:

(.¿н-Н^си

где и - константы скорости хислотно-катализируемой обратимой стадии присоединения, %,¿- константа некатализируемой дегидратации, константа скорости кислотно-катализируемой дегидратации.

Уравнение (2) может быть преобразовано в уравнение:

(2)

где

й-

L £

-i

(3)

Из уравнений (2) и (3) следуот, что наклон линий на рис. 3 при небольпих концентрациях [Н4"] дает прмблияеншо значения , а в интервале [Н*] 1*Ю~4-2«10-^ - приблкйвнныа значения И къ , Экстраполяция прямолинейного участка кривой на ось ординат дав® отрезки, соитветсгвущнэ • Значения , Й • рассчи-

таны методом последовательной аппроксимации. Аналогичный образом обработаны кинетические данные, полученные при исследосанки реакции эфиров ~(1а-е) с п~толуидшоы и п-анизндкноа (табл. I)

№ со-еди-не- НЙЯ Анилин п- Толундин п-Анкзидаш

. 8 ы (И/5 а, 1(<02 К-ю2 (Ц-п* Й1

1а 16 19 1г 1Д 1е 0СН3 сн3 н С1 ВЬ мо2 11,20 2,75 3,39 3,70 3,00 6,50 17,3 . 9,0 8,5 7,2 8,0 13,0 65,0 28,8 28,0 21,8 28е0 55,0 19.0 6,0 6,3 7.3 7.4 11.1 38.0 12.1 12,0 10,0 9,9 14,0 245 115 106 80 81,5 132 36.4 12,0 12,6 12,6 13.5 15,5 52.0 16,5 16,4 12.1 12,2 16,1 741 390 324 276 310 3)1

Следует отметить, как и б случаэ реакции арила^идов арошшвроги-ногрэдных кислот с ароматическими штамп, что стадия лрисоодннгняя более чувствительна к кислотно:,!у катализу, чем дегидратация в отличие от соответствующих реакций конокарбонильных ссвдниет;Я, в которых обычно наблюдается обратная чувствительность стадий к кислотному каталкзу. Малая чусствитальность стедгп дэгвдратация к гагаягау может объясняться внутримолекулярными споцЕфячгскЕДО сзагмод'гйствй-.тлл в промежуточном нарбкнодамино (Ю, стабилиз'фующиин уходглцую гидроксильную группу.

МАг

IV

Константа (см.таблигу) в отличие от констант стадии дегидратации являатся истинными константами кислотно-катадетичэского присоединения соответствующих ямикав к эфирам (1а-о). Из ркс. 4

p í

видно, что величины для реакции с тремя иуклеофилышм« ре-

агентами линейно зависят от <Т -констант для всех R в эфирах (1б-е), за исключением соединения (1а), содержащего элекгронодонор-шЯ зшэстнтель(К=ОСНд), наиболее склонный к прямому полярному сопряжению с реакционным центром. Значения J> , г и S для реакции вфироа (Ia-е) соответственно с анилином, п-толундинсм и п-анизиди-ном равны 0,41, 0,29, 0,12; 0,988, 0,985, 0,960; 0,020, 0,016, 0,011.

i 5

<\í t

i o

0,5

o c,¿ й,ч 0,6 С

от (Г -констант заместителей эфиров

Ряс. 4. Зависимость ig ^

ароилпировиноградшх кислот (Ia-е); реакция с анилином (I), п-тслуидиноы (2), п-анизидином (3).

На основании работ, касающихся исследования реакции арилемкдоп АПК с ариламкнами и в соответствии с представлениями о механизме специфического кислотного катализа, стадия присоединения аминов к ефирам (Ia-е) в специфически сольватируемой среде можно представить следующей схемой: ^

АИ'П

-COOLHч

1 -+ НА

Ясс

n-RQH^f-coöWj

Ki

НА

As.

tóíNfü

n-RCA

fir

HN*H

jchj

C-COOCH;

n-RQUv-C'

OH

UrW:

CHv

>C-COOCH^ П-R

OH

OH 'CH

J

M

Ar

I

HNl-i

flpNHi

OH

/Jr NU

.CH,, OH OH

n-«CbHv-C

OH

HA

VC00CHb CH

:H)

Д

Нуклеофильной атаке при специфическом катализе может подвергаться и неразделенная ионная пара (Кэ) и катион (К^). Последний является более реакционноспособнш и поэтому К2 в значительной степени определяет суммарную скорость присоединения. Для протоннрованиых зфиров (Ia-е) можно представить в отличие от монокарбонильных соединений, два основных типа стабилизации за счот делокализации положительного заряда.

СИ ^сн.

п-РС,Н,-С''"\С-С00СНь СИ 0< >С--"''Р-С0ХН3

6 4 I', ¡I 5 l¡ +

он он он он

А Б

Большая степень делокализации положительного заряда в структура Б должна с одной сторона приводить к уменьшению реакционной способности катиона, но этот же эффект должен способствовать и разделен™ ионной пары, т.е. увеличения Kg. Последний фактор и определяет аномальное увеличение скорости присоединения для соединения (1а). Данные исследования синхронного общего кислотного катализа присоединения ароматических аминов к d-карбонильной группе ариламидов аройлпировиноградных кислот, где не наблюдается отклонений от линейной зависимости üy <Г для всех переменных R в ароильном фрагменте, являются подтверждением предложенной интерпретации результатов.

Известно, что эфиры АПК в отсутствие катализа взаимодействуют с ариламинами лииь в очень жестких условиях (80-90еС, реагент является и растворителем). Причиной этого является наличие прочной внутримолекулярной водородной связи (ШВС), стабилизирующей енолъ-нуга форму производных АПК.

Таким образом, эффективность кислотного катализа реакции зфиров АПК с аминами обусловлена не только увеличением злектрофильностя реакционного центра (Х-углеродного атома), но и раз рулением EffiC, дестабилизирующем исходное состояние субстрата.

С целью оценки влияния изменения среды от полярной протонодонор-ной к неполярной апротонной на особенности течения изучаемого процесса была изучена кинетика реакции эфиров АПК (Ia-е) с анилином в присутствии карбоновых кислот (уксусной, триметилуксусной, диброц-уксусной) в толуоле. р

Каталитические константы скорости кл для катализа уксусной, триметилуксусной и дибромуксусной кислотами приведены в таблице 2.

Каталитические константы скорости (

2 Таблица 2

ыоль^. с

) реакции

эфиров ароилпировинограднах кислот (1а-е) с анилином, толуол, 25°

к-ю4

катализатор (сн3)3с-со6н катализатор СН3СООН катализатор СИВг2СООН

сн^о сн, н С1 Вг N02 6,15 ±0,22 1,61 * 0,08 2,92 ± 0,70 8,91 ± 0,74 5,36 ± 0,39 2,56 ± 0,13 2,51 ± 0,08 2.69 ± 0,32 3.70 ± 0,52 10200 3350 990 490 570 70

Значения Ц для первых двух кислот вычислены из наклонов линейных зависимостей Л* от т (концентраций соответствующих кислот, моль/л). Это обстоятельство свидетельствует об отсутствии влияния димеризации кислот, вклада, общеосновного катализа нуклеофильным рзагенгоы, ассоциации нуклеофильного реагента и катализатора на каталитическую активность последнего и позволяет считать для уксусной и триметилуксусной кислот, вычисленные этим способом, истин-кш каталитическими константами скорости.

При катализе более сильной дибромуксусной кислотой имеет место ассоциация катализатора с нуклеофильным реагентом и солеобразованиеы Вследствие этого уменьшается наклон линейных зависимостей наблюдаемых констант скорости от концентрации катализатора при увеличении концентрации нуклеофильного реагента. Истинные каталитические константы скорости для этой реакции (катализатор - дибромуксусная кислота) были вычислены со уравнению:

-/ * _ к1 к

ГГЪ Ъ ' <5>

где - везущаяся каталитическая константа скорости, вычисленная из наклона линейной зависимости от концентрации диброкук-сусной кислоты, ЬА - истинная каталитическая константа скорости, К - константа равновесия взаимодействия катализатор-нуклеофильный реагент.

При анализе данных таблица установлено, что при катализе

дибромуксусной кислотой удовлетворительно линейно коррелируют с константами заместителей Гаммета ( =-1,77; J> =-I,94¿0,23 г =0,973; 5=0,19). В случае катализа уксусной (рис. 5, кривая I) и триметилуксусной кислотами (кривая 2) эта зависимость является более сложной и характеризуется минимумом в точка, соответствующей незамещенному соединению, дчто для рассматриваемой реакция, как и вообще для реакций карбонильных соединений, связано с изменением механизма катализа лимитирующей стадии реакции.

Рис. 5. Зависимость логарифмов каталитических . констант скорости tfl реакции эфиров АПК (1а-е) с анилином при катализе уксусной (I) и триметилуксусной (2) кислотой от констант заместителей Гадаета. Номера точек соответствуют номерам соединений в схема I.

Для реакций монокарбонильных соединений с нуклеофильными реагентами в апротонной среде лимитирующей стадией реакции является; как правило, разлосение тетраэдрического промежуточного продукта; з настоящем случае это стадия дегидратации. На лимитирующий характер стадии дегидратации при реакции эфиров (Ia-е) с анилином указывает отрицательное значение константы реакции J3 при каталгае дибромуксусной кислотой, где характер заместителей в субстратах (la-e) не влияет на механизм реакции. Значительная отрицательная величина константы реакции свидетельствует о развитии в переходном состоянии на реакционном центре положительного заряда, стабилизации которого способствуют электронодонорные заместители.

При катализе уксусной и триметилуксусной кислотами отрицательное значение J) характерно только для эфиров (Ia-в) с электронодо-норными заместителями (рис. 5), для которых механизм реакции, по-видимому, совпадает с таковым для катализа дибромуксусной кислотой,

Карбоновые кислоты, как известно, проявляют свойства как обцэ-кислотных, так и бифункциональных катализаторов. В напем случае коэффициент Бренстеда сС, вычисленный для соединения 1а, которое характеризуется неизменным механизмом для трех исследуемых катали-

заторов9 равен 0,57, что свидетельствует о высокой степени переноса протона от катализатора к субстрату в переходном состоянии и может служить подтверждением общего кислотного характера катализаторов. Исходя из представлений о механизме общего кислотного катализа, стадию дегидратации ыокно представить схемой:

.сн

л-ЯСД-С*

он

чс-соосн,

I 3

он _

II

RC00H

сн

л - R С, Нг С ' ^ -COOCHj

г.

он

о;

л -VH

V

R'

п-РХНгС *С-С0Щ , . RC00H ь ♦ II I +RCOO --

Ь Ч 11

.сн

v4C-C00CH,

(6)

Некаталитическая дегидратация (структура 1У) в настоящем случае практически не проявляется. Стадийные реакции карбонильных соединений ыогут протекать как через полярную, так и через неполярную формы тетраэдрического промежуточного продукта. Когда рК& сопряженной кислоты нуклеофильного реагента много меньше, чем рК& уходящей группы, Солее выгодна неполярная форма (рКа CgHgMHg (4,53 рКа ЮН (14)).

Этот факт служит подтверждением структуры карбиноламина П (схема I, S). Делокализация положительное заряда в переходном состоянии У согласуется с высокой чувствительности: скорости реакции к характеру заместителя в субстратах (1а-е).

Наиболее вероятной причиной аномального увеличения скорости реакции для соединений с элекгроноакцепторнымй заместителями (1г-е) (см. рис. Б) может стать проявление в среде толуола бифункциональной природа катализаторов - карбоновых кислот, что мовно представить следующей структурой переходного состояния:

.CHvMHC^í -¡ ф

-С* 'C-CCOCl^ I ^ О

к И к'

n-RCJi,

О бифункциональном катализе в переходном состоянии говорит следующее. Элекгроноакцепторные заместители в эфирах (Ia-е) затрудняют течение дегидратации. Переходное состояние типа (У) в этом случае должно становиться более продуктеподобным, то есть Долено характеризоваться уменьшением порядка связи С-0 мехду уходящей группой и субстратом, увеличением степени переноса протока от катализатора i< уходящей группе и увеличением положительного заряда на у-карбонильном кислороде» Последние два фактора делают благоприятным дополнительный перенос протона от кислорода ^-карбонильной группа в субстрате к карбонильной группе в катализаторе, что приводит к образованию более стабилизированного переходного состояния (У1), характерного для бифункционального катализа. Последнее проявляется в появлении изломов на корреляционном графине Íj¿4-<T при катализе уксусной и триметилуксусной кислотами (рис. 5). У дпброцуксусной кислоты значение рКа значительно ниже, чем у уксусной и триметил-уксусной кисло?, чго облегчает перенос протона от катализатора к субстрату, но заметно более низкая основность кислорода карбонильной группы затрудняет обратный перенос протона и образование циклических перзходных состояний типа У1. Именно поэтому дибронуксус-ная кислота в исследуемой реакции участвует как общекислотный катализатор для всех эфиров (Ia-е), и корреляция С* линейна.

Для получения данных, позволяющих с большей достоверность» идентифицировать механизм катализа, реакция эфиров (1я,з,э) с анилином была изучена в серии апротонных неспецифически сольватирую-щих растворителей (хлорбензол и его снеси с циклогексаноу), a тан-К8 в среде специфически сольватирующего диоксана. Полуденные данные сопоставлены с результатами, полученными ранее для толуола, и представлены в таблице 3.

Таблица 3

Каталитические константы скорости реакции ( $д»104, л/'моль^-с) эфиреэ ароилпкровиноградных кислот (la-e) с анилином в различных растворителях, 25°С

№ Растворитель £ -I 2е +1 R-CHgO (1а) К=Н (1в) R»W02 (le)

I 2 3 4 5 6

I. Диоксан 0,188 0,086*0.003 0,047^0,008 0,036^0,004

2. Толуол 0,244 8,91*0,743 2,56±0,I33 3,70*0,523

Продолжение таблицы 3

I г 3 4 Б 6

3. Хлорбензол+ 0,200 зо,о£\ю 25,6*0,30 95,8*1,80

цкклогексан

1:10

4. Хлорбензолч- 0,288 9,78*0,41 7,67*0,33 20,2*1,13

циклогексан

Б. Хлорбензол 0,349 3,65*0,54 2,82*0,35 5,35*0,70

Данные таблицы обработаны по уравнению Кирквуда:

где ка и I, - константы скорости в среде с диэлектрической постоянной £ ив газовой фазе, (> - параметр, характеризующий различие в полярностях исходных реагентов и переходного состояния на лимитирующей стадии реакции.

Уравнение Кирквуда удовлетворительно соблюдается только для не-спецкфичэски сслъватирующих растворителей. Для значений в

толуоле, проявляющем для исследуемой реакции свойства слабо специфически сольватирукщего растворителя, и особенно в диоксане (рис. 6) наблюдаются значительные отрицательные отклонения от линейной зависимости. Такая закономерность свойственна для реакций, идущих через циклические переходные состояния. Значительные по абсолютной величине отрицательные значения Ь (1а: ¿=-6,13; 1=0,998, £=4,3-Ю~2; Iв: $=-6,41, 1=0,999, ¿=3,41. Ю-2; 1е: ¿«-8,36, г =0,996, £-4,80-10"^) соответствуют обычно наблюдаемым значениям этого параметра при образовании восьми-десятичленных переходных состояний и свидетельствуют о высокой степени переноса в них протона, препятствующего разделению зарядов.

В данном случае не наблюдается разнонаправленного влияния полярности неспецифически сольватирующих растворителей на стабилизацию переходных состояний У и У1, что свидетельствует об однородном механизме катализа, имеющем в изученных условиях бифункциональную природу, как для электронодонорных (1а), так и для электроноакцеп-торных заместителей, то есть о преимущественном течении реакции, независимо от характера (1 чзрез структуру У1.

2.0 «Г-

I

4о 0,5' 0;

-1- о

•_

0,2 0,Ь 0,1

Рис. 6. Зависимость каталитических констант скорости реакции зфиров АПК (1а,в,е) с анилином от функции Кирквуда. Номера точек соответствуют номерам соединений в схеме.(£)

Как и в толуоле, во всех использованных растворителях уравнение Гаммета не соблюдается (рис. 7).

д Ьг а 1!> 0 1г,д э 1е

О 0,5 1,0 о"

Рис. 7. Зависимость каталитических констант скорости реакции

эфиров АПК (1а,в,е) с анилином от (Г -констант Гаммета. Номера точек соответствуют номерам соединений в схеме, номера линий зависимости - порядковым номерам в табл. 3.

При уменьшении значений £ для неспецифически сольватирующих растворителей от хлорбензола до смеси циклогексана с хлорбензолом при соотношении 10:1 проявляется тенденция к увеличению скорости реакции для соединения 1е относительно 1а при общем ее возрастании. В диоксане, где образование циклических переходных состояний за-

1,0

од о -1

труднено, наблюдается обратное явлениа и, следовательно, преобладает общий кислотный катализ (У, схема б).

Таким образом в протоинертных средах ассоциация является неотъемлемым свойством. Из возможных типов ассоциации, приводящих к структуре У1, электроноакцепторные заместители способствуют ассоциация гидроксила в положении 4 промежуточного тетраэдрического продукта (П) и кислорода карбонильной группы катализатора.

При уменьпении £ протокнзртного растворителя и при введении электрокоакцепторного заместителя в кислоту прочность водородной связи уменьшается. Дегидратации же способствуют электронодонорные заместители. Наблюдаемое значение у> будет складываться из чувствительности реакции к ассоциации и к разрыву СтО. В зависимости от того, какой из этих процессов превалирует при дегидратации, следует онвдать относительного уменьшения или увеличения скорости реакции при изменении (? . Для специфически сольватирующих растворителей эти рассуждения неприемлемы.

вывода

1. Спектрофотометрическим методом исследована кинетика реакции эфиров ароилпировиноградных кислот с анилином, п-толуидином и п-анизидином в &Ж этаноле в интервале рН 2,6-5,45. При значениях

рН < 4 лимитирует скорость реакции стадия дегидратации аминов, а при увеличении рН скоростьопределяюцей является стадия присоединения. На стадии присоединения характерным является специфический кислотный катализ. В исследуемом интервале рН реакция удовлетворительно описывается уравнением стационарной скорости.

2. Анализ совокупности литературных данных и вновь полученных результатов позволил предложить детальную схему присоединения арил-аминов к енолизованной оС-карбонильной группе эфиров ароилпировнноградных кислот, сопровождающуюся специфическим кислотным катализом.

3. Спектрофотометрическим методом в среде толуола изучена реакция эфиров ароилпировиноградных кислот с анилином, катализируемая серией карбоновых кислот. Установлено, что лимитирующей является стадия присоединения амина к углероду енолизованной .¿-карбонильной группы субстрата. В зависимости от характера заместителей в эфирах ароилпировиноградных кислот и карбоновых кислотах механизм катализа мокет меняться от общего кислотного до бифункционального.

4. Исследована реакция эфиров ароилпировиноградных кислот с анилином, катализируемая уксусной кислотой, в среде апротонных рас-

творителей различной полярности и сольватирущей способности (хлорбензол, циклогексан и их смеси, диоксан, толуол). Результаты обработаны по уравнениям Гаммета и Кирквуда. Последнее уравнение соблюдается только для неспецифически сольбатирувщих растворителей. Диоксан и толуол проявляют свойства специфически сольватирующих растворителей. Полученные данные свидетельствуют о преимущественно бифункциональном механизме катализа реакции уксусной кислотой п неспецифически сольватирутмцих растворителя:!.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Козлов А.П., Варкектин Л.И., Андрейчиков Ю.С./Исследование механизмов реакций 1,3-дикарбонкльных соединений с нуклеофильными

реагентами. I. Особенности механизма и катализа присоединения ароматических аминов к енолизованной карбонильной группе зфи-ров ароилпировиноградных кислот. // Жури, органич. химии. 1984. Т.20. Вып. 10. C.2I9&-2204.

2. Козлов А.П., Варкентин Л.И., Андрейчиков Ю.С. / Исследование механизмов реакций 1,3-дикарбонильных соединений с нуклеофильными реагентами. П. Кинетика реакции эфзгроз ароилпировиноградных кислот с анилином в толуоле з присутствии карбонових кислот. Влияние структуры субстрата и катализатора на механизм катализа. и Нурн. органич. химии. 1936. Т.22. Вып. 2. С.354-359.

3. Козлов А.П., Еаряенгин Л.И., Андрейчиков Ю.С. / Исследование механизмов реакций I,З-дикарбонильнкх соединений с нуклеофмльны-ми реагентами. IX. Влияние характера растворителя на особенности механизма катализируемой уксусной кислотой реакции зфкров ароилпировиноградных кислот с анилином, // ЗДурн. органич. химик. 1989. Т.25. Вып.9. C.I99I-I995.

4. Козлов А.П., Варкентин Л.И., Андрейчиков B.C. / Влияние среды на механизм и катализ реакции офиров ароилпировиноградных кислот с ароматическими аминами. У/ В кн.: Получен1!э биологически активных продуктов органического синтеза. г.Свердловск. УО

АН СССР. 1988. С.41-48.

5. Козлов А.П., Рябова В.В., Варкентин Л.И. / Кинетика образования енаминонегонов нз J> -дшсарбонильных соединений в толуола // Енамины в органическом синтезе: I Уральская конф. Тез. докл. Пермь. 1986. С.59.

6. Козлов А.П., Рябова В.В., Варкентин Л.И., Андрейчиков Ю.С. / Кинотика и мехпнигн нунлеофгаьного замещения ОН-группы при двойной связи в 2-окси-4-охсо-4-зрил-2-бутеновнх кислотах и гас ■про-

кзводных // Химия непредельных соединений. Конференция, посвященная памяти Бутлерова. Тез. докл. Казань. 1986. Т.2. С.120.

ВАРКЕНТИН Людмила Ивановна

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ й-ДИКАРЮНИЛЬНыХ СОЕДИНЕНИЙ, СОДЕРЖАЩИХ ЭЛЕКТРОЮАКЦЕПТОРШЕ ГРУППЫ, С АРОМАТИЧЕСКИМИ АМИНАМИ

(02.00.03 - органическая химия)

Печ.л.I За к. 5