Синтез 5-гидрокси-5-метилгекс-3-иновой кислоты

Synthesis of 5-hydroxy-5-methylhex-3-inic acid
Цитировать:
Журабоев Ф.М., Нурмонов С.Э. Синтез 5-гидрокси-5-метилгекс-3-иновой кислоты // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. 2020. 11(77). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/10785 (дата обращения: 24.02.2024).
Прочитать статью:

 

АННОТАЦИЯ

В статье описан синтез 5-гидрокси-5-метилгекс-3-иновой кислоты на основе монохлоруксусной кислоты с ацетиленовым спиртом и описаны квантово-химические свойства полученного вещества. Была продемонстрирована роль триэтиламина в этом процессе.

ABSTRACT

The article describes the synthesis of 5-hydroxy-5-methylhex-3-yne based on monochloroacetic acid with acetylene alcohol and describes the quantum-chemical properties of the resulting substance. The role of triethylamine in this process has been demonstrated.

 

Ключевые слова: ацетиленовый спирт, монохлоруксусная кислота, триэтиламин, хлорид меди (I), квантово-химические расчеты, электронная плотность.

Keywords: acetylene alcohol, monochloroacetic acid, triethylamine, copper I-chloride, quantum-chemical calculation, electron density.

 

Введение. В связи с особенностями строения полифункциональных соединений ацетилена и их широким спектром биологического действия, существует интерес к исследованиям, направленных на создание лекарственных (в виде универсальных блок-синтонов) и сельскохозяйственных препаратов с помощью тонкого органического синтеза. Интерес к таким соединениям обусловлен тем, что сильный акцептор электронов рядом с тройной связью резко увеличивает его электрофильность, позволяя реакциям нуклеофильного связывания, характерным для ацетиленов, протекать с высокой эффективностью и стереоселективностью в очень мягких условиях, даже без использования катализаторов и реагентов с высоким содержанием оснований. В результате сложные полициклические структуры могут быть получены в режиме одного реактора. Это, в свою очередь, требует теоретических исследований для поиска новых биологически активных веществ на основе этого типа соединений ацетилена.

Исходя из вышесказанного, целесообразно провести исследования по синтезу гидроксикислот ацетилена и их производных.

Методика исследования. Для синтеза использовали реагенты квалификации «х.ч.»: 2-метилбут-3-ин-2-ол, монохлоруксусную кислоту, триэтиламин, хлорид меди (I), а также растворители диоксан и хлороформ.

В трёхгорлую колбу объёма 250 мл, снабженную мешалкой, обратным холодильником и термометром, помещали 8,4 г (0,1 моль) монохлоруксусной кислоты, 100 мл диоксана, 10 мл (0,1 моль) ацетиленового спирта – 3-метилбутин-1-ол-3, 17 мл (0,1 моль) триэтиламина и 0,02 г соли хлорида меди (I). Реакционную смесь нагревали при 95-98 0С в течение 4-5 часов при перемешивании. Затем процесс останавливали и готовый продукт оставляли на 1 сутки.

Затем реакционную смесь переносили в делительную воронку на 1000 мл. Остаток в реакционной колбе промывали 10-15 мл дистиллированной воды. Вливали 100 мл хлороформа в реакционную смесь в воронке, экстрагировали и отделяли органическую часть. Этот процесс повторяли не менее 3 раз.

Органические продукты, выделенные из реакционной смеси, состоят из гидроксикислот ацетилена и растворителей. Хлороформ в этой смеси отгоняли на водяной бане при температуре 60-80 °С. Затем отгоняли диоксан при 98-110 °С.

Обсуждения результатов. В данном исследовании гидроксикислота ацетилена была синтезирована на основе ацетиленового спирта – 2-метилбут-3-ин-2-ола и монохлоруксусной кислоты. Процесс происходит согласно схеме 1 ниже

 

Схема 1

 

При взаимодействии ацетиленового спирта и монохлоруксусной кислоты в среде инертного растворителя и в присутствии катализатора на основе триэтиламина и хлорида меди (I) происходят следующие процессы:

1) Ацетиленовый спирт образует p-комплекс с катализатором хлорида меди (I) (Схема 2), уменьшая плотность электронных облаков в тройной связи.

 

Схема 2

 

В результате атом водорода, связанный с углеродом, имеющего тройную связь, активируется и его положительный заряд увеличивается.

2) Активные центры монохлоруксусной кислоты в нейтральной среде следующие: молекула имеет дипольный момент 4,96 Дебая, эта поляризация происходит, в основном, в карбоксильной группе молекулы (рис.1).

 

Рис.1. Строение молекулы монохлоруксусной кислоты

 

В этом случае заряд углерода карбоксильной группы составляет +0,588 эВ. Заряды кислорода 3 и 4 составляют -0,162 и -0,649 эВ, соответственно. Заряд атома углерода в метиленовой группе (-CH2-) составляет -0,013 эВ. В среде неполярного растворителя активные центры монохлоруксусной кислоты расположены на атомах углерода и кислорода (Cd+= Od-) в ее карбонильной группе. Связывание молекулы с ацетиленовым спиртом через углерод -CºC-H в этом случае считается невозможным.

3) Необходимо изменить активные центры монохлоруксусной кислоты, чтобы обеспечить обмен водорода, присоединенного к углероду, который имеет тройную связь в ацетиленовом спирте. Для этого в реакционную среду добавляют триэтиламин. Молекула триэтиламина имеет структуру, богатую нуклеофильными центрами.

Эти нуклеофильные часты электростатически взаимодействуют с электрофильным атомом углерода (C (2)) монохлоруксусной кислоты, но связанный с углеродом атом кислорода встречает пространственный барьер из соседних атомов углерода (1) и хлора (5), и не может образовывать с ним прямую связь (см. рис.1). В результате нуклеофильная часть молекулы смещается к 1-углеродному атому (C (1)). Этот атом углерода (C (1)) взаимодействует с атомом углерода метильной группы в молекуле триэтиламина. В результате этого взаимодействия связь между атомом углерода C (1) и атомом хлора (Cl (5)) ослабляется. Здесь следует отметить, что особая структура триэтиламина играет важную роль в возникновении следующей стадии механизма реакции. Нераспределенные электронные пары атома азота в этой молекуле образуют донорно-акцепторную связь с водородом при ºC-H, который активируется катализатором на основе хлорида меди (I). Это, в свою очередь, обеспечивает преобразование относительно освобожденного атома хлора в монохлоруксусной кислоте в атом водорода. В этом случае ацетиленовый спирт образует большое промежуточное соединение, состоящее из меди (I) - хлорида, триэтиламина, монохлоруксусной кислоты (схема 3).

 

Схема 3.

 

Это промежуточное соединение имеет очень небольшую стабильность из-за наличия многих невалентных взаимодействий и его большого размера и массы.

Таким образом, промежуточное соединение распадается на отдельные молекулы, которые являются энергетически приемлемыми и стабильными. Прежде всего, высвобождается гидрохлорид триэтиламина и ацетильная группа связывается с тройной связью в ацетиленовом спирте. Поскольку σ-связь, образованная этим соединением, является прочной, активирующий тройную связь хлорид меди (I) высвобождается из образовавшегося нового соединения.

Наконец, образуется продукт реакции ацетиленового спирта и монохлоруксусной кислоты – гидроксикислота ацетилена (схема 4).

 

Схема 4.

 

Выводы

Проведенные исследования и квантово-химические расчеты позволяют сделать следующие выводы: в процессе синтеза гидроксикислоты ацетилена 5-гидрокси-5-метилгекс-3-иновая кислота на основе ацетиленового спирта и монохлоруксусной кислоты первоначально образует p-комплекс катализатора хлорида меди (I) с ацетиленовым спиртом (Схема 2).

Полученный комплекс реагирует с монохлоруксусной кислотой с помощью триэтиламина с образованием нестабильного промежуточного соединения (схема 3). Затем разложение промежуточного соединения приводит к образованию 5-гидрокси-5-метилгекс-3-ин кислоты (схема 4).

 

Список литературы:

  1. Frisch M.J., Trucks G.W., Schlegel H. B., et. al. (2007) // Gaussian 03 (Revision E0.1), Gaussian Inc., Pittsburgh PA.
  2. Чуев Г.Н. Молекулярные модели сольватации в полярных жидкостях. // Успехи химии. – 2003. – Т. 72, № 9. – С. 827–851.
  3. Tomasi J.  Quantum  Mechanical  Continuum  Solvation  Models. // Chem. Rev. – 2005. – V. 105, No. 8.– P. 2999–3094
  4. Солиев М.И. и др. Расчет электронных строении молекулы некоторых веществ с основе компьютерных программ // Журнал «Новые информационные технологии в науке». ООО «АЭТЕРНА» 2015. №2, Т-2. С.12-14.
  5. Солиев М.И. Расчет реакционной способности молекулы полуэмпириче-ским методом с использованием информационных технологий // Современные научные исследования и инновации. 2015. – № 4. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/04/51392. Дата обращения: 14.09.2020.
  6. Темкин О.Н. Химия ацетилена // Соросовский образовательный журнал. – 1998. -№12. -С.52-58.
  7. Степанов Н.Ф. Квантовая механика и квантовая химия. –М:.-2001. –С. 128-139
  8. Солиев М.И., Охундадаев А.К. Теоретическое расчёты электронных строении молекулы ментола и тимола // Журнал «Вопросы науки и образования».-2018.-№8(20).Россия. /https://scientificpublication.ru. Дата обращения: 14.09.2020.
Информация об авторах

PhD по химических наук, старший преподаватель кафедрой Химии, Наманганский инженерно-технологический институт, Республика Узбекистан, город Наманган

Doctor of Philosophy (PhD) in Chemical Sciences, Senior Lecturer of the Department Chemistry Namangan Institute of Engineering and Technology, Republic of Uzbekistan, Namangan city

д-р тех. наук, проф. кафедры “Общая и нефтегазовая химии”, Национального университета Узбекистана, Республика Узбекистан, г. Ташкент

Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of General and Petroleum Chemistry of National University of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ларионов Максим Викторович.
Top