Автореферат (1173072), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Строениепродуктов было доказано с помощью данных ИК-спектроскопии и ЯМРспектрометрии. Наличие в 1Н-ЯМР спектрах продуктов 8-11 двух синглетов вслабом поле от неэквивалентных протонов ароматического кольца подтверждает,что замещение в тимоле 2 проходило по четвертому положению. Структурасоединений 12-13 была доказана также с помощью методов двумерной ЯМРспектроскопии (Рисунок 1):Рисунок 1 – Фрагмент спектра HMBC 1H-13C соединения 127Высокую антиокислительную активность, помимо алкилфенолов, проявляюттакже многоатомные фенолы. Наши попытки получить лактамсодержащиепроизводные многоатомных фенолов (пирокатехина, гидрохинона, резорцина),используя систему «хлороформ – трифторуксусная кислота», позволили выделитьцелевые соединения лишь с небольшим выходом, а в большинстве случаевпроисходило осмоление реакционной массы.Однаконамибылполученрядпродуктовизванилина14–формилпроизводного метилированного пирокатехина (Схема 3):OH1ORHnONCH2OHOCH3CF3COOH,CHCl3OCH3ONOHOHn14R115: R1=-H, n=1 (40%)16: R1=-H, n=3 (32%)17: R1=-C6H5, n=1 (69%).Схема 3 – получение производных ванилинаВ ходе дальнейших попыток синтеза производных многоатомных феноловнами было найдено, что при взаимодействии резорцина и алкилирующегореагента в системе «вода-уксусная кислота» обоазуется осадок целевого продукта.Применение этой методики оказалось крайне эффективным, было получено 18новых соединений, представляющих собой лактамометильные производныерезорцина 18, метилфлороглюцина 19, флороглюцина 20, салициловой 21 ирезорциловой 22 кислот, пирогаллола 23, галловой 24 кислоты и н-пропилгаллата25 (Схемы 4-7):8OHR3R1nOHONR1R2OHCH2OHNCH3COOH, H2O2RR3OHnO18: R1=R2= -H;19: R1= -Me, R2= -OH;12326: R =R =R = -H, n=2 (57%);27: R1=R2=R3= -H, n=3 (60%);28: R1= -Me, R2= -OH, R3= -H, n=1 (98%);29: R1= -Me, R2= -OH, R3= -H, n=2 (85%);30: R1= -Me, R2= -OH, R3= -H, n=3 (95%);31: R1= -Me, R2= -OH, R3= -Ph, n=1 (85%).Схема 4 – получение производных резорцина и метилфлороглюцинаOHOR1Nn2OHnONHOOHR1CH2OHNCH3COOH, H2OHOR1OHnO20132: R = -H, n=1 (71%); 33: R1= -H, n=2 (69%);34: R1= -H, n=3 (77%); 35: R1= -Ph, n=1 (65%).Схема 5 – получение производных флороглюцинаOOOHOHnONOHOHCH2OHNnCH3COOH, H2OR1R1O36: R1= -H, n=1 (48%); 37: R1= -OH, n=1 (62%);38: R1= -OH, n=3 (41%).21: R1= -H;22: R1= -OH.Схема 6 – получение производных салициловой β-резорциловой кислотR1R1nNOONCH2OHHOOHOH23: R1= -H;24: R1= -COOH;25: R1= -COO-n-Pr.nCH3COOH, H2OHOOHOH39: R1= -H, n=1 (62%);40: R1= -H, n=3 (79%);41: R1= -COOH, n=1 (53%);42: R1= -COOH, n=3 (55%);43: R1= -COO-n-Pr, n=1 (43%).Схема 7 – получение производных пирогаллола, галловой кислоты и нпропилгаллата9Метод получения целевых соединений с использованием системы «водауксусная кислота» также имеет ограничения – нам не удалось получить в данныхусловияхцелевыепродукты5-сульфосалициловойкислоты,3,5-ди-бромсалицилового альдегида, фенола и м-крезола.
При попытке провести реакциюс флороглюцинкарбоновой кислотой произошло её декарбоксилирование и быливыделены продукты 32-35. Отметим, что предложенный способ синтеза оченьпрост, дает хорошие выходы целевых соединений, а в качестве исходных веществиспользуются доступные и дешевые реактивы, что допускает его использование ив промышленности.Затем нами были предприняты попытки получить производные фенолов сфрагментами ароматических азотсодержащих гетероциклов, что обусловленошироким спектром практического применения последних. Особый интереспредставляют π-избыточные гетероциклы, способные, вследствие взаимодействияэлектронных пар со свободными орбиталями атомов металлов, сорбироваться наних, проявляя антикоррозионную активность.
Сочетание в одной молекулефрагментов с антиокислительной и антикоррозионной активностями можетпривести к синергизму их свойств.В качестве такого гетероцикла нами был выбран бензотриазол, производныекоторогоизвестныкакингибиторыкоррозии.Привзаимодействии1-гидроксиметилбензотриазола с 2,4-ди-третбутилфенолом 1, тимолом 2, 2,3,5триметилфенолом 3 и 2,6-ди-трет-бутилфенолом 44 в уксусной кислоте былиполучены целевые продукты (Схемы 8, 9):NNOHNNR1NNOHR1CH2OHCH3COOHR3R3R2R21: R1=R2= -t-Bu, R3= -H;2: R1= -i-Pr, R2= -H, R3= -Me.45: R1=R2= -t-Bu, R3= -H (73%);46: R1= -i-Pr, R2= -H, R3= -Me (53%).Схема 8 – получение производных 2,4-ди-трет-бутилфенола и тимола сфрагментом бензотриазола10OHOH4RNR3RR12N4RR1R3R2NCH2OHNCH3COOH3: R1=R2=R3= -Me, R4= -H;44: R1=R4= -t-Bu, R2=R3= -H.NN47: R1=R2=R3= -Me, R4= -H (40%);48: R1=R4= -t-Bu, R2=R3= -H (81%).Схема 9 – получение производных 2,3,5-триметилфенола и 2,6-ди-третбутилфенола с фрагментом бензотриазолаИнтересно отметить, что продукт 46 представляет собой производноетимола, замещенного в орто-положение, в отличие от продуктов реакциилактамометилирования 8-11.
В ЯМР-спектре вещества 46 сигналы протоновароматического кольца тимола представляют собой АВ-систему с константойспин-спинового взаимодействия (КССВ), равной 7,68 Гц. Строение продукта 47доказано с помощью двумерной ЯМР-спектроскопии.Согласно литературным данным, электрофильное замещение в тимолеможет протекать как по четвертому, так и по шестому положению. Мыпредположили, что направление замещения зависит от растворителя, и провеливзаимодействие тимола 2 и 1-гидроксиметилпирролидин-2-она в уксуснойкислоте. Нами был выделен продукт 8, что показывает, что структура продукта независит от используемого растворителя.
Объяснение закономерности замещенияможно дать с помощью квантовохимических расчетов (раздел 2.2).Для 2,6-ди-трет-бутилфенола 44 нами были получены лактамсодержащиепродукты (Схема 10):11OHt-But-BunOHt-BuONt-BuCH2OHNHCl,CH3COOHOn4449: n=1 (65%);50: n=3 (70%).Схема 10 – получение лактамометильных производных 2,6-ди-третбутилфенолаПоказано, что использование HCl позволяет повысить выход соединения 49с 34-х до 65-ти процентов.Такженамибылполученрядпродуктов,содержащихфрагментбензимидазола (Схемы 11, 12):NNOHNROHN1R1CH2OHR4CH3COOHR2R13RR2R31: R1=R3= -t-Bu, R2=R4= -H;15: R1=R2=R4= -Me, R3= -H.51: R1=R3= -t-Bu, R2=R4= -H (42%);52: R1=R2=R4= -Me, R3= -H (39%).Схема 11 – получение производных 2,4-ди-трет-бутилфенола и 2,3,5триметилфенола с фрагментом бензимидазолаOHi-PrOHNi-PrNCH2OHMeMeNCH3COOHN1453, 41%Схема 12 – синтез производного тимола с фрагментом бензимидазола12Строение продукта 52 было доказано с помощью двумерной ЯМРспектроскопии.Интерес представляют также тиолактамные соединения, что обусловлено ихприменением в качестве синтонов в синтезе гетероциклов, а также в медицине.Намибылсинтезированыпроизводныеалкилфенолов,содержащихтиолактамный фрагмент путем тионирования соответствующего карбонильногосоединения (Схема 13):R32R34RRR1R5R2R4R1R5P4S10, NaHCO3dioxaneNnNOn4: R1= -OH, R2=R4= -t-Bu, R3=R5= -H, n=1;13: R1=R4=R5= -Me, R3= -OH, R2= -H, n=3;49: R1=R5= -H, R2=R4= -t-Bu, R3= -OH, n=1;50: R1=R5= -H, R2=R4= -t-Bu, R3= -OH, n=3.S54: R1= -OH, R2=R4= -t-Bu, R3=R5= -H, n=1 (81%);55: R1=R4=R5= -Me, R3= -OH, R2= -H, n=3 (74%);56: R1=R5= -H, R2=R4= -t-Bu, R3= -OH, n=1 (87%);57: R1=R5= -H, R2=R4= -t-Bu, R3= -OH, n=3 (79%).Схема 13 – тионирование лактамометильных производных феноловВ разделе 2.2 приведены данные квантовохимических расчетов.
В ходеработы нами были получены производные тимола 2 и 2,3,5-триметилфенола 3,реакции которых с электрофильными реагентами приводили к продуктамзамещения в разные положения относительно гидроксильной группы. Дляобъяснения данных результатов нами был выполнен анализ атомных зарядов висходных фенолах. Мы выбрали для расчета гибридный функционал M06-2X, чтообусловлено высокой точностью расчета в нем термодинамических параметров.Анализ атомных зарядов (Рисунок 4) в рамках схемы NBO позволяетпредположить направление электрофильной атаки в ароматическом кольцефенолов 2 и 3 (Рисунок 2):13OHOH0.3640.357-0.297-0.274-0.079-0.005-0.1170.0050.004-0.189-0.236-0.24932E= -464.409725E= -425.138277Рисунок 2 – атомные заряды в рамках схемы NBO в тимоле 2 и 2,3,5триметилфеноле 3.
Величины полной энергии (Е, a. u.) показаны для каждой израссматриваемых молекулПроведенный нами расчет показал, что направление электрофильногозамещения нельзя надежно предсказать, принимая во внимание только плотностьзарядов в молекулах реагентов. Вследствие этого, мы попробовали оценить, каксоотноситсяструктурацелевыхсоединенийсэнергиейихкатионныхинтермедиатов. Наиболее стабильный комплекс (с минимальной энергией) долженуказывать на наиболее вероятный путь протекания электрофильного замещения.Квантовохимические расчеты для интермедиатов 8a, 8b показали, чтокомплексы с электрофилом в четвертом положении являются наиболеестабильными (Рисунок 3), так как их энергия меньше на 1,5 кДж/моль.
Расчетэнергий в программе Gaussian производится в энергиях Хартри (a. u.), полученныезначения можно перевести в величины кДж/моль путем умножения полученнойвеличины на 2625,5. Отметим, что, по данным расчета, минимум энергии дляструктуры 8a соответствует π-комплексу, а структура 8b дополнительностабилизирована внутримолекулярной водородной связью:OHOHNCH2HNO8aO8bE= -789.309715E= -789.309152Рисунок 3 – схематическое изображение катионных интермедиатов 8a, 8b14При взаимодействии с производным бензотриазола оба интермедиатастабилизируются водородными связями, но минимумом энергии обладаеткомплекс 46а, с энергией, меньшей на 24,0 кДж/моль.
При проведении реакции спроизводным бензимидазола результаты расчетов показывают, что частица 53a,также представляет собой π-комплекс с энергией, на 24,1 кДж/моль большей, чему интермедиата 53b (Рисунок 4):OHNHNNOHNHNN46a46bE= -898.525306E= -898.534451OHNOHNHCH2NN53a53bE= -882.501171E= -882.510352Рисунок 4 – схематическое изображение катионных интермедиатов тимола46a, 46b и 53a, 53bПри рассмотрении закономерностей процесса электрофильного замещениядля 2,3,5-триметилфенола 3 выявлено, что замещение производным пирролидона впара-положение предпочтительно, так как образуется σ-комплекс с меньшей на 6,9кДж/моль энергией (Рисунок 5):15OHOHNCH2HNOO12a12bE= -750.042644E= -750.040013Рисунок 5 – схематическое изображение катионных интермедиатов 12a, 12bВ отличие от тимола, комплекс с производным бензотриазола у 2,3,5триметилфенола 3 также более стабилен при замещении в пара-положение,выигрыш в энергии составляет 26,2 кДж/моль.
Отметим, что для обеих структур,47a и 47b, расчет показал образование сильных водородных связей, в первомслучае ее длина составляет 1,52 Å, а во втором энергетически выгодной являетсямиграция протона к атому азота гетероциклического фрагмента. Для продукта 52расчет показал, что более стабильным является σ-комплекс 52a с электрофилом ворто-положении к гидроксильной группе, обладающий энергией на 6,5 кДж/мольменьшей, чем у интермедиата 52b (Рисунок 6):OHNNNHOHNNHN47a47bE= -859.269025E= -859.279000OHNNOHHNHN52a52bE= -843.244550E= -843.242070Рисунок 6 – схематическое изображение катионных интермедиатов тимола47a, 47b и 52a, 52b16Таким образом, направление реакции алкилирования фенолов может бытьпредсказано с помощью анализа энергий катионных интермедиатов, а не атомныхзарядов в исходных соединениях.В разделе 2.3 приведены результаты испытаний ряда целевых веществ наспособность ингибировать коррозию меди, вызванную присутствием свободнойсеры и сернистых соединений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
