КИНЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РЕАКЦИИ

Реклама
УДК 547.835.5:54.03
КИНЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РЕАКЦИИ ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНОЙ
КОНДЕНСАЦИИ ДИФЕНИЛАМИН-2-КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
В УСЛОВИЯХ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
© 2013 Яр Зар Хтун1, Т.Н. Кудрявцева2
1
аспирант каф. химии
2
канд хим. наук
руководитель НИЛ органического синтеза
e-mail: [email protected]
Курский государственный университет
Исследована циклизация дифениламин-2-карбоновых кислот в условиях ультразвукового
излучения. Определены кинетические параметры процессов. Установлено, что применение
ультразвукового излучения способствует снижению энергии активации реакции.
Ключевые слова: дифениламин-2-карбоновые кислоты, конденсация, акридоны,
ультразвуковое излучение.
В настоящее время в химии большое внимание уделяется поиску и разработке
новых энергосберегающих и экономичных технологий, а также исследованиям
экологически безопасных процессов. В связи с этим большое значение приобретает
поиск новых путей активации химических процессов. В течение последних двадцати
лет все возрастающий интерес проявляется к химическим реакциям, протекающим в
условиях микроволнового и ультразвукового излучения.
Однако применение таких методов сопряжено с возможностью протекания
побочных реакций и образования примесей, отсутствующих в продуктах, полученных
традиционными способами. Это особенно важно для синтеза биологически активных
соединений и лекарственных препаратов, когда наличие примеси может либо
значительно снизить активность действующего вещества, либо, напротив, привести к
появлению новых, до сих пор неизвестных свойств.
Известно, что энергия упругих волн может быть использована для воздействия
на вещества с целью изменения их структуры и свойств. Считается, что рабочим
эффектом служит кавитация – образование в жидкой среде массы пульсирующих
пузырьков, приводящая к возникновению микроударных давлений, локальному
повышению температур, электрических разрядов, ионизации [Мейсон и соавт. 1993].
Акридоны являются целевыми продуктами конденсации замещенных
дифениламин-2-карбоновых кислот (ДФКК) и используются в качестве исходных
соединений в синтезе различных лекарственных форм [Vogtherr и соавт. 2003].
Нами исследовано влияние ультразвукового излучения (УЗИ) на кинетические
параметры реакции циклизации ДФКК в полифосфорной кислоте (ПФК). Применение
ПФК с содержанием Р2О5 80±0,5 % в качестве циклизующего агента [Маркович и
соавт. 2006] более удобно по сравнению с традиционно применяемой для получения
большинства акридонов концентрированной серной кислотой, поскольку в последнем
случае заметный вклад вносит реакция образования побочного продукта реакции –
соответствующей акридонсульфокислоты.
Для исследования влияния УЗИ на реакцию конденсации ДФКК в
соответствующие акридоны использовали лабораторную ультразвуковую установку
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
ИЛ100-6/1 с рабочей частотой излучения 23500 Гц, выходной мощностью 630 Вт со
ступенчатой регулировкой выходной мощности 50%, 75%, 100% номинальной
выходной мощности при мольном соотношении ДФКК : Р2О5 (ПФК) 1:5
соответственно.
В условиях УЗИ, как и в условиях традиционного нагрева, реакция циклизации
протекает по схеме:
I
II
I: R – a - H; b -4’F, c - 2'-Br; d - 2'-CH3;e -4'-CH3; f – 4 OCH3;
g - 2'-COOH; h – 2’4'- CH3
Для выявления влияния УЗИ на внутримолекулярную конденсацию замещенных
ДФАКК были определены кинетические характеристики реакции.
Кинетические исследования проводили методом тонкослойной хроматографии с
денситометрией. Полученные хроматограммы обрабатывали на видеоденситометре
«ДенСкан» при длине волны 254 нм по программе «Сорбфил 1.8» [Маркович и соавт.
2008].
По результатам обработки хроматограмм рассчитывали степень расходования
исходной
ДФКК
и
степень
накопления
соответствующего
акридона
(αДФКК=CДФКК/CДФКК,0).
На рисунке в качестве примера представлены кинетические кривые
расходования 4’-метил-ДФАКК (А) в условиях УЗИ и их анаморфозы (Б).
α4’-МДФКК
C4’-МДФКК/C4’-МДФКК,0
4
3
2
1
2
1
3
4
A
τ = сек
Б
τ = сек
Кинетические кривые расходования 4’-метилдифениламин-2-карбоновой кислоты (ДФКК) (А) и
их анаморфозы (Б) при циклизации в ПФК в условиях термического нагрева при тепературах 0С: 1) 70, 2)
80, 3) 90, 4) 100
Полученные данные позволили определить значения констант скорости реакций,
на их основе рассчитать энергии активации при проведении процессов в условиях УЗИ
Ученые записки: электронный научный журнал Курского государственного университета. 2013.
№ 3 (27). Том 2
Яр Зар Хтун, Кудрявцева Т. Н. Кинетические параметры реакции внутримолекулярной конденсации
дифениламин-2-карбоновых кислот в условиях ультразвукового излучения
и сравнить результаты с данными, полученными при традиционном способе нагрева
[Пелевин и соавт. 2008] (табл.).
Кинетические параметры циклизации дифениламин-2-карбоновых кислот в
полифосфорной кислоте
В термических условиях
I,
R
Константа скорости, k × 10-4, с-1, при t,оС
70oC
80oC
90 оС
100 оС
H
1,52±
0,07
4’-F
–
1,88±
0,07
0,70±
0,03
0,74±
0,03
1,11±
0,05
6,90±
0,3
4,13±
0,02
6,48±
0,03
4,06±
0,02
1,93±
0,01
3,19±
0,02
1,89±
0,01
18,7±
0,80
10,5±
0,50
12,24
±0,61
11,98
±0,58
4,52±
0,20
5,51±
0,22
5,85±
0,26
38,60
±1,91
25,90±
1,26
16,76±
0,81
26,10±
1,25
11,20±
0,55
15,40±
0,76
13,25±
0,63
0,28±
0,01
1,85±
0,07
3,71±
0,17
2’-Br
2’-CH3
4’-CH3
4’OCH3
2’СООН
2’,4’диметил
В условиях УЗИ
110 оС
Е а,
кДж/
моль
–
100,00
28,92±
1,36
53,95
–
95,00
–
93,00
–
103,00
–
91,00
–
–
87,00
6,99±
0,37
–
111,0
Константа скорости, k × 10-4, с-1,
при t,оС
Е а,
кДж/
моль
70oC
80oC
90 оС
100 оС
2,32±
0,11
1,74±
0,41
2,70±
0,11
1,89±
0,09
3,69±
0,17
2,92±
0,14
4,94±
0,24
3,34±
0,16
4,84±
0,24
6,40±
0,31
5,94±
0,29
4,71±
0,23
4,39±
0,22
5,99±
0,30
11,39
±
0,56
7,96±
0,38
8,64±
0,45
8,01±
0,40
10,43±
0,50
8,32±
0,41
6,47±
0,32
14,67±
0,72
14,00±
0,67
13,12±
0,62
17,16±
0,81
26,67±
1,32
20,79±
1,02
30,48±
1,45
25,94±
1,23
13,79±
0,63
43,22±
76,36
2,12
4,19±
0,20
66,30
70,49
61,38
90,46
57,49
79,01
61,11
Как видно из таблицы, применение УЗИ сопровождается увеличением скорости
процесса в случае метилзамещенных акридонов и практически во всех исследованных
случаях приводит к снижению энергии активации реакции циклизации.
Полученные акридоны были выделены, структура была подтверждена данными
ИК-спектроскопии (ИК-Фурье спектрометр типа IR-200, фирма Nicolet) и хроматомасс-спектрометрии (система ВЭЖХ-МС Thermo Scientific и система ACQUITY UPLC
H-Class с УФ/масс-детекторами ACQUITY SQD компании Waters) с использованием
библиотечной базы данных масс-спектров «NIST2005». Спектры акридонов,
синтезированных в условиях УЗИ и при традиционном способе нагрева, идентичны
[Преч и соавт. 2006].
Методом хроматомасс-спектрометрии выявлено, что циклизация 2’,4’диметилдифениламин-о-карбоновой кислоты в ПФК сопровождается реакциями
деалкилирования – алкилирования. В составе продуктов реакции, полученных в
условиях УЗИ, помимо основного продукта (2,4-диметилакридона) также обнаружены
примеси изомеров монометил- и триметилзамещенных акридонов. Однако в условиях
УЗИ вклад этих процессов значительно снижается по сравнению с термическими
условиями.
Таким образом, использование УЗИ в качестве активатора процесса получения
ряда замещенных акридонов сопровождается снижением энергии активации процесса.
Экспериментальная часть
К 0,045моль ДФАКК приливают 40 г ПФК с содержанием Р2О5 80±0,5 %
(0,225моль Р2О5). Смесь перемешивают без нагревания до исчезновения комочков
твердой фазы. В реактор погружают сонород и температуру в реакторе выводят на
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
заданную величину. Через определенные промежутки времени производят отбор проб
из реакционной смеси для анализа содержания исходной ДФАКК и продуктов реакции.
По завершении процесса смесь выливают в 300 мл воды, нагретой до 80–90°С. Продукт
отфильтровывают, обрабатывают раствором карбоната натрия для удаления следов
ДФАКК, фильтруют, осадок сушат при 90°С в сушильном шкафу с принудительной
циркуляцией воздуха.
Контроль состава реакционной смеси осуществляют методом тонкослойной
хроматографии путем сравнения с эталонными образцами. (пластины «Сорбфил»
ПТСХ-П-В-УФ, элюент толуол : ацетон : этанол в объемных соотношениях 10:3:2).
Библиографический список
Маркович Ю.Д., Кудрявцева Т.Н., Пелевин Н.А. Конденсация одифениламинокарбоновой кислоты в акридон в среде полифосфорной кислоты //
Известия КурскГТУ, №2 (17), 2006. С.61-63.
Маркович Ю.Д., Пелевин Н.А., Кудрявцева Т.Н., Лоторев Д.С.
Денситометрическое изучение кинетики реакций циклизации дифениламин-2карбоновых кислот // Заводская лаборатория. 2008. №4 (74). С. 8–11.
Мейсон Т., Линдли Дж., Дэвидсон Р. Химия и ультразвук / пер. с англ.
Л.И. Кирковского; Под ред. А.С. Козьмина. М.: Мир, 1993. 190 c.
Пелевин Н.А., Лоторев Д.С., Лапин А.В., Брылев М.И., Гуров М.Ю. // Материалы
междунар. науч. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов «Перспектива–2008».
Нальчик: КБГУ. 2008. Т. 3. С. 214–218.
Преч Э., Бюльман Ф., Аффольтер К. Определение строения органических
соединений. Таблицы спектральных данных. М.: Мир, 2006. 438 с.
Vogtherr M., Grimme S., Elshorst B., Jacobs D.M., Fiebig K., Griesinger C.
Antimalarial drug quinacrine binds to C-terminal helix of cellular prion protein // J. Med.
Chem. №46. 2003. Р. 3563–3564.
Ученые записки: электронный научный журнал Курского государственного университета. 2013.
№ 3 (27). Том 2
Скачать