Новый метод получения биологически активных и гидрофобизирующих веществ

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Новый метод получения биологически-активных и гидрофобизирующих веществ

В.И. Неделькин

C.В. Захарова

В.Г. Глуховцев

Аннотация

В статье описан новый метод получения биологически-активных и гидрофобизирующих веществ, содержащих трифторметильные группы, по реакции электрофильного замещения в ароматическом ряду: Изучена реакция взаимодействие мета-диокси-, мета-диалкокси-, мета-диметилбензолов и диалкиланилина, с различными трифторметилкетонами. Отмечено влияние строения реагентов на протекание реакций.

Ключевые слова: биологически-активные и гидрофобизирующие вещества; реакция электрофильного замещения трифторметилкетонов, замещенные бензолы; взаимодействие; влияние строения реагентов.

Введение

Соединения, содержащие несколько атомов фтора, показывают высокие значения гидрофобности, что позволяет использовать их в композициях для обработки кож. Обработанные кожи в десятки раз повышает водо-, масло-, грязестойкость по сравнению с контрольными образцами [1-3]. Представлялось интересным испытать для этих целей трифторметильные производные ароматического ряда. Настоящее исследование посвящено разработке методов синтеза подобных соединений.

В отличие от гетероароматических соединений - фурана и пиррола- [4] ароматические соединения - бензол, толуол, фенол, крезол в обычных условиях (20^О, отсутствие катализатора) не реагируют с гексафторацетоном по механизму электрофильного замещения в ароматическом ряду [5].

Относительно низкая электрофильность гексафторацетона в отсутствии катализатора по сравнению с другими известными электрофильными реагентами обеспечивает селективность в реакции электрофильного замещения ароматического ядра.

При проведении реакции в более жестких условиях (использовании катализатора и повышении температуры) удалось осуществить взаимодействие гексафторацетона с некоторыми ароматическими соединениями. Так, толуол и фенол реагирует с гидратом гексафторацетона в растворе фтористоводородной кислоты при 180-200^ОС в пара-положение относительно заместителя с образованием в основном соответствующих гексафтор-2,2-бис-(4-толил- или 4-оксифенил-)-пропанов и небольшого количества промежуточных продуктов ,-бис-(трифторметил)-арилкарбинолов:

Было показано, что аналогичная реакция гексафторацетона с орто-крезолом протекает в пара положение по отношению к более электронодонорной ОН-группе, а с пара-крезолом, у которого пара-положение занято СН₃- группой, эта реакция не идет [5].

Взаимодействие монозамещенных бензолов с трифторметилкетонами

Помимо электронных факторов (электронной плотности в ароматическом кольце и электрофильности трифторметилкетона) существенное значение для протекания реакции между ними имеют пространственные факторы. Мы обнаружили, что, трифторацетилфуран в мягких условиях не реагирует с N,N-диэтиланилином, по-видимому, не только вследствие электронного влияния фурильного радикала, но, возможно, и из-за пространственных трудностей.

При взаимодействии гексафторацетона с N,N-диэтиланилином при комнатной температуре без катализатора реакция протекает также в пара-положение, однако, выход составляет 8%, по-видимому, из-за протекания реакции на границе раздела фаз.

В случае взаимодействия гексафторацетилацетона, в котором две карбонильные группы разделены метиленовой группой, с N,N-диэтиланилином реакция также протекает при комнатной температуре в пара-положение, но сопровождается отщеплением воды в конечном продукте.

Выход продукта 1,1,1,5,5,5-гексафтор-4-(4-N,N-диэтиламинофенил)-2-2-оксо-3-пентена достигает 88%. Высокий выход, по-видимому, обусловлен наличием двух электроноакцепторных групп в гексафторацетилацетоне и их взаимным влиянием. Если вводить в реакцию более слабые электрофильные агенты, например, трифторметилацетилацетон,

,

в котором несопряженная CF₃ группа заменена на СН₃, реакция без катализатора в мягких условиях не идет. Представлялось интересным сравнить влияние удаленной трифторацетильной группы

,

в гексафторацетилацетоне и сопряженной с трифторацетильной группой карбoэтоксильной группы

,

В этиловом эфире трифторпировиноградной кислоты на электрофильные свойства углерода трифторацетильной группы. В качестве электрофильного агента был выбран этиловый эфир трифторпировиноградной кислоты. При взаимодействии N,N-диэтиланилина с алифатическим трифторметилкетоном, а именно, этиловым эфиром трифторпировиноградной кислоты, образуется пара-замещенный продукт с выходом 80%.

Оказалось, что менее электроноакцепторная карбоэтоксильная и несопряженная трифторметильная группа оказывает аналогичное влияние на электрофильность углерода трифторацетильной группы.

Снижение реакционной способности происходит при уменьшении числа атомов фтора, например, в молекуле этилового эфира 3-оксо-4,4-дифторбутановой кислоты:

,

который не реагируют без катализатора при 20^о с N,N-диэтиланилином и резорцином.

электрофильный биологический активный гирофобизирующий

Взаимодействие мета-замещенных бензолов с трифторметилкетонами

Введение в ароматическое кольцо одного сильного электронодонорного заместителя (диалкиламиногруппы) или двух менее сильных заместителей (-ОН, СН₃-) в мета-положение, которое содержит два сильных согласованных орто-ориентанта, позволяет осуществить реакцию с ними алифатических трифторметилкетонов, например, этилового эфира трифторпировиноградной кислоты без нагревания и даже в отсутствие катализатора. Все эти реакции протекают экзотермически.

Так, например, при взаимодействии этилового эфира трифторпировиноградной кислоты с мета-ксилолом, мета-диметоксибензолом и резорцином, которые содержат сильные электронодонорные группы и обуславливают увеличение нуклеофильности ароматических производных, реакция протекает с повышением температуры соответственно на 8, 45, 70^о.

Реакция протекает в орто- положение к обоим заместителям, которое активируется двумя электронодонорными группами. Благодаря мягким условиям реакция останавливается на стадии образования соответствующих 1,2,3-замещенных-арилкарбинолов, которые является практически единственными продуктами реакции.

Поскольку группа -СН₃ менее электронодонорная, чем -ОСН₃, и -ОН, реакция мета-ксилола с этиловым эфиром трифторпировиноградной кислоты при 20^О протекает только в присутствии его гидрата, обладающего сильными кислотными свойствами.

Влияние электронно-донорных групп на реакционную способность ароматических соединений, участвующих в реакции с трифторметилкетонами, возрастает в ряду: -СН₃, -ОСН₃, -ОН.

В настоящей работе четко показано влияние электронных факторов на протекание реакций электрофильного замещения.

Перспективы применения трифторметильных произоводных ароматического ряда

Нам удалось осуществить реакцию электрофильного замещения, используя ароматические соединения с донорными заместителями в ядре и сильными электрофильными агентами - производными трифторметилкетона.

Наша работа вносит вклад в изучение важнейшей реакции электрофильного замещения в ароматическом ряду и открывает широкие возможности для получения разнообразных фторорганических производных ароматического ряда. Реакции идут без нагревания и использования катализатора, без побочных продуктов с высоким выходом. Реакция позволяет получить ароматические и гетероциклические соединения с трифторметильной группой и другими электроноакцепторными группами.

Соединения с CF₃ группой являются перспективными для синтеза биологически-активных соединений: ростовых, лекарственных, бактерицидных, косметических, гигиенических веществ [6,7].

Реакция перспективна для синтеза разнообразных фторорганических соединений, обладающих широким спектром биологически-активных свойств: рост-регулирующих веществ, антибактериальных, бактерицидных веществ, лекарственных, парфюмерных препаратов, консервантов, а также гидрофобизирующих веществ для кожевенных и текстильных материалов.

Экспериментальная часть

ГЖХ-анализ проводили на хроматографе ЛХМ-8МД-5 с пламенно-ионизационным детектором в токе N₂ (25 мл/ мин), колонки (2 мм х 3 м) 15 % Апиезон L на хроматоне N-AW - ДМСS или 5% SE на хезасорбе АW-НМДS). Спектры ПМР записывали на спектрометре “Bruker WM-250”.

Образцы готовили в растворе СДСl₃ или ДМSО - d-6 (15%) с добавкой 0,5% ТМС (внутренний стандарт). ИК-спектры получали на спектрофотометре UR-10 в тонком слое.

Реакция N,N-диэтиланилина с гексафторацетоном (I)

Герметичную систему - колбу, содержащую 14,9 г (0,1 моля) N,N-диэтиланилина и соединенную с ней резиновую камеру, наполненную 16,6 г (0,1 моля) гексафторацетона, выдерживали 50 ч при 20^о. Разгонкой получено 2,5 г (0,008 м) (I). Выход 8%, т. кип. 101^о / 2 мм, n_d²⁰ 1,4905.

ИК-спектр (, см-¹): 820,840 (1,4-дизамещенный бензол), 1252 (CF₃), 3450 (OH). Найдено: С 49,48; H 4,70; F 36,11 %; C₁₃ H₁₅ NOF₆; Вычислено: C 49,52; H 4,76; F 36,19%.

Реакция N,N-диэтиланилина с гексафторацетилацетоном (II)

В плоскодонную колбу с магнитной мешалкой помещали 0,74 г (0,005 моля) N,N-диэтиланилина и 1,19 г (0,005 моля) гексафторацетилацетона. Реакционную смесь перемешивали три часа при комнатной температуре. После разгонки в вакууме получено 0,79 г (0,0022 м) (II). Выход 44%, т. кип. 88^о/ 10 мм, n_d²⁰ 1,4860.

ИК спектр ( , см^-1): 788, 840 1,4-дизамещенный бензол), 1252 (CF₃), 1652 (C=C связь).

Найдено: C 51,07; H 4,52; F 33,58; C₁₅ H₁₅NOF₆; Вычислено: C 51,01; H 4,43; F 33,63%.

Реакция N,N-диэтиланилина с этиловым эфиром трифторпировиноградной кислоты (III)

Из 6,0 г (0,04 моля) диэтиланилина и 6,9 г (0,04 моля) этилового эфира трифторпировиноградной кислоты в условиях синтеза в-ва (II) получено 10,8 г ( 0,034 м) (III). Выход 85%. При стоянии кристаллизуется. Т.пл.28^оС.

Спектр ПМР: (, м.д) 1,16 т (6 H, 2 CH₃ ); 1,33 т (3H, CH₃); 3,35 м (4 H, (CH₂)₂N); 4,28 м (2H, CH₂O); 6,60 д.д (2H, (CH)₂CN); 6,82 c (I H, OH); 7,63 д.д. (2H, (CH)₂ C). ИК-спектр (, см-¹): 850, 860 (1,4-дизамещенный бензол), 1268 (CF₃), 3480 (OH).

Найдено: С 56,38; H 6,30; F 17,79%; C₁₅H₂₀NO₃F₃ Вычислено: С 56,42; Н 6,31; F 17,84%.

Реакция мета-ксилола с этиловым эфиром трифторпировиноградной кислоты (IY)

Из 5,3 г (0,05 моля) мета-ксилола и 8,5 г (0,05 моля) этилового эфира трифторпировиноградной кислоты в условиях синтеза в-ва (II) получено 6,0 г (0,0218 м) (IY). Выход 42%. т.кип.118^о , n_d²⁰ 1,4310.

Спектр ПМР: (, м.д.): 1,28 т (3H, CH₃CH₂); 2,35 c (6H, 2 CH₃Рh); 4,40 кв (2 H, CH₂CH₃); 5,75 c (H, OH); 7,00 д (2H, (СН)₂CH); 7,18 т (I H, (CH)₂ СН)

ИК спектр ( см-¹): 705, 732, 776 (1,2,3-тризамещенный бензол), 1248 (CF₃), 3456 (OH).

Найдено: С 56,46; H 5,43; F 20,56; С₁₃Н₁₅О₃F₃ Вычислено: С 56,52; H 5,47; F 20,63%.

Реакция мета-диметоксибензола с этиловым эфиром трифторпировиноградной кислоты (Y)

Из 2,76 г (0,02 моля) мета-диметоксибензола и 3,4 г (0,02 моля этилового эфира трифторпировиноградной кислоты в условиях синтеза в-ва (II) получено 3,6 г (0,0116 м) (Y). Выход 42%, вязкая жидкость, при стоянии кристаллизуется, т.пл. 52^о С.

Спектр ПМР (, м.д.): 1,25 т (3 H, CH₃); 3,75 c (3 H, CH₃O); 3,83 c (3H, CH₃O); 4,20 м (2H, CH₂O); 6,5 д.д.(2Н, (СН)₂СН); 6,88 с (I H, ОH); 7,49 д.д. (I H, (CH)₂СН).

ИК - спектр ( , см-¹): 708, 740, 764 (1,2,3-тризамещенный бензол), 1248, 1284 (CF₃), 3432 (OH).

Найдено: C 50,61; H 4,85; F 18,41%; C₁₃H₁₅O₅F_3; Вычислено: C 50,65; H 4,90; F 18,49%.

Реакция резорцина с этиловым эфиром трифторпировиноградной кислоты (YI)

Из 2,75 г (0,025 моля) резорцина и 4,25 г (0,025 моля) этилового эфира трифторпировиноградной кислоты в условиях синтеза в-ва (II) получено 5,2 г (0,017 м) (YI). Выход 74%. При стоянии вязкая жидкость кристаллизуется, т. пл. 65^ОС.

Спектр ПМР ( м.д.): 1,28 т (3 H, CH₃); 4,22 м (2 H, CH₂O); 6,22 т (2 H, (СН)₂CH); 6,78 с (1 Н, CF₃C-ОН); 7,16 д.д. (1 H, (CH)₂СН); 8,98 c (1 H, PhOH); 9,35 c (I H, PhOH).

Ик-спектр: (, см^-1): 705, 748 (1,2,3-тризамещенный бензол), 1248(CF₃), 3460 (OH).

Найдено: С 47,12; H 3,91; F 20,28; C₁₁H₁₁O₅F_3; Вычислено: С 47,15; H 3,95; F 20,34%.

Индивидуальность выделенных соединений доказана ГЖХ, а их строение подтверждено данными элементного анализа, ИК-, ПМР-спектрами.

Заключение

Диалкиланилины, в отличие от толуола и фенола, вступают в реакцию электрофильного замещения с трифторметилкетонами без катализатора и нагревания с образованием соответствующего пара-замещенного арилкарбинола.

Мета-ксилол, мета-диметокси- и мета-диоксибензолы взаимодействуют без нагревания и катализатора с трифторметилкетонами в орто-положение к заместителям.

Мета-ксилол реагирует с трифторметилкетонами без нагревания, но в присутствии катализатора с образованием 1,2,3-замещенных арилкарбинолов. В качестве катализатора используют гидрат трифторметилкетона.

Оказалось, что менее электроноакцепторная сопряженная карбоэтоксильная группа повышает электрофильность углерода в трифторацетильной группе аналогично несопряженной трифторацетильной группы.

Реакция перспективна для синтеза различных фторорганических соединений, обладающих широким спектром биологически-активных свойств. Вещества могут использоваться в качестве гидрофобизирующих вещества для кожевенных и текстильных материалов.

Библиографический список

1. Богданова И.Е., Захарова С.В., Глуховцев В.Г., Беляев Л.С. Гидрофобная обработка кож кремнийорганическими соединениями // Кожевенно-обувная промышленность, 1999, N5

2. Захарова С.В., Слободских Л.В., Глуховцев В.Г, Цивинская Л.К. Применение кремний-фторорганических соединений в кремнийорганических композициях // Кожевенно-обувная промышленность, 1995, т. 1-2.

3. Патент РФ N2076532, Cl 6C, 14C 9/00. Захарова С.В., Глуховцев В.Г., Слободских Л.В. Способ гидрофобизации кож. 27.03.97, Бюл.N9.

4. Никишин Г.И., Глуховцев В.Г., Ильин Ю.В., Игнатенко А.В. Реакция гексфрацитона с фенолами и аминами // Изв. АН СССР, Сер. хим. 1982.

5. Лившиц Б.Р., Дьяченко И.А., Палий В.П. Взаимодействие перфторкетонов с ароматическими соединениями // Изв.АН СССР Сер. хим. 1967.

6. Г.А. Александрова, В.Г. Глуховцев, Г.И. Никишин, // Перспектива развития естественных наук на Зап. Урале, т.I, Химия, 1996.

7. Патент РФ, N2108773, Cl 6 А 61, К 7/00, 7/48, Шалат А.Н., Трофимова Т.Ю, Прохорова Т.С., Александрова Г.А., Глуховцев В.Г., Крем для кожи «Карель». 20.04.98, Бюл. N11.

Размещено на allbest.ru