Синтез та властивості хінонімінів хінолінового ряду
Препаративні методи одержання тозилімінів 5,8-хінолінхінону, їх похідних з гетероциклічним атомом нітрогену. Вивчення поведінки зазначених сполук в реакціях з хлороводнем, п-толуолсульфінатом натрію в оцтовій кислоті. Сутність методу елементного аналізу.
| Рубрика | Химия |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 29.07.2014 |
| Размер файла | 107,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
УКРАПНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УІНВЕРСИТЕТ
УДК 547.831.8+547.567.5
Синтез та властивості хінонімінів хінолінового ряду
02.00.03 - органічна хімія
Автореферат
дисертаціп на здобуття наукового ступеня
кандидата хімічних наук
Білов Антон Володимирович
Дніпропетровськ 2005
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Українському державному хіміко-технологічному університеті Міністерства освіти і науки України
Захист відбудеться “_16_” __лютого___ 2006 р. о __13____ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д. 08.078.03 в Українському державному хіміко-технологічному університеті за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ-5, пр. Гагаріна, 8.
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Українського державного хіміко-технологічного університету за адресою: 49005, м. Дніпропетровськ-5, пр. Гагаріна, 8.
Автореферат розіслано “_14_” _____січня_______ 2006 р.
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Шевцова К.В.
АНОТАЦІЯ
Білов А.В. Синтез та властивості хінонімінів хінолінового ряду. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.03 - органічна хімія. - Український державний хіміко-технологічний університет, Дніпропетровськ, 2005.
Дисертація присвячена розробці зручних методів синтезу тозилімінів 5,8-хінолінхнону, дослідженню впливу локалізації та кількості тозиліміногруп, а також модифікації гетероциклічного атома нітрогену на стабільність, реакційну здатність та значення окисно-відновного потенціалу (ОВП) цих хіноїдних систем.
Виявлено, що у випадку тозилмоноімінів 5,8-хінолінхінону будова продуктів реакцій нуклеофільного приєднання визначається перш за все локалізацією тозиліміногрупи, а не ендоциклічним атомом нітрогену.
Наявність в структурах тозилмоноімінів 5,8-хінолінхінону електроноакцепторного хіноїдного кільця та електронодонорного піридинового фрагменту є причиною нестійскості цього ряду сполук; модифікація ендоциклічного атома нітрогену у групу N+-O- робить хінолінхіноніміни стабільними при зберіганні речовинами.
За значеннями стандартних ОВП тозиліміни 5,8-хінолінхінону є сполуками з вираженими електроноакцепторними властивостями хіноїдного кільця, що обумовлює їх високу реакційну здатність.
Ключові слова: хіноніміни, 5,8-хінолінхінон, N-оксиди, окисно-відновний потенціал, нуклеофіл.
АННОТАЦИЯ
Белов А.В. Синтез и свойства хинониминов хинолинового ряда. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.03 - органическая химия. - Украинский государственный химико-технологический уни-верситет, Днепропетровск, 2005.
Диссертация посвящена разработке удобных методов синтеза тозилиминов 5,8-хинолинхинона, исследованию влияния локализации и количества тозилиминогрупп, а также модификации гетероциклического атома азота на устойчивость, реакционную способность и значение окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) этих хиноидных систем.
Исходя из 8-гидроксихинолина, а также 5- и 8-нитрохинолинов осуществлен синтез дигидроформ тозилиминов 5,8-хинолинхинона и их солей, которые могут быть окислены до соответствующих хиноидных соединений.
Показана высокая эффективность фенилиодозодиацетата при получении хиноидных систем хинолинового ряда.
Изучены реакции синтезированных хинониминов с хлороводородом, п-толуолсульфинатом натрия в уксусной кислоте, аминами. В случае тозилмоноиминов 5,8-хинолинхинона строение продуктов реакций нуклеофильного присоединения определяется прежде всего локализацией тозилиминогруппы, а не эндоциклическим атомом азота, что отличает указанные соединения по реакционной способности от 5,8-хинолинхинона.
Обнаружено, что при действии сухого хлороводорода на N,N'-дитозил-5,8-хинолинхинондиимин наблюдается восстановление хиноидного кольца, в то время как при обработке субстрата концентрированной соляной кислотой происходит селективный гидролиз субстрата по связи C8=N с последующим гидрохлорированием образующегося хинонмоноимина.
Наличие в структурах тозилмоноиминов 5,8-хинолинхинона электроноакцепторного хиноидного кольца и электронодонорного пиридинового фрагмента является причиной неустойчивости соединений этого ряда; модификация эндоциклического атома азота в группу N+-O- делает хинолинхинонимины веществами, устойчивыми при хранении.
Строение полученных соединений подтверждено встречным синтезом, дальнейшими химическими превращениями, а также данными элементного анализа, ИК-, ПМР-, масс-спектроскопии.
Одним из наиболее важных свойств хиноидных систем хинолинового ряда является наличие гетероциклического оснувного атома азота, который способен протонироваться и, тем самым, оказывать непосредственное влияние на ход окислительно-восстановительного процесса при различных значениях рН.
По значениям стандартных ОВП, полученных методом циклической вольтамперометрии, тозилимины 5,8-хинолинхинона занимают место в ряду структурных аналогов между 1,4-нафтохинониминами и 2,3-диметил-1,4-бензохинониминами, и являются соединениями с сильно выраженными электроноакцепторными свойствами, что обуславливает их высокую реакционную способность.
Ключевые слова: хинонимины, 5,8-хинолинхинон, N-оксиды, окислительно-восстанови-тельный потенциал, нуклеофил.
SUMMARY
Belov A.V. The synthesіs and propertіes of quіnolіnequіnoneіmіnes. - Manuscrіpt.
Thesіs for a candіdate degree on specіalіty 02.00.03 - organіc chemіstry. - Ukraіnіan State Chemіcal Technology Unіversіty, Dnepropetrovsk, 2005.
Thesіs іs devoted to the development of convenіent methods of synthesіs of 5,8-quіnolіnequіnone tosylіmіnes and to the іnvestіgatіon of іnfluence of place and number of tosylіmіnogroups and also of modіfіcatіon of heterocyclіc nіtrogen atom on the stabіlіty, reactіvіty and value of red-ox potentіal of quіnolіnequіnone systems.
Іt has been found that іn case of 5,8-quіnolіnequіnone tosylіmіnes structure of nucleophіlіc addіtіon reactіons products depends above all on the posіtіon of tosylamіnogroup but not on the endocyclіc nіtrogen atom.
Presence of electron-wіthdrawіng quіnoіd rіng and electron-releasіng pyrіdіne rіng іn structures of 5,8-quіnolіnequіnone іs cause of іts unstabіlіty. Modіfіcatіon of endocyclіc nіtrogen atom іnto N+-O- group makes quіnolіnequіnoneіmіnes stable to storage.
Accordіng to the values of red-ox potentіals 5,8-quіnolіnequіnone tosylіmіnes are compounds wіth hіgh electron-wіthdrawіng propertіes of quіnoіd rіng that іs the cause of іts hіgh reactіvіty.
Key words: quіnoneіmіnes, 5,8-quіnolіnequіnone, N-oxіdes, red-ox potentіal, nucleophіle.
тозилімін нітроген реакція
1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність роботи. Дослідження в області хіноїдних сполук протягом ХІХ-ХХ столітть внесли суттєвий внесок у розвиток теоретичних засад органічної хімії, а також дали можливість виявити багато речовин, які застосовуються в якості барвників, аналітичних реагентів, пестицидів, лікарських засобів, активних складових в хімічних джерелах струму, модифікуючих і вулканізуючих агентів для гум. За останні десятиліття самостійною галуззю досліджень стало вивчення гетероциклічних хінонів та хінонімінів. На сьогоднішній день дуже добре відомі хінони ряду хіноліну, ізохіноліну, хіноксаліну, індолу та бензімідазолу. Нітрогенові аналоги перелічених класів сполук - хінонмоно- та хінондііміни - досліджені значно менше. Серед останніх велику увагу викликають сполуки, які вилучені з природних об'єктів - морських водоростей та організмів. Зокрема, такі сполуки як піридоакридони та дискорхабдини виявили значну протипухлинну активність.
В літературі практично відсутні дані щодо N-заміщених хінолінхінонімінів. Оскільки відомо про активність хіноїдних сполук в реакціях з похідними піридину, то до цього часу залишається відкритим питання стійкості та власне самої можливості існування N-арилсульфонілзаміщених хінолінхінонімінів, що містять в своїй структурі електрофільне хіноїдне ядро та нуклеофільний піридиновий атом нітрогену.
З практичної точки зору, вивчення реакційної здатності хінолінхінонімінів дозволяє спрямованим модифікуванням хіноїдного циклу отримувати похідні хіноліну, які мають хелатоутворюючі властивості та потенційно високу біологічну активність.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно з держбюджетною темою № 0103U001186 Міністерства освіти і науки України "Розробка теоретичних основ синтезу та аналізу нітроген- та сульфурвмісних гетероциклів з метою одержання нових біологічно-активних сполук. Газофазний синтез амінів на синтетичних металосилікатах".
Мета та завдання дослідження. Метою даної роботи є синтез тозилімінів 5,8-хінолінхінону, дослідження впливу локалізації тай кількості тозиліміногруп, а також модифікації гетероциклічного атома нітрогену на стабільність, реакційну здатність та значення окисно-відновного потенціалу цих хіноїдних систем.
Для досягнення цієї мети були поставлені наступні завдання:
розробити препаративні методи одержання тозилімінів 5,8-хінолінхінону та їх похідних з гетероциклічним атомом нітрогену, модифікованим у групу N+-O-;
вивчити поведінку зазначених сполук в реакціях з хлороводнем, п-толуолсульфінатом натрію в оцтовій кислоті, амінами;
встановити склад та будову синтезованих речовин за допомогою методів елементного аналізу, ІЧ-, ПМР- та мас-спектроскопії;
вивчити електрохімічну поведінку хінонімінів хінолінового ряду та їх похідних методом циклічної вольтамперометрії.
Наукова новизна одержаних результатів.
Вперше синтезовані тозилімінопохідні 5,8-хінолінхінону та його 1-оксиду, вивчені їх реакції з нуклеофільними реагентами та електрохімічні властивості.
Встановлено, що у випадку похідних N-тозил-5,8-хінолінхінон-5-іміну та -8-іміну будова продуктів реакцій нуклеофільного приєднання визначається перш за все локалізацією тозиліміногрупи, а не гетероциклічним атомом нітрогену, що відрізняє ці сполуки від 5,8-хінолінхінону.
Виявлено, що дія сухого хлороводню на N,N'-дитозил-5,8-хінолінхінондіімін призводить до відновлення хіноїдного кільця, а не реакції 1,4-приєднання, яка має місце для 5,8-хінолінхінону та 1,4-нафтохінондіімінів; обробка N,N'-дитозил-5,8-хінолінхінондііміну концентрованою соляною кислотою призводить до селективного гідролізу субстрату за зв'язком C8=N та гідрохлорування проміжного хінонмоноіміну за схемою 1,4-приєднання.
Практичне значення отриманих результатів. Розроблені зручні препаративні методи одержання нітро-, аміно-, та гідроксипохідних хіноліну, а також N-оксидів хінолінів із замісниками у положеннях 5, 7 та 8. Підібрані селективні окисні реагенти та умови для одержання хінонімінів хінолінового ряду, вивчені закономірності їх взаємодії з хлороводнем, п-толуолсульфінатом натрію в оцтовій кислоті, амінами, що значно розширює синтетичні можливості хінолінового циклу. Отримані сполуки становлять інтерес як потенційні біологічно активні речовини та аналітичні реагенти.
Особистий внесок здобувача полягає у детальній обробці поставлених завдань, виконанні аналітичного огляду наукової літератури за темою дисертації, плануванні і здійсненні експериментальних досліджень, інтерпретації спектральних даних, формулюванні основних положень і висновків дисертаційної роботи.
Автор висловлює щиру подяку к.х.н., с.н.с. Колодяжному М.В. (ПНДЛ Біоелектрохімії УДХТУ) за допомогу при визначенні окисно-відновних потенціалів хіноїдних сполук та н.с. Торопіну М.В. (НДІ Гальванохімії, УДХТУ) за обговорення отриманих результатів і консультування з проведення реакцій хінонімінів з N-нуклеофілами.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались на ІІІ та VІ Регіональних конференціях молодих вчених і студентів з актуальних питань хімії (м. Дніпропетровськ, 2001 р. та 2005 р.), V Конференції молодих учених і студентів-хіміків південного регіону України (м. Одеса, 2002 р.), двох Міжнародних науково-технічних конференціях молодих вчених та аспірантів “Хімія та сучасні технології” (м. Дніпропетровськ, 2003 р. та 2005 р.), ІІ Всеукраїнській конференції молодих вчених з актуальних питань хімії (м. Дніпропетровськ, 2004 р.), ХХ Українській конференції з органічної хімії (м. Одеса, 2004 р.).
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковані 11 наукових робіт, з яких 4 статті у наукових фахових виданнях та 7 тез доповідей наукових конференцій.
Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з переліку умовних скорочень, вступу, літературного огляду (розділ 1), обговорення отриманих результатів (розділи 2, 3), експериментальної частини (розділ 4), висновків, списку літератури, що містить 105 посилань, та додатка. Матеріали роботи викладені на 132 сторінках, ілюстровані 5 таблицями і 23 рисунками.
2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ
У вступі обговорюються проблематика і актуальність теми, формулюються основні завдання досліджень, визначається наукова новизна і практична цінність результатів.
У першому розділі систематизовані літературні дані з методів синтезу та хімічних властивостей N-арилсульфонілхінонмоно- та -діімінів бензо- та нафторяду, а також похідних 5,8-хінолінхінону, які є найближчими стеричними та ізоелектронними аналогами досліджуваних об'єктів.
Другий розділ дисертаційної роботи присвячений розробці методів синтезу та дослідженню реакційної здатності наступних похідних 5,8-хінолінхінону: N-тозил-5,8-хінолінхінон-5-іміну, N,N'-дитозил-5,8-хінолінхінондііміну, N-тозил-5,8-хінолінхінон-8-іміну та 1-оксиду N-тозил-5,8-хінолінхінон-5-іміну.
Синтез N-тозил-5,8-хінолінхінон-5-іміну (1) здійснений виходячи з 8-гідроксихіноліну (2). Останній обробкою нітритом натрію у соляній кислоті був переведений у гідрохлорид 8-гідрокси-5-нітрозохіноліну (3).
Відновлення нітрозопохідного (3) дихлоридом стануму у надлишку концентрованої соляної кислоти за оригінальною методикою дозволило оптимізувати процес одержання дигідрохлориду 5-аміно-8-гідроксихіноліну (4). Дія п-толуолсульфохлориду на амінопохідне (4) у спиртово-піридиновому розчині призвела до утворення N-тозил-5-аміно-8-гідроксихіноліну (5), який мало піддавався очищенню в індивідуальному вигляді. Тому для зручності в роботі та зберіганні останній був переведений у відповідний гідрохлорид (6), який і використовувався для окислення у хінонімін. Найбільш вузьким місцем одержання хіноніміну (1) стала стадія оксидації. Використання традиційних реагентів - тетраацетату плюмбуму в оцтовій кислоті, ферріціаніду калію або гіпохлориту натрію у лужному середовищі - виявилося малоефективним внаслідок низької селективності утворення продукту реакції. Позитивного результату було досягнуто лише при обробці сполуки (1) феніліодозодиацетатом в льодяній оцтовій кислоті з попередньою дією на субстрат еквівалентною кількістю ацетата натрію. Цей метод дозволив одержувати N-тозил-5,8-хінолінхінон-5-імін з виходами до 90%.
При взаємодії N-тозил-5,8-хінолінхінон-5-іміну (1) з хлороводнем очікувалося утворення продуктів реакції як 1,4-приєднання, пов'язаного з наявністю арилсульфоніліміногрупи, так і 6,3-приєднання, обумовленого електроноакцепторними властивостями гетероциклічного атома нітрогену, особливо зростаючих в умовах протонування. Для встановлення будови продукту гідрохлорування хіноніміну (1) виконаний незалежний синтез N-тозил-5-аміно-8-гідрокси-7-хлорхіноліну, який був одержаний шляхом хлорування 8-гідрокси-5-нітрохіноліну (8), відновлення нітрогрупи у 7-хлорпохідному (9) та тозилювання аміну (10), виділений та ідентифікований у вигляді відповідного гідрохлориду (7). При обробці похідного (1) соляною кислотою була виділена речовина, ідентична сполуці (7), що свідчить про переважний вплив тозиліміногрупи, а не ендоциклічного N-атома на перебіг реакцій нуклеофільного приєднання до 5-арилсульфонілімінів 5,8-хінолінхінону.
Цей факт пояснюється просторовою недоступністю для нуклеофіла положення 6 хінолінового кільця хіноніміну (1): внаслідок дії сил відштовхування між протоном в положенні 4 хінолінового кільця та об'ємним тозильним замісником, останній ймовірніше розташований в син-позиції за відношенням до С6=С7-зв'язку хіноїдного циклу N-тозил-5,8-хінолінхінон-5-іміну. Підтвердженням правомірності даного припущення стали наступні реакції:
При дії хлороводородню на N-тозил-7-хлор-5,8-хінолінхінон-5-імін (11), одержаний з хіноліну (7), спостерігалося лише відновлення хіноніміну до вихідної сполуки (7).
Реакція N-тозил-5,8-хінолінхінон-5-іміну (1) з дигідратом п-толуолсульфінату натрію в оцтовій кислоті перебігає швидко навіть при кімнатній температурі та супроводжується утворенням продукту реакції 1,4-приєднання - N,7-дитозил-5-аміно-8-гідроксихіноліну (12). Будова останнього підтверджена шляхом подальших хімічних перетворень, що базуються на здатності до реакцій нуклеофільного заміщення атома хлору у хіноїдному кільці. При дії дигідрату п-толуолсульфінату натрію на N-тозил-7-хлор-5,8-хінолінхінон-5-імін (11), незалежно від мольного співвідношення реагентів, була виділена нездатна до подальшого окиснення сполука, в ПМР-спектрі якої відсутній синглетний сигнал амідного протона та присутні два набори АВ-систем, інтегральні інтенсивності сигналів останніх мають співвідношення 2 : 1. Cпектральні дані дозволили ідентифікувати цю речовину як продукт реакції послідовного заміщення атома хлору, за яким відбувається термінальне 6,1-приєднання з утворенням N,N,7-тристозил-5-аміно-8-гідрокси-хіноліну (13).
Сполука (13) утворюється також при дії дигідрату п-толуолсульфінату натрію в оцтовій кислоті на нестабільний N,7-дитозил-5,8-хінолінхінон-5-імін (14), який одержували окисненням сульфону (12). Таким чином, встановлено, що в залежності від природи замісника в положенні 7 хінолінового кільця практично реалізуються три напрямки взаємодії N-тозил-5,8-хінолінхінон-5-імінів з п-толуолсульфінатом натрію в оцтовій кислоті: 1,4- та 6,1-приєднання, а також нуклеофільне заміщення.
При обробці двократної кількості іміну (1) п-толуїдином у хлороформі та подальшому хроматографуванні реакційної суміші на колонці з силікагелем було виділено з виходом 67% (в розрахунку на п-толуїдин) нестійку при тривалому зберіганні речовину, в ІЧ-спектрі якої присутні смуги поглинання, що відповідають коливанням груп С=О, С=N (1654 см-1), SO2 (1302, 1144 см-1), а у спектрі ЯМР 1Н - два синглетні сигнали протонів груп С(хіноїдн.)Н та NH. Ця інформація свідчить про утворення продукту реакції 1,4-приєднання-окиснення - N-тозил-7-(п-толіламіно)-5,8-хінолінхінон-5-іміну (15).
Підтвердженням локалізації п-толіламіногрупи в положення 7 хінолінового кільця є той факт, що при реакції хлорпохідного (11) з двократною кількістю п-толуїдину в хлороформі утворюється з високим виходом хроматографічно чиста речовина, фізико-хімічні властивості якої ідентичні сполуці (15).
Реакції нуклеофільного заміщення у хіноїдному ядрі N-тозил-5,8-хінолінхінон-5-імінів виявилися більш зручними в препаративному відношенні, ніж реакції 1,4-приєднання-окислення, оскільки дозволяють одержувати відповідні 7-амінопохідні без додаткового хроматографічного очищення та з високими виходами. Імін (11) дуже легко реагує з диетиламіном у хлороформі з утворенням 7-диетиламіно-N-тозил-5,8-хінолінхінон-5-іміну (16).
Полярність розчинника (хлороформ, етанол, толуол), хелатоутворення (введення у реакційну масу іонів Се3+) та протонування (додавання у реакційну масу оцтової кислоти, або здійснення в ній реакції) не впливають на хід процесу амінування хіноїдного кільця N-тозил-5,8-хінолінхінон-5-імінів - якщо положення 7 хінолінового кільця вакантне або має замісник, що є добрим нуклеофугом (наприклад, атом хлору), то саме воно є реакційним центром.
Досліджена реакція вичерпного амінування 5-тозилімінів 5,8-хінолінхінону: N-тозил-7-(п-толіламіно)-5,8-хінолінхінон-5-імін (15) взаємодіє з надлишком п-толуїдину у хлороформі за схемою 1,2-приєднання-елімінування з утворенням N-(п-толіл)-7-(п-толіламіно)-5,8-хінолінхінон-5-іміну (17). При нормальних умовах реакція перебігає дуже повільно, але з додаванням незначної кількості оцтової кислоти процес прискорюється (з 30 до 13-14 діб при кімнатній температурі).
Будова сполуки (17) додатково підтверджена незалежним синтезом з хіноліну (2), який хлоруванням в оцтовій кислоті був переведений у “трихлорохінолон” (18). При обробці останнього п'ятикратною мольною кількістю п-толуїдину в киплячому етанолі був одержаний продукт, ідентичний речовині (17).
Синтез невідомого раніше N,N'-дитозил-5,8-хінолінхінондііміну (19) був здійснений, виходячи з 5- (20) та 8-нітрохінолінів (21). Дією гідрохлориду гідроксиламіну на 5-нітрохінолін (20) при нагріванні у спиртово-лужному середовищі за вдосконаленою методикою був одержаний 8-аміно-5-нітрохінолін (22). При обробці гідроксиламіном 8-нітрохіноліну (21) в аналогічних умовах утворюється 5-аміно-8-нітрохінолін (23). В результаті відновлення нітрогрупи в сполуках (22) та (23) дихлоридом стануму в концентрованій соляній кислоті була одержана одна речовина - тригідрохлорид 5,8-діамінохіноліну (24). Тозилювання останнього подвійною кількістю п-толуолсульфохлориду в метанольно-піридиновому розчині дозволило одержати N,N'-дитозил-5,8-диаміно-хінолін (25), здатний до окиснення у хінондіімін (19) дією феніліодозодиацетату у оцтовій кислоті.
При обробці хінондііміну (19) сухим хлороводнем в льодяній оцтовій кислоті з реакційної маси був виділений з високим виходом хінолін (25). Вірогідно, у даному випадку має місце перебіг редокс-процесу, а не реакція 1,4-приєднання, яка спостерігається у ряду 1,4-нафтохінон-діімінів та 5,8-хінолінхінонів. Це явище може бути пояснене більш високим значенням окисно-відновного потенціалу (ОВП) N,N'-дитозил-5,8-хінолинхінондііміну (19) в порівнянні з ОВП вище-згаданих сполук, а також моно- та дипротонуванням хіноїдної системи, яке призводить до зростання її електроноакцепторних властивостей.
Кип'ятіння хінондііміну (19) у суміші концентрованої соляної та оцтової кислот, призвело до утворення гідрохлориду N-тозил-5-аміно-8-гідрокси-7-хлорхіноліну (7). Утворення останнього можливе тільки при гідрохлоруванні хінонмоноіміну (1), який в даному випадку утворюється іn sіtu з речовини (19). Селективність перебігу гідролізу за зв'язком C8=N пов'язана зі стійкістю монопротонованого інтермедіату (А) здатного ефективно стабілізуватися внутрішньомолекуляр-ним водневим зв'язком. Наслідком такої стабілізації стає можливою активація супряженої системи зв'язків С6-С7-С8-N, за якою відбувається приєднання нуклеофільної частинки, в даному випадку - води.
Для синтезу похідних N-тозил-5,8-хінолінхінон-8-іміну (26) був використаний 5-аміно-8-нітрохінолін (23), який підлягав лужному гідролізу за розробленою оригінальною методикою з утворенням 5-гідрокси-8-нітрохіноліну (27) з виходами до 85%. Відновлення похідного (27) до солі аміну (28) з подальшим тозилюванням останньої у метанолі з додаванням двократної кількості піридину дозволило одержати гідрохлорид N-тозил-8-аміно-5-гідроксихіноліну (29).
Окиснення солі хіноліну (29) феніліодозодиацетатом в оцтовій кислоті з додаванням еквівалентної кількості ацетату натрію у всіх випадках призводило до утворення темно-зеленого осаду, який, вірогідно, є хіноніміном (26) або комплексом з перенесенням заряду на основі останньго. Цей осад з часом розчинявся у реакційній масі, надаючи їй темно-синього забарвлення - виділити сполуку (26) у індивідуальному стані не вдалося. Однак при обробці реакційної маси у момент утворення темно-зеленого осаду окремо соляною кислотою та окремо дигідратом п-толуолсульфінату натрію були отримані та виділені нові сполуки - гідрохлорид N-тозил-8-аміно-5-гідрокси-6-хлорхіноліну (30) та N,6-дитозил-8-аміно-5-гідроксихінолін (31) відповідно.
Будова 1,4-адуктів (30, 31) була доведена подальшими хімічними перетвореннями. При окисненні солі (30) в умовах, що є аналогічними одержанню сполуки (26), був генерований нестійкий N-тозил-6-хлор-5,8-хінолінхінон-8-імін (32), обробка якого іn sіtu соляною кислотою призвела до відновлення у сіль (30). Окисненням сульфону (31) був синтезований N,6-дитозил-5,8-хінолінхінон-8-імін (33), який реагував з дигідратом п-толуолсульфінату натрію з утворенням продукту реакції 6,1-приєднання - N,N,6-тристозил-8-аміно-5-гідроксихіноліну (34). Ця ж сполука була отримана за реакцією хіноніміну (32) з двократною кількістю дигідрату п-толуолсульфінату натрію.
Нестабільність більшості досліджуваних моноімінів 5,8-хінолінхінону пов'язана з наявністю у їх структурах електроноакцепторного хіноїдного кільця та ендоциклічного N-атома, який має неподілену електронну пару. Передбачалося, що усунення впливу останньої модифікацією гетероциклічного атома нітрогену у групу N+-O- повинне призвести до зростання стійкості хіноїдних сполук хінолінового ряду зі збереженням високої реакційної здатності. Найбільш проблемним місцем у синтезі модельного об'єкта - 1-оксиду N-тозил-5,8-хінолінхінон-5-іміну (35) - виявилась стадія одержання його відновленої форми (36). Окиснення хіноліну (5) надоцтовою кислотою призвело до утворення смолоподібного осаду, з якого була виділена лише незначна кількість п-толуолсульфамі-ду (37). Найімовірніше, в зазначених умовах переважним є окиснення не за гетероциклічним атомом нітрогену, а за хіноїднопобудованим фрагментом субстрату, яке супроводжується гідролізом проміжного хінонмоноіміну (1) до лабільного 5,8-хінолінхінону та аміду (37). Дія на сполуку (5) 35%-вого перекису водню при нагріванні до 75-90оС в присутності каталітичних кількостей дигідрату вольфрамату натрію дозволила синтезувати 1-оксид N-тозил-5-аміно-8-гідроксихіноліну (36) з виходами, близькими до кількісних.
В якості окисника для синтеза 1-оксиду N-тозил-5,8-хінолінхінон-5-іміну (35) з дигідроформи (36) був використаний феніліодозодиацетат у сухому хлороформі. Сполука (35) виявилася стійкою протягом декількох місяців при зберіганні в нормальних умовах (температура 20-25оС).
Здатність хіноніміну (35) реагувати з нуклеофілами вивчалася на прикладі хлороводню та п-толуолсульфінату натрію в оцтовій кислоті. Гідрохлорування сполуки (35) концентрованою соляною кислотою виконували в оцтовій кислоті з наступною нейтралізацією надлишку хлороводню ацетатом натрію; при цьому був одержаний 1-оксид N-тозил-5-аміно-8-гідрокси-7-хлорхіноліну (38). Локалізація атома хлору в положенні 7 хінолінового кільця підтверждена незалежним двостадійним синтезом похідного (38) з гідрохлориду N-тозил-5-аміно-8-гідрокси-7-хлорхіноліну (7). Останній був переведений у вільну основу (39), яка, в свою чергу, окиснювалася перекисом водню у 1-оксид (38).
Дія на імін (35) дигідрату п-толуолсульфінату натрію в оцтовій кислоті призводить до утворення продукту реакції 1,4-приєднання - 1-оксиду N,7-дитозил-5-аміно-8-гідроксихіноліну (40). Цю сполуку не вдалося отримати зустрічним синтезом з синтезованого раніше N,7-дитозил-5-аміно-8-гідроксихіноліну (12). Спроби окиснити похідне (12) перекисом водню не призвели до успіху навіть при додаванні великої кількості дигідрату вольфрамату натрію в реакційну масу та нагріванні її до кипіння. Нездатність до окиснення в N-оксид хінолінового атома нітрогену хіноліну (12) пояснюється малою основністю останнього внаслідок наявності в хіноліновому ядрі електроноакцепторного тозильного замісника. Будова 1-оксиду N,7-дитозил-5-аміно-8-гідроксихіноліну (40) була підтверджена реакціями, які використовувалися раніше для встановлення будови продуктів реакцій нуклеофільного приєднання до 5,8-хінолінхінонмоноімінів.
Речовини (38) та (40) були окиснені до стабільних 1-оксидів N-тозил-7-хлор-5,8-хінолін-хінон-5-імну (41) та N,7-дитозил-5,8-хінолінхінон-5-іміну (42) відповідно. Останні реагують з дигідратом п-толуолсульфінату натрію в оцтовій кислоті з утворенням єдиного продукту - 1-оксиду N,N,7-тристозил-5-аміно-8-гідроксихіноліну (43). У випадку 7-хлорпохідного (41) продукт реакції нуклеофільного заміщення атома хлору не вдалося виділити у чистому вигляді, між тим його утворення фіксувалося візуально та хроматографічно.
У третьому розділі роботи наведені дані з окисно-відновних потенціалів (ОВП) N-тозилхінонімінів бензо-, нафто- та хінолінового ряду, визначених методом циклічної вольтамперометрії. Досліджений вплив рН на значення рівноважного потенціалу (Ер) системи хінонімін-дигідроформа. Для 1-оксиду N-тозил-5,8-хінолінхінон-5-іміну, N,N'-дитозил-5,8-хінолінхінондііміну та тозилімінів 2,3-диметил-1,4-бензо-, 1,4-нафтохінону лінія залежності Ер - рН має нахил -58 мВ/од.рН, що свідчить про перебіг редокс процесу за участю двох протонів і двох електронів. У випадку N-тозил-5,8-хінолінхінон-5-іміну в діапазоні рН = 0-3,19 редокс процес відбувається за участю трьох протонів і двох електронів (dEp/dpH = -87 мВ/од.рН), що може бути пояснене протонуванням гетероциклічного атома нітрогену; збільшення рН призводить до перебігу редокс процесу за участю двох протонів і двох електронів.
На основі залежності Ер - рН розраховані значення стандартних ОВП (Ео) хінонімінів, які зростають в наступному ряду:
|
Ео, В |
0,660 |
0,763 |
0,787 |
0,889 |
0,939 |
Досліджена електрохімічна поведінка N,7(6)-дитозил-5,8-хінолінхінон-5(8)-імінів методом циклічної вольтамперометрії. Встановлено, що в умовах експерименту зазначені хіноніміни спочатку гідролізуються до відповідних хінонів, після чого відбувається заміщення тозильного замісника у хіноїдному ядрі на гідроксильну групу:
З отриманих даних витікає, що 6-заміщені 5,8-хінолінхінони та їх 8-імінопохідні мають більш високі значення ОВП в порівнянні з 7-заміщеними аналогами та їх 5-імінами. Останній факт є поясненням того, що 8-тозиліміни 5,8-хінолінхінону менш стійкі ніж 5-тозилімінопохідні.
Четвертий розділ містить опис методів дослідження, синтезу вихідних речовин та найбільш досконалих методик одержання нових похідних хінонімінів хінолінового ряду.
У додатку містяться методика побудування залежності рівноважного потенціалу Ер від рН (Е - рН), визначення стандартного потенціалу Ео, а також експериментальний матеріал з електрохімічних досліджень, який оброблений та оформлений у вигляді таблиць.
ВИСНОВКИ
Розроблено препаративні методи синтезу похідних дигідроформ N-тозил-5,8-хінолінхінон-5-іміну, N,N'-дитозил-5,8-хінолінхінондііміну та N-тозил-5,8-хінолінхінон-8-іміну, які можуть бути окиснені до відповідних хінонімінів.
Встановлено, що у випадку тозилмоноімінів 5,8-хінолінхінону будова продуктів реакцій нуклеофільного приєднання визначається перш за все локалізацією тозиліміногрупи, а не ендоциклічним атомом нітрогену.
Виявлено, що при дії сухого хлороводню на N,N'-дитозил-5,8-хінолінхінондіімін відбувається лише відновлення хіноїдного ядра; наявність у реакційному середовищі води призводить до селективного гідролізу субстрату за зв'язком С8=N, після чого реалізується взаємодія хінонмоноімінового похідного з хлороводнем за схемою 1,4-приєднання.
Показано, що атом хлору в о-положенні до карбонільної групи 5,8-хінолінхінонмоноімінів здатний до заміщення S- та N-нуклеофілами.
Наявність п-толіламіногрупи у положенні 7 хінолінового кільця N-тозил-5,8-хінолінхінон-5-іміну призводить до взаємодії останнього з п-толуідином за схемою 1,2-приєднання-елімінування.
Нестійкість тозилмоноімінових похідних 5,8-хінолінхінону пов'язана з наявністю у їх структурі електроноакцепторного хіноїдного циклу та гетероциклічного sp2-гібридизованого атома нітрогену, маючого неподілену електронну пару. Показано, що 1-оксиди N-тозил-5,8-хінолінхінон-5-імінів є стабільними при зберіганні сполуками з високою реакційною здатністю.
На підставі аналізу значень окисно-відновних потенціалів, отриманих методом циклічної вольтамперометрії, встановлено, що N-тозил-5,8-хінолінхінон-5-імін за своїми електроноакцепторними властивостями в ряду структурних аналогів займає місце між N-тозил-1,4-нафтохіноніміном та N-тозил-2,3-диметил-1,4-бензохіноніміном. Протонування ендоциклічного атома нітрогену або переведення останнього у N-оксид призводять до зростання електроноакцепторних властивостей хіноїдної системи.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Белов А.В., Ничволода В.М. Хинонимины с конденсированным моноазиновым ядром. І. Синтез и гидрохлорирование N-(п-толилсульфонил)-5,8-хинолинхинон-5-имина // Журнал органической химии. - 2004. - т. 40. - № 1. - с. 102-105.
Особистий внесок: самостійно спланований та виконаний експеримент, ідентифікація одержаних сполук, формулювання висновків.
2. Белов А.В., Ничволода В.М. Хинонимины с конденсированным моноазиновым ядром. ІІ. Взаимодействие N-(п-толилсульфонил)-5,8-хинолинхинон-5-иминов с п-толуолсульфинатом натрия // Журнал органической химии. - 2004. - т. 40. - № 3. - с. 436-438.
Особистий внесок: самостійно спланований та виконаний експеримент, ідентифікація одержаних сполук, формулювання висновків.
3. Белов А.В., Ничволода В.М. N,N'-Дитозил-5,8-хинолинхинондиимин и его взаимодействие с HCl // Вопросы химии и химической технологии . - 2004. - № 6. - с. 41-43.
Особистий внесок: самостійно спланований та виконаний експеримент, ідентифікація одержаних сполук, формулювання висновків.
4. Белов А.В., Ничволода В.М. Хинонимины с конденсированным моноазиновым ядром. ІІІ. Синтез и реакционная способность производных N-тозил-5,8-хинолинхинон-8-имина // Журнал органической химии. - 2005. - т. 41. - № 1. - с. 124-127.
Особистий внесок: самостійно спланований та виконаний експеримент, ідентифікація одержаних сполук, формулювання висновків.
5. Белов А.В. Синтез N-производных хинолин-5,8-хинон-5-имина // Тезисы докладов ІІІ Региональной конференции молодых ученых и студентов по актуальным вопросам химии. - Днепропетровск, 2001. - с. 14.
6. Білов А.В. Синтез та реакційна здатність N-(п-толуолсульфоніл)-хінолін-5,8-хінон-5-іміна // Тези доповідей V Конференції молодих учених та студентів-хіміків південного регіону України. - Одеса, 2002. - с. 7.
7. Белов А.В. Взаимодействие N-(п-толуолсульфонил)-5,8-хинолинхинон-5-имина с хлористым водородом // Тези доповідей І Міжнародної науково-технічної конференції студентів і аспірантів “Хімія і сучасні технології”. - Дніпропетровськ, 2003. - с. 94.
8. Белов А.В. Синтез и реакционная способность N-тозил-5,8-хинолинхинонимина-1-оксида // Тези доповідей ІІ Всеукраїнської конференції молодих вчених з актуальних питань хімії. - Дніпропетровськ, 2004. - с. 10.
9. Белов А.В., Ничволода В.М. Синтез и реакционная способность N-тозилиминов 5,8-хинолин- и 5,8-изохинолинхинонов // Тези доповідей ХХ Української конференції з органічної хімії. - Одеса, 2004. - т. 2. - с. 464.
10. Чабанова Т.П., Белов А.В. Взаимодействие 1-оксидов N-тозил-5,8-хинолинхинон-5-иминов с с п-толуолсульфинатом натрия в уксусной кислоте // Тези доповідей ІІ Міжнародної науково-технічної конференції студентів, аспірантів і молодих вчених “Хімія і сучасні технології”. - Дніпропетровськ, 2005. - с. 105.
11. Белов А.В. Окислительно-восстановительные потенциалы N-тозилиминов хинонов бензо-, нафто- и хинолинового ряда // Тези доповідей ІІІ Регіональної конференції молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії. - Дніпропетровськ, 2005. - с. 5.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Історія відкриття тіосульфату натрію. Органолептичні та санітарно-гігієнічні показники. Методи одержання тіосульфату натрію. Хімічні властивості тіосульфату натрію. Методи відділення S2O32- іонів від других іонів. Фотометричне визначення тіосульфату.
курсовая работа [141,9 K], добавлен 16.02.2011Вивчення конденсуючої та водовіднімаючої дії триметилхлорсилану в реакціях за участю карбонільних сполук та розробка ефективних методик проведення конденсацій та гетероциклізацій на його основі придатних до паралельного синтезу комбінаторних бібліотек.
автореферат [36,0 K], добавлен 11.04.2009Номенклатура, електронна будова, ізомерія, фізичні, хімічні й кислотні властивості, особливості одержання і використання алкінів. Поняття та сутність реакцій олігомеризації та ізомеризації. Специфіка одержання ненасичених карбонових кислот та їх похідних.
реферат [45,5 K], добавлен 19.11.2009Особливості будови та загальні способи одержання похідних 1,4-дигідропіридину з флуорованими замісниками, їх біологічна активність. Використання синтезу Ганча для утворення похідних 4-арил-1,4-дигідропіридину на основі о-трифлуорометилбензальдегіду.
дипломная работа [734,7 K], добавлен 25.04.2012Електропровідні полімери, їх властивості. Синтез функціональних плівок полі аніліну. Електрокаталітичні властивості металонаповнених полімерних композитів. Електрохімічний синтез функіоналізованої поліанілінової плівки, властивості одержаних композитів.
дипломная работа [4,1 M], добавлен 26.07.2014Загальна характеристика лантаноїдів: поширення в земній корі, фізичні та хімічні властивості. Характеристика сполук лантаноїдів: оксидів, гідроксидів, комплексних сполук. Отримання лантаноїдів та їх застосування. Сплави з рідкісноземельними елементами.
курсовая работа [51,8 K], добавлен 08.02.2013Синтез похідних амінопіразолу, заміщених гідразинів, похідних гетерілпіримідину, алкілпохідних конденсованих гетерілпіримідинів. Електрофільна гетероциклізація ненасичених похідних піразолопіримідину під дією галогенів, концентрованої сульфатної кислоти.
реферат [128,0 K], добавлен 20.10.2014Macспектрометрія є найбільш ефективним експресним методом аналізу й установлення будови як індивідуальних органічних сполук, так і синтетичних, природних сполук та їхніх сумішей. Поняття, теоретичні основи масспектроскопічного методу аналізу.
реферат [873,2 K], добавлен 24.06.2008Характеристика та застосування мінеральних вод. Розгляд особливостей визначення кількісного та якісного аналізу іонів, рН, а також вмісту солей натрію, калію і кальцію полуменево-фотометричним методом. Визначення у воді загального вмісту сполук феруму.
курсовая работа [31,1 K], добавлен 18.07.2015Загальна характеристика елементів I групи, головної підгрупи. Електронна будова атомів і йонів лужних металів. Металічна кристалічна гратка. Знаходження металів в природі та способи їх одержання в лабораторних умовах. Використання сполук калію та натрію.
презентация [247,6 K], добавлен 03.03.2015Моногалогенопохідні та полігалогенопохідні алканів: номенклатура, ізомерія, методи одержання, електронна будова, фізичні та хімічні властивості. Ненасичені галогенопохідні: загальна характеристика, методи та обґрунтування процесу одержання, властивості.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 03.11.2013Методика розробки методів синтезу високотемпературних надпровідників. Сутність хімічного модифікування і створення ефективних центрів спінінга. Синтез, структурно-графічні властивості та рентгенографічний аналіз твердих розчинів LaBa2Cu3O7 та SmBa2Cu3O7.
дипломная работа [309,3 K], добавлен 27.02.2010Основні принципи дизайну координаційних полімерів. Електронна будова та фізико-хімічні властивості піразолу та тріазолу. Координаційні сполуки на основі похідних 4-заміщених 1,2,4-тріазолів. Одержання 4-(3,5-диметил-1Н-піразол-4-іл)-4Н-1,2,4-тріазолу.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 29.12.2011Синтез електропровідних полімерів. Основні форми поліаніліну. Синтез наночастинок золота. Електрокаталітичні властивості металонаповнених полімерних композитів. Окиснення попередньо відновленої до лейкоемеральдинової форми функціоналізованої Пан плівки.
дипломная работа [3,2 M], добавлен 09.07.2014Синтез S-заміщеного похідного 2-метил-4-меркапто-8-метоксихіноліна та вивчення їх фізико-хімічних властивостей. Прогноз можливих видів їх біологічної дії за допомогою комп’ютерної програми PASS. Залежність дії синтезованих сполук від хімічної структури.
автореферат [38,4 K], добавлен 20.02.2009Аналіз мінеральної води на вміст солей натрію, калію, кальцію полуменево-фотометричним методом та на вміст НСО3- та СО32- титриметричним методом. Особливості визначення її кислотності. Визначення у природних водах загального вмісту сполук заліза.
реферат [31,1 K], добавлен 13.02.2011Поняття та структура хіноліну, його фізичні та хімічні властивості, будова та характерні реакції. Застосування хінолінів. Характеристика методів синтезу хінолінів: Скраупа, Дебнера-Мілера, Фрідлендера, інші методи. Особливості синтезу похідних хіноліну.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 25.10.2010Поняття ароматичних вуглеводних сполук (аренів), їх властивості, особливості одержання і використання. Будова молекули бензену, її класифікація, номенклатура, фізичні та хімічні властивості. Вплив замісників на реакційну здатність ароматичних вуглеводнів.
реферат [849,2 K], добавлен 19.11.2009Класифікація металів, особливості їх будови. Поширення у природі лужних металів, їх фізичні та хімічні властивості. Застосування сполук лужних металів. Сполуки s-металів ІІА-підгрупи та їх властивості. Види жорсткості, її вимірювання та усунення.
курсовая работа [425,9 K], добавлен 09.11.2009Значення амінокислот в органічному світі. Ізомерія. Номенклатура. Шляхи отримання амінокислот. Фізичні властивості. Хімічні властивості. Біосинтез амінокислот. Синтез незамінних амінокислот. Білкові речовини клітини: структурні білки, ферменти, гормони.
реферат [20,0 K], добавлен 25.03.2007
