CC BY
23
УДК 547.241
РЕАКЦИИ БОРНАН-2-ОЛА С ПРОИЗВОДНЫМИ ФОСФОРИСТОЙ КИСЛОТЫ* THE REACTIONS OF BORNAN-2-OL WITH THE PHOSPHORIC ACID DERIVANTS
Ю. Н. Митрасов1, П. И. Федоров2, И. Н. Смолина1,
Н. А. Лукичева1, А. В. Гаврилова1
Y. N. Mitrasov1, P. I. Fedorov2, I. N. Smolina2,
N. A. Lukicheva1, A. V. Gavrilova1
1 ГОУВПО «Чувашский государственный педагогический
университет им. И. Я. Яковлева», г. Чебоксары
2 ФГОУ ВПО «Чувашский государственный университет
имени И. Н. Ульянова», г. Чебоксары
Аннотация. Синтезированы хлорангидриды, эфиры и эфироамиды борнан-2-илфосфорис-той кислоты и изучены их реакции с электрофильными реагентами. Выявлена биологическая активность борнанил-2-илфосфатов и -тиофосфатов.
Abstract. The chloranhydrides, ethers and etheroamides of bornan-2-ylphosphoric acid have been synthesized and the ways of their reactions with electrophilic reagents have been also researched. The biological activity of bornanyl-2-ylphosphosphates and tiophosphates have been revealed.
Ключевые слова: борнан-2-ол, фосфорилирование, трихлорид фосфора, переэтерифика-ция, диметилфосфит, Ы,Ы-диэтиламидоди(борнан-2-ил)фосфит, борнанил-2-илфосфаты.
Keywords: bornan-2-ol, phosphorilation, phosphorous trichloride, interesterification, dimethyl-phosphit, N,N- diethylamidodi(bornan-2-yl)phosphit, bornanyl-2-ylphosphosphates.
Актуальность исследуемой проблемы. Борнан-2-ол1 (изоборнеол) находит широкое применение в синтезе биологически активных веществ, использующихся в парфюмерно-косметической промышленности, медицине и других областях народного хозяйства. В частности, изоборнеол является промежуточным соединением при получении камфары - одного из важнейших продуктов лесохимического производства. В усилении биологической активности существенное влияние может оказать введение в циклическую структуру различных биогенных групп. Так, ранее нами было описано борилирование изоборнеола [2]. В продолжение этих исследований в данном сообщении приводятся результаты работ по фосфорилированию изоборнеола.
Работа выполнена при финансовой поддержке аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 гг.)», проект № 2.1.1/1979.
Материал и методика исследований. Для введения фосфорных групп в структуру изоборнеола были использованы реакции с производными кислот фосфора (III). В качестве фосфорилирующих реагентов применяли трихлорид фосфора, диметил- и гексаэтил-триамидофосфиты, которые являются промышленными продуктами, за исключением амида, который был синтезирован взаимодействием диэтиламина с трихлоридом фосфора по методике [1].
Известно, что на взаимодействии алифатических спиртов с галогенидами фосфора основан один из препаративных способов получения галогеноалканов [3]. Однако в случае трихлорида фосфора процесс можно остановить на стадии образования продуктов О-фосфорилирования. Для этого необходимо использовать пониженную температуру и акцепторы хлористого водорода, так как его повышенная концентрация в реакционной смеси вызывает расщепление связи С-О-Р. Реакции изоборнеола с эфирами и амидами фосфористой кислоты проводили при нагревании от 50 до 120оС.
Строение синтезированных соединений устанавливали по данными ИК- и ЯМР :Н-спектров, чистоту подтверждали тонкослойной хроматографией, а состав - элементным анализом.
Результаты исследований и их обсуждение. Реакции изоборнеола с трихлоридом фосфора проводили в различных мольных соотношениях реагентов (1-3:1) в присутствии или отсутствии основания. Проведение процесса в отсутствии основания и при мольном соотношении изоборнеол: трихлорид фосфора, равном 3:1, в мягких условиях (0°С) позволило получить бис(борнан-2-ил)фосфит (1).
н3с ,сн
3
Н3С
+ 3 РС13 -----------------
он -2НС1,НзС^СНз
С1
Фосфит (1) был получен нами также при переэтерификации диметилфосфита с изо-борнеолом при температуре 120°С. Окончание процесса контролировали по прекращению отгонки метилового спирта.
ИК-спектры и константы соединений, полученных этими двумя способами, оказались идентичными.
п
Н3С
Для получения борнанил-2-хлорфосфитов реакцию изоборнеола с трихлоридом фосфора проводили в инертном органическом растворителе (абсолютный бензол) и в присутствии третичного основания (пиридин). Это позволило при мольных соотношениях 1:1 и 2:1 получить соответственно борнанил-2-дихлор- и ди(борнанил-2-)хлорфосфиты (2а,б) в виде густых маслообразных веществ. При мольном соотношении компонентов 3:1 был получен три(борнанил-2-)фосфит (2в).
Амидофосфиты широко применяются для фосфорилирования спиртов. Достоинствами этого метода являются простота технологического процесса, минимальное количество побочных продуктов и легкость их отделения от целевых продуктов. Нами показано, что изоборнеол легко реагирует с гексаэтилтриамидофосфитом при нагревании до 50°С. Изменяя мольное соотношение реагентов, мы получили диэтиламидоборнанил-2-фосфиты (3а,б) или средний фосфит (2в). Побочно образующийся диэтиламин легко отделяется перегонкой. Чистоту соединений (2в, 3а,б) контролировали методом тонкослойной хроматографии.
Состав полученных соединений подтверждали данными элементного анализа. Фосфиты (2а-в, 3а,б) дают качественную реакцию на наличие трехвалентного фосфора с хлоридом меди (I). Они представляют собой ценные промежуточные соединения фосфо-рорганического синтеза, на основе которых можно получить другие типы ФОС. В связи с этим нами было изучено взаимодействие фосфитов (2в, 3а,б) с такими электрофильными реагентами, как галогеноводороды, сера, кислород и бром. Оказалось, что они легко окисляются кислородом воздуха с образованием соответствующих борнанил-2-фосфатов (4а-в). Присоединение серы осуществляли в среде хлористого метилена при нагревании до 35-40оС. По мере протекания реакции наблюдалось уменьшение количества твердой фазы, а о завершении реакции свидетельствовала полная гомогенизация реакционной массы. Целевые борнанил-2-тиофосфаты (4г-е) очищали перегонкой в вакууме.
НзСч/снз
/
Нз^/снз
п
НзС
+ п С5Н5К + РС1з ОН
- п с5н5№ыа
\
2 a-в
п=1 (а), 2 (б), з (в).
2в, 3 я,б
п=1 (а), 2 (б).
з-п
Х=0, п=1 (а), 2 (б), 3 (в); Х=5,п=1(г),2(д),3(е).
Для синтеза смешанных борнанил-2-фосфатов (5а-в) нами были использованы реакции изоборнеола с диалкилфосфитами в среде четыреххлористого углерода при действии 50 % раствора гидоксида натрия в присутствии бензилтриэтиламмоний хлорида по Тодду-Атертону [4].
Н3С СН3
Н3С
+ (ЯО)2 Р(0)Н он
Н3С,СН3
ШОН, СС14, БТЭАХ ------------------------►
-ЫаС1, -НСС13, -Н20
О-
Н3С
о
•Р((Ж)2
5 а-в
К=СН3 (а), С2Н5 (б), С3Н7 (в).
Средний фосфит (2в) при действии хлористого или бромистого водорода превращается в кислый фосфит (1), а брома - в бромди(борнанил-2-)фосфат (6).
О/ Р +
СН,
Выходы и константы соединений (1-6) приведены в табл. 1, а спектральные характеристики - в экспериментальной части.
Таблица 1
Выходы, константыа и данные элементного анализа борнанил-2-фосфатов и тиофосфатов
№ соединения Выход, % d42(l и 2( нв Найдено, % Формула Вычислено, %
N Р N Р
1б 85 1,4857 - 8,68 С20Н35О3Р - 8,73
2ав 67 1,1780 1,5006 - 12,00 С10Н17 С12ОР - 12,13
2бв 59 1,0346 1,4856 - 8,12 С2„Н34 СЮ2Р - 8,30
2в 64 1,0175 1,4785 - 6,62 С30Н51О3Р - 6,73
3а 81 - - 8,44 9,33 СцД^ОР 8,53 9,43
3б 84 - - 3,37 7,42 С24Н44Ш2Р 3,42 7,56
4а 97 1,0311 1,4951 8,02 9,05 СцД^ОР 8,13 8,99
4б 96 1,0701 1,5147 3,10 7,40 СМН44Ш3Р 3,29 7,28
4в 98 1,1103 1,5287 - 5,99 С30Н51О4Р - 6,11
4гг 89 1,0502 1,5223 7,52 8,36 С18Нз7N2ОРS 7,77 8,59
4дг 95 1,0901 1,5372 3,10 7,13 С24Н44О2NРS 3,17 7,01
4ег 94 1,1205 1,5486 - 5,85 СзoН51ОзРS - 5,92
5аб 70 1,1108 1,4662 - 11,77 С12Н23О4Р - 11,81
5бб 65 1,0813 1,4655 - 10,58 Сі4Н27О4Р - 10,67
5вб 67 1,0485 1,4644 - 9,68 С16Н31О4Р - 9,81
6 83 1,2798 1,5229 - 6,99 С20Н34ВгО3Р - 7,15
Примечание. а) Маслообразные вещества. б) Т. кип. оС (мм рт. ст.): 138-140 (13) (1), 140-142 (2) (5а), 126-128 (1) (5б), 163 (2) (5в). в) Найдено, %: С1 27,56 (2а), 9,43 (2б). Вычислено, %: С1 27,77 (2а), 9,50 (2б). г) Найдено, %: S 8,72 (4г), 7,05 (4д), 6,08(4е). Вычислено, %: S 8,89 (4г), 7,26 (4д), 6,13 (4е). д) Найдено, %: Вг 18,51. Вычислено, %: Вг 18,44.
С целью оценки биологической активности синтезированных органических соединений фосфора изучено влияние водных растворов фосфатов (4в, 4е, 5а) на энергию прорастания (ЭП) и лабораторную всхожесть (ЛВ) семян злаковых культур (табл. 2).
Таблица 2
Влияние фосфатов (4в, 4е, 5а) на энергию прорастания и лабораторную всхожесть семян ячменя сорта «Эльф» и пшеницы сорта «Московская 35»
Показатели, % Культура Концентрация, Вещество
% 4 в 4е 5а
0 84 58 75
ЭП 0,01 77 55 72
Ячмень сорта «Эльф» 0,005 86 65 73
0,001 88 66 84
0 85 67 76
ЛВ 0,01 78 60 73
0,005 89 76 76
0,001 90 77 88
0 88 63 78
ЭП 0,01 76 57 76
Пшеница сорта «Московская 35» 0,005 90 68 74
0,001 92 70 83
0 87 69 70
ЛВ 0,01 75 65 74
0,005 91 72 79
0,001 95 78 86
Выявлено, что стимулирующий эффект фосфатов (4в, 4е, 5а) наблюдается при проращивании семян в 0,001-0,005 %-х растворах по сравнению с контролем (вода), а в пробах с концентрацией 0,01 % наблюдалось подавление всхожести семян.
Экспериментальная часть
ИК-спектры были записаны на инфракрасном Фурье-спектрометре ФСМ 1202 в диапазоне 400-4000 см-1, призмы - хлорид натрия или бромид калия, тонкий слой. Спектры ЯМР 31Р были сняты на приборе Вгикег WP-80 (32,44 МГц), внешний стандарт -85 %-ая фосфорная кислота.
Бис(борнан-2-ил)фосфит (1)
а) К раствору 4,6 г (0,03 моль) изоборнеола в 10 мл дихлорметана при охлаждении льдом в атмосфере азота прибавляли по каплям 1,4 г (0,01 моль) треххлористого фосфора, перемешивали при 25оС в течение 1 ч, удаляли в вакууме хлористый водород и растворитель, остаток перегнали и получили 2,5 г (71 %) целевого продукта (табл. 1). Спектр ЯМР 'Н (5, м.д.): 0,81 с [6 Н, (СЩ2С], 0,94 с (3Н, СН3), 4,21 м (1Н, 'СИ), 1,46 м (2Н, 3СН2), 1,88 м (2Н, 4СН2), 2,07 м (1Н, 5СН), 2,03 м (2 Н, 6СН2), 6,73 д (1 Н, РН). ИК-спектр (и, см-1): 2420 (Р-Н), 1290 (Р=О) и 1020-1060 (Р-О-С).
б) Смесь 3,8 г (0,025 моль) изоборнеола и 1,4 г (0,012 моль) диметилфосфита нагревали при температуре 120оС в атмосфере азота до прекращения отгонки метанола. Перегонкой остатка в вакууме получили 2,5 г (60 %) целевого продукта.
в) Через 0,49 г трис(борнан-2-ил) фосфита при комнатной температуре пропустили сухой хлористый водород в течение 1 ч. Затем выдерживали в вакууме при температуре 100°С в течение 1 ч и перегонкой получили 0,3 г (85 %) целевого продукта.
Борнанил-2-дихлорфосфит (2а)
К раствору 4,6 г (0,03 моль) изоборнеола и 2,4 г (0,03 моль) пиридина в 50 мл абсолютного бензола в атмосфере азота при 0-5оС и интенсивном перемешивании прибавляли по каплям 4,2 г (0,03 моль) треххлористого фосфора. Затем выдерживали смесь при 50оС в течение 1 ч, отфильтровали осадок и перегонкой фильтрата получили 5,1 г (67 %) целевого продукта (табл. 1). Спектр ЯМР :Н (5, м.д.): 0,81 с [6 Н, (СН3)2С], 1,13 с (3Н, СН3), 6,39 м (1Н, :СН), 1,49 м (2Н, 3СЩ, 1,88 м (2Н, 4СН2), 2,09 м (1Н, 5СН), 2,54 м (2 Н, 6СН2). ИК-спектр (и, см-1): 550 (Р-С1), 1020-1060 (Р-О-С).
Аналогично синтезировали фосфиты (2б, в) (табл. 1).
Бис(диэтиламидо)борнан-2-илфосфит (3а)
Раствор 1,54 г (0,01 моль) изоборнеола и 2,47 г (0,01 моль) гексаэтилтриамидофос-фита в 10 мл абсолютного бензола в атмосфере азота нагревали при перемешивании и температуре 65-70оС в течение 1 ч. Затем отогнали растворитель и выделившийся диэти-ламин. Перегонкой остатка получили 2,6 г (81 %) целевого продукта (табл. 1). Спектр ЯМР :Н (5, м.д.): 0,81 с [6 Н, (СЩ2С], 1,01 с (3Н, СН3), 4,98 м (1Н, :СН), 1,49 м (2Н, 3СН2), 1,88 м (2Н, 4СН2), 2,09 м (1Н, 5СН), 2,20 м (2 Н, 6СН2), 1,01 т ( 6Н,2 СН3СН2, %н 7,1), 3,05 м (4 Н, 2СН3СН2).
Аналогично синтезировали фосфиты (2в, 3б) (табл. 1).
Трис(борнан-2-ил)фосфат (4в)
В круглодонную колбу, снабженную газоподводящей трубкой, загрузили 0,45 г (0,001 моль) трис(борнан-2-ил)фосфита и в течение 1 ч пропускали осушенный кислород. Выход трис(2,2-дихлорциклопропилметил)фосфата составил 0,5 г (98 %) (табл. 1). Спектр ЯМР :Н (5, м.д.): 0,81 с [6 Н, (СЩ2С], 0,94 с (3Н, СН3), 4,28 м (1Н, :СН), 1,46 м (2Н,
3СН2), 1,88 м (2Н, 4СН2), 2,07 м (1Н, 5СН), 2,12 м (2 Н, 6СН2).
Аналогично синтезировали фосфаты (4а,б) (табл. 1).
Трис(борнан-2-ил)тиофосфат (4е)
К раствору 0,46 г (0,001 моль) трис(борнан-2-ил)фосфита в 5 мл хлористого метилена прибавили 0,03 г (0,001 моль) тонкоизмельченной серы и нагревали при 40оС до гомогенизации смеси. После фильтрации и отгонки растворителя получили 0,49 г (94 %) целевого фосфата в виде густого масла (табл. 1). Спектр ЯМР :Н (5, м.д.): 0,81 с [6 Н, (СНз)2С], 0,94 с (3Н, СН3), 4,28 м (1Н, :СН), 1,46 м (2Н, 3СЩ, 1,88 м (2Н, 4СЩ, 2,07 м (1Н, 5СН), 2,12 м (2 Н, 6СН2).
Аналогично синтезировали фосфаты (4г,д) (табл. 1).
Диметил(борнан-2-ил)фосфат (5а)
Раствор 1,54 г (0,01 моль) изоборнеола и 1,1 г (0,01 моль) диметилфосфита, 10 мл четыреххлористого углерода, 1,0 г (0,01 моль) триэтиламина и 0,2 г бензилтриэтиламмоний хлорида нагревали при перемешивании и температуре 50-55оС в течение 1 ч. Затем отфильтровали осадок, фильтрат промыли 5 %-м раствором карбоната натрия, высушили безводным сульфатом натрия и перегнали. Выход целевого продукта - 1,8 г (70 %) (табл. 1). Спектр ЯМР :Н (5, м.д.): 0,81 с [6 Н, (С^ЬС], 0,94 с (3Н, СН3), 4,28 м (1Н, !СН), 1,46 м (2Н, 3СЩ, 1,88 м (2Н, 4СН2), 2,07 м (1Н, 5СН), 2,12 м (2 Н, 6СН2), 3,71 д (6 Н, 2 СН3О, 3JW 12,0 Гц).
Аналогично синтезировали фосфаты (5б, в) (табл. 1).
Бромди(борнанил-2-)фосфат (6)
К 1,5 г (0,003 моль) фосфита (4) при охлаждении прибавили по каплям и перемешивании 0,48 г (0,003 моль) брома. Затем выдерживали смесь в течение 1 ч при температуре 50-60оС, отогнали 2-борнилбромид и получили 1,08 г (83 %) целевого продукта в виде густого масла. Найдено, %: Br 18,36, P 7,23. С20Н34ВгО3Р. Вычислено, %: Br 18,43, P 7,14. Спектр ЯМР :Н (5, м.д.): 0,81 с [6 Н, (СЩ2С], 0,94 с (3Н, СН3), 4,31 м (1Н, :СН), 1,46 м (2Н, 3СН2), 1,88 м (2Н, 4СЩ, 2,07 м (1Н, 5СН), 2,27 м (2 Н, 6СН2), 3,71 д (6 Н, 2 СН3О, 3Jkf 12,0 Гц).
Резюме. Разработаны условия О-фосфорилирования борнан-2-ола производными кислот фосфора (III), изучены химические свойства борнан-2-илфосфитов и биологическая активность борнанил-2-илфосфатов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кормачев, В. В. Препаративная химия фосфора / В. В. Кормачев, М. С. Федосеев. - Пермь : УрО РАН, 1992. - 576 с.
2. Митрасов, Ю. Н. Синтез и свойства три(борнанил-2-)бората / Ю. Н. Митрасов, А. В. Гаврилова // Вестник Чуваш. гос. пед. ун-та им. И. Я. Яковлева. - 2010. - № 1 (65). - С. 31-35.
3. Органикум : в 2-х т. Т. 1 / Х. Беккер и др. - М. : Мир, 1992. - 487 с.
4. Atherton, F. R. The reaction of dialkylphosphites with polyhalogen compounds inpresence of bases / F. R.Atherton, H. T. Openshaw, R. R. Todd // J. Chem. Soc. - 1945. - N. 2. - P. 660-663.
