🔍 Поиск готовых работ

🔍 Поиск работ

Разработка методик аналитического контроля целевых и побочных продуктов в синтезе 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-тиона

Работа №201508

Тип работы

Диссертация

Предмет

химия

Объем работы130
Год сдачи2023
Стоимость700 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
21
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


Введение 3
Глава 1. Литературный обзор 7
1.1 Продукты взаимодействия тиомочевины и глиоксаля 7
1.2 Общие сведения о строении 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-тиона и его производных 8
1.3 Методы исследования 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-тиона и его производных 10
1.4 Разделение и анализ геометрических изомеров методами жидкостной хроматографии 14
1.5 Методы количественного анализа тиомочевины 18
Глава 2. Общая характеристика объектов и методов исследования 22
2.1 Оборудование 22
2. 2 Реагенты 22
2.3 Методы исследования объектов 24
Глава 3. Обсуждение результатов 27
3.1 Исследование тион-тиольной таутомерии тиомочевины методом УФ-спектроскопии в
водно-спиртовых растворах 27
3.2 КР-спектроскопия тиомочевины, 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-тиона и глиоксаля 30
3.3 Идентификация продуктов взаимодействия тиомочевины с глиоксалем методом
ЯМР-спектроскопии 44
3.4 Методы жидкостной хроматографии для определения тиомочевины и геометрических
изомеров 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-тиона 53
3.5 Применение ВЭЖХ методики определения тиомочевины, геометрических изомеров ДГИТ и
результатов ЯМР-спектроскопии для исследования пути протекания реакции между тиомочевиной и глиоксалем 78
Выводы 82
Список сокращений и условных обозначений 83
Список использованной литературы 84
Приложение A. Расчет метрологических характеристик методик по РМГ 61 2010 94


Актуальность темы исследования. Имидазолидин-2-тионы и их комплексы с переходными металлами различного строения прежде всего привлекают пристальное внимание исследователей в связи с установленными видами биологической активности. Кроме того,
4,5- дигидроксиимидазолидин-2-тионы (ДГИТ) являются важными синтетическими
предшественниками надмолекулярных структур - семитиогликолурилов и
семитиобамбусурилов, перспективных для применения в биомедицине, наноэлектронике, катализе и других областях. Наличие серы в структуре этих соединений, в отличие от кислородсодержащих аналогов, позволяет использовать их для терапии каналопатий. Наряду с этим, 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-тионы являются эффективными ингибиторами кислотной коррозии стали.
4,5- Дигидроксиимидазолидин-2-тион и его производные получают взаимодействием соответствующих тиомочевин и глиоксаля в присутствии водорастворимых спиртов, при этом образуется смесь цис- и транс- изомеров, однако побочные продукты приводятся только для дифенилпроизводных ДГИТ. Известно, что положение гидроксильных групп относительно кольца имидазолидин-2-тиона влияет на упаковку супрамолекулярных структур, в связи с чем необходим количественный контроль содержания геометрических изомеров в смеси, а также других сопутствующих примесей в реакции образования ДГИТ. В литературе информация о методах количественного анализа ДГИТ отсутствует. Поэтому, вышесказанное делает актуальным разработку методик идентификации и определения геометрических изомеров ДГИТ. Для реализации синтеза ДГИТ в промышленности и конструирования промышленных аппаратов необходимо знать кинетические параметры направления процесса. Одним из способов изучения кинетики реакций является математическое моделирование. Для подтверждения рассчитанной модели помимо методик анализа ДГИТ и идентификации побочных продуктов необходимы методики анализа реагента - тиомочевины. В литературе представлено несколько методов количественного определения тиомочевины - титриметрические, спектроскопические, спектрофотометрические, электрохимические и хроматографические. Почти все перечисленные выше методы обладают высокой чувствительностью и селективностью, однако из-за сложной матрицы в синтезе 4,5-дигидроксиимид азолидин-2-тиона они не подходят для определения тиомочевины в реакции с глиоксалем, поэтому также актуальна задача разработки методики определения тиомочевины в синтезе ДГИТ.
Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы заключалась в разработке методик идентификации и количественного определения целевых и побочных продуктов взаимодействия тиомочевины и глиоксаля в синтезе 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-тиона.
Для достижения цели, необходимо было решить следующие задачи:
1) Выявить влияние природы растворителя (смеси водно-спиртовых растворов: с использованием метанола, этанола, пропанола-1, пропанола-2) и рН реакционной среды на тион-тиольную таутомерию тиомочевины с применением У Ф-спектроскопии.
2) Разработать методики определения тиомочевины, смеси цис- и транс-
4,5- дигидроксиимидазолидин-2-тиона в реакции между глиоксалем и тиомочевиной с использованием КР-спектроскопии in situ.
3) Разработать ТСХ методики разделения и определения цис- и транс-
4,5- дигидроксиимидазолидин-2-тиона, и их Л'.Л'-диметилиро! вводных с использованием видеоденситометрии.
4) Разработать ВЭЖХ методику определения тиомочевины, цис- и транс-
4.5- дигидроксимимидазолидин-2-тиона в реакционной смеси.
5) Идентифицировать целевые и побочные продукты реакции тиомочевины с глиоксалем методом ЯМР-спектроскопии.
6) Предложить схему реакции взаимодействия тиомочевины с глиоксалем и определить кинетические параметры отдельных стадий.
Научная новизна. Впервые предложен метод контроля реакции между тиомочевиной и глиоксалем с использованием КР-спектроскопии in situ. Использование полосы зонда при 790 см-1 в качестве внутреннего стандарта позволило разработать методику определения тиомочевины в реакции получения 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-тиона.
Разработан метод аналитического контроля реакции образования цис- и транс-
4.5- дигидроксиимидазолидин-2-тиона с применением ВЭЖХ. Метод основан на определении тиомочевины и геометрических изомеров ДГИТ в реакционной смеси, разбавленной ацетонитрилом, с использованием водной нормально-фазовой жидкостной хроматографии.
Впервые методом ТСХ разделены и идентифицированы цис- и транс-изомеры
4,5- дигидроксиимидазолидин-2-тиона и его УУ'-диметилпроизводные с использованием модифицированных ацетатом кальция пластин для ТСХ (Sorbfil ПТСХ-А-В-УФ). С применением видеоденситометрии разработана методика определения транс-4,5- дигидроксиимидазолидин-2-тиона в смеси с цис-4,5-дигидроксиимидазолидин-2-тионом.
С использованием ЯМР-спектроскопии идентифицированы целевые и побочные продукты реакции тиомочевины с глиоксалем. Установлено, что побочными продуктами являются кислородсодержащие аналоги ДГИТ - смесь геометрических изомеров
4.5- дигидроксиимидазолидин-2-она, а также 1,3-дигидро-2#-имидазол-2-тион. Предложен способ идентификации тиомочевины, имидазолидин-2-онов и -2-тионов по значению изотопных сдвигов дейтерия (ДИС).
Впервые исследована кинетика реакции тиомочевины с глиоксалем с использованием ВЭЖХ. Предложена схема реакции, рассчитаны кинетические параметры модели. Модель удовлетворительно описывает кинетику образования ДГИТ и расхода тиомочевины.
Практическая значимость. Разработанная ВЭЖХ методика определения была использована для установления концентраций тиомочевины, цис- и транс-ДГИТ в реакционной массе, для исследования кинетики процесса образования ДГИТ из тиомочевины и глиоксаля. Предложенная схема реакции и рассчитанные кинетические параметры отдельных стадий могут быть использованы при моделировании технологических процессов и реакционного оборудования получения 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-тиона.
Разработанные методики разделения геометрических изомеров ДГИТ могут быть использованы на фармацевтических предприятиях, научно-исследовательскими лабораториями для контроля качества ДГИТ при получении супрамолекулярных структур.
Установленная схема образования побочных продуктов для органиков-синтетиков позволяет предположить новую стратегию синтеза 1,3-дигидро-2Н-имидазол-2-тиона из тиомочевины и 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-тиона.
Актуальность, цель и задачи работы определены автором совместно с научным руководителем. Личный вклад автора заключается в планировании и проведении экспериментов, получении и интерпретации данных, обработке результатов исследований, подготовке публикаций и текста диссертации. Работа выполнена автором или при непосредственном участии автора. Разработка условий разделения геометрических изомеров ДГИТ с использованием ВЭЖХ выполнялась Мамко К. Е. (ТГУ), регистрация ЯМР-спектров проводилась Котельниковым О. А. (ТГУ), расчет кинетических параметров синтеза ДГИТ был проведен Новиковым Д. В. (ТГУ).
Положения, выносимые на защиту:
1. Методика определения тиомочевины в реакции образования
4.5- дигидроксиимидазолидин-2-тиона с использованием КР-спектроскопии in situ;
2. Методика ТСХ разделения и определения цис- и транс-4,5-дигидроксиимидазолидин- 2-тиона с применением видеоденситометрии;
3. Условия ТСХ разделения цис- и транс-4,5-дигидроксиимидазолидин-2-тиона и их Л'У-диметилпроизводных (влияние природы аналита, состава подвижной и неподвижной фаз на разделение);
4. Результаты идентификации целевых и побочных продуктов взаимодействия тиомочевины с глиоксалем методом ЯМР-спектроскопии;
5. Методика определения тиомочевины, цис- и транс-4,5-дигидроксиимидазолидин-2- тиона в реакции между тиомочевиной и глиоксалем с использованием ВЭЖХ.
Достоверность результатов работы подтверждается соответствием результатов, полученных при использовании нескольких независимых методов анализа. Работа проводилась на поверенном современном аналитическом оборудовании. Выполнена оценка метрологических характеристик методик. Методики анализа использовались для изучения кинетики реакции взаимодействия тиомочевины с глиоксалем.
Апробация результатов. Результаты работ представлены на XXXII Всероссийском симпозиуме молодых ученых по химической кинетике (Москва, 2014), на XIII и Х1Х Международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» (Томск, 2014 и 2022), на Международной научно-практической конференции «Интеграция науки, образования и производства - основа реализации Плана нации» (Сагиновские чтения №12) (Караганда, 2020), XXII Всероссийской конференции молодых учёных по математическому моделированию и информационным технологиям (Новосибирск, 2021).
Публикации по результатам работы. По теме диссертации опубликовано 4 статьи в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК, входящих в наукометрические базы данных Scopus и Web of Science, 1 статья в прочем зарубежном журнале, а также 5 публикаций в сборниках материалов международных и всероссийских конференций и симпозиума, получено 2 патента Российской Федерации.
Работа выполнена при финансовой поддержке программы развития Томского государственного университета (Приоритет-2030), проект № 2.0.14.22 ОНГ «Экспериментальные и теоретические исследования гетероциклических соединений, имеющих имидазольный скелет: от прекурсоров к макро- и супрамолекулярным системам», 01.09.2022

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании работ!


1. Методом УФ-спектроскопии установлено, что тионная форма тиомочевины преобладает в водно-спиртовых растворителях с низкой диэлектрической проницаемостью в нейтральной среде. Содержание тионной формы тиомочевины при добавлении кислоты преобладает в воде, поэтому получение 4,5-дигидроксиимидазолидин-2-тиона необходимо вести в этих условиях.
2. Разработана методика определения тиомочевины в реакции образования
4.5- дигидроксиимидазолидин-2-тиона с применением КР-спектроскопии in situ.
3. Разработана ТСХ методика разделения и определения геометрических изомеров
4.5- дигидроксиимидазолидин-2-тиона, основанная на специфическом взаимодействии гидроксильных групп изомеров с модифицированной ацетатом кальция поверхностью пластины.
4. Разработан ТСХ способ разделения геометрических изомеров .','-диметил-4,5-
дигидроксиимидазолидин-2-тиона, основанный на специфическом взаимодействии
гидроксильных групп цис-У,У'-диметил-4,5-дигидроксиимидазолидин-2-тиона с
модифицированной ацетатом кальция поверхностью пластины.
5. Разработана ВЭЖХ методика определения тиомочевины, цис- и транс-
4.5- дигидроксиимидазолидин-2-тиона в реакции между тиомочевиной и глиоксалем с использованием ВЭЖХ.
6. Методом ЯМР-спектроскопии установлено, что побочными продуктами получения
4.5- дигидроксиимидазолидин-2-тиона, являются: 1,3-дигидро-2#-имидазол-2-тион, цис- и транс-4,5 -дигидроксиимидазолидин-2-он.
7. Предложен способ определения структур имидазолидин-2-онов, -2-тионов и имидазолидинов с использованием значения ДИС.
8. Предложена схема реакций, объясняющая образование побочных продуктов в синтезе
4.5- дигидроксиимидазолидин-2-тиона. Предложенная схема согласуется с результатами, полученными другими методами (ВЭЖХ, ЯМР).



1. Nelyubina, Yu. V. The synthesis, structure, and electron density distribution in crystals of 4,5- dihydroxyimidazolidine-2-thiones / Yu.V. Nelyubina, G.A. Gazieva, V.V. Baranov, P.A. Belyakov, A.O. Chizhov, K.A. Lyssenko, A. N. Kravchenko // Russ. Chem. Bull., Int. Ed. - 2009. - V. 58. - № 7.
- P. 1353-1360. DOI: 10.1007/s11172-009-0181-5.
2. Singh, M. The Synthetic Challenge of Thioglycolurils / M. Singh, G. Parvari, M. Botoshansky, E. Keinan, O. Reany // Eur. J. Org. Chem. - 2014. - V. 5. -№ 2. - P. 933-940. DOI: 10.1002/ejoc.201301672.
3. Schiessl, W.C. Experimental and Theoretical Approaches to the Protonation of Thiourea: A Convenient Nucleophile in Coordination Chemistry Revisited / W.C. Schiessl, N.K. Summa, C.F. Weber, S. Gubo, C. Ducker-Benfer, R. Puchta, N. J. R. van Eikema Hommes, R. van Eldik // Z. anorg. allg. Chem.- 2005. - V. 631. -№ 12. - P. 2812-2819. DOI: 10.1002/zaac.200500157.
4. Pang, S. Solvent-dependent dynamics of hydrogen bonding structure 5-(methylthio)-1,3,4- thiadiazole-2(3H)-thione as determined by Raman spectroscopy and theoretical calculation / S. Pang, Y. Zhao, X. Liu, J. Xue, X. Zheng // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. - 2017. -V. 171. - P. 470-477. DOI: 10.1016/j.saa.2016.08.023.
5. Witanowski, M. Nitrogen NMR shieldings of thiourea systems as a function of solvent polarity and hydrogen bond effects/ M. Witanowskia, Z. Biedrzyckaa, W. Sicinskaa, G.A. Webb // Journal of Molecular Structure - 2000. - V. 516. - № 2. - 3. - P. 107-112. DOI:10.1016/S0022-2860(99)00202-1.
6 Allgretti, P.E. Study of the Occurrence of Tautomeric Forms of Ureas and Thioureas by Mass Spectrometry / P.E. Allgretti, V. Peroncini, E.A. Castro // J. Furlong // Int. J. Chem. Sci. - 2003. - V. 1.
- № 1.- P. 1-12.
7. Ragamathunnisa, M. Spectroscopic study on thiourea and thiosemicarbazide in non-aqueous media / M. Ragamathunnisa, E.J. Vasantha Rani, R. Padmavathy, N. Radha // Journal of Applied Physics. - 2013. - V. 4. - № 1. - P. 5-8.
8. Dimova, V. UV spectrophotometric determination of pK's of 1,2,4-triazoline-3-thiones in sodium hydroxide solutions / V. Dimova, I. Jordanov, L. Dimitrov // Journal of the Chilean Chemical Society. - 2016. - V. 61.- № 3. - P. 3071-3075. DOI: 10.4067/S0717-97072016000300013.
9. Mullen, D. Refinement of the structure of thiourea: A neutron diffraction study at 293 K / D. Mullen, G. Heger, W. Treutmann // Zeitschrift fur Kristallographie - 1978. - V. 148. - № 1-2. - P. 95100.
10. Kravchenko, A.N. Diastereoselective synthesis of 4,5-dihydroxyimidazolidin-2-ones (- thiones) and their structure / A.N. Kravchenko, V.V. Baranov, Yu.V. Nelyubina, G.A. Gazieva, I.V. Svitan'ko // Russian Chemical Bulletin, International Edition - 2012. - V. 61. - № 1. - P. 64-73. DOI: 10.1007/s11172-012-0010-0.
11. Zhang, Z.F. Trans-4,5-dihydroxyimidazolidine-2-thione / Z.F. Zhang, J.M. Zhang, J.P. Guo,
G. R. Qu // Acta. Cryst. - 2007. - V. 63. - P. 2821-2823. DOI:10.1107/S1600536807018429.
12. Pihtili, G. Classical and microwave-assisted synthesis of substituted-dihydroxy- imidazolidine-2-thiones compounds / G. Pihtili, H.Tuncer // J. Biol. & Chem. - 2017. - V. 45. - № 2. - P. 163-174. DOI.10.15671/HJBC.2017.149.
13. Chen, X. Monitor polyimide production from diamine and dianhydride reactions using a combination of in situ infrared and Raman spectroscopy / X. Chen, Q.M. Wang, L. Bu // J. Appl. Spectroscopy. - 2017. - V. 71. - № 9. - P. 2128-2135. DOI:10.1177/0003702817700427.
14. Chen, X. In situ monitoring of emulsion polymerization by Raman spectroscopy: A robust and versatile chemometric analysis method. / X. Chen, K. Laughlin, J. R. Sparks, L. Linder, V. Farozic,
H. Masser, M. Petr // Organic Process Research & Development. - 2015. - V. 19. - № 8. - P. 995-1003. DOI: 10.1021/acs.oprd.5b00045.
15. Aarnoutse, P.J. Quantitative Raman reaction monitoring using the solvent as internal standard / P.J. Aarnoutse, J.A. Westerhuis // Anal. Chem. - 2005 - V. 77. - № 5. - P. 1228-1236. DOI: 10.1021/ac0401523.
..103


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.




©2025 Cервис помощи студентам в выполнении работ