Синтез и свойства производного –N, N'-гексаметилен бис-[(орто-аминоацетилфенокси)]-карбамата и его применение

В химии синтетических органических соединений особое развитие приобрели направления тонкого органического синтеза веществ, среди которых значительная роль отводится производным карбамата и бис-карбамата, полученных на основе изоцианатов, а также «OH»(гидроксил)-содержащих радикалов.

Многочисленные исследования в области производных карбаматов и бис-карбаматов, проводимые в настоящее время, вызваны не только теоретическими, но и практическими потребностями. С этой точки зрения производные карбаматов и бис-карбаматов представляют несомненный интерес как вещества, обладающие различной технической, биологической и фармакологической активностью. Они успешно применяются почти во всех отраслях народного хозяйства, в частности в технике в качестве ускорителей вулканизации резин, присадки к смазочным маслам, используются и как исходные продукты для производства полимеров, как ингибиторы коррозии [1-5].

В сельском хозяйстве они нашли применение как гербициды, фунгициды, пестициды, дефолианты, инсектициды, нематоциды, бактерициды, биостимуляторы и многие другие. Особый интерес представляет использование этих классов соединений в медицине в качестве противоопухолевых, противовирусных, антидиабетических, снижающих плохой холестерин, противовоспалительных, антиаритмических и других лекарственных средств [6-17].

Так, при взаимодействии орто-аминоацетил-фенола с диизоцианатом были получены производные бис-орто-аминоацетилфенокси-карбамата по следующей схеме реакции: 

Реакция гексаметилендиизоцианата с орто-аминоацетилфенолом проводилась при мольном соотношении реагентов 1:2 при комнатной температуре 25⁰С в течение 3,5 часов. В результате реакции образуется -гексаметилен бис-[(орто-аминоацетил-фенокси)-карбамата] (1), представляющий собой белоснежный высокоплавкий порошок, который трудно растворяется в воде и других растворителях, что показывает наличие двух (-NHСOO) карбаматных групп, а также гексаметиленовых углеводородов.

Физико-химические характеристики полученного продукта приведены в таблице 1. 

Таблица 1.

Физико-химические характеристики N,N¹-гексаметилен бис [(орто-аминоацетилфенокси)-карбамата]

Структурная формула	Выход, %	Т.пл., 0С	Rf	Брутто формула	Элементный анализ, %		Mm
					Вычислено	Найдено
					N	N
	93,6	176-177	0,71	С24Н30N4O6	11,91	11,84	470

Как видно из таблицы 1, выход -гексаметилен бис [(орто-аминоацетилфенокси)-карбамата] довольно высок. Высокий выход полученного производного бис-(орто-аминоацетил­фенокси)-карбаматов обусловлен, по-видимому, высокой плотностью и легкой подвижностью электронного облака сопряженной () группы, что приводит к увеличению положительного заряда на атоме углерода изоцианатной группы при атаке его нуклеофильным агентом, а также отсутствием стерических затруднений.

Строение синтезированного соединения (1) установлено с помощью метода ИК-спектроскопии и на основе результатов элементного анализа (табл. 2). 

Таблица 2.

ИК-спектральные данные производного (1)

Для выявления реакционной способности по N-Н-реакционным центрам бис-[(орто-аминоацетилфенокси)-карбамата] нами проведены реакции N, N'-динитрозозирования, металлирования, алкилирования и галогенирования.

Получение N, N'-дихлорзамещенного - N, N'-гексаметилен бис--[(орто-аминоацетилфенокси)-карбамата]

Разработан эффективный, доступный, дешевый, экологически чистый метод осуществления -дихлорирования производного бис-карбамата гипохлоритом кальция на влажной Al₂O₃. Схема химической реакции следующая: 

Эти реакции представляют интерес для многих специалистов-химиков, фармакологов, биологов, биохимиков, биооргаников, микробиологов и многих других из-за наличия жизненно важного, высокореакционного центра (N-Н- группы) в составе производного бис-карбамата, необходимого для проведения реакций нуклеофильного и электрофильного замещения.

Выход продукта (II) и физико-химические параметры приведены в таблице 3. 

Таблица 3.

Физико-химические параметры соединений (II)

Структурная формула	Выход %	Т.пл., 0С	Rf	Брутто формула	Элементный анализ				M m
					Вычислено		Найдено
					N	C	N	Cl
	94,2	119-120	0,72	С24Н28N4 Cl2 O6	10,39	13,17	10,22	13,04	470

Получение N, N'-динитрозозамещенного - N, N'-гексаметилен бис-[(орто-аминоацетилфенокси)-карбамата]

В результате реакции N, N'-динитрозозирования производного бис-[(орто-аминоацетилфенокси)-карбамата] нитритом натрия (в избытке) в муравьиной кислоте получены соответствующие N, N'-динитрозо-замещенного бис-[(орто-аминофенокси)-карбамата] с выходом 90,3% (табл. 4). 

Таблица 4.

Физико-химические параметры препарата (III)

Структурная формула	Выход %	Т.пл., (разл.)0С	Rf	Брутто формула	Элементный анализ, %		M m
					Вычислено	Найдено
					N	N
	90,3	230-230	0,69	С24Н28N6 O8	15,91	15,80	528

N, N'-динитрозозирование протекает по механизму электрофильного замещения (S_E): 

Атакующим агентом является ион нитрозония . Так как азотистая кислота, являющаяся наиболее распространенным агентом, в свободном виде не существует, то для проведения процесса используют нитрит натрия и концентрированную муравьиную кислоту (НСООН). Образующаяся при этом азотистая кислота, присоединяя протон, генерирует ион : 

N, N'-динитрозозирование ведется при охлаждении (0-5⁰C) реакционной смеси. Повышение температуры нежелательно, так как это уменьшает выход целевого продукта, а иногда сказывается на направлении реакции. Идентификацию N, N'-динитрозосоединений проводят по полосам поглощения N-нитрозогрупп. Характерна очень сильная полоса поглощения в области 1530-1440 см^-1 для  групп.

Получение N, N'-динатрийзамещенного - N, N'-гексаметилен бис-[(орто-аминоацетилфенокси)-карбамата](IV)

Одним из методов металлирования, который может быть осуществлен с применением N-металлирования, является замещение натрием атомов водорода в N-Н-группе. N, N'-гексаметилен бис-[(орто-аминоацетилфенокси)-карбамата] подвергают направленному металлированию по N-Н-группам посредством СН₃ОNа. Реакция N, N'-диметаллирования протекает по следующей схеме: 

Получение N, N'-дибензилзамещенного - N, N'-гексаметилен бис-[(орто-аминоацетилфенокси)-карбамата] (V)

Алкилирование  в карбаматах алкилгалогенидами представляет несомненный интерес для выяснения реакционной способности N-Н-содержащих соединений.

Нами проводились реакции алкилирования за счет взаимодействия N, N'-динатрий производных N, N'-гексаметилен бис-[(орто-аминоацетилфенокси)-карбамата] с йодистым бензилом в абсол. бензоле при комнатой температуре 28-30⁰С при перемешивании в течение 3 часов по схеме: 

Протекание реакции алкилирования исключительно по атому азота N, N' -объясняется, по-видимому, сравнительно легкой диссоциацией натрия у этого атома вследствие наличия у соседнего атома карбонильных групп. Выход продукта (V)-89,4%. Т.пл.=194-195⁰С.

Таким образом, разработаны способы получения N, N'-гексаметилен бис-[(орто-аминоацетилфенокси)-карбамата] и изучены его химические свойства по N-Н-реакционным центрам: реакции хлорирования, нитрозозирования, металлирования и алкилирования.

Экспериментальная часть

Ход реакции и индивидуальность соединений контролировались методом ТСХ на окиси алюминия (II) степени активности с проявлением пятен парами йода. ИК-спектры записаны на спектрометре UR-20 (Carl Zeiss, ГДР).

Синтез N, N'-гексаметилен бис-[(орто-аминоацетилфенокси)-карбамата] (I)

К 30,2 г (0,2 моль) орто-аминоацетилфенола добавляют 10 мл триэтиламина, 60 мл ДМФА, при перемешивании добавляют по каплям при комнатной температуре 16,8 мл (0,1 моль) ГМДИ растворенного в 30 мл ДМФА. Реакционную смесь перемешивают в течение 3 часов при температуре 34-39⁰С. По истечении времени содержимое колбы переносят в стакан, добавляют воды. Выпавший осадок промывают. После сушки получается бесцветный порошок, выход (I)-43,9г (93,6% от теоретического). Т.пл.=176-177⁰С. В результате элементного анализа получено: 

Синтез N, N'-гексаметилен N, N'-дихлор-бис-[(орто-аминоацетилфенокси)-карбамата] (II)

Помещают 4,7 г (0,01 моль) (I), 60 мл CCl₄, 22 г влажного глинозема и по каплям прибавляют 4,5 г гипохлорита кальция при температуре 40⁰С в течение 1 часа. Реакционную массу оставляют на 20 часов. Отфильтровывают, промывают эфиром, спиртом, сушат и получают (II) с выходом 4,13г (94,2% от теоретического); т.пл.=119-120⁰С 

Синтез N, N'-динитрозозамещенного I (III)

К 4,70 г (0,01 моль) (I), растворенного в 100 мл муравьиной кислоты, постоянно перемешивая при температуре 0-5⁰С, по порциям добавляют 0,6 г нитрита натрия в избытке в течение 3,5-4 часов. После окончания выливают в стакан, добавляют воды, выпавший осадок отфильтровывают, промывают бензолом и сушат, ТСХ на пластинках «Silifon», выход-90,3%; Т.пл.=230-232⁰С (разлож.).

Синтез N, N'-динатрийзамещенного I (IV)

В СН₃ОNа (из 0,031 г/моль и 80 мл абсол. СН₃ОН) прибавляют 4,70 г (0,01 моль) (I). Смесь перемешивают 2 часа при температуре 20⁰С и 2 часа при 40⁰С. Осадок отфильтровывают, промывают абсол. СН₃ОН и получают (IV), выход-86,3%.

Синтез N, N'-дибензилзамещенного I (V)

Помещают 5,14 г (0,)1 моль) IV в 15 мл ДМФА, при перемешивании по каплям добавляют 4,48 мл (0,02 моль) йодистого бензила, смесь перемешивают в течение 10 часов при нагревании на кипящей водяной бане, охлаждают и промывают 25 мл воды, осадок отделяют, перекристаллизовывают из 50%-ного спирта, сушат и получают (V) с выходом -4,13 г -89,4%; Т.пл.=194-195⁰С

Полевые испытания на ростостимулирующую активность препарата (I)

После первичных испытаний на ростостимулирующую активность препарата (I) были рекомендованы полевые испытания в фермерском хозяйстве С. Агъзамова в Касбинском тумане Кашкадаринской области Узбекистана в период с апреля по ноябрь 2017 г.

Полученный ростостимулятор (I), в частности N, N'-гексаметилен бис-[(орто-аминоацетилфенокси)-карбамата] (I), был испытан при концентрации 0,001% (т. е. в разведении 750 раз). В фермерском хозяйстве выращивались огурцы сорта «Узбекистан-740», томаты сорта «ТЕМП», средневолокнистый хлопок сорта «С-6524», кукуруза и подсолнух на площади 1200 га. Получено дополнительно 2400 т хлопка, что составляет предполагаемый экономический эффект около 1 миллиарда прибыли только по хлопководству. Аналогично хорошие результаты получены на томатах, огурцах, подсолнухе и кукурузе.

Таким образом, препарат (I), рекомендованный нами в растворе 0,001% концентрации, превосходит по биостимулирующей активности многие известные препараты и является менее токсичным (LД₅₀=2700мg/кg).

Выводы

Производные N, N'-гексаметилен бис-[(орто-аминоацетилфенокси)-карбамата] (1) обладают биостимулирующей активностью для овощных культур при низких концентрациях 0,001%, испытаны в полевых условиях с получением большого экономического эффекта.