Международный
научный журнал

Каталитическое галогенирование ацетиленовых моно- и диаминов


Catalytic halogenation of acetylene mono- and diamines

Цитировать:
Тургунов Э., Холмуродова Л.Э., Джумагулов Ш.Х. Каталитическое галогенирование ацетиленовых моно- и диаминов // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2018. № 4(46). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/5708 (дата обращения: 14.10.2019).
 
Прочитать статью:


АННОТАЦИЯ

Ацетиленовые амины, синтезированные разложением ацетиленовых аминоспиртов, и диамины, полученные по реакции Манниха, в растворе хлороформа в виде их гидрохлоридов в присутствии катализаторов - солей меди - дают продукты транс-присоединения и продукты замещения атома водорода при тройной связи.

ABSTRACT

Acetylene amines synthesized by the decomposition of acetylene aminoalcohols and diamines obtained by the Mannich reaction in the solution of chloroform in the form of their hydrochlorides in the presence of catalysts-copper salts give the products of trans-addition and hydrogen substitution products with a triple bond.

 

Ключевые слова: ацетиленовые амины, ацетиленовые диамины, реакция Манниха, пропаргиламины, конденсация, ацетилен, ацетиленовые амино спирты, геминальное расположение, транс-изомеры, галоид ониевые соли, хлор, бром, гидрохлориды аминов, катализатор, аллиламины.

Keywords: Acetylene amines; acetylene diamines; Mannich reaction; propargylamine; condensation; acetylene; acetylene aminoalcohols; germinal location; trans-isomers; haloid onium salts; chrome; bromine; amine hydrochlorides; catalytic agent; allylamine.

 

Большинство ацетиленовые азотсодержащие соединения и продукты на их основе обладают физиологической активностью [1; 2]. В данной работе приведены результаты каталитического синтеза ранее неизвестных галогенсодержащих соединений из ацетиленовых моно- и диаминов.

Ацетиленовые амины можно синтезировать конденсацией вторичных аминов с ацетиленом в присутствии параформальдегида [13; 14]. При нормальных условиях реакцию невозможно остановить на стадии образования моноаминов, и поэтому главным продуктом являются ацетиленовые диамины. Моноамины в лабораторных условиях удобнее синтезировать с помощью обратной реакции Фаворского, т. е. расщеплением соответствующих ацетиленовых аминоспиртов I—IV [3] в присутствии КОН или Ва(ОН)2. При этом разложение соединений II и IV требует более жестких условий (КОН, 160 °С), чем соединений I и III (Ва(ОН)2, 140 °С); повышение температуры пиролиза в присутствии КОН способствует прототропной изомеризации и приводит к уменьшению выхода основного продукта. Строение полученных пропаргиламинов V—VIII подтверждено их конденсацией с ацетоном и получением целевых ацетиленовых аминоспиртов I—IV.

Полученные таким образом ацетиленовые аминоспирты были расщеплены в соответствующие пропаргиламины (V-VIII) (константы которых соответствуют [16]) по следующей схеме:

В свою очередь соединения V-VIII введены в реакцию Манниха с парой вторичный амин+параформальдегид в присутствии катализатора Cu2Cl2 в растворе диоксана при температуре 80-95 °С и были получены соответствующие ацетиленовые диамины с высокими (52-82%) выходами:

Некоторые физико-химические константы ацетиленовых аминоспиртов (I-IV), аминов (V-VIII) и диаминов (IX-XII) приведены в таблице 1.

В настоящее время имеется очень мало данных [4; 6; 9-11] о присоединении галогенов к ацетиленовым моно- и диаминам. Нами найдено, что хлорирование и бромирование соединений V—XII в виде их гидрохлоридов (A, B, C, D, E, F, G, H - предварительно полученные в растворе ацетона и приведенные в табл.2) в растворе хлороформа в присутствии катализатора хлористой меди (I) при температуре 25-35 °С идет без осложнений и в короткий промежуток времени (25-30 минут) приводит с хорошими выходами (60-66%) к дигалогенпроизводным аллиламинов c геминальным расположением галогенов в отношении конечного водородного атома (XIII-XX) (Табл.3).

Наряду с основными продуктами побочно образуются галогензамещенные ацетиленовые амины (XXI-XXVIII)-С≡С-Х (Табл.4) и (XXIX-XXXVI) -СХ=СХ2 (Табл.5) за счет обмена атома водорода на галоген как в [15]. После нейтрализации раствора водным карбонатом натрия (0,01%) выделены свободные основания:

Повышение температуры реакции более 40 °С процесс переходит к экзотермическому и при этом в составе продуктов реакции обнаруживаются полигалогенпроизводные аминов. Поэтому температуру реакции не превышали указанной нормы. При этом необходимо констатировать, что при проведении реакции галогенирования выбранных аминов в среде хлороформа в виде свободных оснований, необходимо брать двойной избыток галогена. Так как одна молекула галогена израсходуется для образования галоидаммониевой соли, а вторая потребуется для электрофильного присоединения по С≡С связи.

Было выяснено, что без катализатора данная реакция протекает за сутки и выходы продуктов реакции, сравнительно низкие и авторами [4; 9], по нашему мнению, получены галоидониевые соли ацетиленовых аминов, которым были приписаны строения этиленовых производных аминов:

Или же ими получены тетрагалогенпроизводные аминосединений с неизвестной структурой, так как температуры плавления их в 2 раза превышает таковые показатели дигалогенпроизводных аминов. Кроме этого в симметричной молекуле диаминов ацетиленовая связь в ИК-спектре почти не появляется, что также подтверждается нашими ранними исследованиями [10; 11].

Следующим этапом исследования было изучение хлорирования и бромирования ацетиленовых диаминов (IX-XII) в виде их гидрохлоридов (E,F,G,H) в среде хлороформа и присутствии катализатора Cu2Cl2 при температуре 25-30 °С. При этом основными продуктами оказались дигалогенпроизводные диаминов (XXXVII-XLIV) с (Е)-транс-строением галогенов в молекуле:

Некоторые характеристики синтезированных дигалоидпроизводных этиленовых 1,4-диаминов представлены в табл.6.

Было выяснено, что на ход процесса основное влияние оказывает температура (20-30 °С) и при этом лимитирующей стадией реакции является образование тригалогенониевого иона X3+ посредством участия четвертичного аммониевого основания и ускоряется катализом Cu+. Это согласуется с мнением [12] об электрофильном присоединении галогенов к изученным ацетиленовым аминам.

По данным спектров ЯМР 1Н и 13С с введением галогенов большинство сигналы испытывают низкочастотное смещение в сторону слабого поля. Наибольшее смещение испытывают сигналы атомов углерода и водорода в

Таблица 1.

Некоторые физико-химические константы ацетиленовых аминоспиртов (I-IV), аминов (V-VIII) и диаминов(IX-XII)

Соединения

Выход,%

Т.кип.0С (мм рт.ст.)

Брутто-формула

  

Лит.

I

60

92/7

C8H15NO

1,4570

0,9093

10,11,15

II

67

92/4

C10H19NO

1,4614

0,9011

10,11,15

III

64

112/3

C11H19NO

1,4895

0,9121

10,11,15

IV

58

116/3

C10H17NO2

1,4911

0,9088

10,11,15

V

70

79-80

C5H9N

1,4175

0,7792

6

VI

72

119-120

C7H13N

1,4296

0,8042

6

VII

78

72/35

C8H13N

1,4718

0,8222

8

VIII

65

62/10

C7H11NO

1,4765

0,8066

8

IX

52

178-179

C8H16N2

1,4533

0,8660

3,4

X

70

220-221

C12H24N2

1,4582

0,9013

3,4

XI

55

149/10

C14H24N2

1,4954

0,9022

3,4

XII

82

150/10

C12H20N2O2

1,4931

0,8817

3,4

 

Таблица 2.

Характеристики гидрохлоридов пропаргил- и бутин-2-илдиаминов-1,4

 

Таблица 3.

Характеристики галогенпроизводных аллиламинов (R)2NCH2CX=CXH (XIII-XX)

 

 

Таблица 5.

Характеристики галогензамещенных аллиламинов (R)NCH2CX=CX2 (XXIX-XXXVI)

 

Таблица 6.

Некоторые характеристики (Е)-транс-2,3-дигалогенобутен-2- N1,N1, N4,N4-диаминов-1,4 


Таблица 7.

Химические сдвиги в спектрах ЯМР 1Н и 13С пропаргиламинов и галогенопроизводных аллиламинов на их основе XXXVII-XLIV, δ м.д. (согласно данным прибора Varian XL-100)

Соеди-нение

Положение

ядер

Спектры ЯМР 1Н

Спектры 13С

VII

XIX

∆δ

VII

XIX

∆δ

VII

Пиперидин 2,6

2,36

2,38

+0,02

52,7

54,3

+1,6

 

3,5

1,42

1,50

+0,08

26,2

26,7

+0,5

 

4

1,42

1,50

+0,08

24,3

26,1

+0,8

XIX

1

3,14

3,28

+0,14

47,4

62,4

+15,0

 

2

-

-

-

78,9

124,2

+43,3

 

3

2,53

6,68

+4,15

73,2

105,2

+32,0

  

VIII

XX

 

VIII

XX

 

VIII

Морфолин 3,5

2,40

2,39

-0,01

50,8

52,4

+2,6

 

2,6

3,56

3,56

0

66,1

66,9

+0,8

XX

1

3,18

3,30

+0,12

70,4

62,0

-8,6

 

2

-

-

-

96,0

123,2

+27,2

 

3

2,56

6,70

+4,14

52,3

106,3

+54

  

XI

XIV

 

XI

XIV

 

XI

Пиперидин 2,6

2,75

2,38

+0,03

53,0

54,0

+1,0

 

3,5

1,45

1,50

+0,05

26,4

26,4

0

XLIII

4

1,45

1,50

+0,05

24,6

24,8

+0,2

 

1,4

3,13

3,38

+0,25

47,9

65,9

+18,0

 

2,3

-

-

-

79,7

121,7

+42,0

  

XII

XLIV

 

XII

XLIV

 

XII

Морфолин 3,5

2,46

2,48

+0,02

52,5

54,0

+1,5

 

2,6

3,64

3,24

-0,4

66,8

65,9

-0,7

XLIV

1,4

3,64

3,66

+0,02

26,8

26,4

-0,4

 

2,3

-

-

-

54,2

103,8

+49,6

 

β-положении к аминометильной группы. Прост­ранственная близость электро-отрицательных атомов позволяет предполагать транс-расположение галогенов при двойной связи. В ИК-спектрах галогенпроизводных моно- и диаминов отсутствуют полосы поглощения в области 3300- и 2140-2100 см-1, характерные для валентных колебаний ацетиленовых связей С≡С и ≡С—Н, что подтверждает образование целевых продуктов.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ИК-спектры синтезированных соединений сняты на приборе UR-20 в тонком слое. Спектры ЯМР 1Н и 13С синтезированных соединений сняты на приборе Varian XL-400. Исходные ацетиленовые амины сняты в чистом виде, полученные галогенпроиз­водные аминов в CDCl3, внешний стандарт ГМДС. Погрешность измерения δ13С ±0,1 м. д. ГЖХ сняты на хроматографе ЛХМ-72 с пламенно-иониза­ционным детектором, оснащенной с колонками из нержавеющей стали. Продукты реакции отделяли с помощью колоночной хроматографии на силикагеле элюированием гексаном.

Ацетиленовые аминоспирты 1-IV синтезированы нами по методике [5-7], а ацетиленовые моно- (V-VIII) и диамины (IX-XII) по методике [4; 13; 14].

Синтез гидрохлорида 1-диметиламинопропина-2 (А). Раствор 8,3 г (0,1 моль) N,N-диметилпроп-2-ин-1-амина в 100 мл ацетона при охлаждении колбы водопроводной водой насыщают газообразным и сухим HCl, образующиеся белые кристаллы отфильтровали на складчатом бумажном фильтре. Таким способом были получены гидрохлориды ацетиленовых моно- и диаминов (B, C, D, E, F, G, H).

Бромирование пропаргиламинов. Образование XVII, XXV, XXXIII. К перемешиваемому хлороформному раствору (50 мл) гидрохлорида 1-диметиламинопропина-2 (А) (11,9 г, 0,1 моль), 0,1 г CuCl добавляли хлороформный раствор (25 мл) брома (16,6 г, 0,2 моль) по каплям (3-5 минут) при 35 °С и полученную смесь перемешивали 0,5 часов и при этом красный цвет брома постепенно исчезал. Затем, спустя 2 часа к смеси добавляли водный тиосульфат натрия (1%-ный, 150 мл) и промывали водой и высушивали над MgSO4. По данным ТСХ раствор содержал 4 пятна и не идентифицированные соединения. После отгонки хлороформа содержимое растворяли в гексане и оставляли на ночь. На следующий день из раствора выпадают кристаллы, которые отделяли от аликвотной части фильтро­ванием. Гексановый раствор разделялся на колонке высотой 1 метр и диаметром 2 см. Было выделено перегонкой четырех сливов, которые содержали: 1) непрореагировавший пропаргиламин V (ЯМР 1Н, δ (2Н) CH2 группы при 3,8 м.д.) около 5%; XXXIII (ЯМР 1Н, δ (6Н) (СН3)2 группы при 2,3 м.д.) около 10%. Выделенные кристаллы растворяли в растворе ацетон:гексан=1:1 и в течении 2 часа разделялся на той же колонке с силикагелем и Rfдля XVII 0,6 (ЯМР 1Н, δ (1Н) СН при 6,7 м.д.; (2Н) СН2 при 3,0 м.д.; (6Н) (СН3)2 при 2,7 м.д.; а для XXV Rf=0,78 и δ (6Н) (СН3)2 при 2,7 м.д. и (2Н) СН2 группы. В ИК-спектре соединения XVII имеются полосы поглощения для ОН группы при 4200 см-1, третичный азот при 3000-2900 см-1, транс-дигалоид при С=С связи 700-650 см-1.

Другие бромпроизводные аминосоединений получают по аналогичной методике.

Хлорирование пропаргиламинов. Образование XVI, XXIV и XXXII. К перемешиваемому хлоро­формному раствору (50 мл) гидрохлорида VIII-D (0,1 моль 16,15 г), 0,1 г CuCl и при температуре 30 °С пропускают газообразный хлор в количестве 7,1 г (0,2 моль) в течении 1 часа. Экзотермический процесс предотвращают охлаждением водопроводной водой (20-25 °С). Затем, спустя 2 часа к смеси добавляют водный тиосульфат натрия (1%-ный, 150 мл), промывают водой и сушат над MgSO4. Затем хлороформ отгоняют и остаток хроматографируют в тонком слое силуфоля, носитель ацетон:гексан (1:1), проявляют йодом. При этом смесь дает 4 пятна: Rf0,9-VIII, 0,77-XXIV, 0,6-XVI и 0,5-XXXII. К раствору прибавляют 50 мл гексана и смесь охладают смесью льда и соли и при этом из раствора выпадают асбестовидные желто-коричневые кристаллы, которые отделяют от раствора фильтрованием и отжимают. Выделенные кристаллы растворяют в растворе ацетон:гексан=1:1 и в течении 2 часа разделяют на той же колонке с силикагелем и Rf для XVI (выход 60%) равна 0,67, а для соединения XXXII (выход 12%) равна 0,77. Из отжима после отгонки гексана перегонкой в вакууме выделяют XXIV (выход 26%) с Rf равной 0,56. Имеющиеся с ЯМР 1Н спектре исходного соединения VIII смещения δ 8H в тетрагидро-окcазиновом цикле 3,6 и 2,50 м. д., 2Н метиленовой группы при 3,9 м. д. и 1Н СН протона при ацетиленовой связи претерпевают определенные изменения с введением галогенов в его молекулу. В соединении XXIV проявляются 8Н протоны гетероцикла в области 3,6 и 2,50 м. д., 2Н протоны метиленовой группы, а в XVI δ 8H при 3,6 и 2,50 м.д., 2Н метиленовой группы при 3,0 м. д. и при 6,5 м. д. проявляется геминальный 1Н протон при этиленовой связи, а в соединении XXXII 8H протоны при 3,6 и 2,50 м. д., 2Н метиленовой группы при 3,0 м. д., что наглядно демонстрирует строение полученных соединений.

По описанным выше методикам получены также другие дихлор- и дибромпроизводные аминов. Аналогичному этому также были синтезированы транс-дигалоидпроизводные 1,4-диаминов, которые выделены в виде кристаллов.

Монокристаллы получить нам не удалось.

 

Список литературы:
1. Азербаев И.Н., Сарбаев Т.Т. Химия регулирует рост растений. – Алма-Ата: Наука, 1966. – С. 8.
2. А.С. № 4383870/04028558.1-фенил-1,2-дихлор-3-пиперидинопропен-1 и 1-фенил-1,2-дибром-3-пиперидинопропен-1, обладающие противомикробной активностью / Т.С. Сирлибаев, А.И. Курбанов, С.Ф. Фахрутдинов, Э. Тургунов; Решение о выдаче от 27.06.89.
3. Атавин А.Т., Дмитриева 3.Т., Трофимов Б.А. Биологически активные соединения. – Л.: Наука, 1968. – С. 113.
4. Бабаян А.Т., Григорян А.А. Исследование в области четвертичных аммониевых соединений // Журн. орг. Химии. – 1956. – Т. 26. – № 7. – С. 1945.
5. Курбанов А.И., Сирлибаев Т.С., Култаев К.К. Галоидирование и гидрогалоидирование некоторых ацети-леновых аминоспиртов // Журн. прикл. химии. – 1985. –№ 11. – С. 2583-2586.
6. Курбанов А.И., Сирлибаев Т.С., Тургунов Э. Синтез галогенпроиз-водных ацетиленовых аминоспиртов. // Узб. хим. журн. – 1984. – № 6. – С. 58.
7. Либман H.М., Кузнецов С.Г. Аминоспирты ацетиленового ряда. I. Получение 1,1-дизамещенных 4-диалкиламинобутин-2-олов-1 // Журн. орг. химии. – 1960. –Т. 30. – С. 1197.
8. Мочалин В.Б., Минервина Т.С. Ацетали аминопропаргиловых альдегидов // Журн. орг. химии. – 1965. – Т. 1. – Вып. 11. – С. 1726.
9. Некоторые реакции пропаргилового эфира 2,4-дибромфенола / У.А. Абидов и др. // Журн. прикл. химии. – 1977. – Т. 1. – Вып. 6. – С. 1371-1374.
10. Синтез галогенсодержащих соединений на основе пропаргиламинов / Э. Тургунов и др. // Журн. орг. хи-мии. – 1999. – Т. 35. – Вып. 8. – С. 1161-1164.
11. Тургунов Э., Юлдашев А., Садиков М.К. Четвертичные аммониевые соли ацетиленовых аминов //Доклады АН РУз. – 2010. – № 2. – С. 64-67.
12. Pincoc J.A., Yates К. Kinetics and mechanism of electrophilic bromination of acetylenes. Canad. J. Chem. 1970. Vol. 48. P. 3332.
13. Reppe W. Ethynylation Ann. 1955. Bd. 596. Р. 79.
14. Rose I.D., Gale R.A. Acetylene reactions. Part V. Reactions of phenylacetylene with secondary amines. J. Chem. Soc., Perkin 1. 1949. No. 1. P. 792.
15. Sakae U., Hajime O., Masaya O., Seiji S., Atsuko O., Kimiko K. Solvent incorporation in Bromination of Acety-lenes in Alcohols. Bul. Chem. Soc. Japan. 1978. Vol. 51 (6). P. 1911-1912.
16. W. Reppe, E. Keyssner and Hecht. Production of amines of the acetylene series. USA Patent office 2273141. Lud-wigshafen-on-the-Rhine, Germany. New York, 1937.

 

Информация об авторах:

Тургунов Эрхан Erkhan Turgunov

канд. хим. наук, доцент кафедры «Общая и неорганическая химия» Национального университета им .М.Улугбека, 100021, Узбекистан, г. Ташкент, Шайхантахурский район, Массив Джар-арик, дом 7, кв.181

candidate of chemical sciences, associate professor of the department "General and inorganic chemistry" National University named after M. Ulugbek, 100021, Tashkent, Shayhontohur region , Solid Jar Arik, Building 7, flat 181


Холмуродова Лазиза Эркиновна Laziza Kholmurodova

научный исследователь кафедры «Общая и неорганическая химия» слушатель Института повышении квалификации при НУУз, 100174, Узбекистан, г. Ташкент, Алмазарский район, Вузгородок, общежитие №16

Scientific researcher of the department "General and inorganic chemistry" and a student of the Institute of Advanced Studies at NUUz, Tashkent, student town, hostel number 16


Джумагулов Шерзод Хамдамович Sherzod Dzhumagulov

магистрант 2 курса кафедры «Общая и неорганическая химия» по специальности «Химия и технология нефти и природного газа», 100174, Узбекистан, г. Ташкент, Алмазарский район, Вузгородок, общежитие №18

Master of 2 courses of the department "General and inorganic chemistry", specialty "Chemistry and technology of oil and natural gas", Tashkent, student town, hostel number 18


Читателям

Информация о журнале

Выходит с 2013 года

ISSN: 2311-5459

Св-во о регистрации СМИ: 

ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013

ПИ №ФС77-66239 от 01.07.2016

Скачать информационное письмо

Включен в перечень ВАК Республики Узбекистан

Размещается в:

doi:

The agreement with the Russian SCI:

cyberleninka

google scholar

Ulrich's Periodicals Directory

socionet

Base

ROAR

OpenAirediscovery

CiteFactor

 

Поделиться

Лицензия Creative CommonsЯндекс.Метрика© Научные журналы Universum, 2013-2019
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Непортированная.