Способ получения n-замещённых этил-(2-диалкоксифосфорил- 4циано)-бутанимидатов

 

Изобретение относится к химии фосфорорганических соединений, а именно к новому способу получения N-замещенных фосфорилированных имидатов, имеющих в структуре цианэтильную группу. Описывается способ получения N-замещенных этил-(2-диалкоксифосфорил-4-циано)бутанимидатов

заключающийся во взаимодействии N-замещенных этил-(2-диалкоксифосфорил)этанимидатов с акрилонитрилом в присутствии катализатора этилата натрия в среде диоксана при мольном соотношении N-замещенный этил-(2-диалкоксифосфорил)этанимидат : акрилонитрил : этилат натрия (1:1,05-1,15:0,1-0,15) соответственно и температуре 40-60°С. Технический результат – получение новых химических соединений перспективных для получения биологически активных соединений для нужд медицины и сельского хозяйства.

Изобретение относится к химии фосфорорганических соединений, а именно к новому способу получения N-замещенных фосфорилированных имидатов, имеющих в структуре цианэтильную группу, общей формулы

где R=С₃-С₄ - алкил или изоалкил;

R’=С(O)СН₃, С(O)С₆Н₅, Si(CH₃)₃;

которые являются новыми по структуре фосфорорганическими соединениями и могут служить исходными в получении биологически активных соединений для нужд медицины и сельского хозяйства. Осуществление предложенного способа оказалось возможным благодаря наличию в исходных N-замещенных этил-(2-диалкоксифосфорил) этанимидатах высоких С-Н-кислотных свойств активированной метиленовой группы.

Известно присоединение нитрила диалкоксифосфорилуксусной кислоты к эфирам непредельных карбоновых кислот с получением бифункциональных соединений сложной структуры, содержащих нитрильную и сложноэфирную группировки. Реакции проводились в присутствии алкоголятов щелочных металлов в безводных спиртах при нагревании реакционных смесей до 4 часов на кипящей водяной бане (А.Н. Пудовик, Н.М. Лебедева. ЖОХ, 1955, т.25, с.1920-1924. А.Н. Пудовик, Н.М. Лебедева. ЖОХ, 1955, т.25, с.2235-2240).

Недостатками данного метода являются невысокие выходы (менее 17-71%) продуктов присоединения. А также в результате получают соединения иной структуры, чем в предлагаемом изобретении.

Известен метод присоединения эфира диалкоксифосфорилуксусной кислоты к акрилонитрилу в присутствии в качестве катализатора этилата натрия с получением С-цианэтилированных эфиров диалкоксифосфорилуксусной кислоты. Процессы проводились в растворе этилового спирта, общий выход нитрилов составил 50% от теоретического (Присоединение фосфонуксусного эфира и его гомологов к непредельным электрофильным реагентам. А.Н. Пудовик, Н.М. Лебедева. ЖОХ, т.22, № 12, 1952, с.228-2132). Недостатком данного метода является невысокий выход нитрилов.

Вышеописанным методом получают соединения совершенно иной структуры по сравнению с предлагаемым изобретением.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка нового технологичного малостадийного метода синтеза N-замещенных этил-(2-диалкоксифосфорил-4-циано)бутанимидатов.

Техническим результатом является расширение арсенала химических соединений, получение новых N-замещенных этил-(2-диалкоксифосфорил-4-циано)бутанимидатов с высоким выходом (более 75%) перспективных для получения биологически активных соединений для нужд медицины и сельского хозяйства.

Указанный технический результат достигается разработкой нового способа получения N-замещенных этил-(2-диалкокси-фосфорил-4-циано)бутанимидатов формулы

где R=С₃-С₄-алкил или изоалкил;

R’=С(O)СН₃, С(O)С₆Н₅, Si(СН₃)₃;

заключающийся во взаимодействии N-замещенных этил-(2-диалкоксифосфорил) этанимидатов с акрилонитрилом в присутствии катализатора этилата натрия в среде диоксана при мольном соотношении N-замещенный этил-(2-диалкоксифосфорил)этанимидат : акрилонитрил : этилат натрия (1:1,05-1,15:0.1-0,15) соответственно и температуре 40-60°С.

Химическая схема предложенного способа получения N-замещенных этил-(2-диалкоксифосфорил-4-циано)бутанимидатов:

где R=C₃-C₄ – алкил или изоалкил;

R’=C(O)CH₃,C(O)C₆H₅, Si(CH₃)₃;

Нуклеофильное присоединение N-замещенных алкил(диалкоксифосфорил) этанимидатов к акрилонитрилу происходит по β-углеродному атому. На основании изучения литературных данных механизм взаимодействия N-замещенного этил(диалкоксифосфорил)этанимидата с акрилонитрилом можно представить следующим образом:

Вначале реакции образуется амбидентный анион из этанимидата под действием алкокси-аниона

Затем образовавшийся анион нуклеофильно атакует молекулу акрилонитрила с образованием мезомерного аниона.

Этот мезомерный анион является сильным основанием и способен отрывать протон от молекулы этилового спирта.

Не исключено, что в качестве донора протона выступает метиленовая группа N-замещенного алкил(диалкоксифосфорил)этанимидата.

При выборе растворителя для проведения реакций присоединения к акрилонитрилу нами были учтены следующие требования к растворителю: создание гомогенной реакционной массы, поддержание необходимого температурного режима и инертность по отношению к реагирующим компонентам. Всем этим требованиям отвечает диоксан, в нем растворяется этилат натрия и другие реагенты, есть возможность повышения температуры до 60°С и более, а также он абсолютно инертен по отношению к реагентам. Последнее требование исключает возможность использования этилового спирта, так как он вступает во взаимодействие с акрилонитрилом, понижая выход целевого соединения.

В начальный момент взаимодействия нет необходимости в дополнительном нагреве, так как реакция начинается самопроизвольно даже при комнатной температуре. Затем для повышения степени превращения исходных реагентов и ускорения реакции проводили дополнительное нагревание реакционной массы до 40-60°С.

Использование в данном процессе 5-15% избытка акрилонитрила по сравнению со стехиометрическим количеством необходимо из-за взаимодействия его со следами этилового спирта, вносимого в реакционную массу с катализатором. Предложенный метод получения N-замещенных этил-(2-диалкоксифосфорил-4-циано)бутанимидатов характеризуется простотой эксперимента, осуществляется в достаточно мягких условиях и обеспечивает высокий (более 75%) выход целевых соединений.

Способ осуществляется следующим образом.

Для синтеза N-замещенных этил-(2-диалкоксифосфорил-4-циано)бутанимидатов к смеси, состоящей из N-замещенного этил-(2-диалкоксифосфорил)этанимидата и акрилонитрила, взятых в мольных количествах 1:1,05-1,15 соответственно и растворенных в осушенном диоксане, при комнатной температуре и перемешивании прибавляли небольшими порциями катализатор - этилат натрия. Количество катализатора составляло 10-15 мол.% от количества N-замещенного имидата. Процесс протекает с небольшим разогревом реакционной массы, и для завершения его рекомендуется нагревание реакционной смеси при 50-60°С в течение 2 часов. После чего реакционную смесь охлаждали до комнатной температуры, отфильтровывали катализатор, а из фильтрата в вакууме водоструйного насоса отгоняли растворитель. Остатки растворителя удаляли путем вакуумирования (Р_ост 1-2 гПа) в течение 1 часа при 50-60°С. Выход N-замещенных этил-(2-диалкоксифосфорил-4-циано)бутанимидатов составляет более 75%. Для получения химически чистых соединений осуществляли дополнительную очистку полученных соединений методом колоночной адсорбционной хроматографии на силикагеле марки μLC 5/40. Идентификация синтезированных соединений проводилась по данным элементного анализа, молекулярной рефракции, определения молекулярной массы, ИК-спектроскопии. Для лучшего понимания сущности предложенного технического решения приводятся конкретные примеры синтезов.

Пример 1. Этил-N-ацетил-(2-диизопропоксифосфорил-4-циано)бутанимидат,

К смеси 4,0 г (0,0136 моль) этил-N-ацетил-(2-диизопропокси-фосфорил)этанимидата, 0,8 г (0,0150 моль, 10% изб. мольн.) акрилонитрила и 16 мл сухого диоксана при температуре 20-25°С и интенсивном перемешивании небольшими порциями прибавляли катализатор - этилат натрия - в количестве 0,14 г (0,00204 моль, 15% от количества исходного имидата). Затем реакционную массу нагревали до 60°С и перемешивали в течение 2 часов, после чего охлаждали, отфильтровывали катализатор, а из фильтрата в вакууме водоструйного насоса отгоняли растворитель. Остаток вакуумировали в течение 1 часа при температуре 50-60°С и 2 гПа. Получили 4,15 г этил-N-ацетил-(2-диизопропоксифосфорил-4-циано)бутанимидата. Выход 88%. Для получения химически чистого вещества его очищали методом колоночной адсорбционной хроматографии на силикагеле марки μLC 5/40, элюент диэтиловый эфир : ацетон (1:1 об.); R_f 0,68. n²⁰_d 1,4652, d²⁰₄ 1,1352. МR_D 84,58, выч. 84,88. Найдено, %: N 8,61. С₁₅H₂₇O₅PN₂. Вычислено, %: N 8,09, Р 8,96.

ИК-спектр, ν, см^-1: 775, 980-1020 (РОС); 1124 (СОС); 1248 (Р=O); 1660 (C=N); 1720 (NC=O); 2240 (C≡N).

Пример 2. Этил-N-триметилсилил-(2-дибутоксифосфорил-4-циано)бутанимидат,

К смеси 5,0 г (0,0142 моль) этил-N-триметилсилил-(2-дибутоксифосфорил)этанимидата, 0,85 г (0,0156 моль, 10% изб. мольн.) акрилонитрила и 18 мл сухого диоксана при температуре 20-25°С и интенсивном перемешивании небольшими порциями прибавляли катализатор - этилат натрия - в количестве 0,145 г (0,00213 моль, 15% от количества исходного имидата). Затем реакционную массу нагревали до 60°С и перемешивали в течение 2 часов, после чего охлаждали, отфильтровывали катализатор, а из фильтрата в вакууме водоструйного насоса отгоняли растворитель. Остаток вакуумировали в течение 1 часа при температуре 50-60°С и 2 гПа. Получили 4,3 г этил-N-триметилсилил-(2-дибутоксифосфорил-4-циано)бутанимидата. Выход 75%. Для получения химически чистого вещества его очищали методом колоночной адсорбционной хроматографии на силикагеле марки μLC 5/40, элюент диэтиловый эфир : ацетон (1:1 об.); R_f 0,73. n²⁰_D 1,4864, d²⁰₄ 1,0017. MR_D 108,97, выч. 109,90. Найдено, %: N 7,69, Р 7,81. C₁₆H₃₇O₄PN₂Si Вычислено, %: N 7,37, Р 8,16.

ПК-спектр, ν, см^-1: 760 (Si-N); 775, 980-1010 (РОС); 1120 (СОС); 1252 (Р=O); 1666 (C=N); 2248 (C≡N).

Пример 3. Этил-N-ацетил-(2-дибутоксифосфорил-4-циано)бутанимидат,

К смеси 4,5 г (0.0140 моль) этил-N-ацетил-(2-дибутокси-фосфорил)этанимидата, 0,9 г (0.0161 моль, 15% изб. мольн.) акрилонитрила и 16 мл сухого диоксана при температуре 20-25°С и интенсивном перемешивании небольшими порциями прибавляли катализатор - этилат натрия - в количестве 0,095 г (0,0014 моль, 10% от количества исходного имидата). Затем реакционную массу нагревали до 40°С и перемешивали в течение 2 часов, после чего охлаждали, отфильтровывали катализатор, а из фильтрата в вакууме водоструйного насоса отгоняли растворитель. Остаток вакуумировали в течение 1 часа при температуре 50-60°С и 2 гПа. Получили 4,1 г этил-N-ацетил-(2-дибутоксифосфорил-4-циано)бутанимидата. Выход 78%. Для получения химически чистого вещества его очищали методом колоночной адсорбционной хроматографии на силикагеле марки μLC 5/40, элюент диэтиловый эфир : ацетон (1:1 об.); R_f 0,70. n²⁰_D 1,4838, d²⁰₄ 1,1120. MR_D 95,92, выч. 96,30. Найдено, %: N 7,64, Р 8,20. C₁₇H₃₁O₅PN₂ Вычислено, %: N 7,49, Р 8,29.

ИК-спектр, ν, см^-1: 775, 990-1104 (РОС); 1116 (СОС); 1248 (Р=0); 1656 (C=N); 1720 (NC=0); 2252 (C≡N).

Пример 4. Этил-N-бензоил-(2-диизопропоксифосфорил-4-циано)бутанимидат,

К смеси 6,0 г (0,0169 моль) этил-N-бензоил-(2-диизопро-поксифосфорил)этанимидата, 0,96 г (0,0177 моль, 5% изб. мольн.) акрилонитрила и 20 мл сухого диоксана при температуре 20-25°С и интенсивном перемешивании небольшими порциями прибавляли катализатор - этилат натрия - в количестве 0,116 г (0,0017 моль, 10% от количества исходного имидата). Затем реакционную массу нагревали до 50°С и перемешивали в течение 2 часов, после чего охлаждали, отфильтровывали катализатор, а из фильтрата в вакууме водоструйного насоса отгоняли растворитель. Остаток вакуумировали в течение 1 часа при температуре 50-60°С и 2 гПа. Получили 5,5 г этил-N-бензоил-(2-диизопропоксифосфорил-4-циано)бутанимидата. Выход 80%. Для получения химически чистого вещества его очищали методом колоночной адсорбционной хроматографии на силикагеле марки μLC 5/40, элюент диэтиловый эфир : ацетон (1:1 об.); R_f,63. n²⁰_D 1,5146, d²⁰₄ 1,1271. MR_D 105,34, выч. 106,06. Найдено, %: N 7,33, Р 8,19. C₁₉H₂₇O₅PN₂ Вычислено, %: N 7,11, Р 7,87.

ИК-спектр, ν, см^-1: 775, 980-1104 (РОС); 1116 (СОС); 1260 (Р=O); 1595 (СCar); 1676 (C=N); 1736 (NC=O); 2250 (C≡N).

Предложенный метод позволяет осуществлять синтез N-замещенных этил-(2-диалкоксифосфорил-4-циано)бутанимидатов из соответствующих этанимидатов, что оказалось возможным вследствие высоких С-Н-кислотных свойств активированной метиленовой группы последних.

Метод заключается во взаимодействии N-замещенных этил-(2-диалкоксифосфорил)этанимидатов с акрилонитрилом в присутствии этилата натрия в качестве катализатора с образованием N-замещенных этил-(2-диалкоксифосфорил-4-циано)бутанимидатов. Достоинством разработанного метода является простота технологии и универсальность, так как он позволяет из соответствующих исходных этанимидатов получать С-цианэтилированные их гомологи.

Формула изобретения

Способ получения N-замещенных этил-(2-диалкоксифосфорил-4-циано)бутанимидатов

где R-C₃-C₄-алкил или изоалкил;

R’-C(O)CH₃, C(O)C₆H₅, Si(CH₃)₃,

заключающийся во взаимодействии N-замещенных этил-(2-диалкоксифосфорил)этанимидатов с акрилонитрилом в присутствии катализатора-этилата натрия в среде диоксана при мольном соотношении N-замещенный этил-(2-диалкоксифосфорил)этанимидат:акрилонитрил:этилат натрия (1:1,05-1,15:0,1-0,15) соответственно и температуре 40-60°С.