Синтез и превращения кремнийорганических соединений с фрагментами Si-N-N и Si-C-N тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.08, кандидат химических наук Докучаев, Анатолий Александрович

• Докучаев, Анатолий Александрович
• кандидат химических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат химических наук Докучаев, Анатолий Александрович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СИНТЕЗ И ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ С ФРАГМЕНТОМ в/-Л/-Л/

1.1. Способы получения кремнийсодержащих производных

Л/,Л/-диметил гид разина

1.2. Строение и реакционная способность кремнийсодержащих производных А/,А/-диметилгидразина

1.3. Области практического применения кремнийсодержащих производных А/,А/-диметилгидразина

1.4. Получение линейных и гетероциклических кремнийсодержащих производных А/;А/-диметилгидразина

ГЛАВА 2 СИНТЕЗ И ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ С ФРАГМЕНТОМ Эх-С-А/

2.1. Способы получения кремнийсодержащих пиперазинов

2.2. Химические превращения кремнийсодержащих пиперазинов

2.3. Методы синтеза и химические свойства кремнийоргани-ческих соединеий с фрагментом Э/'-С-Д/

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез и превращения кремнийорганических соединений с фрагментами Si-N-N и Si-C-N»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Интенсивное развитие химии элементов IV группы Периодической системы и особенно крем-нийорганических соединений обусловлено, прежде всего, потребностями полимерной промышленности, а также такими быстроразвиваю-щимися областями техники как микроэлектроника, интегральная и волоконная оптика. Наряду с этим традиционным применением кремний-органических соединений в последние годы сформировалось и стремительно развивается их использование в тонком органическом синтезе в качестве вспомогательных реагентов и синтонов, в особенности для получения биологически активных веществ.

Большие успехи достигнуты и в области исследования физиологически активных кремнийорганических соединений, ряд из которых уже внедрен в медицинскую и сельскохозяйственную практику.

Особое место среди такого многообразия кремнийорганических продуктов занимают кремнийазотсодержащие соединения. Благодаря доступности, повышенной реакционной способности и эффективному использованию они служат основой для получения многих биологически активных препаратов, полимеров, аппретов, катализаторов отверждения смол на силиконовой и эпоксидной основе, а также промежуточных и силилирующих веществ.

На фоне всего этого кремнийсодержащим производным А/,Д/-ди-метилгидразина и некоторым другим 5/,Л/-органическим соединениям, например, карбофункциональным, в настоящее время уделяется, по нашему мнению, незаслуженно мало внимания.

Новый интерес к этим продуктам вызван появившимися в последнее время сообщениями о необходимости поиска путей утилизации Л/,Л/-диметилгидразина и возможности получения удобных синтетических систем на его основе.

Поэтому разработка общих методов синтеза этих соединений с использованием простейших кремнийорганических веществ и доступных синтетических систем, изучение их структуры и реакционной способности вносят новый вклад в химию 8/,Л/-содержащих соединений, расширяют наши представления об их химической природе, практической значимости и являются поэтому весьма актуальной задачей.

Цель работы. Исследование специфики реакционной способности кремнийорганических соединений с фрагментами 8/-Л/-Л/ и Э/'-С-N (производных Л/,Л/-диметилгидразина и некоторых карбамино-силанов), изучение их структуры, совершенствование и разработка новых методов синтеза.

Научная новизна и практическая значимость работы. С использованием известных и разработанных нами синтетических систем получен ряд новых кремнийорганических соединений с фрагментами ЭнЫ-Ы и ЭнС-Ы.

Исследованы особенности реакционной способности указанных соединений, что позволило:

— получить ранее неизвестные линейные и гетероциклические продукты;

— обнаружить перегруппировку системы связей С/-С-5/-А/ в новую систему связей С/—в/—С—А/ и предложить схему протекания реакции кремнийметилирования;

— разработать методы синтеза гетероциклического соединения — 2,2,5,5-тетраметил-1,4-диметиламино-1,4-диаза-2,5-дисилациклогек-сана;

— установить возможность использования кремнийорганических производных Д/,А/-диметилгидразина в синтезе органических и кремнийорганических соединений (изоцианата, уретанов, гетероциклических

продуктов, дисфункциональных карбаминосиланов и амидов кислот); — установить зависимость состава и строения продуктов от природы реагентов и условий проведения реакций гидридсиланов с диоксидом углерода и вторичными аминами, силиламинами и А/,А/-диме-тилгидразином.

Впервые использованы новые реакционные системы — "гекса-метилдисилазан - Ы,Ы-диметилгидразин - ангидрид карбоновой кислоты или пропиленкарбонат" и "Ы^-диметил-Ы'-триметилсилилгид-разин — ангидрид карбоновой кислоты или пропиленкарбонат" — позволяющие легко получать соответствующие эфиры и амиды кислот.

Получило новое развитие реакция /V-силоксикарбонилирования, что позволило разработать технологически приемлемые методы синтеза моно- и бис-О-силилуретанов путем использования легко доступной синтетической системы — игидридсилан - диоксид углерода" — в качестве А/-силоксикарбонилирующего реагента.

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав обсуждения результатов, включающих литературные обзоры, экспериментальной части, выводов и списка литературы (108 наименований). Работа изложена на 111 страницах, содержит 31 таблицу и 29 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Химия элементоорганических соединений», Докучаев, Анатолий Александрович

ВЫВОДЫ

1. Разработана система препаративных методов синтеза, позволившая получить ряд новых кремнийорганических соединений с фрагментами Э/—/V—А/ и вУ-С-Л/ (линейных и гетероциклических).

2. На примере взаимодействия Л/,Л/-диметил-Л/',Л/'-бис(триметил-силил)гидразина с диметил(хлорметил)хлорсиланом впервые не только установлено, что реакция заканчивается образованием 2,2,5,5-тет-раметил-1,4-диметиламино-1,4-диаза-2,5-дисилациклогексана, но и обнаружена перегруппировка системы связей "С/-С—в/—А/ -> С/—в/—С—А/", а также предложена схема протекания процесса.

3. Показана возможность использования кремнийорганических производных А/,А/-диметилгидразина в синтезе органических и кремнийорганических соединений (изоцианата, уретанов, производных 2,5-ди-силапиперазина, дифункциональных карбаминосиланов и амидов кислот).

4. Впервые установлено, что при получении эфиров и амидов кислот можно применять легко доступные системы — "гексаметилди-силазан - М,Ы-диметилгидразин - ангидрид карбоноеой кислоты или пропиленкарбонат" и 11Ы,Ы-диметил-Ы'-триметилсилилгидразин - ангидрид карбоноеой кислоты или пропиленкарбонат".

5. Показано, что при получении силиловых эфиров карбамино-вых кислот в качестве А/-силоксикарбонилирующего реагента можно использовать легко доступную систему — "гидридсилан - диоксид углерода". Установлена зависимость состава и строения продуктов реакции от условий ее проведения и природы исходных реагентов.

6. С использованием программного комплекса HYPER СНЕМ 3.0 произведены расчеты электронных и пространственных структур 29 молекул, содержащих фрагменты Si-N-N и S/-C-/V, что позволило в ряде случаев интерпретировать некоторые полученные результаты.

Список литературы диссертационного исследования кандидат химических наук Докучаев, Анатолий Александрович, 1999 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А. Д. Кирилин, В. Д. Шелудяков, Е. Г. Горлов, В. Ф. Миронов, Прикладное использование кремнийорганических уретанов, НИИТЭХим, Москва, 1979, 46 с.

2. Н. И. Кирилина, В. Д. Шелудяков, А. Д. Кирилин, В. Ф. Миронов, Двуокись углерода в химии кремнийорганических соединений, НИИТЭХим, Москва, 1980, 43 с.

3. В. Д. Шелудяков, Дис. докт. хим. наук, Гос. научно-исслед. ин-т химии и технологии элементоорганич. соед., Москва, 1981, 336 с.

4. А. Д. Кирилин, Дис. докт. хим. наук, Гос. научно-исслед. ин-т химии и технологии элементоорганич. соед., Москва, 1991, 225 с.

5. В. А. Лопырев, Г. В. Долгушин, М. Г. Воронков, Журн. приклад, химии, 1998, 71, 1233.

6. U. Wannagat and W. Liehz, Angew. Chem., 1958, 70, 512.

7. 3. И. Сергеева, Б. А. Долгов, Д. Д. Цитович, в сб. Химия и практическое применение кремнийорганических соединений, Труды конф., Вып. 1, Ленинград, ЦБТИ, 1958, 235.

8. U. Wannagat, Angew. Chem., 1966, 78, 648.

9. U. Wannagatand Н. Niederprüm, Angew. Chem., 1958, 70, 745.

10. A. Pierce, Süylation of organic compounds, Rockford, Pierce Chemical Сотр., 1968.

11. 3. И. Сергеева, Се Цзян-Лань, Журн. общ. химии, 1962, 32, 1987.

12. Е. Larsson and О. Mjörne, Svensk Кет. Tidsk., 1949, 61, 59.

13. U. Wannagat, Monatsch., 1971, 102, 1844.

14. U. Wannagatand E. Bogusch, Inorg. Nucl. Chem. Let, 1965, 1, 13.

15. U. Wannagatand Е. Bogusch, Pure Appl. Chem., 1966, 13, 262.

16. G. Gibson, K. Shcug and I. Crook, Inorg. Chem., 1963, 2, 876.

17. 3. И. Сергеева, Цзян Син-Чжань, Д. Д. Цитович, Журн. общ. химии, 1960,30,694.

18. U. Wannagat and W. Liehz, Angew. Chem., 1957, 69, 783.

19. К. А. Андрианов, Кремнийорганические соединения, Москва, Гос-химиздат, 1955, 520 с.

20. Е. Larsson and В. Smith, Acta chem. scand., 1949, 3, 487.

21. L. Tansjo, Acta chem. scand., 1960, 14, 209.

22. H. Niederprüm and U. Wannagat, Z. anorg. Chem., 1961, 311, 270.

23. 3. И. Сергеева, Се Цзян-Лань, Журн. общ. химии, 1963, 33, 1874.

24. Н. Jiliang, L. Н. Qin, Н. John F. and Н. Rosie, Organometallics, 1993, 13, 336.

25. А. Д. Кирилин, Дис. канд. хим. наук, ИНЭОС, Москва, 1978, 132 с.

26. U. Wannagat and Н. Niederprüm, Angew. Chem., 1959, 71, 574.

27. U. Wannagatand F. Höfler, Monatsch., 1966, 97, 976.

28. F. Höfler and U. Wannagat, Monatsch., 1966, 97, 1598.

29. U. Wannagat and G. Schreiner, O. Brandetäcter, Monatsch., 1965, 96, 1902.

30. O. Gerulat, G. Himbert and U. Bergsträber, Synlett, 1995, № 8, 835.

31. R. West and R. Bailey, J. Am. Chem. Soc., 1964, 86, 5369.

32. Hwu Jih Ru and Wang Naelong, Tetrahedron, 1988, 44, 4181.

33. К. H. Linke, H. J. Gohausen, Ber., 1973, 106, 3438.

34. K. Kuhlein, W. P. Neumann, H. P. Becker, Angew. Chem., 1971, 83, 805.

35. H. P. Becker, W. P. Neumann, J. Organometal. Chem., 1972, 37, 57.

36. C. G. Pitt, K. R. Scillern, Inorg. Chem., 1967, 6, 865.

37. А. В. Калинин, Э. Т. Апасов, С. В. Бугаева, С. Л. Иоффе, В. А. Тар-таковский, Изв. АН СССР. Сер. хим., 1983, 1413.

38. И. Д. Калихман, О. Б. Банникова, Е. Н. Медведева, В. А. Лопырев, М. Г. Воронков, Журн. общ. химии, 1984, 54, 477.

39. В. Д. Шелудяков, Е. С. Родионов, А. Д. Кирилин, В. Ф. Миронов, Журн. общ. химии, 1976, 46, 2265.

40. Г. С. Гольдин, К. О. Овербах, М. А. Юсин, Н. С. Федоров, И. А. Лукьянова, Журн. общ. химии, 1973, 43, 781.

41. А. с. 570613 СССР; Бюл. изобрёт., 1977, 32.

42. В. Д. Шелудяков, А. Д. Кирилин, А. И. Гусев, В. А. Шарапов, В. Ф. Миронов, Журн. общ. химии, 1976, 46, 2711.

43. В. Д. Шелудяков, А. Б. Лебедева, А. Д. Кирилин, Журн. общ. химии, 1987, 57, 1672.

44. U. Wannagat, Advan. Inorg. Chem. Radiochem., 1964, 6, 225.

45. A. c. 485118 СССР; Бюл. изобрет., 1975, 35.

46. К. L. Peterson and К. I. The, Can. J. Chem., 1972, 50, 562.

47. A. E. Lemire and J. C. Tompson, J. Am. Chem. Soc., 1971, 93, 1163.

48. N. Wieberg and G.Schwenk, Chem. Ber., 1971, 104, 3986.

49. А. Б. Лебедева, Дис. канд. хим. наук, Гос. научно-исслед. ин-т химии и технологии элементоорганич. соед., Москва, 1989, 147 с.

50. N. Nöth and W. Regnet, Adv. Chem. Series, 1964, 42, 166.

51. О. Glemser and H. Klüver, Chem. Ber., 1970,103, 3661.

52. E. С. Родионов, Дис. канд. хим. наук, Гос. научно-исслед. ин-т химии и технологии элементоорганич. соед., Москва, 1973, 173 с.

53. W. S. Wadsworth and W. D. Emmons, J. Org. Chem., 1967, 32, 1279.

54. В. Ф. Миронов, В. Д. Шелудяков, В. П. Козюков, Успехи химии, 1979, 48, 874.

55. И. Д. Калихман, О. Б. Банникова, А. В. Калинин, Б. Н. Хасапов, С. Л. Иоффе, В. А. Тартаковский, М. Г. Воронков, Изв. АН СССР. Сер. хим., 1985, 464.

56. И. Д. Калихман, Б. А. Гостевский, О. Б. Банникова, М. Г. Воронков, Металлоорган. химия, 1989, 2, 937.

57. И. Д. Калихман, О. Б. Банникова, Л. П. Петухов, В. А. Пестунович, М. Г. Воронков, ДАН СССР, 1986, 287, 870.

58. И. Д. Калихман, О. Б. Банникова, Б. А. Гостевский, Л. И. Волкова, О. А. Вязанкина, Н. С. Вязанкин, Т. Г. Юшманова, В. А. Лопырев, М. Г. Воронков, В. А. Пестунович, Изв. АН СССР. Сер. хим., 1987, 459.

59.1. D. Kalikhman, V. A. Pestunovich, V. A. Gostevskii, О. В. Bannikova and М. G. Voronkov, J. Organometal. Chem., 1988, 338, 169.

60. M. Г. Воронков, В. А. Пестунович, Ю. И. Бауков, Металлоорган. химия, 1991, 4, 1210.

61. Л. С. Батурина, Дис. канд. хим. наук, Гос. научно-исслед. ин-т химии и технологии элементоорганических соед., Москва, 1975,121 с.

62. О. Y. Scherer, D. Biller and М. Schmidt, Inorg. Nucí. Chem. Let., 1966, 2, 103.

63. Г. С. Гольдин, Н. Л. Иванова, А. Г. Кучер, Пластмассы, 1964, № 7, 26.

64. Г. С. Гольдин, Л. С. Батурина, А. Г. Кучер, Журн. общ. химии, 1971, 41, 2465.

65. Г. С. Гольдин, Л. С. Батурина, А. Г. Кучер, Журн. общ. химии, 1974, 44, 566.

66. Г. С. Гольдин, Л. С. Батурина, О. И. Трубникова, Журн. общ. химии, 1972, 42, 1043.

67. Г. С. Гольдин, С. Г. Федоров, Органические и элементооргани-ческие дигидразины, Москва, НИИТЭХим, 1977, 51 с.

68. С. Е. Carraher, Jr. and L.-S. Wang, Makrom. Chem., 1972, 160, 251.

69. T. Terence and K. Milton, J. Heterocycl. Chem., 1988, 25, 265.

70. M. T. Reetz and Y. Rheinheimer, J. Org. Chem., 1986, 51, 5465.

71. А. Д. Кирилин, А. А. Докучаев, H. Б. Сокова, Е. А. Чернышев, Изв. АН, Сер. хим., 1999, 169.

72. А. Д. Кирилин, Е. А. Чернышев, А. А. Докучаев, Тез. докл. Международного симпозиума по экологическому мониторингу азотсодержащих органических соединений, Москва, 1998, 34.

73. М. И. Евгеньев, С. Ю. Гармонов, И. И. Евгеньева, С. М. Горюнова, А. Д. Кирилин, А. А. Докучаев, Тез. докл. Международного симпозиума по экологическому мониторингу азотсодержащих органических соединений, Москва, 1998, 55.

74. В. Д. Шелудяков, Н. И. Кирилина, М. Г. Кузнецов, А. В. Кисин, А. Д. Кирилин, Журн. общей химии, 1981, 51, 1824.

75. В. Ф. Миронов, В. Д. Шелудяков, Е. С. Родионов, Журн. общей химии, 1974,44, 1496.

76. В. Д. Шелудяков, И. И. Кирилина, А. Д. Кирилин, Журн. общей химии, 1983, 53, 469.

77. И. Пратт, в сб.: Гетероциклические соединения, под ред Р. Эль-дерфилда, Москва, 1960, 6, 344.

78. Н. Niederprüm, W. Sommier, Chem. Ber., 1963, 96, 965.

79. W. Sommier, Chem. Ber., 1963, 96, 349.

80. M. Wieber, M. Schmidt, J. Organometal. Chem., 1963,1, 22.

81. Г.С. Гольдин, Л. С. Батурина, T. H. Пушакова, Журн. общей химии, 1977, 47, 1666.

82. Г. С. Гольдин, в сб.: Новые направления в химии кремнийоргани-ческих соединений, Гос. научно-исслед. ин-т химии и технологии элементоорганическихсоед., Москва, 1981, 101.

83. В. Д. Шелудяков, Е. С. Родионов, Г. Д. Хатунцев, В. Ф. Миронов, Журн. общей химии, 1971, 41, 2340.

84. В. Д. Шелудяков, Е. С. Родионов, В. Ф. Миронов, Журн. общей химии, 1974, 44, 1044.

85. В. Ф. Миронов, в сб.: Кремнийорганические соединения, Гос. научно-исслед. ин-т химии и технологии элементоорганич. соед., Москва, 1985, 63.

86. Н. С. Федотов, В. Ф. Миронов, Синтез и свойства силаоксацикло-алканов, НИИТЭХим, Москва, 1979, 26 с.

87. В. Д. Шелудяков, А. Д. Кирилин, В. Ф. Миронов, Журн. общей химии, 1975, 45, 707.

88. В. Д. Шелудяков, А. Д.Кирилин, В. Ф. Миронов, Журн. общей химии, 1976, 46, 2712.

89. В. Д. Шелудяков, Я. М. Паушкин, Н. И. Кирилина, А. Д. Кирилин, Докл. АН СССР, 1979, 246, 1152.

90. В. Д. Шелудяков, А. Б. Дмитриева, А. И. Гусев, Г. М. Апалькова, А. Д Кирилин, Журн. общей химии, 1984, 54, 2298.

91. В. Д. Шелудяков, А. Б. Лебедева, А. X. Шукюров, А. Д. Кирилин, Журн. общей химии, 1986, 56, 1308.

92. В. Д. Шелудяков, Э. Л. Котрикадзе, А. Д. Кирилин, Журн. общей химии, 1984, 54, 1134.

93. В. Д. Шелудяков, А. X. Шукюров, Н. И. Кирилина, Н. Б. Сокова, А. Д. Кирилин, Журн. общей химии, 1988, 58, 93.

94. В. Д. Шелудяков, Н. А. Викторов, А. С. Ткачев, В. Ф. Миронов, Журн. общей химии, 1977, 47, 90.

95. R. W. Hillyard, С. М. Ryan, С. H. Yoder, J. Organometal. Chem., 1978, 153, 369.

96. К. D. Onan, A. T. McPhall, C. H. Yoder, J. Chem. Soc., Chem. Corn.,

Л (Î7Q ОПО 1С! ! \j, ¿.cc.

97. A. И. Албанов, Ю. И. Бауков, M. Г. Воронков, Е. П. Крамарова, М. Ф. Ларин, В. А. Пестунович, Журн. общей химии, 1983, 53, 246.

98. А. Д. Кирилин, Н. Б. Сокова, Е. А. Чернышев, Изв. АН. Сер. хим., 1994, 1798.

99. В. М. Дьяков, Г. И. Орлов, Средние азотсодержащие силацикла-ны, НИИТЭХим, Москва, 1985, 58 с.

100. В. Д. Шелудяков, Е. С. Родионов, Б. Н. Бочкарев, А. Н. Поливанов, Ю. А. Стреленко, В. Ф. Миронов, Журн. общей химии, 1974, 44, 1506.

101. В. Ф. Миронов, В. Д. Шелудяков, Е. С. Родионов, Журн. общей химии, 1973,43,2573.

102. В. Ф. Миронов, В. Д. Шелудяков, Е. С. Родионов, Журн. общей химии, 1974, 44, 1502.

103. А. Д. Кирилин, А. А. Докучаев, И. Н. Менчайкина, Е. В. Семенова, Н. Б. Сокова, Е. А. Чернышев, Изв. АН, Сер. хим., 1996, 2309.

104. А. Д. Кирилин, А. А. Докучаев, И. Н. Менчайкина, Е. А. Чернышев, Изв. АН, Сер. хим., 1996, 2407.

105. Г. К.-И. Магомедов, О. В. Школьник, Коорд. химия, 1978, 4, 1039.

106. Е. А. Чернышев, Г. К.-И. Магомедов, О. В. Школьник, В. Г. Сыркин, 3. В. Белякова, Журн. общ. химии, 1978, 48, 1742.