УДК 677.026
НОВЫЙ МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ -АКТИВНЫХ И ГИДРОФОБИЗИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
В.И. Неделькин
C.В. Захарова
В.Г. Глуховцев
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 (20О, 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 180-200ОС 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 20о с N,N-диэтиланилином и резорцином.
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 20О протекает только в присутствии его гидрата, обладающего сильными кислотными свойствами.
Влияние электронодонорных 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 20о. Разгонкой получено 2,5 г (0,008 м) (I). Выход 8%, т. кип. 101о / 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. 88о / 10 мм, nd20 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.28оС.
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.118о , nd20 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. 52о 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 %; C13H15O5F3; 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. 65ОС. 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; C11H11O5F3; 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.
гидрофобизирующий трифторметильный электрофильный ароматический
Библиографический список
1 Богданова И.Е., Захарова С.В., Глуховцев В.Г., Беляев Л.С. Гидрофобная обработка кож кремнийорганическими соединениями//Кожевенно-обувная промышленность, 1999, N 5
2 Захарова С.В.,Слободских Л.В., Глуховцев В.Г, Цивинская Л.К. Примемнение кремний-фторорганических соединений в кремнийорганических композициях // Кожевенно-обувная промышленность, 1995, т. 1-2.
3 Патент РФ N 2076532, Cl 6C, 14C 9/00. Захарова С.В., Глуховцев В.Г., Слободских Л.В. Способ гидрофобизации кож. 27.03.97, Бюл.N 9.
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.