Помощь студентам в учебе
ИЗУЧЕНИЕ АЛКИЛИРОВАНИЯ 4-НИТРОЗО-Ш-ПИРАЗОЛОВ, СВОЙСТВА ПРОДУКТОВ АЛКИЛИРОВАНИЯ
|
Введение 3
Глава 1. Литературный обзор 8
Анализ взаимодействия производных пиразола с алкилирующими агентами 8
Глава 2. Обсуждение результатов 28
Исследование реакции алкилирования 4-нитрозо-1А-пиразолов 28
2.1. Синтез А-замещённых 4-нитрозопиразолов 41
2.2. Синтез бис-4-нитрозопиразолов 51
2.3. Химические свойства А-замещенных 4-нитрозо-1А-пиразолов 56
2.4. Применение А-замещенных 4-нитрозопиразолов в клеевых
композициях 62
Г лава 3. Экспериментальная часть 65
3.1. Синтез исходных соединений 67
3.2. Получение 3,5-диметил-4А-пиразол-4-он О-метилоксима 75
3.3. Получение А-замещенных 4-нитрозопиразолов 76
3.4. Модификация А-функционализированных 4-нитрозо-1А-пиразолов 94
3.5. Исследование бис(4-нитрозопиразол-1-ил)алканов в качестве добавок к
клеевым композициям 99
Выводы 104
Список литературы 105
Глава 1. Литературный обзор 8
Анализ взаимодействия производных пиразола с алкилирующими агентами 8
Глава 2. Обсуждение результатов 28
Исследование реакции алкилирования 4-нитрозо-1А-пиразолов 28
2.1. Синтез А-замещённых 4-нитрозопиразолов 41
2.2. Синтез бис-4-нитрозопиразолов 51
2.3. Химические свойства А-замещенных 4-нитрозо-1А-пиразолов 56
2.4. Применение А-замещенных 4-нитрозопиразолов в клеевых
композициях 62
Г лава 3. Экспериментальная часть 65
3.1. Синтез исходных соединений 67
3.2. Получение 3,5-диметил-4А-пиразол-4-он О-метилоксима 75
3.3. Получение А-замещенных 4-нитрозопиразолов 76
3.4. Модификация А-функционализированных 4-нитрозо-1А-пиразолов 94
3.5. Исследование бис(4-нитрозопиразол-1-ил)алканов в качестве добавок к
клеевым композициям 99
Выводы 104
Список литературы 105
Актуальность работы. Производные пиразола находят широкое применение как в прикладной, так и в фундаментальной науке. Известно большое количество соединений с пиразольным фрагментом, которые обладают полезной биологической активностью и успешно применяются в качестве лекарственных препаратов. Соединениям ряда пиразола посвящено множество фундаментальных исследований в области химии гетероциклов и синтеза полезных материалов.
Наличие нитрозогруппы в молекуле пиразола открывает широкие синтетические возможности для перехода к различным классам соединений и значительно расширяет область применения таких продуктов. Кроме того, нитрозопроизводные активно применяются в качестве низкотемпературных вулканизаторов и модификаторов эластомерных композиций, повышающих термостойкость и устойчивость к агрессивным средам полимерных материалов.
Алкилирование пиразолов различными алкилирующими агентами нашло отражение в работах многих исследователей, но алкилирование 4-нитрозо-1Я- пиразолов до настоящего времени не изучалось. Существует целый ряд 4-нитрозо-1Я-пиразолов, которые являются А,О-амбидентными нуклеофилами, при алкилировании которых возможно образование ценных продуктов как N-, так и О-алкилирования. Определенный интерес представляют продукты N-алкилирования с сохранением свободной нитрозогруппы, обладающей целым рядом полезных свойств, в то же время, О-эфиры гетероциклических оксимов проявляют бактерицидную, противовирусную, противораковую,
анальгетическую, противовоспалительную и другие виды активности.
Таким образом, исследование алкилирования нитрозопиразолов является актуальным, поскольку расширяет представления об амбидентной реакционной способности некоторых гетероциклических нитрозосоединений, а также открывает возможность для синтеза перспективных продуктов.
Степень разработанности темы. Согласно литературным данным, алкилирование 4-нитрозо-1Я-пиразолов до настоящего времени не проводилось.
Кроме того, ранее не был изучен амбидентный характер 4-нитрозо-1 Я-пиразолов в реакциях нуклеофильного замещения.
Целью диссертационной работы является исследование алкилирования 4-нитрозо-1Я-пиразолов, синтез ранее неизвестных производных пиразола и изучение их свойств.
Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи:
1. Провести квантово-химические расчеты для теоретической оценки нуклеофильных У,О-реакционных центров 3,5-замещенных 4-нитрозо-1Я- пиразолов.
2. Осуществить поиск препаративных условий взаимодействия 4-нитрозо-1Я-пиразолов с алкилирующими агентами и экспериментально установить направление реакции алкилирования.
3. Синтезировать ряд ранее неизвестных алкилированных производных 4-нитрозо-1Я-пиразола с помощью моно- и бифункциональных алкилирующих агентов.
4. Исследовать основные химические свойства синтезированных продуктов.
5. Установить строение впервые полученных соединений современными физическими и физико-химическими методами анализа.
6. Провести тестирование новых производных бис-4-нитрозопиразолов в качестве отвердителей и модификаторов адгезии в клеевых композициях.
Научная новизна. Впервые изучено взаимодействие 4-нитрозо-1Я- пиразолов с алкилирующими агентами и охарактеризован амбидентный характер нитрозопиразолов с помощью квантово-химических расчетов. Установлено, что алкилирование протекает с образованием У-производных, а продукты О-замещения не были обнаружены, что можно объяснить более высокой термодинамической устойчивостью продуктов У-алкилирования.
Синтезирован целый ряд ранее неизвестных и труднодоступных У-замещенных нитрозопиразолов. Показана возможность образования бис-4-нитрозопиразолов с алкильными, бензильными и сложноэфирными фрагментами при взаимодействии нитрозопиразолов с бифункциональными алкилирующими агентами. Исследование некоторых химических свойств впервые синтезированных нитрозосоединений позволило получить соответствующие нитро-, азо-, бензамидо-, имино-, амино- и йодпроизводные пиразолов.
В рамках проделанной работы было получено и охарактеризовано 39 ранее неизвестных перспективных соединений, строение которых было доказано методами ЯМР 1Н, ЯМР 13С, ИК-спектроскопии, масс-спектрометрии и элементным анализом.
Теоретическая и практическая значимость работы. Исследованная реакция прямого алкилирования амбидентных 4-нитрозо-1Я-пиразолов расширяет представления о реакционной способности данного типа нуклеофилов и может быть использована в дальнейших фундаментальных и прикладных исследованиях. Предложенный метод ^-алклирования 4-нитрозопиразолов позволяет получать ранее неизвестные моно- и бис-нитрозопиразолы, которые имеют перспективу применения в качестве низкотемпературных модификаторов и вулканизирующих агентов в полимерных материалах по типу динитрозобензола.
Предварительное тестирование синтезированных бис-4-нитрозопиразолов в качестве добавок к клеевым композициям показало увеличение прочности склеивания разнополярных резин, повышение конфекционной прочности многослойных резиновых и резинокордных изделий, а также увеличение долговечности клеевого соединения в условиях повышенных температур и агрессивных сред (Патенты РФ № 2781890, № 2786096).
Положения, выносимые на защиту.
1. Результаты исследования алкилирования 4-нитрозо-1Я-пиразолов, методы синтеза .-замещениях 4-нитрозо-1Я-пиразолов и доказательство строения впервые полученных соединений.
2. Теоретическая оценка нуклеофильности реакционных центров
^,О-амбидентных 3,5-замещенных 4-нитрозо-1Я-пиразолов, обоснование
направления реакции.
3. Метод синтеза ранее недоступных бис-4-нитрозопиразолов.
4. Химические свойства синтезированных Х-замещенных-
4-нитрозопиразолов.
5. Данные по исследованиям впервые полученных бис(4- нитрозопиразол-1-ил)алканов в клеевых композициях.
Личный вклад автора заключается в самостоятельном поиске и анализе литературных данных по тематике диссертационного исследования, планировании и проведении экспериментов, интерпретации результатов исследования и спектральных данных синтезированных соединений, в описании результатов работы в научных публикациях различного уровня.
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на 13 конференциях различного уровня, в том числе: Международная научно
практическая конференция студентов и молодых ученых «Химия и химическая технология в XXI веке» (г. Томск, 2020, 2022); Международная научно
практическая конференция, посвященная памяти генерального конструктора ракетно-космических систем, академика М.Ф. Решетнева «Решетневские чтения» (г. Красноярск, 2021, 2022, 2023); Всероссийская научно-практическая
конференция с международным участием «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки» (г. Красноярск, 2020, 2021, 2022, 2023);
Всероссийская научно-практическая конференция «Химическая наука и образование Красноярья» (г. Красноярск, 2023); XIX Международная научная конференция «Молодежь. Общество. Современная наука, техника и инновации» (г. Красноярск, 2021); Всероссийская научно-практическая конференция «Лесной и химический комплексы - проблемы и решения» (г. Красноярск, 2021, 2022).
Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 5 научных статей в высокорейтинговых научных журналах, цитируемых в базах данных Web of Science и Scopus (в том числе 3 из списка ВАК), 5 тезисов и материалов докладов на конференциях международного и всероссийского уровней, получено 2 патента РФ.
Благодарности. Автор выражает благодарность за проведение квантовохимических расчетов сотруднику Сибирского федерального университета, к.ф.-м.н., доценту Краснову П.О.; за консультацию по исследованиям модифицирующих свойств соединений в клеевых композициях к.х.н., доценту Левченко С.И. Запись ЯМР спектров проводилась с использованием оборудования Красноярского регионального центра коллективного пользования Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук» к.т.н., с.н.с. Кондрасенко А.А. и инженером Иваненко Т.Ю.
Наличие нитрозогруппы в молекуле пиразола открывает широкие синтетические возможности для перехода к различным классам соединений и значительно расширяет область применения таких продуктов. Кроме того, нитрозопроизводные активно применяются в качестве низкотемпературных вулканизаторов и модификаторов эластомерных композиций, повышающих термостойкость и устойчивость к агрессивным средам полимерных материалов.
Алкилирование пиразолов различными алкилирующими агентами нашло отражение в работах многих исследователей, но алкилирование 4-нитрозо-1Я- пиразолов до настоящего времени не изучалось. Существует целый ряд 4-нитрозо-1Я-пиразолов, которые являются А,О-амбидентными нуклеофилами, при алкилировании которых возможно образование ценных продуктов как N-, так и О-алкилирования. Определенный интерес представляют продукты N-алкилирования с сохранением свободной нитрозогруппы, обладающей целым рядом полезных свойств, в то же время, О-эфиры гетероциклических оксимов проявляют бактерицидную, противовирусную, противораковую,
анальгетическую, противовоспалительную и другие виды активности.
Таким образом, исследование алкилирования нитрозопиразолов является актуальным, поскольку расширяет представления об амбидентной реакционной способности некоторых гетероциклических нитрозосоединений, а также открывает возможность для синтеза перспективных продуктов.
Степень разработанности темы. Согласно литературным данным, алкилирование 4-нитрозо-1Я-пиразолов до настоящего времени не проводилось.
Кроме того, ранее не был изучен амбидентный характер 4-нитрозо-1 Я-пиразолов в реакциях нуклеофильного замещения.
Целью диссертационной работы является исследование алкилирования 4-нитрозо-1Я-пиразолов, синтез ранее неизвестных производных пиразола и изучение их свойств.
Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи:
1. Провести квантово-химические расчеты для теоретической оценки нуклеофильных У,О-реакционных центров 3,5-замещенных 4-нитрозо-1Я- пиразолов.
2. Осуществить поиск препаративных условий взаимодействия 4-нитрозо-1Я-пиразолов с алкилирующими агентами и экспериментально установить направление реакции алкилирования.
3. Синтезировать ряд ранее неизвестных алкилированных производных 4-нитрозо-1Я-пиразола с помощью моно- и бифункциональных алкилирующих агентов.
4. Исследовать основные химические свойства синтезированных продуктов.
5. Установить строение впервые полученных соединений современными физическими и физико-химическими методами анализа.
6. Провести тестирование новых производных бис-4-нитрозопиразолов в качестве отвердителей и модификаторов адгезии в клеевых композициях.
Научная новизна. Впервые изучено взаимодействие 4-нитрозо-1Я- пиразолов с алкилирующими агентами и охарактеризован амбидентный характер нитрозопиразолов с помощью квантово-химических расчетов. Установлено, что алкилирование протекает с образованием У-производных, а продукты О-замещения не были обнаружены, что можно объяснить более высокой термодинамической устойчивостью продуктов У-алкилирования.
Синтезирован целый ряд ранее неизвестных и труднодоступных У-замещенных нитрозопиразолов. Показана возможность образования бис-4-нитрозопиразолов с алкильными, бензильными и сложноэфирными фрагментами при взаимодействии нитрозопиразолов с бифункциональными алкилирующими агентами. Исследование некоторых химических свойств впервые синтезированных нитрозосоединений позволило получить соответствующие нитро-, азо-, бензамидо-, имино-, амино- и йодпроизводные пиразолов.
В рамках проделанной работы было получено и охарактеризовано 39 ранее неизвестных перспективных соединений, строение которых было доказано методами ЯМР 1Н, ЯМР 13С, ИК-спектроскопии, масс-спектрометрии и элементным анализом.
Теоретическая и практическая значимость работы. Исследованная реакция прямого алкилирования амбидентных 4-нитрозо-1Я-пиразолов расширяет представления о реакционной способности данного типа нуклеофилов и может быть использована в дальнейших фундаментальных и прикладных исследованиях. Предложенный метод ^-алклирования 4-нитрозопиразолов позволяет получать ранее неизвестные моно- и бис-нитрозопиразолы, которые имеют перспективу применения в качестве низкотемпературных модификаторов и вулканизирующих агентов в полимерных материалах по типу динитрозобензола.
Предварительное тестирование синтезированных бис-4-нитрозопиразолов в качестве добавок к клеевым композициям показало увеличение прочности склеивания разнополярных резин, повышение конфекционной прочности многослойных резиновых и резинокордных изделий, а также увеличение долговечности клеевого соединения в условиях повышенных температур и агрессивных сред (Патенты РФ № 2781890, № 2786096).
Положения, выносимые на защиту.
1. Результаты исследования алкилирования 4-нитрозо-1Я-пиразолов, методы синтеза .-замещениях 4-нитрозо-1Я-пиразолов и доказательство строения впервые полученных соединений.
2. Теоретическая оценка нуклеофильности реакционных центров
^,О-амбидентных 3,5-замещенных 4-нитрозо-1Я-пиразолов, обоснование
направления реакции.
3. Метод синтеза ранее недоступных бис-4-нитрозопиразолов.
4. Химические свойства синтезированных Х-замещенных-
4-нитрозопиразолов.
5. Данные по исследованиям впервые полученных бис(4- нитрозопиразол-1-ил)алканов в клеевых композициях.
Личный вклад автора заключается в самостоятельном поиске и анализе литературных данных по тематике диссертационного исследования, планировании и проведении экспериментов, интерпретации результатов исследования и спектральных данных синтезированных соединений, в описании результатов работы в научных публикациях различного уровня.
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на 13 конференциях различного уровня, в том числе: Международная научно
практическая конференция студентов и молодых ученых «Химия и химическая технология в XXI веке» (г. Томск, 2020, 2022); Международная научно
практическая конференция, посвященная памяти генерального конструктора ракетно-космических систем, академика М.Ф. Решетнева «Решетневские чтения» (г. Красноярск, 2021, 2022, 2023); Всероссийская научно-практическая
конференция с международным участием «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки» (г. Красноярск, 2020, 2021, 2022, 2023);
Всероссийская научно-практическая конференция «Химическая наука и образование Красноярья» (г. Красноярск, 2023); XIX Международная научная конференция «Молодежь. Общество. Современная наука, техника и инновации» (г. Красноярск, 2021); Всероссийская научно-практическая конференция «Лесной и химический комплексы - проблемы и решения» (г. Красноярск, 2021, 2022).
Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 5 научных статей в высокорейтинговых научных журналах, цитируемых в базах данных Web of Science и Scopus (в том числе 3 из списка ВАК), 5 тезисов и материалов докладов на конференциях международного и всероссийского уровней, получено 2 патента РФ.
Благодарности. Автор выражает благодарность за проведение квантовохимических расчетов сотруднику Сибирского федерального университета, к.ф.-м.н., доценту Краснову П.О.; за консультацию по исследованиям модифицирующих свойств соединений в клеевых композициях к.х.н., доценту Левченко С.И. Запись ЯМР спектров проводилась с использованием оборудования Красноярского регионального центра коллективного пользования Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук» к.т.н., с.н.с. Кондрасенко А.А. и инженером Иваненко Т.Ю.
1. С помощью квантово-химических расчетов охарактеризован амбидентный характер 4-нитрозо-1У-пиразолов и изучена возможность алкилирования их в различных условиях.
2. Установлено, что алкилирование 4-нитрозо-1У-пиразолов приводит к образованию термодинамически предпочтительных У-замещенных продуктов.
3. Разработан метод синтеза ранее недоступных У-замещенных-
4- нитрозо-1У-пиразолов. Взаимодействие нитрозопиразолов с
бифункциональными алкилирующими агентами дает уникальные
бис-4-нитрозопиразолы.
4. При изучении алкилирования 4-нитрозо-1У-пиразолов различными монофункциональными и бифункциональными алкилирующими агентами было получено 39 ранее неизвестных соединений.
5. Изучение химических свойств впервые синтезированных N-замещенных 3,5-диметил-4-нитрозо-1У-пиразолов позволило получить целый ряд ранее неизвестных нитро-, имино-, амидо-, амино-, азо- и йодзамещенных производных пиразола.
6. Строение впервые синтезированных продуктов подтверждено методами спектроскопии ЯМР 1Н, ЯМР 13С, методами корреляционной ЯМР 1H-13C спектроскопии, ИК и электронной спектроскопии, масс- спектрометрии и элементным анализом.
7. Тестирование бис-4-нитрозопиразолов в качестве добавок к клеевым композициям показало повышение конфекционной прочности клеевого соединения в многослойных резиновых и резинокордных изделиях, а также повышение надежности их эксплуатации в условиях повышенных температур и агрессивных сред.
2. Установлено, что алкилирование 4-нитрозо-1У-пиразолов приводит к образованию термодинамически предпочтительных У-замещенных продуктов.
3. Разработан метод синтеза ранее недоступных У-замещенных-
4- нитрозо-1У-пиразолов. Взаимодействие нитрозопиразолов с
бифункциональными алкилирующими агентами дает уникальные
бис-4-нитрозопиразолы.
4. При изучении алкилирования 4-нитрозо-1У-пиразолов различными монофункциональными и бифункциональными алкилирующими агентами было получено 39 ранее неизвестных соединений.
5. Изучение химических свойств впервые синтезированных N-замещенных 3,5-диметил-4-нитрозо-1У-пиразолов позволило получить целый ряд ранее неизвестных нитро-, имино-, амидо-, амино-, азо- и йодзамещенных производных пиразола.
6. Строение впервые синтезированных продуктов подтверждено методами спектроскопии ЯМР 1Н, ЯМР 13С, методами корреляционной ЯМР 1H-13C спектроскопии, ИК и электронной спектроскопии, масс- спектрометрии и элементным анализом.
7. Тестирование бис-4-нитрозопиразолов в качестве добавок к клеевым композициям показало повышение конфекционной прочности клеевого соединения в многослойных резиновых и резинокордных изделиях, а также повышение надежности их эксплуатации в условиях повышенных температур и агрессивных сред.
