Реакции тетрафтороборатов арилдиазония с аллильными соединениями и солями неорганических и органических кислот тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»

рГ/?

Ь Он

Загричук Григорій Ярославович

УДК 547.32+547.556.7

РЕАКЦІЇ ТЕТРАФТОРОБОРАТІВ АРИЛДІАЗОНІЮ З АЛІЛЬНИМИ СПОЛУКАМИ ТА СОЛЯМИ НЕОРГАНІЧНИХ І ОРГАНІЧНИХ

КИСЛОТ

02.00.03 - органічна хімія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук

Л

Львів — 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі хімії Тернопільського державного педагогічного університету ім. Володимира Гнатюка Міністерства освіти України

Науковий керівник:

доктор хімічних наук, професор Грищук Богдан Дмитрович,

Тернопільський державний педагогічний університет ім. Володимира Гнатюка, завідувач кафедри хімії

Офіційні опоненти:

доктор хімічних наук, професор Новіков Володимир Павлович,

Державний університет “Львівська політехніка”, завідувач кафедри технології біологічно активних сполук, напівпродуктів та барвників

кандидат хімічних наук, доцент Біла Євгенія Євгенівна,

Львівський Національний університет ім. Івана Франка доцент кафедри органічної хімії

Провідна установа:

Інститут фізико-органічної хімії та вуглехімії

ім. Л.М.Литвиненка НАН України, відділ хімії азолів

Захист дисертації відбудеться 3 квітня 2000 року о 1500 год на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.01 у Державному університеті “Львівська політехніка”: 79013, м. Львів-13, пл. Св. Юра, 3/4, ауд. 240.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Державного університету “Львівська політехніка” (вул. Професорська, 1)

Автореферат розісланий 1 березня 2000 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 35.052.01, кандидат хімічних наук, доцент

В.Й.Скорохода

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ.

Актуальність роботи. Реакції аніонарилювання (частковим випадком якої є реакція Меєрвейна) і Зандмеєра виявились цінними синтетичними методами, що дозволяють на основі доступних вихідних речовин одержувати в одну стадію важкодоступні поліфункціональні сполуки аралкільного ряду. Останні знайшли застосування в тонкому органічному синтезі для одержання речовин, що представляють практичний інтерес.

З широкого кола ненасичених сполук, що вводились в реакцію аніонарилювання, алільні системи вивчались в працях Ганущака М.І.. Обушака М.Д. зі співробітниками та Грищука Б.Д. зі співробітниками. Ними проведені систематичні дослідження хлорарилювання алілгалогенідів, алілового спирту, його етерів та естерів, частково досліджувались деякі алільні сполуки в реакції тіоціанатоарилювання.

Оскільки реакція аніонарилювання дозволяє вводити у вуглецевий скелет молекул ненасичених сполук крім арильної, ще і функціональні групи (зокрема тіоціанатну або ізотіоціанатну), значний практичний і теоретичний інтерес представляє дослідження в ній систем, що містять в своєму складі два реакційні центри - 3-йодпропен, алілгліцидиловий етер, М-алілакриламід, діалілоксид і діалілсульфід, які до цього часу в реакції тіоціанатоарилювання не вивчались. Введення в реакцію аніонарилювання таких ненасичених систем значно розширює її синтетичні можливості.

На даний час систематично не вивчені реакції ароматичних солей діазонію з різними нуклеофілами у відсутності ненасичених сполук в умовах реакції аніонарилювання. Такі дослідження шляхом введення солей неорганічних і органічних кислот зможуть розширити межі використання відомої реакції Зандмеєра.

Робота виконана згідно напрямку держбюджетної теми № 78-Б "Синтез на основі реакції аніонарилювання функціалізованих похідних алканів - дитіокарбаматів, ксантогенатів, дитіофосфатів, тіоціанатів та вивчення їх антимікробних властивостей", що входить в програму "Нові біологічно активні речовини та екологічно безпечні технології для медицини, сільського господарства і захисту матеріалів від біопошкоджень".

Мета роботи. Синтез нових важкодоступних аралкільних тіоціанатів на основі реакції аніонарилювання алільних сполук, що містять два реакційні центри; розширення списку аніоноїдних реагентів в реакції Зандмеєра шляхом використання солей неорганічних і органічних кислот.

Наукова новизна. Вперше систематично досліджено взаємодію тетрафлуороборатів арендіазонію з 3-йодпропеном, алілгліцидиловим етером, М-алілакриламідом, діалілоксидом і діалілсульфідом в присутності тіоціанат-аніону. Показано, що тіоціанатоарилювання алілгліцидилового етеру проходить практично однаково як в каталітичних, так і

некаталітичних умовах, що є новим прикладом некаталізованої взаємодії ароматичних солей діазонію з иенасиченими сполуками в присутності зовнішніх нуклеофілів. На прикладі діалілоксиду, діалілсульфіду і № алілакриламіду встановлено, що при наявності в молекулі ненасиченої сполуки двох однакових або різних за реакційною здатністю кратних зв’язків процес тіоціанатоарилювання відбувається за участю лише одного.

Систематично досліджена взаємодія ароматичних солей діазонію із нуклеофілами різної сили. Розширено межі використання відомої реакції Зандмеєра шляхом введення різних солей неорганічних і органічних кислот. Встановлено, що у присутності сильних нуклеофілів дані реакції відбуваються і у відсутності каталізаторів. Встановлені закономірності перебігу реакції ароматичних солей діазонію з різними нуклеофілами дали підстави запропонувати ймовірну інтерпретаційну схему цієї реакції в каталітичних і некаталітичних умовах.

Практична цінність роботи. На основі реакції аніонарилювання розроблені зручні одностадійні методики синтезу цінних важкодоступних поліфункціональних аралкільних тіоціанатів та похідних аренів. Знайдено умови регіоселективного і регіонаправлсного введення тіоціанатної і арильної груп у вуглецевий скелет алільних сполук, що робить можливим синтез речовин необхідної структури.

Досліджено біологічну активність отриманих речовин. Показано, що значна частина синтезованих сполук має яскраво виражені антигрибкові властивості. Встановлена залежність між будовою і фізіологічною активністю сполук. Знайдено, що синтезовані (О-алкіл)фенілдитіокарбонати володіють протизношувальними властивостями, а (О-н-бутил)фенілдитіокарбонат за протизношувальною активністю знаходиться на рівні промислової присадки Л3-23К.

Конкретний особистий внесок дисертанта у розробку наукових результатів. Дисертантом виконана основна частина експериментальної роботи, проведено обговорення та узагальнення отриманих результатів, сформульовано наукові положення та висновки дисертаційної роботі.

Апробація роботи. Основні положення дисертації доповідались на XVIII Українській конференції з органічної хімії (м. Дніпропетровськ, 1998 р.), XII Міжнародній конференції хімії фосфоровмісних сполук (м. Київ, 1999р.), наукових конференціях викладачів Тернопільського державного педагогічного університету ім. Володимира Гнатюка (1996-1999 рр.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 14 статей, в тому числі 2 тез доповідей.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 132 стор. друкованого тексту і складається із вступу, п’яти розділів, висновків та списку цитованої літератури з 128 джерел, містить 16 рисунків, 28 таблиць.

з

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ ТІОЦІАНАТОАРИЛЮВАННЯ АЛІЛЬНИХ СПОЛУК

Літературні дані свідчать, що в реакції тіоціанатоарилювання були вивчені 3-флуор(хлор, бром, ізотіоціанато)пропени, аліловий спирт та його естери. Алільні сполуки з двома реакційними центрами, зокрема 3-йодпропен, алілгліцидиловий етер, М-алілакриламід, діалілоксид і діалілсульфід, в ній не вивчались.

З метою розширення синтетичних можливостей реакції аніонарилювання та встановлення нових закономірностей її перебігу нами введено в неї 3-йолпропен.

Встановлено, що тетрафлуороборати арендіазонію взаємодіють у водно-ацетоновому (1:3) середовищі з 3-йодпропеном в присутності тіоціанату натрію з виділенням нітрогену діазогрупи і приєднанням арильної і тіоціанатної груп до подвійного зв’язку:

ЯС6Н4Н2ВР4 + СН2=СН-СН,-.І + NaSCN -----------*=-

-----ЯС6Н4СН,СНСН4 + N3 + ИаВР4

БСИ

де Я = Н (1), п-СНз (2), п-СН30 (3).

Вихід утворених 2-тіоціанато-1-арен-3-йодпропанів складає 26-32%. Поряд з тіоціанатоарилюванням 3-йодпропену проходило утворення ізотіоціанатобензолів в кількості 12-15%. Необхідною умовою перебігу реакції є каталізатор - солі купруму. В ЯМР 'Н спектрах синтезованих речовин (1-3) містяться сигнали протонів ароматичних ядер (6.83-7.16 м.д.), метиленових груп (2.87-2.89 і 3.16-3.17 м.д.) та протонів метанової групи (3.60-3.94 м.д.).

Порівняння розрахованих теплот утворення продуктів реакції тіоціанатоарилювання 3-хлор(-бром, -йод)пропенів та їх гіпотетичних аналогів 2-ізотіоціанато-1-арен-3-хлор(-бром, -йод)пропанів узгоджуються з одержаними експериментальними даними. Співставлення розрахованих теплот утворення проміжних аралкільних радикалів добре корелюють з виходами продуктів даних реакцій.

З метою вияснення впливу гліцидильного фрагменту на активацію кратного зв’язку нами в реакцію тіоціанатоарилювання вперше було введено біфункціональну сполуку — алілгліцидиловий етер. В ході проведених досліджень встановлено, що при використаних умовах (ацетонове або водно-ацетонове (1:2) середовище, температура реакції -30 * -25°С) тетрафлуороборати арендіазонію енергійно взаємодіють з алілгліцидиловим етером в присутності тіоціанату калію або амонію з утворенням (2-тісціанато-3-арснпропоксиметил)оксиранів:

ЯС6Н4М2ВР4 + СН2=СН-СН2-0-СН2-СН-СН2 + МеЗСК —**■

чс/

----** КС6Н4СН2СНСН2ОСНг-СН-СН2 + М2 + МеВР4

де Я= Н (4), п - СНз (5), п - СНзО (6).

Збереження вільної епоксидної групи в синтезованих речовинах (4-6) було підтверджено взаємодією сполуки (4) з амоніаком, що супроводжується розкриттям оксиранового кільця з утворенням відповідного а-аміноспирту.

Знайдено оптимальне співвідношення реагентів - сіль діазонію-алілгліцидиловий етер - тіоціанат калію - 1:1.25:1.5. Як каталізатор використовували тіоціанат купруму (І). Використання ацетонового чи водно-ацетонового середовища практично не впливає на виходи (2-тіоціанато-3-аренпропоксиметил)оксиранів, які складають 59-66%. Тіоціанатоарилювання алілгліцидилового етеру супроводжується утворенням ізотіоціанатобензолів в кількості 15-18%.

Встановлено, що дана реакція відбувається і у відсутності каталізатора, а виходи продуктів тіоціанатоарилювання алілгліцидилового етеру практично однакові як в каталітичних, так і некаталітичних умовах.

У ЯМР 'Н протони ароматичних ядер і оксиранового кільця проявились у вигляді мультиплетів відповідно в областях 7.05-7.81 і 3.924.29 м.д. Сигнали протонів метиленових груп, зв’язаних з ароматичними ядрами, проявляються у вигляді дублет дублетів з хімічними зсувами 3.513.52 і 3.58-3.59 м.д., а сигнали протонів метинових груп - у вигляді дублета дублетів в області 5.86-5.88 і 5.93-5.94 м.д. і константами спін-спінової взаємодії 5 Гц.

В літературі є порівняльні дані про реакційну здатність кратних зв’язків різного типу в реакції аніонарилювання. Однак ці результати отримані для різних сполук і для різних умов проведення реакції. Тому представляло як теоретичний, так і практичний інтерес введення в реакцію аніонарилювання сполуки з двома кратними зв’язками різного типу в своєму складі.

Дослідження продуктів реакції тіоціанатоарилювання М-алілакриламіду показало, що з усіх можливих напрямків реалізується тільки один, який приводить до утворення К-аліл-3-арен-2-тіоціанатопропіонамідів (8-10) за наступною схемою:

ас6н4м2вр4 + сн2=сн-с(0)-кн-сн,-сн=сн, + кбси----------------

-М2, -КВР4

----ас6н4сн2снс(0)->ін-сн2-сн=сн2

SCN

де Я = Н (8), п-СНз (9), п-СН30 (10).

Взаємодія тетрафлуороборатів арендіазонію з М-алілакриламідом і тіоціанатом калію відбувається в водно-ацетоновому (1:2) середовищі в присутності каталізатора ацетату купруму при 5 * 10°С. Виходи М-аліл-З-арен-2-тіоціанатопропіонамідів (8-10) складають 52-61%.

Тіоціанатоарилювання М-алілакриламіду супроводжується утворенням ізотіоціанатобензолів в кількості 14-18%.

Знайдено оптимальне співвідношення реагентів — ароматична сіль діазонію - М-алілакркламід — тіоціанат калію — ацетат купруму, яке складає 1:1:1.25:0.1. Збільшення кількості солі діазонію, тіоціанату калію і ацетату купруму в оптимальному співвідношенні відповідно до 2, 2.5, 0.2 не приводить до зміни напрямку проходження реакції тіоціанатоарилювання І'Г-алілакриламіду і зміни виходу цільових продуктів.

На прикладі М-аліл-3-феніл-2-тіоціаігатопропіонаміду (8) будову синтезованих сполук було підтверджено методом спектроскопії ЯМР ІЗС.

6 Л/Р

сн—С з 2 1

[ 5 Ч'І\ІН — сн2 — сн = сн,

10' 9' 5—С=И

Спектр ЯМР ІЗС сполуки (8) складається з таких сигналів, 5С, м.д.: 42.13 (С3, С7), 115.69 (С1), 125.57 (С11), 130.38 (С10, С|0/), 130.78 (С9, С9/), 131.16 (С5), 132.39 (С2), 135.69 (С6), 165.73 (С5), 206.43 (С4).

Отже, дослідження реакції тіоціанатоарилювання М-алілакриламіду показало, що при наявності в молекулі ненасиченої сполуки двох кратних зв’язків процес аніонарилювання відбувається по зв’язку, зв’язаному з електроноакцепторною групою.

Вивчення впливу двох однакових подвійних зв’язків один на одного, а також їх участь в реакції тіоціанатоарилювання проводилось на прикладі діалілоксиду й діалілсульфіду.

Методами 14-, УФ-спектроскопії і високоефективної рідинної хроматографії встановлено, що взаємодія тетрафлуороборатів арендіазонію з діалілоксидом і діалілсульфідом та тіоціанатом амонію в присутності каталізатора відбувається за участю тільки одного кратного зв’язку з утворенням відповідно 2-тіоціанато-1-арен-3-алілоксипропанів (11-13) (синтез А) і 2-тіоціанато-1-арен-3-алілтіопропанів (14-16) (синтез Б) та аренізотіоціанатів:

КС(1Н^-,ВР1 + сн2=сн-сн,-х-сн2-сн=сн, + мн^ск ——ггттїг

“ -іЧ2,-і'чН4Вг4

----К-С6Н4-СНГСН-СН2-Х-СНГСН=СН, + Я-С6Н4-ЫС5

К = Н (11. 14). п-СН. (12, 15). п-СН;0(13. 16) де X = О (синтез А), Б (синтез Б).

10_9

і,(3^н2

Реакції проходять в ацетоновому або водно-ацетоновому (1:2) середовищах при температурі -40 + -30°С (А) і -20 + -10°С (Б). Як каталізатори використовували солі купруму — ацетат, тетрафлуороборат купруму (II) або тіоціанат купруму (І). Виходи продуктів реакції співставні при використанні цих каталізаторів і становлять 35-42% (А) і 28-35% (Б).

Знайдено оптимальне співвідношення реагентів сіль діазонію -ненасичена сполука - аніоноїдний реагент - каталізатор, що складає 1:1:1,2:0,1. Збільшення кількості солі діазонію, аніоноїдного реагенту й каталізатора не приводить до реакції по другому подвійному зв’язку чи ж до зміни регіоселективності досліджуваної реакції. При цьому відбувається лише збільшення виходів побічних продуктів - аренізотіоціанатів.

Вивчення реакції тіоціанатоарилювання діалілоксиду і діалілсульфіду у відсутності солей купруму показало, що в цьому випадку виходи цільових продуктів зменшуються вдвічі і зростає відповідно кількість побічних продуктів реакції - n-R-C6H4-NCS.

Порядок приєднання арильної і тіоціанатної груп до кратного зв’язку діалілоксиду підтверджено хімічними перетвореннями. Так, при дії водного розчину HJ на сполуку (11) відбувається розрив етерного зв’язку з утворенням описаного в літературі 2-тіоціанато-1-феніл-3-гідроксипропану і 3-йодпропену.

ЯМР *Н спектри синтезованих речовин (11-16) містять сигнали протонів ароматичних ядер (7.20-7.55 м.д.), метиленових (3.02-3.03, 3.213.22, 3.52*3.53, 4.04-4.05 м.д.), метанових (5.87-5.88, 5.95-5.96 м.д.) груп та протонів кінцевої вінільної групи (3.64-3.65, 5.22-5.23, 5.31-5.32 м.д.).

РЕАКЦІЇ ТЕТРАФЛУОРОБОРАТІВ АРЕНДІАЗОНІЮ З НУКЛЕОФІЛАМИ РІЗНОЇ СИЛИ

Оскільки аніонаршновання ненасичених сполук відбувається за участю різних аніонів і супроводжується при цьому утворенням побічних продуктів - похідних ареніс, нами проведені систематичні дослідження взаємодії тетрафлуороборатів арендіазонію з нуклеофілами різної сили у відсутності ненасичених сполук в умовах реакції аніонарилювання.

Показано, що тетрафлуороборати фенілдіазонію взаємодіють з хлоридами, бромідами, тіоціанатами, нітритами, сульфідами, ксантогенатами, М,М-діетилдитіокарбаматами у водно-ацетоновому (1:1) або ацетоновому середовищах з виділенням нітрогену діазогрупи і утворенням похідних бензолу - PhAn за схемою:

---- РЬАп (І)

Ап = СГ, Вг", БС^СЗ)', N(*2, З2'

РЬІ\І2ВР4 + МАп---------«>

-N2, -МВР4

---**- РИАп (II)

Ап = 5-С(8)-М(С2Н5)2'. 3-С(5)-ОС2н: 5-С(5)-ОС4Н,‘ * *

Перша група реакцій проходить у присутності каталізатора - солей купруму (І) або феруму (II). Друга ж група реакцій відбувається однаково як в присутності, так і у відсутності каталізатора.

Нами також були проведені спеціальні дослідження взаємозв’язку необхідності редокс-каталізу за участю солей купруму (І) чи феруму (II) та нуклеофільністю аніоноїдних реагентів на прикладі взаємодії тетрафлуороборату арендіазонію з калієвою сіллю 0,0-диметилдитіофосфорної кислоти, оскільки нуклеофільність 0,0-диметилдитіофосфатної групи близька до нуклеофільності тіоціанатної, М,ї^-діетилдитіокарбаматної та О-алкілдитіокарбонатної груп.

Встановлено, що взаємодія тетрафлуороборату арендіазонію з 0,0-диметилдитіофосфатом калію відбувається у водно-ацетоновому (1:1) середовищі при температурі -5 ^ -10°С з утворенням з високими виходами

0,0-диметилдитіофосфатобензолів:

ЯС6Н4М,ВР4 + КБ-Р^КОМе), -------------------*=- аС6Н4-Б-Р(5)-(ОМе),

-N1, -КВР4

де Я = Н (17), п-СН3 (18), п-СН30 (19).

Виходи продуктів реакції є практично однаковими як в каталітичних, так і некаталітичних умовах і становлять 68-72%.

Будову речовин підтверджують дані 14, ЯМР 'Н спектроскопії та елементного аналізу. В ЯМР !Н спектрах 0,0-диметилдитіофосфатобензолів (17-19) наявні сигнали протонів ароматичних ядер і метоксильних груп відповідно в областях 7.60-7.30 та 3.83-3.79 м.д.

Хроматографічними методами були досліджені продукти реакції тетрафлуороборатів фенілдіазонію з тіоціанатом калію в каталітичних і в некаталітичних умовах. Встановлено, що основним продуктом реакції в каталітичних умовах є тіоціанатобензол з невеликими домішками ізотіоціанатобензолу. У відсутності каталізатора вихід тіоціанатобензолу знижується в 5-7 разів, зростає дещо кількість ізотіоціанатобензолу і значно збільшується кількість побічних продуктів реакції - фенолу і дифенілу. Окрім того, в обох випадках в ролі побічних продуктів реакції ще було ідентифіковано бензол, 4-гідроксиднфеніл та 4-гідроксиазобензол. На співвідношення продуктів реакції впливає також і реакційне середовище -ацетонове чи водно-ацетонове (1:1), особливо в некаталітичних умовах.

Взаємодією К-хлорбешолсульфаміданіону з тетрафлуороборатами арендіазонію одержано нові похідні хлораміну Б — М-арен-М-хлорбензолсульфаміди:

ІІС6Н4Н2ВР4 + №ЖС1)-50гС6Н5 ——-**С6Н4-К(С1)-502-С6Н5

-N2, -квг4

де Я=Н (20), 4-СНз (21), 4-СН30(22), 2-Вг (23), 4-СООН (24), 4-Б020Н (25).

Каталізатором служив ацетат або тетрафлуороборат купруму (II). Реакція може відбуватися і у відсутності каталізатора, але тоді виходи цільових продуктів знижуються на 15-20%. Знайдено оптимальне співвідношення реагентів - сіль діазонію - М-хлорбензолсульфаміднатрій тригідрат, яке становить 1:1.5. При доведенні співвідношення сіль діазонію : каталізатор до 1:1 виходи И-арен-М-хлорбензолсульфамідів (20-25) збільшується до 76-85%. На виходи цільових продуктів реакції не впливає використання ацетонового або водно-ацетонового (1:2) середовищ.

Склад і будову синтезованих речовин підтверджують дані 14 і ЯМР 'Н спектроскопії та елементного аналізу.

При вивченні взаємодії ароматичних солей фенілдіазонію з калієвими солями етил-, бутил- і ізобутилксантогенових кислот у ацетоновому або водно-ацетоновому (1:3) середовищах при температурі -10 + 0°С були одержані з високими виходами (О-алкіл)фенілдитіокарбонати:

С6Н5М,Х н-К^-Ст-ОЯ ---------------------*-С6Н 5-5-С(5)-ОЯ

-и2, -кх

де II = С2Н5 (26), С4Н9 (27), С4Н9-ізо (28), X = ВР4, НБ04, N03.

Виходи (О-алкіл)фенілдитіокарбонатів (26-28) у випадку тетрафлуороборатів фенілдіазонію практично однакові як в каталітичних, так і некаталітичних умовах і складають 60-78%. При використанні сульфатів і нітратів фенілдіазонію виходи (О-алкіл)фенілдитіокарбонатів приблизно удвоє менші. Знайдено оптимальне співвідношення реагентів сіль діазонію - аніоноїдний реагент, яке становить 1:1.2.

В ЯМР 'Н спектрах (О-алкіл)фенілдитіокарбонатів (26-28) є сигнали протонів ароматичних ядер (7.48-7.50 м.д.) та алкільних груп (0.84-4.65 м.д.).

Отже, в даній реакції виходи основних продуктів є також практично однаковими як в каталітичних, так і кєкаталітичних умовах.

Аналіз отриманих нами і літературних даних дозволив запропонувати ймовір:іу інтсрпрстаційну схему реакцій ароматичних солей діазонію з солями неорганічних і органічних кислот як в каталітичних, так і некаталітичних умовах:

АгІ^Х + МеАп-+ Аг^Ап + МеХ (1)

АгИ2Ап + СиАп -> Аг>^2+Си(Ап)2" (2)

2Си(Ап)2 + (СН3)2С=0 -> СН3С(0)СН2Ап + 2СиАп + НАп (2а)

-» Аг' + Си(Ап)2 + N2

Агіч[2+Си( Ап)2~ ->

(3)

-> АгМ2‘ + Си(Ап)2 Аг' + Си(Ап)2 -> АгАп + СиАп Аг>}2' + Си(Ап)2 -> АгАп + СиАп + N2

(5)

(6)

(4)

Початковою стадією є взаємодія ароматичних солей діазонію з аніоноїдними реагентами (стадія 1). Далі утворена сіль АгЬІ2Ап вступає у взаємодію із сіллю купруму (І) (стадія 2), яка утворюється в умовах реакції відновленням із двовалентного купруму (стадія 2а) або вводиться в реакційне середовище. В результаті одноелектронного переносу від Си (І) на діазоній-катіон відбувається його відновлення, яке приводить до утворення Аг і Аг^У (стадія 3 і 4).

Утворені радикали Аг’ і АгМ2‘ надалі взаємодіють з Си(Ап)2 з утворенням кінцевого продукту АгАп і солі одновалентного купруму (стадія 5 і 6). У випадку використання солей феруму (II) реакція відбувається за вище наведеною схемою, де має місце перехід: Ре2+ -> Ре3+ -> Ре2+.

У відсутності каталізатора ці реакції проходять за такою схемою:

У відсутності каталізатора сіль АгК2Ап в органічному розчиннику знаходиться в рівновазі з її ковалентною формою, яка розпадається за схемою (стадія 7,8). У водному чи водно-ацетоновому середовищі сіль АгИ2Ап існує в іонній формі і дисоціює за маршрутом (б) з утворенням іонів ЛгМ2+ і АгГ. Далі в результаті одноелектронного переносу від АгГ до АгИ2+ утворюються радикали Аг", ЛгМУ, і Ап‘. Утворення кінцевого продукту відображають рівняння (9,10).

Проходження процесу через стадію утворення стабільного арильного радикалу було підтверджено його присутністю в реакційному середовищі. Утворення радикалу у відсутності каталізатора нами було зафіксовано в реакції тетрафлуороборатів фенілдіазонію з акриламідом та тіоціанатом калію:

а

АгМТАп -д . р~ Аг-М=М-Ап -------Аг" + К, + Ап" (7)

АгІМ’ + Ап'

АгИ,+

+ Ап“ _] '

Аг’ + Ап" ----------■— АгАп

АгИ," + Ап" -----------«>- АгАп + N

(9)

(Ю)

Запропоновані ймовірні схеми реакцій ароматичних солей діазонію з солями неорганічних і органічних кислот підтверджуються ідентифікацією серед продуктів реакції похідних ацетону типу СН3С(0)СН2Ап, бензолу, фенолу, дифенілу, 4-гідроксибензолу, 4-гідроксиазобензолу:

Аг + Ме2С=0 -> АгН + МеС(0)СН2’

МеС(0)СН2‘ + Cu(An)2 -i- CH3C(0)CHrAn + CuAn 2Cu(An)2 + Ме2С=0 СН3С(0)СН2-Ап + 2CuAn + НАп Аг' + НОН -> АгН + ОН*

Аг’ + ОН' АЮН Аг’ + Аг' -> Аг - Аг АгК2‘ + АЮН Аг N = N С6Н4 ОН-4 Аг + АЮН Аг С6Н4 ОН-4

Отже, взаємодія ароматичних солей діазонію з солями неорганічних і органічних кислот визначається такими факторами: наявністю каталізатора в системі, співвідношенням сіль діазонію-каталізатор, природою

реакційного середовища та нуклеофільністю реагенту. Зростання

нуклеофільних властивостей останнього дає змогу одержувати продукти реакції і у відсутності каталізатора.

Таким чином, нами систематично досліджена взаємодія ароматичних солей діазонію із нуклеофілами різної сили у відсутності ненасичених сполук, в результаті чого розширено межі відомої реакції Зандмеєра.

ДЕЯКІ АСПЕКТИ ПРАКТИЧНОГО ЗАСТОСУВАННЯ СИНТЕЗОВАНИХ РЕЧОВИН

Нами встановлено, що одержані речовини (1-25) володіють

вираженими антибактеріальними і антигрибковими властивостями.

Заслуговують на увагу 2-тіоціанато-1-п-метоксифеніл-3-йодпропан та (2-тіоціанато-3-п-толілпропоксиметил)оксиран, які містять групи СН30 і СН3 в пара-положенні бензольного ядра і володіють найбільш вираженими антигрибковими властивостями (С. albicans ЦШВІ). Серед досліджуваних N-аліл-З-арен-2-тіоціанатопропіонамідів підвищеними антимікробними

властивостями виділяється М-аліл-3-п-тояіл-2-тіоцінатопропіонамід (S. aureus і P. aeruginosa).

Дослідження антибактеріальних і антигрибкових властивостей N-арен-М-хлорбензолсульфамідів показало, що введення гідрофільних груп в бензольне ядро молекул — СООН і S020H (сполуки (24) (S.albus 209) і (25)

(S. citreus)) - приводить до значного посилення їх бактерицидної і

бактеріостатичної активності. Нами знайдено, що речовина (О-н-

бутил)фенілдитіокарбонат за протизношувальною ефективністю

знаходиться на рівні промислової присадки Л3-23К, знижуючи діаметр плями зношування до 0.47 мм.

ВИСНОВКИ.

1. Проведено систематичне дослідження алільних сполук в реакції тіоціанатоарилювання. Встановлено, що при використанні 3-йодгтропену, алілгліцидилового етеру, М-алілакриламіду, діалілоксиду і діалілсульфіду дана реакція відбувається однозначно як приєднання арильної та тіоціанатної груп до подвійного зв’язку. При цьому амбідентні властивості БСЫ-анюну не проявляються.

2. Досліджено реакції тіоціанатоарилювання ненасичених сполук, які містять різні та однакові за природою подвійні зв’язки. Показано, що тіоціанатоарилювання ненасичених сполук при наявності двох однакових або різних за реакційною здатністю кратних зв’язків проходить за участю лише одного кратного зв’язку, причому приєднання аніону та арильного радикалу відбувається до подвійного зв’язку, зв’язаного з електроноакцепторною групою.

3. Систематично досліджена взаємодія ароматичних солей діазонію з різними нуклеофілами у відсутності ненасичених сполук. Встановлено, що така взаємодія може відбуватися як в каталітичних, так і некаталітичних умовах, що визначається ступенем нуклеофільності аніону, який вводиться в реакційне середовище. При наявності в середовищі сильних нуклеофілів дані реакції відбуваються у відсутності каталізатора.

4. Розширено межі використання відомої реакції Зандмеєра шляхом введення в неї різних солей неорганічних і органічних кислот, вивчено вплив різних факторів на виходи основних продуктів реакції, запропоновано ймовірні інтерпретаційні схеми цієї реакції в каталітичних і некаталітичних умовах.

5. Синтезовано ряд нових органічних сполук, окремі з яких володіють

антибактеріальними, антигрибковими та протизношувальними властивостями. Встановлено, що (О-н-бутил)фенілдитіокарбонат за протизноіиувальною ефективністю знаходиться на рівні промислової присадки ЛЗ-23К. Своєю антимікробною активністю особливо вирізняються (2-тіоніанато-2-п-толшпропоксиметил)оксиран, Кг-ал іл-3 - н-тол іл-2-

тіоціанатопропіонамід та їл-п-карбоксифеніл-М-хлорбензолсульфамід.

Виходи, константи, дані елементног о аналізу, характеристика 14, ЯМР *Н спектрів деяких синтезованих сполук.

№ сполу- ки Вихід, % Т.кип., "С/І мм рт. ст а/1 п 20 н» Знайдено,% Формула Обчислено, % 14 спектр, V, см'1 ЯМР 'Н спектр, 5, м.д.

знайд. обчисл.

1 28 51-53 1.5738 1.5908 65.08 65.44 41.86 0), 4.62 (N1, 10.58 (5) СюНіоШ 41.91 У), 4.68 (Ы), 10,50(5) 2163 (вСЫ) 7.08 с (5Н, СбН5), 3.60-3.88 м (1Н, СН), 3.17д.д. (2Н, СН2-РІі, Л,ш=6Гц), 2 89 д.д. (2 Н, СІМ, ■Іцн“8Гц)

4 66 83-84 1.2116 1.5689 67.32 67.63 5.58 (N1, 12.80 (5) СцН^ОгЫБ 5.62 (Ы), 12.85(5) 3008,3076, 1252.832 -сн—си, ('"о ). 2156 (БСЫ) 7.51-7.81 м (5Н, С(,ІЩ, 5.87 д.д., 5.93 д.д. (ЇМ, СН, ^ ц=5Гц), 3.52Д.Д., 3.52Д.Д. (2Н, СН2-Р1і, н=5Гц), 5.14 д.д.,5.29 д.д. (2 Н, СН2-0, Л, М=2Гц), 3 ІЗд.д (0-СН2 (2 11, ЛІІН=7Гц) 3.33 д.д, (2 Н, -СН — СНг ;„г4Ги)1, 3.92-4.19 м( ^ )

8 61 90-91 1.0856 1.5230 69.22 69.54 11.33(Ы), 12.97 (Б) С^Н^ОМ^ 11.38 (Ы), 13.01 (5) 2160 (БСЫ), 1660 (С=0), 1624 (С-С) 7.45-7.85 м (5М, С<,Н5, ІН, ЛН), 5.91 д.д.(1Н, СН, ін іг5Гц), 3.86 д.д. (211, СН2-Р1і, Пі н=5Гп), 5.60 д.д.(1 11, СН=, іцн=2Ги). 6.2ІД.Д [КНСН2 (2 11, .Інн^Гц) 6.35 д.д. (2 Н, інн=ЮГц)], 5.12 дд. (2Н, =СН2, -іі„і=14Г и)

11 42 88-89 1.1617 1.5756 67.37 67.75 5.97 (Ы), 13.68(5) СцН^ОМв 6.00 (N1), 13.74 (Б) 1645 (С=С), 2160 (БСІМ) 7.55-7.21 м (5Н, С,,Ні); 5.95 д д Ущ, 6 Гц), 5.87ддУ,ш6 Гц) [ІН, -СН-]; 5.31 ддУш 1 Гц), 5.23 дд У,„, 1 Гц) [2Н, =С112]; 4.04 д Уда 6 Гц) [2Н, СН2-РЬ]; 3.64 дд Уш| 2 Гц) [1Н, СН=], 3.52 д.д. У,ш 2 Гц) [2Н, 0-СН2], 3.22 д.д. Уші 7 Гц), 3.03 д.д.У„ч7Гц) [2Н,СН3-01

17 72.4 115-118 1.2460 1.5К90 - - 13.12 (Р), 27.22 (5) С„Н,,02Р52 13.22 (Р), 27.37 (5) 660, 1170 (Р=в) 7.34-7.52 м (5Н, С6Н5), 3.81, 3.83 с [6Н, (ОСИ,),]

25 87 154.5', пропанол 10.13 (СІ) 3 98 (М) 18. 39 (в) С,2НІ0О5СШ2 10.19 (СІ) 4.03 (N1) 18.44 (Б) 1325(50^,) ПбОІБОг,) 7.80-7.87 м (4Н, СбН4-Ы), 7.35-7.61 м (5Н, ОД-Я), 11.7 с (ІН, НСК)

27 78 102-104 1.1002 1.5740 67.89 67.69 58.52 (С), 6.42(11), 28.58 (Б) СцН.ДОг 58.37 (С), 6.23 (Н), 28.33 (5) 7.48 с <5Н, С,,Н5), 4.58 т (2Н. ОСН2) 0.84-1.71 м (7Н, ОСН2С,Н2)

* - температура плавлення, розчинник для перекристалізації

Основний зміст дисертації викладено в таких публікаціях.

1. Грищук Б.Д., Загричук Г.Я., Горбовой П.М. Реакции арендиазоний тетрафлуороборатов с N-аллилакриламидом в присутствии роданид-аниона. //Ж. общ. химии. - 1999,- Т. 69. - Вып. 2,- С. 283-285.

2. Грищук Б.Д., Загричук Г.Я., Барановский B.C., Горбовой П.М. Реакции тетрафлуороборатов ареидиазония с иодистым аллилом в присутствии роданида. //Ж. общ. химии. - 1999. - Т. 69. - Вып. 6. - С. 995998.

3. Грищук Б.Д., Загричук Г.Я., Горбовой П.М. Взаимодействие тетрафлуороборатов ареидиазония с аллилглицидиловым эфиром в присутствии роданид-иона. //Ж. общ. химии. - 1999. - Т. 69. - Вып. 6. - С. 999-1001.

4. Грищук Б.Д., Власик Л.И., Горбовой П.М., Загричук Г.Я., Блиндер A.B., Мухина Ж.И., Кудрик Е.Я. Синтез и антимикробная активность замещённых 0,0-диметилдитиофосфатобензолов. //Хим.-фарм. журнал. -1998. - Т. 32. - Вып. 5 .С. 33-34.

5. Горбовой П.М., Загричук Г.Я., Блиндер A.B., Власик Л.И., Грищук Б.Д. Синтез, антибактериальные и антигрибковые свойства (2-тиоцианато-З-арилпропоксиметил)оксиранов. //Хим.-фарм. журнал. - 1999. - Т. 33. - Вып.

1. С.22-23.

6. Грищук Б.Д., Горбовой П.М., Загричук Г.Я., Власик Л.И., Блиндер A.B., Бродин С.В. Синтез и антимикробные свойства N-apiui-N-хлорбензолсульфамидов. //Хим.-фарм. журнал. - 1999. - Т. 33. - Вып. 2. С. 26-27.

7. Грищук Б.Д., Климнюк С.И., Загричук Г.Я., Кравченюк М.П., Горбовой П.М. Синтез и антимикробные свойства Ы-аллил-З-арил-2-тиоцианатопропионамидов. //Хим.-фарм. журнал. - 1999. - Т. 33. - Вып. 3. С. 30-31.

8. Грищук Б.Д., Загричук Г.Я., Горбовой П.М., Ганущак Н.И., Кудрик Е.Я. Реакции арилдиазоний тетрафлуороборатов с солями неорганических и органических кислот. //Ж. общ. химии. - 1999. - Т. 69. - Вып. 8. - С. 13491353.

9. Грищук Б.Д., Горбовий П.М., Загричук Г.Я., Кудрик Є.Я., Ковтун Г.О. Синтез та протизношувальні властивості (О-алкіл)феніл-дитіокарбонатів в мастильних оливах. //Наукові записки Тернопільського державного педагогічного університету. Серія: Хімія. - 1997. - Вип. 1. - С. 33-36.

10. Грищук Б.Д., Климнюк С.І., Кравченюк М.П., Горбовий П.М., Загричук Г.Я., Москович Л.Ф. Синтез 2-тіоціанато-1-арил-3-аліл(тіо)пропанів та дослідження їх антимікробних властивостей. //Наукові записки Тернопільського державного педагогічного університету. Серія: Хімія. - 1999. - Вип. 3. - С. 3-7.

11. Богдан Грищук, Григорій Загричук, Віталій Барановський, Петро Горбовий Дослідження реакції тетрафлуороборату фенілдіазонію з акриламідом в присутності роданіду калію методом ЕПР. //Українська наука: минуле, сучасне, майбутнє. Щорічникам. Тернопіль) - 1998.- С. 252255.

12. Загричук Г.Я., Барановський B.C. Дослідження реакції аніонаршповання диалілоксиду і диалілсульфіду. //Тези доп. XVIII Української конференції з органічної хімії. - Дніпропетровськ. - 1998. -С. 361.

13. B.D.Gryshchuk, P.M.Gorbovyi, G.Ya.Zagrytshuk, M.I.Ganushchak. Investigation of aryl-diazonium tetrafluoroborates reactions with alkenes in presence of dithiophosphatic group. //XII International conference on chemistry of phosphorus compounds. Kyiv, Ukraine, August 23-27. - 1999. - P. 69.

14. Петро Горбовий, Григорій Загричук, Людмила Більчук, Олександра-Лілія Марушій, Богдан Грищук Дослідження реакції тетрафлуороборатів арилдіазонію з диалілоксидом і диалілсульфідом методами 14, УФ-спектроскопії та високоефективної рідинної хроматографії. //Українська наука: минуле, сучасне, майбутнє. Щорічник, (м. Тернопіль) - 1999,- С. 279-285.

АНОТАЦІЯ

Загричук Г.Я. Реакції тетрафтороборатів арилдіазонію з алільними сполуками та солями неорганічних і органічних кислот. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.03. - органічна хімія. - Державний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2000.

Дисертацію присвячено вивченню взаємодії тетрафлуороборатів арендіазонію з алільними сполуками в присутності тіоціанат-аніону, а також ароматичних солей діазонію з солями неорганічних і органічних кислот. Знайдено умови регіоселективного і регіонаправленого введення тіоціанатної та арильних груп у вуглецевий скслст алільних систем, що дозволило синтезувати нові важкодоступні тіоціанати аралкільного ряду. Систематично досліджена взаємодія ароматичних солей діазонію із нуклеофілами різної сили. Розширено межі використання відомої реакції Зандмеєра шляхом введення в неї різних солей неорганічних і органічних кислот. Встановлено, що у присутності сильних нуклеофілів дані реакції відбуваються і у відсутності каталізаторів.

В результаті досліджень синтезовано ряд нових органічних сполук, які володіють антибактеріальними, антигрибковими та протизношувапьними властивостями. Встановлена залежність між будовою і фізіологічною активністю сполук.

Ключові слова: тетрафлуороборати арендіазонію, тіоціанати, алільні сполуки, реакція Зандмеєра, антимікробні властивості.

АННОТАЦИЯ

Загричук Г.Я. Реакции тетрафтороборатов арилдиазония с аллильными соединениями та солями неорганических и органических кислот. — Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата химических наук по специальности 02.00.03 - органическая химия. - Государственный университет “Львовская политехника”, Львов, 2000.

Диссертация посвящена изучению взаимодействия тетрафтороборатов арендиазония с аллильными соединениями в присутствии тиоцианат-аниона, а также взаимодействия ароматических солей диазония с солями неорганических и органических кислот.

Результатом взаимодействия тетрафтороборатов арендиазония с аллильными соединениями (иодистым аллилом, аллилглицидиловый этером, ТЧ-аллилакриламидом, диаллилоксидом и диаллилсульфидом) в присутствии тиоцианат-аниона есть выделение азота диазогруппы и присоединение арильной и тиоцианатной групп до кратной связи. Строение синтезированных веществ подтверждено данными элементного анализа, ЯМР ’Н, 13С та ИК спектроскопии.

Показано, что тиоцианатоарилирование аллилглицидилового этера есть новым примером некатализируемого взаимодействия ароматическігх солей диазония с непредельными соединениями в присутствии внешних нуклеофилов. На примере М-аллилакриламида, диаллилоксида и диаллилсульфида установлено, что при наличии в молекуле непредельного соединения двух одинакоых или разных по реакционной способности кратных связей, процесс тиоцианатоарилирования происходит с участием только одной.

Найдены условия региоселективного и регионаправленного введения тиоцианатной и арильной груп в углеродный скелет аллильных соединений, что обеспечило разработку одностадийных методик синтеза труднодоступных полифункциональных аралкильных тиоцианатов.

Систематически исследовано взаимодействие ароматических солей диазония с нуклеофилами различной силы. Изучение реакции ароматических солей диазония с хлорид-, бромид-, тиоцианат-(изотноцианат-), нитрит- и сульфид-анионами показало, что реакция проходит только в присутствии катализатора, а присутствии N,>4-диэтилдитиокарбаматной, (О-алкил )дитиокарбонатной, 0,0-

диметилдитиофосфатной групп реакция происходит как в присутствии, так и отсутствии катализатора. Расширены границы использования известной реакции Зандмеера путем введения в неё различных солей неорганических и

органических кислот. Установлено, что в присутствии сильных нуклеофилов данные реакции происходят и в отсутствии катализаторов. Предложены интерпретационные схемы данной реакции в каталитических и некаталитических условиях.

Результатом исследований стал синтез ряда новых органических соединений. Исследована биологическая активность данных соединений с целью поиска их практического применения.

При изучении антимикробных свойств наиболее эффективными оказались (2-тиоцианато-2-п-толилпропоксиметил)оксиран, N-аллил-З-п-толил-2-тиоцианатопропионамид та 'М-п-карбоксифенил-Ы-хлорбензол-сульфамид. В результате исследования противоизносных свойств синтезированных (О-алкил)фенилдитиокарбонатов найдено, что (О-н-бутил)фенилдитиокарбонат по своей активности находится на уровне промышленной присадки JI3-23K.

Ключевые слова: тетрафторобораты арендиазония, тиоцианаты, аллильные соединения, реакция Зандмеера, антимикробные свойства.

SUMMARY

Zagrytshuk G.Ja. Reactions of diazonium tetrafluoroborates with allyi compounds and salts of inorganic and organic acids. - Manuscript.

Thesis for a candidate’s degree. Speciality 02.00.03 - organic chemistry. -State University “Lviv Politechnic”, Lviv, 2000.

The dissertation is devoted to interaction of arenediazonium tetrafluoroborates with allyl compounds in presence of thiocyanat-anion, and aromatic diazonium salts with salts of inorganic and organic acids. Conditions of regioselective and regioderective introduction thiocianat-groups and radical arene in the carbon skeleton of allyl system are discovered. It gave a possibility to synthesize new inaccessible thiocyanates of aralkil range. The interaction of aromatic diazonium salts with nucleophilies of different strength is investigated systematicaly. The region of known Sandmeyer reaction is significally widen by the way of interaction different salts of inorganic and organic acids. It was determined, that in the presence of strong nucleophiles these reactions go of in non- catalytic conditions also.

Due to the investigation different organic compounds have antimicrobial and antiwearing properties are synthesized. The dependence among structure and physiological activity of compounds is determined.

Key words: arenediazonium tetrafluoroborates, thiocyanates, allyl

compounds, Sandmeyer reaction, antimicrobial properties.