Новый метод получения биологическиа-активных и гидрофобизирующих веществ

УДК 677.026

НОВЫЙ МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИ - АКТИВНЫХ И ГИДРОФОБИЗИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

, C. В. Захарова,

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 (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 a, a-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 (n, 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 ( n, см -1 ): 788, ,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: (d, 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 ( n, 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: ( d, 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 ( n см –1 ): 705, 732, ,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 (d, 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 ( n, 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 (d 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: (n, 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.

Библиографический список

1 , , Беляев обработка кож кремнийорганическими соединениями//Кожевенно-обувная промышленность, 1999, N 5

2 ,, Г, Цивинская кремний-фторорганических соединений в кремнийорганических композициях // Кожевенно-обувная промышленность, 1995, т. 1-2.

3 Патент РФ N 2 Cl 6C, 14C 9/00. , , Слободских гидрофобизации кож. 27.03.97, Бюл. N 9.

4 , , Игнатенко гексфрацитона с фенолами и аминами // Изв. АН СССР, Сер. хим. 1982.

5 , , Палий перфторкетонов с ароматическими соединениями // Изв. АН СССР Сер. хим. 1967.

6 , , // Перспектива развития естественных наук на Зап. Урале, т. I, Химия,1996.

7 Патент РФ, N 2 Cl 6 А 61, К 7/00, 7/48, , Ю, , Крем для кожи «Карель». 20.04.98, Бюл. N 11.

Сведения об авторах

¢ Российский заочный институт текстильной и лёгкой промышленности. Москва, Россия.