Синтез циклических ацеталей пропаргилового альдегида - реагента для малотоннажной химии
|
ВВЕДЕНИЕ 3
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1 Методы синтеза 1,3-диоксоцикланов 8
1.1.1 Синтез 1,3-диоксоцикланов при взаимодействии альдегидов и 1,2-гликолей 9
1.2 Циклические ацетали акролеина 19
1.3 Реакции дегидробромирования 25
2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 29
2.1 Синтез 1,3-диоксоцикланов 29
2.2 Синтез изоксазольных и пиразольных производных 1,3-диоксоцикланов 37
3. РАССЧЕТНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 46
3.1 Описание процесса 46
3.2 Характеристика используемого сырья 51
3.3 Расчёт материального баланса 52
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 73
ПРИЛОЖЕНИЕ А 77
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1 Методы синтеза 1,3-диоксоцикланов 8
1.1.1 Синтез 1,3-диоксоцикланов при взаимодействии альдегидов и 1,2-гликолей 9
1.2 Циклические ацетали акролеина 19
1.3 Реакции дегидробромирования 25
2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 29
2.1 Синтез 1,3-диоксоцикланов 29
2.2 Синтез изоксазольных и пиразольных производных 1,3-диоксоцикланов 37
3. РАССЧЕТНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 46
3.1 Описание процесса 46
3.2 Характеристика используемого сырья 51
3.3 Расчёт материального баланса 52
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 73
ПРИЛОЖЕНИЕ А 77
Интерес к химии циклических ацеталей постоянно возрастает. В ходе изучения таких соединений появляются все новые и новые значащие, а порой исключительные свойства, которые дают возможность применять данные вещества как в промышленной отрасли, так и в препаративном оргсинтезе.
В химической отрасли и технологии ацетализации замещенные линейные, циклические ацетали, а также их гетероаналоги на данный момент являются легкодоступными и недорогими продуктами оргсинтеза. Отработаны способы получения циклических (1,1-диалкоксиалканов) и линейных (1,3-диоксанов, 1,3-диоксоланов) ацеталей, которые в своем составе имеют непредельные связи и разнообразные функциональные группы.
Активный интерес вызывает химия цД-ненасыщенных циклических ацеталей, в том числе ацеталей акролеина. Циклические ацетали пропаргилового альдегида изучаются наиболее плотно из-за наличия терминальной тройной углерод-углеродной связи. Соединения с таким структурным звеном имеют повышенную энергию по сравнению с соединениями с простыми углерод-углеродными связями, а так же имеют более высокую способность к реакциям. Но самый большой интерес вызывает способность соединений с терминальной тройной углерод-углеродной связью к функционализации. В последние годы сферы исследования цД-ненасыщенных циклических ацеталей существенно расширяются. Не остается в стороне изучение превращения этих соединений в функционально замещенные гетероатомные соединения и поиск сфер, где полученный продукт будет эффективно использоваться.
Циклические ацетали пропаргилового альдегида могут быть использованы в медицине и ветеринарии, а также в агрохимической промышленности как исходный продукт для дальнейшего синтеза регуляторов роста растений.
В данной магистерской диссертации исходным реагентом для получения циклических ацеталей пропаргилового альдегида был выбран легкодоступный и относительно недорогой акролеин. При определении очереди стадий синтеза ацеталей пропаргилового альдегида учитывались следующие факторы: пропаргиловый альдегид является крайне лабильным соединением, которое моментально разлагается в щелочной среде (в некоторых случаях со взрывом) [1]. Этот факт говорит о невозможности прямого дегидробромирования 2,2-дибромпропионового альдегида; ацетализация акролеина диолами в кислой среде сопровождается образованием большого числа побочных продуктов димеризации [2, 3].
Цель и задачи исследования.
Цель настоящей диссертации - разработка способа получения циклических ацеталей пропаргилового альдегида - исходного вещества для синтеза регуляторов роста растений.
В соответствии с целью работы определены следующие задачи:
1. Анализ литературных данных по способам получения циклических ацеталей, в том числе ацеталей ацетиленовых альдегидов.
2. Выбор метода синтеза циклических ацеталей пропаргилового альдегида.
3. Оптимизация условий синтеза в лабораторных условиях. Синтез 2-этинил-1,3-диоксоланов и 2-этинил-1,3-диоксанов.
4. Изучение реакционной способности циклических ацеталей пропаргилового альдегида с целью получения на их основе потенциально биологически активных веществ (реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения нитрилоксидов и диазометана).
5. Разработка общей принципиальной технологической схемы синтеза 2-этинил-1,3-диоксоланов и 2-этинил-1,3-диоксанов.
Объект исследования.
Объектом исследования являются циклические ацетали пропаргилового альдегида как исходные соединения для синтеза биологически активных веществ.
Новизна исследования.
В ходе изучения реакции дегидробромирования циклических ацеталей 2,3-дибромпропионового альдегида подобран элиминирующий агент - амид натрия в жидком аммиаке, обеспечивающий выход целевых ацетиленовых соединений с выходом более 40 %.
Показано, что 2-этинил-1,3-диоксоцикланы являются активными диполярофилами в реакции присоединения нитрилоксидов.
Методы проведения исследования.
Поиск и изучение литературных источников по теме исследования. Осуществлена лабораторная работа, в ходе которой были применены современные методы синтеза и анализа исследуемых соединений.
Теоретическая, научная, практическая значимость полученных результатов.
Предложен новый трехстадийный синтез циклических ацеталей пропаргилового альдегида.
Изучена реакция дегидробромирования циклических ацеталей 2,3- дибромпропионового альдегида.
Полученные 1,3-диоксициклановые производные изоксазолов представляют интерес для дальнейшего изучения как потенциальный регулятор роста растений.
Синтезировано несколько неописанных ранее в литературе веществ, строение которых подтверждено совокупностью современных физико-химических методов анализа.
Научная обоснованность и достоверность.
Научная достоверность полученных результатов и выводы работы гарантированы, так как при проведении исследований осуществлялся тщательный контроль условий проведения экспериментов. Кроме того использовались современные физико-химические методы анализа структуры полученных соединений, в том числе спектроскопия ядерного магнитного резонанса, ИК- и хромато-масс-спектроскопия.
Научные положения и результаты исследования, выносимые на защиту.
На защиту выносятся следующие результаты:
• трехстадийный синтез циклических ацеталей пропаргилового альдегида, включающий в себя бромирование акролеина, получение его циклических ацеталей и дегидробромирование.
• характеристики соединений, полученные совокупностью современных физико-химических методов анализа (ИК спектроскопия, спектроскопия ЯМР 1Н и 13С, масс-спектроскопия).
• принципиальная технологическая схема производства циклических ацеталей пропаргилового альдегида.
Апробация результатов диссертации.
Основные результаты диссертации были представлены на Всероссийской конференции молодых ученых «Химия и технология гетероциклических соединений» (Уфа, 2017).
Результаты работы представлены в виде научно-технического отчета к договору № 1321704 от 01.12.2017 г «Создание и усовершенствование эффективных регио- и стереоселективных методов синтеза карбо- и гетероциклических соединений из нефтехимического сырья и получение полифункциональных реактивов, реагентов и малотоннажных продуктов, замещающих зарубежные аналоги» между Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» и федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего образования «Тольяттинский государственный университет».
Опубликованность результатов.
На основании диссертационной работы опубликовано 2 работы, в том числе статья в издании, рекомендованном ВАК.
Личный вклад диссертанта.
Автор осуществлял поиск и анализ литературы по изложенной теме. Экспериментальные данные, которые представлены в диссертации, были получены автором работы самостоятельно, или совместно с соавторами публикаций. Автор диссертации непосредственно участвовал в проведении экспериментов в лаборатории, производил анализ полученных результатов, рассчитывал показатели и делал выводы на основании выполненных работ.
Структура и объем диссертации.
Диссертация включает в себя введение, 4 главы, выводы, список литературных источников, прилодение. Работа изложена на 77 страницах, содержит 16 схем, 8 рисунков, 21 таблицу, библиографию из 52 наименований.
В химической отрасли и технологии ацетализации замещенные линейные, циклические ацетали, а также их гетероаналоги на данный момент являются легкодоступными и недорогими продуктами оргсинтеза. Отработаны способы получения циклических (1,1-диалкоксиалканов) и линейных (1,3-диоксанов, 1,3-диоксоланов) ацеталей, которые в своем составе имеют непредельные связи и разнообразные функциональные группы.
Активный интерес вызывает химия цД-ненасыщенных циклических ацеталей, в том числе ацеталей акролеина. Циклические ацетали пропаргилового альдегида изучаются наиболее плотно из-за наличия терминальной тройной углерод-углеродной связи. Соединения с таким структурным звеном имеют повышенную энергию по сравнению с соединениями с простыми углерод-углеродными связями, а так же имеют более высокую способность к реакциям. Но самый большой интерес вызывает способность соединений с терминальной тройной углерод-углеродной связью к функционализации. В последние годы сферы исследования цД-ненасыщенных циклических ацеталей существенно расширяются. Не остается в стороне изучение превращения этих соединений в функционально замещенные гетероатомные соединения и поиск сфер, где полученный продукт будет эффективно использоваться.
Циклические ацетали пропаргилового альдегида могут быть использованы в медицине и ветеринарии, а также в агрохимической промышленности как исходный продукт для дальнейшего синтеза регуляторов роста растений.
В данной магистерской диссертации исходным реагентом для получения циклических ацеталей пропаргилового альдегида был выбран легкодоступный и относительно недорогой акролеин. При определении очереди стадий синтеза ацеталей пропаргилового альдегида учитывались следующие факторы: пропаргиловый альдегид является крайне лабильным соединением, которое моментально разлагается в щелочной среде (в некоторых случаях со взрывом) [1]. Этот факт говорит о невозможности прямого дегидробромирования 2,2-дибромпропионового альдегида; ацетализация акролеина диолами в кислой среде сопровождается образованием большого числа побочных продуктов димеризации [2, 3].
Цель и задачи исследования.
Цель настоящей диссертации - разработка способа получения циклических ацеталей пропаргилового альдегида - исходного вещества для синтеза регуляторов роста растений.
В соответствии с целью работы определены следующие задачи:
1. Анализ литературных данных по способам получения циклических ацеталей, в том числе ацеталей ацетиленовых альдегидов.
2. Выбор метода синтеза циклических ацеталей пропаргилового альдегида.
3. Оптимизация условий синтеза в лабораторных условиях. Синтез 2-этинил-1,3-диоксоланов и 2-этинил-1,3-диоксанов.
4. Изучение реакционной способности циклических ацеталей пропаргилового альдегида с целью получения на их основе потенциально биологически активных веществ (реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения нитрилоксидов и диазометана).
5. Разработка общей принципиальной технологической схемы синтеза 2-этинил-1,3-диоксоланов и 2-этинил-1,3-диоксанов.
Объект исследования.
Объектом исследования являются циклические ацетали пропаргилового альдегида как исходные соединения для синтеза биологически активных веществ.
Новизна исследования.
В ходе изучения реакции дегидробромирования циклических ацеталей 2,3-дибромпропионового альдегида подобран элиминирующий агент - амид натрия в жидком аммиаке, обеспечивающий выход целевых ацетиленовых соединений с выходом более 40 %.
Показано, что 2-этинил-1,3-диоксоцикланы являются активными диполярофилами в реакции присоединения нитрилоксидов.
Методы проведения исследования.
Поиск и изучение литературных источников по теме исследования. Осуществлена лабораторная работа, в ходе которой были применены современные методы синтеза и анализа исследуемых соединений.
Теоретическая, научная, практическая значимость полученных результатов.
Предложен новый трехстадийный синтез циклических ацеталей пропаргилового альдегида.
Изучена реакция дегидробромирования циклических ацеталей 2,3- дибромпропионового альдегида.
Полученные 1,3-диоксициклановые производные изоксазолов представляют интерес для дальнейшего изучения как потенциальный регулятор роста растений.
Синтезировано несколько неописанных ранее в литературе веществ, строение которых подтверждено совокупностью современных физико-химических методов анализа.
Научная обоснованность и достоверность.
Научная достоверность полученных результатов и выводы работы гарантированы, так как при проведении исследований осуществлялся тщательный контроль условий проведения экспериментов. Кроме того использовались современные физико-химические методы анализа структуры полученных соединений, в том числе спектроскопия ядерного магнитного резонанса, ИК- и хромато-масс-спектроскопия.
Научные положения и результаты исследования, выносимые на защиту.
На защиту выносятся следующие результаты:
• трехстадийный синтез циклических ацеталей пропаргилового альдегида, включающий в себя бромирование акролеина, получение его циклических ацеталей и дегидробромирование.
• характеристики соединений, полученные совокупностью современных физико-химических методов анализа (ИК спектроскопия, спектроскопия ЯМР 1Н и 13С, масс-спектроскопия).
• принципиальная технологическая схема производства циклических ацеталей пропаргилового альдегида.
Апробация результатов диссертации.
Основные результаты диссертации были представлены на Всероссийской конференции молодых ученых «Химия и технология гетероциклических соединений» (Уфа, 2017).
Результаты работы представлены в виде научно-технического отчета к договору № 1321704 от 01.12.2017 г «Создание и усовершенствование эффективных регио- и стереоселективных методов синтеза карбо- и гетероциклических соединений из нефтехимического сырья и получение полифункциональных реактивов, реагентов и малотоннажных продуктов, замещающих зарубежные аналоги» между Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» и федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего образования «Тольяттинский государственный университет».
Опубликованность результатов.
На основании диссертационной работы опубликовано 2 работы, в том числе статья в издании, рекомендованном ВАК.
Личный вклад диссертанта.
Автор осуществлял поиск и анализ литературы по изложенной теме. Экспериментальные данные, которые представлены в диссертации, были получены автором работы самостоятельно, или совместно с соавторами публикаций. Автор диссертации непосредственно участвовал в проведении экспериментов в лаборатории, производил анализ полученных результатов, рассчитывал показатели и делал выводы на основании выполненных работ.
Структура и объем диссертации.
Диссертация включает в себя введение, 4 главы, выводы, список литературных источников, прилодение. Работа изложена на 77 страницах, содержит 16 схем, 8 рисунков, 21 таблицу, библиографию из 52 наименований.
1. Разработан трехстадийный синтез циклических ацеталей пропаргилового альдегида, включающий в себя бромирование акролеина, получение его циклических ацеталей и дегидробромирование.
2. Изучена реакция дегидробромирования циклических ацеталей 2,3-дибромпропионового альдегида. Показано, что наиболее эффективным дегидробромирующим агентом является амид натрия в жидком аммиаке. В результате с выходом 40-55 % были получены циклические ацетали (1,3-диоксоланы и 1,3-диоксаны) пропаргилового альдегида.
3. Показано, что 2-этинил-1,3-диоксаны и 2-этинил-1,3-диоксаланы легко вступают в реакцию диполярного циклоприсоединения нитрилоксидов, генерируемых in situ из соответствующих бензгидроксимоилхлоридов. Полученные 1,3-диоксициклановые производные изоксазолов представляют интерес для дальнейшего изучения как потенциальный регулятор роста растений.
4. Разработана принципиальная технологическая схема производства циклических ацеталей пропаргилового альдегида на основе доступного сырья. Рассчитан материальный баланс процесса производства 100 кг 2-этинил-1,3-диоксана.
5. Синтезировано несколько неописанных ранее в литературе веществ, строение которых подтверждено совокупностью современных физико-химических методов анализа (ИК спектроскопия, спектроскопия ЯМР 1Н 13С, масс-спектроскопия).
2. Изучена реакция дегидробромирования циклических ацеталей 2,3-дибромпропионового альдегида. Показано, что наиболее эффективным дегидробромирующим агентом является амид натрия в жидком аммиаке. В результате с выходом 40-55 % были получены циклические ацетали (1,3-диоксоланы и 1,3-диоксаны) пропаргилового альдегида.
3. Показано, что 2-этинил-1,3-диоксаны и 2-этинил-1,3-диоксаланы легко вступают в реакцию диполярного циклоприсоединения нитрилоксидов, генерируемых in situ из соответствующих бензгидроксимоилхлоридов. Полученные 1,3-диоксициклановые производные изоксазолов представляют интерес для дальнейшего изучения как потенциальный регулятор роста растений.
4. Разработана принципиальная технологическая схема производства циклических ацеталей пропаргилового альдегида на основе доступного сырья. Рассчитан материальный баланс процесса производства 100 кг 2-этинил-1,3-диоксана.
5. Синтезировано несколько неописанных ранее в литературе веществ, строение которых подтверждено совокупностью современных физико-химических методов анализа (ИК спектроскопия, спектроскопия ЯМР 1Н 13С, масс-спектроскопия).
