Синтез бис-(триметилсилил) диметиламинометил фосфоната (стр. 2 из 3)
Практически одновременно с реакцией Кабачника-Филдса была открыта реакция Пудовика. Это реакция между диалкилфосфитом и имином, реагенты которой являются интермедиатами реакции Кабачника-Филдса, поэтому они считаются родственными и сводятся к одному типу и механизму[3; 4]:
В качестве катализатора используют протон или кислоту Льюиса (активирует иминную компоненту), либо основание Льюиса (активирует фосфитную компоненту).
Аналогично проводится реакция с аминалями или аминоацеталями формальдегида [5]:
В данной реакции также может быть использован бис-(триметилсилил)фосфонат в качестве фосфорной компоненты [3; 4]. Данная реакция была использована нами в этой работе:
Для проведения реакции необходимо кипятить реагенты с небольшим количеством хлорида цинка в колбе Кляйзена до образования конечного продукта. После окончания реакции вещество отделяют при помощи фракционной перегонки при пониженном давлении.
Важным методом получения α-аминофосфоната также является замена ацетатного остатка природных аминокислот на фосфонатную группу при помощи триметилфосфита. Реакция проводтся в две стадии: образованию связи C-P предшествует расщепление аминокислоты тетраацетатом свинца[4]:
2.3.3 Синтез путем создания C-N связи
Введение аминогруппы может быть осуществлено при помощи перегруппировок Курциуса и Гофмана [4]. Эти перегруппировки используются для превращения карбонильной группы в аминогруппу. Для этого проводят синтез оснований Шиффа с их последующим восстановлением. Применяются оксимы и гидразоны.
Введение аминогруппы может быть произведено при помощи нуклеофильного замещения [4]. В реакцию аминирования под действием аммиака., например, вступают α-галогенофосфоновые кислоты. Вместо аммиака также вводят азидную группу, воостанавливая ее гидрированием на Pd/C или трифенилфосфином. Также используют аналогичный спирт вместо галогенпроизводных:
Атака нуклеофила по α-атому углерода также может быть осуществлена, если гидроксильную группу заменить на более сильный нуклеофуг (тозилат, трифлат).
Электрофильное аминирование может быть произведено, если на α-атоме углерода будет создан большой избыток электронной плотности. Генерация карбанионов проводится при помощи обработки бутиллитием фосфонового эфира с алкильным или арильным заместителем в α-положении. Литиевую соль переводят в купрат и обрабатывают литиевым производным трет-бутил-N-тозилкарбамата, аллил-N-тозилкарбамата или аллил-N-мезоксикарбамата[4]:
2.4 Получение N,N,N’N’-тетраметилдиаминометана
В работе [6] был предложен метод синтеза N,N,N’N’-тетраметилдиаминометана (или бис-(диметиламино)-метана) из формальдегида диметиламина. Для приготовления вещества реагенты смешивают в водном растворе при охлаждении в бане со льдом. После окончания реакции отделяют органический слой подщелачиванием гидроксидом калия. Этот слой далее отделяют, сушат над щелочью и перегоняют. Выход N,N,N’N’-тетраметилдиаминометана по данной методике составляет 77-85% от теоретического:
Также в работе [7] был описан метод получения бис-(диметиламино)-метана по следующей реакции с выходом 54% от теоретического:
N,N,N’N’-тетраметилдиаминометан можно получить по реакции, описанной Рудченко, Шевченко и Костяновским в [8], но с очень низким выходом (26%):
Ещё один синтез бис-(диметиламино)-метана из диметиламина был описан в работе [9]. Для получения этого вещества раствор диметиламина в дихлорметане нагревают до в водяной бане. После трёх часов реакции жидкую фазу выпаривают и далее разделяют при помощи фракционной перегонки.
Этот способ непрактичен, так как выход вещества небольшой (порядка 40-50%) в связи с протеканием побочных реакций.
2.5 Получение бис-(триметилсилил) фосфоната
В статье Воронкова, Колесовой и Згонник был описан простой метод получения триалкилсилиловых эфиров фосфористой кислоты [10]. По этому методу с выходом 57% от теоретического получается и бис-(триметилсилил) фосфонат (бис-(триметилсилил)-фосфит).
Для получения вещества избыток триметилхлорсилана и фосфористая кислота H3PO3 кипятились в колбе с обратным холодильником до прекращения выделения соляной кислоты. Далее полученный фосфонат отгонялся под вакуумом. Аналогичный способ был предложен в [11].
Также российскими учеными запатентован метод получения бис-(триметилсилил) фосфината из триметилхлорсилана и фосфина в третбутаноле с количественным выходом [12]:
3. Экспериментальная часть
3.1 Синтез N,N,N’N’-тетраметилдиаминометана [6]
Поместили 30,5 г (0,38 моль) 37% раствора формальдегида в стакан на 600 мл, снабженный механической мешалкой и термометром. Стакан поместили в баню со льдом. К раствору медленно при сильном перемешивании прибавляли 135 г (0,75 моль) 25% водного раствора диметиламина так, чтобы температура реакционной смеси не поднималась выше 15 °С. После прибавления смесь перемешивали ещё 30 минут, после чего отдельными порциями прибавили 75 г гидроксида калия в гранулах до расслоения смеси. Верхний слой отделили, просушили над щелочью в течении 1 часа и перегнали. Получили 25 г (66% от расчета, 86% от методики) N,N,N’N’-тетраметилдиаминометана с температурой кипения 89 °С и
. (по литературным данным 82-84 °С и 1,4018 соответственно [13]).3.2 Синтез бис-(триметилсилил) фосфоната
48,9 г (0,45 моль) триметилхлорсилана, 12,3 г (0,15 моль) фосфористой кислоты H3PO3 кипятились с обратным холодильником до прекращения выделения хлороводорода. При фракционной перегонке реакционной смеси получено 16 г (51% от теории, 89% от методики) бис-(триметилсилил) фосфоната с температурой кипения 79 °С и
. (по литературным данным 74-75 °С и 1,4145 соответственно [10; 11]).3.3 Синтез бис-(триметилсилил)-диметиламинометил фосфоната
Реакционную смесь, состоящую из 10 мл N,N,N’N’-тетраметилдиаминометана и 8 мл бис-(триметилсилил) фосфоната (двухкратный избыток N,N,N’N’-тетраметилдиаминометана), поместили в колбу Кляйзена, снабженную прямым холодильником, в которую предварительно положили кусочек безводного хлорида цинка, и кипятили до тех пор, пока температура смеси не поднялась до 160 °С. Перед помещением реагентов в колбу прибор продули в токе аргона во избежание гидролиза бис-(триметилсилил) фосфоната. Для предотвращения выпаривания реагентов прибор наклонили так, чтобы они свободно стекали из холодильника обратно в реакционную смесь.
После проведения реакции бис-(триметилсилил)-диметиламинометил фосфонат отгоняли под вакуумом (13 тор, температура кипения 112-114 °С). Получено 8,5 г конечного продукта (85% от теоретического выхода) с
.4. Обсуждение результатов
Для получения бис-(триметилсилил)-диметиламинометил фосфоната мы провели следующий синтез, включающий синтез бис-(триметилсилил) фосфоната и диметиламина, по следующей схеме:
По приведенным в экспериментальной части работы методикам были синтезированы следующие вещества:
1. N,N,N’N’-тетраметилдиаминометан по реакции диметиламина с формальдегидом в водном растворе.
2. бис-(Триметилсилил) фосфонат при кипячении триметилхлорсилана с фосфористой кислотой.
3. Целевой бис-(триметилсилил)диметиламинометил фосфонат по реакции N,N,N’N’-тетраметилдиаминометана с бис-(триметилсилил) фосфонатом.
| Название и формула | Физические параметры | Выход | |||
| Полученные | Из литературных источников | В г. | В % | ||
| От методики | От теории | ||||
| N,N,N’N’-тетраметилдиаминометан | Ткип = 89 °С | Ткип = 82-84 °С  | 25 | 86 | 66 |
| бис-(Триметилсилил) фосфонат | Ткип = 79 °С | Ткип = 74-75 °С | 16 | 89 | 51 |
| бис-(триметилсилил)-диметиламинометил фосфонат | Ткип = 112-114 °С (13 тор) | - | 8,5 | - | 85 |
Для целевого продукта бис-(триметилсилил)-диметиламинометил фосфоната были зарегистрированы спектры 31P и 1H на приборе BruckerAvanse 400.