СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОСФОНАТОВ ИЗ ДИАЛКИЛФОСФИТОВ И ПРОИЗВОДНЫХ НЕПРЕДЕЛЬНЫХ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
METHOD OF PRODUCING PHOSPHONATES FROM DIALKYL PHOSPHITES AND UNSATURATED CARBOXYLIC ACID DERIVATIVES

Изобретение относится к области фосфорорганической химии и может быть использовано для получения фосфонатов, которые самостоятельно, либо в результате дальнейших химических превращений могут применяться в качестве антипиренов, ингибиторов коррозии, поверхностно-активных и биологически активных веществ. Например, диметил-3-амино-3-оксопропилфосфонат, продукт присоединения диметилфосфита к акриламиду, является сырьем для получения одного из наиболее эффективных и нетоксичных антипиренов Pyrovatex CP, используемого в промышленности для придания огнестойкости текстильным материалам.
Из существующего уровня техники известно, что присоединение диалкилфосфитов к производным непредельных карбоновых кислот самопроизвольным образом не протекает и требует использования катализатора:
1
2
2
2
R=Alk; R=H, Alk; X=CN, COR, CONH и др.
Известен способ получения фосфонатов, в котором катализатором присоединения диалкилфосфитов к производным непредельных карбоновых кислот выступают щелочные и щелочноземельные металлы (литий, натрий, калий, магний, кальций) [Ladd E.C., Harvey M.P. US Patent 2,971,019 A, 1961]. Недостатком данного способа является его повышенная взрывоопасность, связанная с высокой химической активностью применяемых металлов, а также выделением побочного продукта - газообразного водорода.
Как известно из уровня техники, в качестве катализаторов для получения фосфонатов могут быть использованы более слабые неорганические основания - карбонаты щелочных металлов [Платонов А.Ю., Сиваков А.А., Чистоклетов В.Н., Майорова Е.Д. Журн. общ. химии, 1999, 69, 514-515], оксиды щелочноземельных металлов [1. Martínez-Castro E., López Ó., Maya I., Fernández-Bolaños J.G., Petrini M. Green Chem., 2010, 12, 1171-1174; 2. Wang Z., Zhang J., Wang S., Zha Z. China Patent CN 102060873 (A), 2011], а также органические основания - амины [1. Simoni D., Invidiata F.P., Manferdini M., Lampronti I., Rondanin R., Roberti M., Pollini G.P. Tetrahedron Lett., 1998, 39, 7615-7618; 2. Wozniak L.A., Bukowiecka-Matusiak M., Burzynska-Pedziwatr I., Stec W.J. Tetrahedron Lett., 2009, 50, 2620-2623]. Однако в перечисленных выше способах значительно снижается эффективность катализа; как следствие, требуется увеличение времени проведения реакций до нескольких десятков часов и нескольких суток либо повышение температуры синтеза, что увеличивает долю побочных процессов с участием непредельного производного.
5
1
6
5
2
2
2
4
2
3
2
2
Известен способ катализа рассматриваемых реакций в мягких условиях с использованием бис-амидного комплекса неодима формулы [η:η-(N-CHNHCHCH)(2,5-MeCHN)]Nd[N(SiMe)] [Wang F., Wang S., Zhu X., Zhou S., Miao H, Gu X., Wei Y., Yuan Q. Organometallics, 2013, 32, 3920-3931]. Недостатком этого способа является дороговизна и коммерческая недоступность применяемого катализатора.
Присоединение диалкилфосфитов к производным непредельных карбоновых кислот становится возможным и под действием микроволнового излучения [Balint E., Takacs J., Drahos L., Keglevich G. Heteroatom Chem., 2012, 23, 23 5-240], однако получение фосфонатов по указанному способу требует высоких температур (120-175°C); кроме того, необходимо использование специальных микроволновых реакторов.
Для получения фосфонатов из диалкилфосфитов и производных непредельных карбоновых кислот в лабораторной и промышленной практике наибольшее применение нашел катализ реакции алкоголятами щелочных металлов (осуществляющийся в гомогенных условиях и заключающийся в ускорении реакции за счет депротонирования диалкилфосфита основным катализатором) [1. Пудовик А.Н. Успехи химии, 1954, 23, 547-580; 2. Dermeik S., Wanner M., Lemmer K.-H., Braun R. US Patent 5,648,509 A, 1997; 3. Ye Y., Li P., Hu X., Ju Z., Zhao Y. Phosphorus, Sulfur, and Silicon, 2008, 183, 701-705], поскольку прочие известные способы либо уступают ему по своей эффективности, либо требуют использования дорогостоящих коммерчески недоступных катализаторов.
Указанный способ с использованием алкоголятов щелочных металлов в качестве катализатора является наиболее близким к заявленному техническому решению по достигаемому техническому результату и выбран заявителем в качестве прототипа.
При использовании в качестве катализатора алкоголятов щелочных металлов основными недостатками известного технического решения являются:
1) протекание побочных обменных реакций между алкоголятом, диалкилфосфитом и/или эфиром непредельной карбоновой кислоты, что не позволяет селективным образом получать фосфонаты, содержащие в одной молекуле различные алкильные заместители при атоме фосфора и в сложноэфирном фрагменте непредельного производного;
2) необходимость использования в качестве растворителя спирта, содержащего алкильный заместитель, идентичный присутствующим в диалкилфосфите и в эфире непредельной карбоновой кислоты;
3) высокая чувствительность катализатора к влаге, что делает необходимым использование тщательно абсолютированных растворителей, вследствие чего усложняется технология получения фосфонатов, увеличиваются затраты энергии на проведение процесса;
4) невозможность регенерации катализатора из реакционной смеси в неизменном виде, в результате чего исключается возможность его повторного применения по назначению.
Задачами заявленного технического решения с целью устранения недостатков прототипа являются:
1) обеспечение возможности селективного получения фосфонатов, содержащих в одной молекуле различные алкильные заместители при атоме фосфора и в сложноэфирном фрагменте непредельного производного;
2) исключение необходимости использования в качестве растворителя тщательно абсолютированного спирта, содержащего алкильный заместитель, идентичный присутствующим в диалкилфосфите и в эфире непредельной карбоновой кислоты;
3) исключение применения катализатора, имеющего высокую чувствительность к влаге;
4) использование катализатора, для которого имеется возможность регенерации.
При этом катализатор должен обладать высокой каталитической активностью, присущей алкоголятам щелочных металлов.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в заявленном способе получения фосфонатов общей формулы (1):
по реакции диалкилфосфитов общей формулы (2):
с производными непредельных карбоновых кислот общей формулы (3):
1
2
2
2
2
2
3
где заместителями независимо друг от друга являются: R=Me, Et, i-Pr; R=H, Me, CHCOMe; X=COMe, CN, CONH, - в качестве катализатора использован коммерчески доступный три-н-бутилфосфин формулы PBu, а выделение целевых фосфонатов из реакционной смеси проводится одним из известных способов.
Третичные фосфины, в том числе и три-н-бутилфосфин, проявляют очень слабые основные свойства [Rahman M.M., Liu H.Y., Eriks К., Frock A., Giering W.P. Organometallics, 1989, 8, 1-7], что не позволяет рассматривать для заявленного способа известный в литературе основный механизм катализа реакции, аналогичный катализу алкоголятами щелочных металлов и прочими основаниями, заключающийся в депротонировании диалкилфосфита (2) основным катализатором с последующим быстрым взаимодействием образовавшегося фосфит-аниона с молекулой непредельного производного (3). (В противном случае, ввиду низкой основности три-н-бутилфосфина, следовало бы ожидать и его низкой каталитической активности в рассматриваемых реакциях, что не подтверждается экспериментальными наблюдениями). Основываясь на известной химии третичных фосфинов, для заявленного способа следует рассматривать не основный, а нуклеофильный механизм катализа реакции. Его отличительной чертой является первоначальное присоединение три-н-бутилфосфина к непредельному реагенту (3), что приводит к образованию цвиттер-ионного интермедиата, карбанионный центр которого, являясь сильным основанием, депротонирует диалкилфосфит (2), обеспечивая его эффективное взаимодействие со следующей молекулой непредельного производного (3). Таким образом, в заявленном способе функция катализатора заключается в его первоначальном взаимодействии с непредельным производным (3), а не с диалкилфосфитом (2), что имеет место в случае основного катализа реакции алкоголятами щелочных металлов и прочими основаниями.
Использование третичных фосфинов в качестве катализаторов многих реакций с участием производных непредельных карбоновых кислот в литературе хорошо известно [Basavaiah D., Reddy B.S., Badsara S.S. Chem. Rev., 2010, 110, 5447-5674], однако возможность три-н-бутилфосфина или других третичных фосфинов катализировать присоединение диалкилфосфитов в соответствии с заявленным способом из исследованного уровня техники заявителем не выявлено.
Из проведенных заявителем экспериментов установлено, что высоконуклеофильный трис(2,4,6-триметоксифенил)фосфин формулы (4)
тоже может катализировать рассматриваемые реакции, однако применение данного фосфина для получения фосфонатов (1) не является предпочтительным, учитывая его большую стоимость по сравнению с три-н-бутилфосфином.
Менее нуклеофильные третичные фосфины, такие как трифенилфосфин и трис(4-метоксифенил)фосфин не являются эффективными катализаторами даже в условиях длительного выдерживания реакционной смеси (более трех суток), нагревания (до 80°C) и применения высоких концентраций катализатора (вплоть до 100 мольных %).
1
1
1
2
2
2
2
2
2
2
Скорость реакции по заявленному способу, как и в случае прототипа, является очень чувствительной к природе обоих реагентов (2) и (3). Так, диизопропилфосфит (R=I-Pr в (2)) значительно уступает по своей реакционной способности диметилфосфиту (R=Me в (2)) и диэтилфосфиту (R=Et в (2)), что, очевидно, связано с меньшей кислотностью протона P-H связи в нем. Менее электрофильный акриламид (R=H; X=CONH в (3)) и замещенные производные непредельных карбоновых кислот - диметилитаконат (R=CHCOMe; X=COMe в (3)) и метилметакрилат (R=Me; X=COMe в (3)) - также вступают в реакцию с заметно меньшей скоростью. Так как скорость каталитического процесса зависит от концентрации промежуточных активных частиц, проблема снижения скорости реакции с участием малореакционноспособных реагентов в рамках заявленного технического решения может быть успешно разрешена путем повышения концентрации три-н-бутилфосфина в реакционной смеси, что приводит к увеличению концентрации цвиттер-ионного интермедиата, участвующего в депротонировании диалкилфосфита.
31
Оптимальные количества три-н-бутилфосфина для катализа реакций с участием различных реагентов (2) и (3) по заявленному способу представлены в Таблице. Эти количества катализатора, варьируемые в пределах от 5 до 70 мольных % в зависимости от реакционной способности реагентов, подобраны на основе оптимизации условий синтеза по степени конверсии в целевые продукты и времени проведения реакций; контроль осуществлялся с помощью спектроскопии ЯМР P.
При концентрациях три-н-бутилфосфина, меньших указанных в Таблице, реакции либо протекают с меньшей скоростью, что требует увеличения времени выдерживания реакционной смеси для достижения указанных степеней конверсии, либо останавливаются вовсе. При концентрациях три-н-бутилфосфина, больших указанных в Таблице, реакции протекают с большей скоростью, однако наблюдаемый при этом значительный экзоэффект создает сложности эффективного отвода тепла, что увеличивает вероятность побочных процессов и не приводит к увеличению выхода целевых продуктов.
Отличительной особенностью катализа по заявленному способу является неспособность три-н-бутилфосфина вступать в обменные реакции с диалкилфосфитом и/или эфиром непредельной карбоновой кислоты, что позволяет абсолютно селективным образом получать фосфонаты типа №№2, 3, 8, 9, 11 (Таблица), содержащие в одной молекуле различные алкильные заместители при атоме фосфора и в сложноэфирном фрагменте непредельного производного. Селективное получение указанных фосфонатов в прототипе не представляется возможным.
Другим преимуществом заявленного технического решения является то, что после завершения реакции катализатор может быть легко регенерирован из реакционной смеси путем экстракции или вакуумной дистилляции и использован по назначению многократно. Реакции протекают с высокой скоростью и требуют для завершения не более 3 часов даже в случае применения наименее реакционноспособных реагентов (см. Таблицу). Аналогичное время требуется для катализа реакций алкоголятами щелочных металлов [1. Пудовик А.Н. Успехи химии, 1954, 23, 547-580; 2. Dermeik S., Wanner M., Lemmer K.-H., Braun R. US Patent 5,648,509 A, 1997; 3. Ye Y., Li P., Hu X., Ju Z., Zhao Y. Phosphorus, Sulfur, and Silicon, 2008, 183, 701-705], являющихся в соответствии с существующим уровнем техники наиболее эффективными катализаторами реакций присоединения диалкилфосфитов к производным непредельных карбоновых кислот на дату представления заявленного технического решения.
Заявленный способ может успешно применяться для усовершенствованного синтеза диметил-3-амино-3-оксопропилфосфоната, продукта присоединения диметилфосфита к акриламиду, являющегося сырьем для получения антипирена Pyrovatex CP.
Экспериментальным образом установлено, что полярные растворители способствуют протеканию реакции по заявленному способу, и предпочтительным растворителем является ацетонитрил. Поскольку три-н-бутилфосфин в отличие от алкоголятов не чувствителен к влаге, дополнительное абсолютирование растворителя перед осуществлением синтеза не требуется, и ацетонитрил может быть использован в коммерчески доступной форме без дополнительной очистки.
В ацетонитриле реакции протекают в присутствии три-н-бутилфосфина с высокой скоростью и сопровождаются экзоэффектом. Во избежание перегрева реакционной смеси реактор помещают в баню с холодной водой. Гладкое, контролируемое протекание реакций с максимальными выходами целевых фосфонатов обеспечивается путем постепенного добавления (см. методику далее) при непрерывном перемешивании раствора производного непредельной карбоновой кислоты к смеси диалкилфосфита (2) и необходимого количества три-н-бутилфосфина. Соблюдение данного условия позволяет, кроме того, подавить димеризацию производных непредельных карбоновых кислот в присутствии третичных фосфинов (известную под названием реакции Раухута-Курье [Aroyan C.E., Dermenci A., Miller S.J. Tetrahedron, 2009, 65, 4069-4084] и характерную для высокоэлектрофильных незамещенных производных - метилакрилата и акрилонитрила), что также способствует увеличению выхода целевых продуктов.
Таким образом, сущность заявленного технического решения заключается в том, что в способе получения фосфонатов формулы (1)
1
2
2
2
2
2
где заместителями независимо друг от друга являются: R=Me, Et, i-Pr; R=H, Me, CHCOMe; X=COMe, CN, CONH, - из диалкилфосфитов и производных непредельных карбоновых кислот с использованием катализатора, в качестве катализатора используется три-н-бутилфосфин, реакция проводится при температуре 15-20°C в растворе ацетонитрила, концентрация три-н-бутилфосфина в реакционной смеси варьируется в пределах от 5 до 70 мольных % в зависимости от реакционной способности реагентов, при этом добавление производного непредельного карбоновой кислоты в виде раствора с концентрацией 5 моль/л ведется по каплям к перемешиваемой смеси диалкилфосфита и необходимого количества три-н-бутилфосфина, а время выдерживания реакционной смеси составляет от 0.5 до 3 ч в зависимости от реакционной способности реагентов, с последующим удалением ацетонитрила отгонкой при пониженном давлении и выделением целевых фосфонатов из реакционной смеси одним из известных способов: жидкообразных фосфонатов - путем вакуумной дистилляции, кристаллических фосфонатов - путем осаждения диэтиловым эфиром.
Сущность заявленного технического решения поясняется принципиальной схемой (см. Фиг.), на которой изображен механизм катализа реакции присоединения диалкилфосфитов (2) к производным непредельных карбоновых кислот (3) в присутствии три-н-бутилфосфина.
Первоначальная атака три-н-бутилфосфина на электрофильный терминальный атом углерода C=C связи непредельного производного (3) дает цвиттер-ионный интермедиат (5), карбанионный центр которого депротонирует диалкилфосфит (2). Депротонированный диалкилфосфит (6) вовлекается во взаимодействие с другой молекулой непредельного производного, давая карбанион (7). Последний отщепляет протон от следующей молекулы диалкилфосфита с образованием целевого фосфоната (1) и депротонированной формы диалкилфосфита (6), которая вновь вовлекается в реакцию с непредельным производным, продолжая каталитический цикл.
Заявленный способ осуществляют по следующей общей методике.
31
В стеклянную колбу, снабженную магнитной мешалкой, помещают 0.05 моль диалкилфосфита (2) в 5 мл ацетонитрила и три-н-бутилфосфин в количестве от 5 до 70 мольных % в расчете на диалкилфосфит в зависимости от структуры реагентов (см. Таблицу). Колбу помещают в водяную баню с температурой 15-20°C и при непрерывном перемешивании по каплям добавляют раствор 0.05 моль производного непредельной карбоновой кислоты (3) в 10 мл ацетонитрила в течение 15 мин, после чего реакционную смесь выдерживают на водяной бане в течение 0.5-3 ч (см. Таблицу). Полноту протекания реакции контролируют с помощью спектроскопии ЯМР P.
По завершении реакции растворитель отгоняют при пониженном давлении, выделение и очистку целевого продукта проводят по одной из представленных последовательностей выполняемых операций в зависимости от агрегатного состояния вещества:
1) продукты №№1-11 (Таблица), представляющие собой бесцветные жидкости, выделяют вакуумной перегонкой, в ходе которой в качестве низкокипящей фракции отделяют три-н-бутилфосфин (который можно использовать в качестве катализатора в реакции многократно), а в качестве высококипящей фракции - целевой фосфонат;
2) продукты №№12-14 (Таблица), представляющие собой бесцветные кристаллические вещества, выделяют путем осаждения диэтиловым эфиром, отфильтровывают и высушивают при комнатной температуре. Три-н-бутилфосфин регенерируют из эфирного раствора перегонкой.
1
13
3l
1
31
1
13
1
1
13
31
3
3
4
Идентификацию продуктов осуществляли методами ЯМР Н, С, P спектроскопии, а также ИК-спектроскопии. ЯМР спектры записаны на приборе Bruker Avance III 400 MHz (400 МГц для Н, 161.9 МГц для Р{Н}, 100.6 МГц для С{Н}) в растворе CDCl, внутренний стандарт - ТМС (для спектров ЯМР Н и С), внешний стандарт - 85% HPO (для спектров ЯМР Р). ИК-спектры для жидких веществ (№№1-11, Таблица) записаны на приборе IRPrestige-21 с тонких пленок между пластинками KBr, для кристаллических веществ (№№12-14, Таблица) - на приборе Spectrum 400 Perkin Elmer с использованием приставки НПВО. Приведенные ниже выходы относятся к выделенным очищенным продуктам.
-1
1
3
13
1
1
2
2
3
31
1
2
2
2
2
3
PH
3
PC
2
2
PC
2
2
3
PC
3
PC
№1. Метил-3-(диметоксифосфорил)пропаноат. Бесцветная жидкость, выход 78%, Т. кип. 103-105°C (4 мм. рт. ст.). ИК ν, см: 2998, 2957, 2853, 1747, 1439, 1365, 1251, 1180, 1062, 1037, 1020, 839, 820, 526. ЯМР H δ (м.д.) 2.06-2.16 (м, 2Н, PCHCH), 2.58-2.65 (м, 2Н, PCHCH), 3.72 (с, 3Н, C(O)OCH), 3.76 (д, 6Н, J=10.5 Гц, POCH). ЯМР С{Н}: δ (м.д.) 19.6 (д, J=144.9 Гц, PCHCH), 26.8 (д, J=4.0 Гц, PCHCH), 51.6 (с, C(O)OCH), 52.1 (д, J=6.6 Гц, POCH), 172.0 (д, J=17.6 Гц, C=O). ЯМР P{H}: δ (м.д.) 32.7.
-1
1
3
13
1
3
1
2
2
3
31
1
HH
2
3
2
2
2
2
3
2
3
PC
2
3
PC
2
2
PC
2
2
3
PC
2
3
PC
№2. Метил-3-(диэтоксифосфорил)пропаноат. Бесцветная жидкость, выход 75%, Т. кип. 116-117°C (5 мм. рт. ст.). ИК ν, см: 2983, 2955, 2934, 2909, 1742, 1439, 1393, 1365, 1245, 1166, 1141, 1051, 1029, 966, 829, 793, 522. ЯМР Н: δ (м.д.) 1.23 (т, 6Н, J=7.0 Гц, OCHCH), 1.93-2.03 (м, 2Н, PCHCH), 2.47-2.55 (м, 2Н, PCHCH), 3.61 (с, 3Н, OCH), 3.96-4.06 (м, 4Н, OCHCH). ЯМР С{Н}: δ (м.д.) 16.3 (д, J=6.2 Гц, OCHCH), 20.9 (д, J=144.9 Гц, PCHCH), 27.2 (д, J=4.0 Гц, PCHCH), 51.9 (с, OCH), 61.6 (д, J=6.6 Гц, OCHCH), 172.4 (д, J=18.3 Гц, C=O). ЯМР P{H}: δ (м.д.) 29.8.
-1
1
3
13
1
1
3
2
2
3
31
1
HH
3
2
2
2
2
2
3
3
2
PC
2
2
PC
3
2
PC
2
2
3
PC
3
2
PC
№3. Метил-3-(диизопропоксифосфорил)пропаноат. Бесцветная жидкость, выход 72%, Т. кип. 100-102°C (0.09 мм. рт. ст.). ИК ν, см: 2980, 2955, 2935, 2875, 1745, 1436, 1386, 1246, 1177, 1142, 1109, 1009, 1004, 983, 979. ЯМР H: δ (м.д.) 1.32 (д, 12Н, J=6.0 Гц, CH(CH)), 1.98-2.08 (м, 2Н, PCHCH), 2.55-2.63 (м, 2Н, PCHCH), 3.70 (с, 3Н, OCH), 4.64-4.76 (м, 2Н, CH(CH)). ЯМР C{H}: δ (м.д.) 22.4 (д, J=146.0 Гц, PCHCH), 24.0 (д, J=4.4 Гц, CH(CH)), 27.6 (д, J=3.7 Гц, PCHCH), 51.9 (с, OCH), 70.2 (д, J=6.6 Гц, CH(CH)), 172.6 (д, J=19.4 Гц, C=O). ЯМР P{H}: δ (м.д.) 27.6.
-1
1
3
13
1
2
1
2
3
31
1
2
2
2
2
PH
3
PC
2
2
PC
2
2
PC
3
PC
№4. Диметил-2-цианоэтилфосфонат. Бесцветная жидкость, выход 79%, Т. кип. 109-111°C (6 мм. рт. ст.). ИК ν, см: 2959, 2247, 1464, 1430, 1251, 1185, 1052, 1032, 943, 830, 558. ЯМР Н: δ (м.д.) 2.02-2.12 (м, 2Н, PCHCH), 2.57-2.65 (м, 2Н, PCHCH), 3.76 (д, 6Н, J=10.5 Гц, OCH). ЯМР С{H}: δ (м.д.) 10.8 (д, J=4.0 Гц, PCHCH), 20.4 (д, J=145.3 Гц, PCHCH), 52.2 (д, J=6.6 Гц, OCH), 117.8 (д, J=16.5 Гц, CN). ЯМР Р{Н}: δ (м.д.) 28.5.
-1
1
3
13
1
2
3
1
2
3
31
1
HH
2
3
2
2
2
2
2
3
PC
2
2
PC
2
3
PC
2
2
PC
2
3
PC
№5. Диэтил-2-цианоэтилфосфонат. Бесцветная жидкость, выход 71%, Т. кип. 121-124°C (5 мм. рт. ст.). ИК ν, см: 2984, 2934, 2911, 2245, 1444, 1430, 1395, 1246, 1164, 1098, 1053, 1027, 960, 558. ЯМР Н: δ (м.д.) 1.32 (т, 6Н, J=7.0 Гц, OCHCH), 2.00-2.10 (м, 2Н, PCHCH), 2.56-2.65 (м, 2Н, PCHCH), 4.04-4.19 (м, 4Н, OCHCH). ЯМР С{Н}: δ (м.д.) 11.4 (д, J=4.0 Гц, PCHCH), 16.2 (д, J=5.9 Гц, OCHCH), 22.0 (д, J=146.0 Гц, PCHCH), 62.2 (д, J=6.2 Гц, OCHCH), 118.2 (д, J=17.6 Гц, CN). ЯМР P{H}: δ (м.д) 25.9.
-1
1
3
13
1
2
1
3
2
3
31
1
HH
3
2
2
2
2
2
3
2
PC
2
2
PC
2
2
PC
3
2
PC
3
2
PC
№6. Диизопропил-2-цианоэтилфосфонат. Бесцветная жидкость, выход 71%, Т. кип. 120-122°C (0.09 мм. рт. ст.). ИК ν, см: 2981, 2936, 2876, 2247, 1467, 1430, 1386, 1376, 1247, 1179, 1143, 1108, 1014, 1004, 992. ЯМР H: δ (м.д.) 1.34 (д, 12Н, J=6.1 Гц, CH(CH)), 1.99-2.08 (м, 2Н, PCHCH), 2.58-2.65 (м, 2Н, PCHCH), 4.67-4.76 (м, 2Н, CH(CH)). ЯМР С{Н}: δ (м.д.) 11.7 (д, J=2.9 Гц, PCHCH), 23.2 (д, J=144.5 Гц, PCHCH), 24.0 (д, J=4.4 Гц, CH(CH)), 71.0 (д, J=6.6 Гц, CH(CH)), 118.5 (д, J=18.0 Гц, CN). ЯМР Р{Н}: δ (м.д.) 23.5.
-1
1
3
13
1
3
1
2
2
3
31
1
HH
3
A
B
A
B
A
B
3
3
PC
3
PC
2
PC
2
3
PC
3
PC
№7. Метил-3-(диметоксифосфорил)-2-метилпропаноат. Бесцветная жидкость, выход 75%, Т. кип. 100-101°C (3 мм. рт. ст.). ИК ν, см: 2956, 1737, 1462, 1379, 1363, 1253, 1214, 1183, 1161, 1121, 1059, 1036. ЯМР Н: δ (м.д.) 1.30 (псевдо д, 3Н, J=7.0 Гц, CHCH), 1.76-1.88 (м, 1Н, PCHHCH), 2.23-2.36 (м, 1Н, PCHHCH), 2.77-2.91 (м, 1Н, PCHHCH), 3.69-3.76 (м, 9Н, перекрывающиеся сигналы C(O)OCH и POCH). ЯМР С{Н}: δ (м.д.) 18.7 (д, J=10.3 Гц, CHCH), 28.3 (д, J=142.3 Гц, PCHCH), 34.4 (д, J=3.7 Гц, PCHCH), 52.1 (с, C(O)OCH), 52.5 (д, J=5.9 Гц, POCH), 175.6 (д, J=12.1 Гц, C=O). ЯМР P{H}: δ (м.д.) 31.7.
-1
1
2
2
3
2
2
3
13
1
3
3
1
2
2
2
3
31
1
3
2
3
PH
HH
HH
A
B
PH
HH
HH
A
B
A
B
3
2
3
PC
2
3
PC
3
PC
2
PC
2
3
PC
A
2
3
PC
B
2
3
PC
№8. Метил-3-(диэтоксифосфорил)-2-метилпропаноат. Бесцветная жидкость, выход 78%, Т. кип. 102-104°C (3 мм. рт. ст.). ИК ν, см: 2982, 1740, 1462, 1437, 1241, 1213, 1163, 1099, 1056, 1026. ЯМР Н: δ (м.д.) 1.29-1.34 (м, 9Н, перекрывающиеся сигналы CHCH и OCHCH), 1.81 (ддд, 1Н, J=18.1 Гц, J=15.6 Гц, J=7.0 Гц, PCHHCH), 2.29 (ддд, 1Н, J=18.6 Гц, J=15.6 Гц, J=7.0 Гц, PCHHCH), 2.78-2.91 (м, 1Н, PCHHCH), 3.70 (с, 3Н, OCH), 4.04-4.14 (м, 4Н, OCHCH). ЯМР С{Н}: δ (м.д.) 16.4 (д, J=5.9 Гц, OCHCH), 18.7 (д, J=9.9 Гц, CHCH), 29.2 (д, J=142.3 Гц, PCHCH), 34.5 (д, J=3.7 Гц, PCHCH), 52.0 (с, OCH), 61.6 (д, J=6.2 Гц, OCHCH) перекрывающийся с 61.7 (д, J=6.2 Гц, OCHCH), 175.8 (д, J=12.1 Гц, C=O). ЯМР P{H}: δ (м.д.) 29.1.
-1
1
2
2
3
2
2
3
13
1
3
3
3
1
2
2
2
3
31
1
3
3
2
PH
HH
HH
A
B
PH
HH
HH
A
B
A
B
3
3
2
PC
3
PC
A
A
3
2
PC
B
B
3
2
PC
2
PC
2
3
PC
A
A
3
2
PC
B
B
3
2
PC
№9. Метил-3-(диизопропоксифосфорил)-2-метилпропаноат. Бесцветная жидкость, выход 70%, Т. кип. 89-91°C (0.08 мм. рт. ст.). ИК ν, см: 2979, 2959, 2938, 2875, 1741, 1464, 1386, 1375, 1248, 1178, 1161, 1108, 1061, 988, 978. ЯМР Н: δ (м.д.) 1.29-1.33 (м, 15Н, перекрывающиеся сигналы CHCH и CH(CH)), 1.76 (ддд, 1Н, J=17.6 Гц, J=15.6 Гц, J=7.0 Гц, PCHHCH), 2.24 (ддд, 1Н, J=18.6 Гц, J=15.6 Гц, J=6.5 Гц, PCHHCH), 2.76-2.89 (м, 1Н, PCHHCH), 3.70 (с, 3Н, OCH), 4.64-4.74 (м, 2Н, CH(CH)). ЯМР C{Н}: δ (м.д.) 18.7 (д, J=9.5 Гц, CHCH), 24.1 (д, J=4.0 Гц, CH(CH)) перекрывающийся с 24.2 (д, J=3.7 Гц, CH(CH)), 30.6 (д, J=143.4 Гц, PCHCH), 34.6 (д, J=3.7 Гц, PCHCH), 51.9 (с, OCH), 70.1 (д, J=6.6 Гц, CH(CH)) перекрывающийся с 70.2 (д, J=6.6 Гц, CH(CH)), 175.8 (д, J=12.8 Гц, C=O). ЯМР Р{Н}: δ (м.д.) 26.9.
-1
1
2
2
3
2
2
3
3
3
3
13
1
1
2
3
2
2
3
31
1
PH
HH
HH
A
B
PH
HH
HH
A
B
HH
2
2
3
A
B
2
3
2
3
PH
3A
PH
3B
PC
2
PC
2
PC
2
2
3
2
3
2
3
PC
A
3
PC
B
3
2
2
3
PC
2
3
№10. Диметил-2-((диметоксифосфорил)метил)сукцинат. Бесцветная жидкость, выход 80%, Т. кип. 154-156°C (5 мм. рт. ст.). ИК ν, см: 3001, 2956, 1750, 1437, 1360, 1252, 1173, 1057, 1033, 840, 761. ЯМР H: δ (м.д.) 2.06 (ддд, 1Н, J=17.6 Гц, J=15.5 Гц, J=8.0 Гц, PCHHCH), 2.31 (ддд, 1Н, J=19.1 Гц, J=15.5 Гц, J=6.0 Гц, PCHHCH), 2.81 (псевдо д, 2Н, J=6.5 Гц, CHCOCH), 3.09-3.21 (м, 1Н, PCHHCH), 3.69 (с, 3Н, COCH), 3.73 (с, 3Н, COCH) перекрывающийся с 3.74 (д, 3Н, J=10.5 Гц, POCH) и с 3.76 (д, 3Н, J=11.0 Гц, POCH). ЯМР C{H}: δ (м.д.) 25.9 (д, J=143.1 Гц, PCHCH), 35.5 (д, J=7.0 Гц, PCHCH), 35.8 (д, J=3.3 Гц, CHCOCH), 51.9 (с, COCH), 52.4 (с, COCH) перекрывающийся с 52.5 (д, J=5.9 Гц, POCH) и с 52.6 (д, J=5.9 Гц, POCH), 171.7 (с, CHCOCH), 173.6 (д, J=13.6 Гц, CHCOCH). ЯМР P{H}: δ (м.д.) 30.8.
-1
1
3
3
2
2
3
2
2
3
3
13
1
3
3
1
2
3
2
2
3
31
1
HH
2A
3A
HH
2B
3B
PH
HH
HH
A
B
PH
HH
HH
A
B
HH
2
2
3
A
B
3
3
2
3
PC
A
2
A
3
PC
B
2
B
3
PC
2
PC
2
PC
2
2
3
3
3
PC
A
2
A
3
PC
B
2
B
3
2
2
3
PC
2
3
№11. Диметил-2-((диэтоксифосфорил)метил)сукцинат. Бесцветная жидкость, выход 81%, Т. кип. 138-139°C (1 мм. рт. ст.). ИК ν, см: 2985, 2955, 2910, 1741, 1438, 1369, 1250, 1168, 1054, 1023, 963, 834, 785. ЯМР Н: δ (м.д.) 1.33 (т, 3Н, J=7.0 Гц, OCHCH) перекрывающийся с 1.32 (т, 3Н, J=7.0 Гц, OCHCH), 2.04 (ддд, 1Н, J=17.6 Гц, J=15.6 Гц, J=8.5 Гц, PCHHCH), 2.29 (ддд, 1Н, J=19.1 Гц, J=15.6 Гц, J=5.5 Гц, PCHHCH), 2.83 (псевдо д, 2Н, J=6.5 Гц, CHCOCH), 3.09-3.21 (м, 1Н, PCHHCH), 3.69 (с, 3Н, OCH), 3.72 (с, 3Н, OCH), 4.06-4.15 (м, 4Н, OCHCH). ЯМР С{Н}: δ (м.д.) 16.4 (д, J=5.9 Гц, OCHCH) перекрывающийся с 16.5 (д, J=5.9 Гц, OCHCH), 26.8 (д, J=143.1 Гц, PCHCH), 35.5 (д, J=6.б Гц, PCHCH), 36.0 (д, J=3.7 Гц, CHCOCH), 51.8 (с, OCH), 52.3 (с, OCH), 61.8 (д, J=6.6 Гц, OCHCH) перекрывающийся с 61.9 (д, J=7.0 Гц, OCHCH), 171.8 (с, CHCOCH), 173.7 (д, J=13.9 Гц, CHCOCH). ЯМР Р{Н}: δ (м.д.) 28.1.
-1
1
3
13
1
1
2
2
3
31
1
2
2
2
2
PH
3
PC
2
2
PC
2
2
PC
3
PC
№12. Диметил-3-амино-3-оксопропилфосфонат. Бесцветные кристаллы, выход 95%, Т. пл. 67-68°C. ИК ν, см: 3337, 3192, 2960, 2934, 2874, 1674, 1629, 1420, 1216, 1024, 673. ЯМР Н: δ (м.д.) 2.06-2.15 (м, 2Н, PCHCH), 2.49-2.57 (м, 2Н, PCHCH), 3.74 (д, 6Н, J=11.1 Гц, OCH), 5.81 (шир. с, 1Н, NH), 6.56 (шир. с, 1Н, NH). ЯМР С{Н}: δ (м.д.) 19.8 (д, J=143.4 Гц, PCHCH), 28.1 (д, J=3.7 Гц, PCHCH), 52.5 (д, J=6.6 Гц, OCH), 173.3 (д, J=15.0 Гц, C=O). ЯМР P{H}: δ (м.д.) 33.9.
-1
1
3
13
1
3
1
2
2
3
31
1
HH
2
3
2
2
2
2
2
3
PC
2
3
PC
2
2
PC
2
2
PC
2
3
PC
№13. Диэтил-3-амино-3-оксопропилфосфонат. Бесцветные кристаллы, выход 92%, Т. пл. 76-78°C. ИК v, см: 3378, 3198, 2982, 2963, 2933, 2874, 1669, 1628, 1413, 1228, 1021, 660. ЯМР Н: δ (м.д.) 1.33 (т, 6Н, J=7.0 Гц, OCHCH), 2.05-2.14 (м, 2Н, PCHCH), 2.50-2.59 (м, 2Н, PCHCH), 4.05-4.15 (м, 4Н, OCHCH), 5.62 (шир. с, 1Н, NH), 6.38 (шир. с, 1Н, NH). ЯМР С{H}: δ (м.д.) 16.4 (д, J=6.2 Гц, OCHCH), 20.9 (д, J=143.4 Гц, PCHCH), 28.4 (д, J=3.7 Гц, PCHCH), 61.9 (д, J=6.6 Гц, OCHCH), 173.6 (д, J=15.8 Гц, C=O). ЯМР Р{Н}: δ (м.д.) 31.2.
-1
1
3
13
1
1
3
2
2
3
31
l
HH
3
2
2
2
2
2
3
2
PC
2
2
PC
3
2
PC
2
2
PC
3
2
PC
№14. Диизопропил-3-амино-3-оксопропилфосфонат.Бесцветные кристаллы, выход 85%, Т. пл. 129-130°C. ИК ν, см: 3320, 3176, 2982, 2934, 2820, 1686, 1466, 1425, 1386, 1377, 1309, 1227, 1142, 1106, 981, 890, 815, 661. ЯМР Н: δ (м.д.) 1.32 (д, 12Н, J=6.0 Гц, CH(CH)), 1.99-2.09 (м, 2Н, PCHCH), 2.48-2.57 (м, 2Н, PCHCH), 4.61-4.74 (м, 2Н, CH(CH)), 5.77 (шир. с, 1Н, NH), 6.62 (шир. с, 1Н, NH). ЯМР С{Н}: δ (м.д.) 22.3 (д, J=145.3 Гц, PCHCH), 24.0 (д, J=4.4 Гц, CH(CH)), 28.7 (д, J=4.0 Гц, PCHCH), 70.5 (д, J=6.6 Гц, CH(CH)), 173.8 (д, J=16.1 Гц, C=O). ЯМР P{H}: δ (м.д.) 29.0.
Полученные практические результаты доказывают возможность реализации в промышленности поставленной задачи, при этом в заявленном техническом решении для устранения недостатков, присущих прототипу:
1) обеспечена возможность абсолютно селективного получения фосфонатов типа №№2, 3, 8, 9, 11 (Таблица), содержащих в одной молекуле различные алкильные заместители при атоме фосфора и в сложноэфирном фрагменте непредельного производного, так как полностью исключена возможность обменных реакций между катализатором (три-н-бутилфосфином), диалкилфосфитом и/или эфиром непредельной карбоновой кислоты;
2) исключена необходимость использования в качестве растворителя тщательно абсолютированного спирта, содержащего алкильный заместитель, идентичный присутствующим в диалкилфосфите и в эфире непредельной карбоновой кислоты: в качестве растворителя для проведения реакций независимо от структуры реагентов используется ацетонитрил в коммерчески доступной форме без дополнительного абсолютирования;
3) исключено применение в качестве катализатора алкоголятов щелочных металлов, имеющих высокую чувствительность к влаге, в качестве катализатора использован три-н-бутилфосфин, являющийся нечувствительным к влаге;
4) обеспечена возможность регенерации три-н-бутилфосфина из реакционной смеси путем экстракции или вакуумной дистилляции для многократного использования по назначению.
При этом для три-н-бутилфосфина характерна высокая каталитическая активность, присущая алкоголятам щелочных металлов: время проведения реакций, как и в случае катализа алкоголятами, не превышает нескольких часов. Учитывая указанные выше преимущества, процесс получения фосфонатов из диалкилфосфитов и производных непредельных карбоновых кислот с использованием три-н-бутилфосфина в качестве катализатора становится более технологичным по сравнению с катализом реакции алкоголятами щелочных металлов.