Разработка научных основ технологии синтеза и модификации ацетиленовых производных 1,3-диоксоцикланов - потенциальных регуляторов роста растений
|
ВВЕДЕНИЕ 3
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1. Синтез и биологическая активность соединений имеющих одновременно 1,2,3- триазольный и 1,3 диоксоциклановых фрагментов 8
1.2 Синтез и биологическая активность а-ацетиленовых альдегидов 15
2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 22
2.1 Синтез и гидролиз этилацеталей непредельных альдегидов 22
2.2 Синтез 2-арилэтинил и 2-алкинилзамещенных 1,3-диоксоцикланов 28
2.3 Синтез 4-(1,3-диоксациклан-2-ил)-5-фенил-1,2,3-триазолов 43
2.4. Подбор эффективного катализатора реакции ацетализации ацетиленовых альдегидов 67
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 79
3.1. Оборудование, реагенты, материалы и методики исследования 79
3.2 Очистка растворителей 80
3.3 Синтез исходных соединений 81
3.3.1 Диэтилацетали ацетиленовых альдегидов (общая методика) 81
3.3.2 Альдегиды 82
3.4 Синтез ацетиленовых 1,3-диоксоцикланов 84
3.5 Синтез 4-(1,3-диоксоциклан-2-ил)-5-фенил-1,2,3-триазолов 22а-д 86
3.6 Методика изучения кинетики реакции фенилпропаргилового альдегида с этиленгликолем на сульфокатионитах 88
3.6.1 Исходные вещества и материалы 88
3.6.2 Методика определения статической обменной емкости ионитов 89
3.6.3 Методика кинетического эксперимента 90
3.6.4 Газохроматографический анализ проб 90
3.6.5 Пример расчета константы скорости, энергии активации и предэкспоненциального множителя 92
ВЫВОДЫ 93
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 94
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1. Синтез и биологическая активность соединений имеющих одновременно 1,2,3- триазольный и 1,3 диоксоциклановых фрагментов 8
1.2 Синтез и биологическая активность а-ацетиленовых альдегидов 15
2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 22
2.1 Синтез и гидролиз этилацеталей непредельных альдегидов 22
2.2 Синтез 2-арилэтинил и 2-алкинилзамещенных 1,3-диоксоцикланов 28
2.3 Синтез 4-(1,3-диоксациклан-2-ил)-5-фенил-1,2,3-триазолов 43
2.4. Подбор эффективного катализатора реакции ацетализации ацетиленовых альдегидов 67
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 79
3.1. Оборудование, реагенты, материалы и методики исследования 79
3.2 Очистка растворителей 80
3.3 Синтез исходных соединений 81
3.3.1 Диэтилацетали ацетиленовых альдегидов (общая методика) 81
3.3.2 Альдегиды 82
3.4 Синтез ацетиленовых 1,3-диоксоцикланов 84
3.5 Синтез 4-(1,3-диоксоциклан-2-ил)-5-фенил-1,2,3-триазолов 22а-д 86
3.6 Методика изучения кинетики реакции фенилпропаргилового альдегида с этиленгликолем на сульфокатионитах 88
3.6.1 Исходные вещества и материалы 88
3.6.2 Методика определения статической обменной емкости ионитов 89
3.6.3 Методика кинетического эксперимента 90
3.6.4 Газохроматографический анализ проб 90
3.6.5 Пример расчета константы скорости, энергии активации и предэкспоненциального множителя 92
ВЫВОДЫ 93
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 94
Азот- и кислородсодержащие гетероциклы являются основой многих биологически активных соединений с широчайшим спектром действия. В последние годы предметом многих исследований стали производные 1,2,3- триазола. Это связано в первую очередь с высокой физиологической активностью триазольных производных: они обладают анти-ВИЧ, антимикробной, противовирусной и антипролиферативной активностью. Такие вещества используются в качестве промежуточных продуктов при синтезе антибиотиков, а также в качестве инсектицидов, фунгицидов и регуляторов роста растений. Кроме того, триазолы нашли применение как красители, ингибиторы коррозии и фотостабилизаторы и фотоматериалы. Самостоятельный интерес представляют производные триазола, содержащие 1,3- диоксоциклановые фрагменты, в частности препараты этаконазол и пропиконазол, которые применяются как системные фунгициды для защиты сельскохозяйственных культур.
К сожалению, в литературе описано ограниченное число методов синтеза 1,3- диоксоциклановых производных 1,2,3-триазола. В связи с этим разработка новых селективных и атом-экономных методов синтеза 1,3-диоксоциклановых производных 1,2,3-триазола является важной и актуальной задачей.
Цель и задачи исследования
Цель работы — разработка научных основ для разработки технологического процесса получения триазолов, содержащих 1,3-диоксациклановые заместители в боковой цепи на основе препаративно доступных ацеталей.
Поставленная в работе цель включала решение следующих задач:
- получение ряда новых гетероциклических соединений на основе 1,2,3- триазолов и 1,3-диоксоцикланов;
- изучение формальной кинетики реакции ацетиленовых альдегидов с диолами в присутствии высокотехнологичных катализаторов - ионообменных смол;
- подбор условий эффективного синтеза 1,3-диоксоциклановых производных 1,2,3- триазола;
- получение данных о строении синтезированных соединений с помощью комплекса современных физико-химических методов: спектроскопии ЯМР, масс-спектрометрии, рентгеноструктурного анализа.
Объект и предмет исследования. В соответствии с поставленной целью, объектами настоящего исследования явились замещенные содержащие 1,3-диоксациклановый фрагмент.
Схема.
Перспективным направлением синтеза данных потенциально биологически активных соединений могут служить реакция азид-алкинового циклоприсоединения в ряду ацеталей ацетиленовых альдегидов.
Предметом исследования явилась реакция циклоприсоединения азида калия к линейным и циклическим ацеталям а-ацетиленовых альдегидов, с широким набором заместителей.
Новизна исследований
• впервые показано, что 1-фенил-3,3-диэтоксипроп-1-ины могут быть использованы для эффективного синтеза потенциально биологически активных производных 1,2,3-триазола.
• синтезированы не описанные ранее производные 1,2,3-триазолов, содержащие 1,3-диоксоалкановый заместитель, представляющие потенциальный интерес как регуляторы роста растений, фунгициды и противомикробные препараты.
• изучена формальная кинетика реакции фенилпропаргилового альдегида с этиленгликолем на ионообменных смолах Amberlyst 15, КУ-2-8, КУ-23 и Tulsion T-62.
• разработан удобный и эффективный способ синтеза пропаргиловых альдегидов, основанный на гидролизе соответствующих этилацеталей в водной уксусной кислоте.
Методы проведения исследования. Изучены и проанализированы литературные данные. Проведенные лабораторные исследования, которые были выполнены с применением современных методов, как в синтезе, так и в анализе веществ.
Теоретическая, научная, практическая значимость полученных результатов.
Разработан препаративный метод синтеза производных 1,2,3-триазолов, содержащих 1,3-диоксоалкановый заместитель из доступных и удобных, с точки зрения введения различных заместителей, исходных ацеталей. Выявлены кинетические закономерности реакции фенилпропаргилового альдегида с этиленгликолем на ионообменных смолах.
Научная обоснованность и достоверность.
Достоверность и надежность полученных результатов экспериментов и выводов работы обеспечены тщательным контролем условий проведения экспериментов, а также использованием современных физико-химических методов анализа структуры синтезированных соединений, включая спектроскопию ЯМР и рентгеноструктурный анализ.
Научные положения и результаты исследования, выносимые на защиту.
На защиту выносятся следующие положения:
• методика синтеза 1,3-диоксоциклан-2-илземещенных 1,2,3-триазолов на основе циклических ацеталей ацетиленовых альдегидов;
• высокоэффективный способ проведения гидролиза этилацеталей пропаргиловых альдегидов;
• сравнительные данные об активности ионообменных смол в реакции ацетализации фенилпропаргилового альдегида этиленгликолем.
Апробация результатов диссертации
Основные результаты работы докладывались на всероссийской конференции с международным участием «Химия и химическое образование XXI века» (г. Санкт-Петербург, март 2017г.), на зимней конференции молодых ученых по органической химии «WSOC-2016» (Москва, 2016 г.).
Опубликованность результатов
По результатам работы опубликована одна статья в журнале «Доклады академии наук. Серия химическая». Результаты работы представлены в виде научно-технического отчета к договору № 1321601 «Разработка способов синтеза потенциально биологически активных гетероциклов на основе 1,3- диоксацикланов и ениновых кетонов» между Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» и федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Тольяттинский государственный университет».
Личный вклад диссертанта
Исследованы и представлены материалы по теме диссертации. Полученные результаты в диссертации были выполнены совместными усилиями автора и соавторами опубликованных работ. Автор непосредственное участвовал во всех лабораторных экспериментах, анализах полученных результатов, расчетах и формулировке выводов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на 97 страницах, содержит 66 рисунков, 9 таблиц, библиографию из 62 наименований.
К сожалению, в литературе описано ограниченное число методов синтеза 1,3- диоксоциклановых производных 1,2,3-триазола. В связи с этим разработка новых селективных и атом-экономных методов синтеза 1,3-диоксоциклановых производных 1,2,3-триазола является важной и актуальной задачей.
Цель и задачи исследования
Цель работы — разработка научных основ для разработки технологического процесса получения триазолов, содержащих 1,3-диоксациклановые заместители в боковой цепи на основе препаративно доступных ацеталей.
Поставленная в работе цель включала решение следующих задач:
- получение ряда новых гетероциклических соединений на основе 1,2,3- триазолов и 1,3-диоксоцикланов;
- изучение формальной кинетики реакции ацетиленовых альдегидов с диолами в присутствии высокотехнологичных катализаторов - ионообменных смол;
- подбор условий эффективного синтеза 1,3-диоксоциклановых производных 1,2,3- триазола;
- получение данных о строении синтезированных соединений с помощью комплекса современных физико-химических методов: спектроскопии ЯМР, масс-спектрометрии, рентгеноструктурного анализа.
Объект и предмет исследования. В соответствии с поставленной целью, объектами настоящего исследования явились замещенные содержащие 1,3-диоксациклановый фрагмент.
Схема.
Перспективным направлением синтеза данных потенциально биологически активных соединений могут служить реакция азид-алкинового циклоприсоединения в ряду ацеталей ацетиленовых альдегидов.
Предметом исследования явилась реакция циклоприсоединения азида калия к линейным и циклическим ацеталям а-ацетиленовых альдегидов, с широким набором заместителей.
Новизна исследований
• впервые показано, что 1-фенил-3,3-диэтоксипроп-1-ины могут быть использованы для эффективного синтеза потенциально биологически активных производных 1,2,3-триазола.
• синтезированы не описанные ранее производные 1,2,3-триазолов, содержащие 1,3-диоксоалкановый заместитель, представляющие потенциальный интерес как регуляторы роста растений, фунгициды и противомикробные препараты.
• изучена формальная кинетика реакции фенилпропаргилового альдегида с этиленгликолем на ионообменных смолах Amberlyst 15, КУ-2-8, КУ-23 и Tulsion T-62.
• разработан удобный и эффективный способ синтеза пропаргиловых альдегидов, основанный на гидролизе соответствующих этилацеталей в водной уксусной кислоте.
Методы проведения исследования. Изучены и проанализированы литературные данные. Проведенные лабораторные исследования, которые были выполнены с применением современных методов, как в синтезе, так и в анализе веществ.
Теоретическая, научная, практическая значимость полученных результатов.
Разработан препаративный метод синтеза производных 1,2,3-триазолов, содержащих 1,3-диоксоалкановый заместитель из доступных и удобных, с точки зрения введения различных заместителей, исходных ацеталей. Выявлены кинетические закономерности реакции фенилпропаргилового альдегида с этиленгликолем на ионообменных смолах.
Научная обоснованность и достоверность.
Достоверность и надежность полученных результатов экспериментов и выводов работы обеспечены тщательным контролем условий проведения экспериментов, а также использованием современных физико-химических методов анализа структуры синтезированных соединений, включая спектроскопию ЯМР и рентгеноструктурный анализ.
Научные положения и результаты исследования, выносимые на защиту.
На защиту выносятся следующие положения:
• методика синтеза 1,3-диоксоциклан-2-илземещенных 1,2,3-триазолов на основе циклических ацеталей ацетиленовых альдегидов;
• высокоэффективный способ проведения гидролиза этилацеталей пропаргиловых альдегидов;
• сравнительные данные об активности ионообменных смол в реакции ацетализации фенилпропаргилового альдегида этиленгликолем.
Апробация результатов диссертации
Основные результаты работы докладывались на всероссийской конференции с международным участием «Химия и химическое образование XXI века» (г. Санкт-Петербург, март 2017г.), на зимней конференции молодых ученых по органической химии «WSOC-2016» (Москва, 2016 г.).
Опубликованность результатов
По результатам работы опубликована одна статья в журнале «Доклады академии наук. Серия химическая». Результаты работы представлены в виде научно-технического отчета к договору № 1321601 «Разработка способов синтеза потенциально биологически активных гетероциклов на основе 1,3- диоксацикланов и ениновых кетонов» между Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Уфимский государственный нефтяной технический университет» и федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Тольяттинский государственный университет».
Личный вклад диссертанта
Исследованы и представлены материалы по теме диссертации. Полученные результаты в диссертации были выполнены совместными усилиями автора и соавторами опубликованных работ. Автор непосредственное участвовал во всех лабораторных экспериментах, анализах полученных результатов, расчетах и формулировке выводов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на 97 страницах, содержит 66 рисунков, 9 таблиц, библиографию из 62 наименований.
1. Установлено, что циклические ацетали (1,3-диоксоланы и 1,3-диоксаны) фенилпропаргилового альдегида вступают в реакции с азидом натрия в условиях термической активации (ДМСО, 150-155°С), с образованием соответствующих производных 1,2,3-триазола. Разработана методика синтеза 1,3-диоксоцикланил замещенных 1,2,3-триазолов и определены границы ее применимости по отношению к исходным веществам.
2. Разработана препаративная экспресс-методика гидролиза диэтилацеталей фенилпропаргилового и и-толилпропаргилового альдегида, обеспечивающая выход соответствующих альдегидов 92-93% и содержанием основного вещества не ниже 96%.
3. В результате изучения формальной кинетики ацетализации фенилпропаргилового альдегида этиленгликолем в присутствии ионообменных смол определены порядок и константы скорости реакций, а также параметры активации процесса. Показано, что активность (по константе скорости) ионообменных катализаторов в изученной серии убывает в ряду: Tulsion T-62 > Amberlyst-15 > КУ-2-8. На основании полученных данных выданы рекомендации для разработки технологического процесса.
4. Выявлены закономерности фрагментации молекулярных ионов 1,3- диоксоциклан-2-илзамещенных 1,2,3-триазолов в условиях электронной ионизации. Полученные данные могут быть использованы для идентификации таких соединениях в сложных смесях методом хромато-масс-спектрометрии и разработки системы аналитического контроля качества производства.
5. Методом рентгеноструктурного анализа изучено кристаллическое строение впервые синтезированного 4,4-диметил-2-фенилэтинил-1,3-диоксана. Все впервые синтезированные соединения охарактеризованы данными ИК, ЯМР 1Н, 13С и масс-спектрометрии.
2. Разработана препаративная экспресс-методика гидролиза диэтилацеталей фенилпропаргилового и и-толилпропаргилового альдегида, обеспечивающая выход соответствующих альдегидов 92-93% и содержанием основного вещества не ниже 96%.
3. В результате изучения формальной кинетики ацетализации фенилпропаргилового альдегида этиленгликолем в присутствии ионообменных смол определены порядок и константы скорости реакций, а также параметры активации процесса. Показано, что активность (по константе скорости) ионообменных катализаторов в изученной серии убывает в ряду: Tulsion T-62 > Amberlyst-15 > КУ-2-8. На основании полученных данных выданы рекомендации для разработки технологического процесса.
4. Выявлены закономерности фрагментации молекулярных ионов 1,3- диоксоциклан-2-илзамещенных 1,2,3-триазолов в условиях электронной ионизации. Полученные данные могут быть использованы для идентификации таких соединениях в сложных смесях методом хромато-масс-спектрометрии и разработки системы аналитического контроля качества производства.
5. Методом рентгеноструктурного анализа изучено кристаллическое строение впервые синтезированного 4,4-диметил-2-фенилэтинил-1,3-диоксана. Все впервые синтезированные соединения охарактеризованы данными ИК, ЯМР 1Н, 13С и масс-спектрометрии.
