Синтез эфиров салициловой кислоты

АННОТАЦИЯ

Реакции этерификации салициловой кислоты алифатическими и ароматическими спиртами проводили в присутствии катализаторов FeCl₃, ZnCl₂, CuCl. В результате реакций были синтезированы сложные эфиры салициловой кислоты с высокими выходами и сравнивались активности катализаторов. Строение полученных эфиров подтверждено методами ИК- и ПМР-спектроскопии, изучены их физические свойства.

ABSTRACT

The esterification reactions of salicylic acid with aliphatic and aromatic alcohols were carried out in the presence of catalysts FeCl₃, ZnCl₂, CuCl. As a result of the reactions, salicylic acid esters were synthesized in high yields and the activities of the catalysts were compared. The structure of the esters obtained was confirmed by IR and PMR spectroscopy, and their physical properties were studied.

Ключевые слова: салициловая кислота, спирты, сложные эфиры, этерификация, катализатор.

Keywords: salicylic acid, alcohols, esters, esterification, catalyst.

Введение

Производные салициловой кислоты, являются важными представителями ароматических карбоновых кислот, сложные эфиры салициловой кислоты, в течение многих лет использовались при приготовлении кремов для улучшения кожи в парфюмерии в качестве средства от различных заболеваний [1]. Например, метиловый и этиловый эфиры салициловой кислоты широко используются в качестве ненаркотических анальгетиков при приготовлении различных мазей, кремов, фенилового эфира салициловой кислоты (салола) в качестве антисептика при кишечных заболеваниях, при приготовлении лекарственных покрытий [2]. Эфиры салициловой кислоты встречаются в природе в составе различных растений. Эфиры салициловой кислоты в небольших количествах содержатся в иланг-иланге, кассии, американском пеннирое, анисе. Но извлечение их из природных источников в нужном количестве - трудоемко и дорого. По последним данным, производные салициловой кислоты также можно рассматривать как биорегуляторы, т.е. эти соединения синтезируются организмом и выполняют защитную функцию. Растущий спрос на такие соединения требует изучения новых методов синтеза различных производных салициловой кислоты, а также их усовершенствования. В литературе есть сведения, посвященные экстракции некоторых сложных эфиров салициловой кислоты, таких как метиловый, этиловый, бутиловый, бензиловый [3]. В них, в основном, эфиры салициловой кислоты получают реакцией этерификации соответствующим или переэтерификацией метилового эфира спиртом в присутствии сильных протонных кислот [4]. Однако эти источники не предоставляют подробной информации о реакции салицилата натрия с алкилгалогенидами или реакциях этерификации салициловой кислоты в различных условиях. Данных исследованиях изучались реакции натриевой соли салициловой кислоты с соответствующими алкилгалогенидами в присутствии апротонных растворителей, а также реакции этерификации салициловой кислоты с соответствующими спиртами в присутствии кислоты Льюиса в качестве катализатора.

На кафедре органической химии Национального университета Узбекистана разработано несколько методов получения эфиров бензойной кислоты. В них бензиловый эфир бензойной кислоты получали реакцией бензоата натрия с бензилхлоридом в присутствии различных растворителей или периэтификацией метиловых и этиловых эфиров бензойной кислоты в присутствии FeCl₃ • 6H₂O [5].

Результаты и обсуждение

Для синтеза бутиловых, изопентиловых, пентиловых, гексиловых, гептиловых и бензиловых эфиров салициловой кислоты по реакции этерификации мы изучили влияние катализаторов FeCl₃, ZnCl₂, CuCl на реакцию этерификации соответствующих спиртов салициловой кислотой.

Общую схему уравнения реакции можно описать следующим образом.

 На основании экспериментов было изучено влияние времени на выход продукта при использовании салициловой кислоты: спирта: катализатор в соотношении 1: 2: 10^-4 моль в течение 1-7 часов.

 Наиболее высокие выходы достигнуты при проведение реакции в течение 6 часов. Полученные результаты представлены в таблице.

Таблица 1.

Результаты реакции салициловой кислоты спиртами в присутствии различных катализаторов

Известно, что сильные протонные кислоты с высокой активностью используются в качестве катализаторов для ускорения реакций этерификации. Однако они также имеют определенные недостатки, тем более что активность этих катализаторов высокая, их селективность низкая, что также приводит к течению многих дополнительных реакций.

Известно, что FeCl₃, ZnCl₂, CuCl являются кислотами Льюиса, которые легко координируются с атомом кислорода в молекуле салициловой кислоты, что приводит к легкой атаке спирта на карбонильный углерод в результате дефицита электронов у углерода карбоксильных групп. Исходя из изложенных выше соображений, мы схематично описали механизм реакции следующим образом.

Материалы и методы

В круглодонную колбу объемом 100 мл добавляют исходные реагенты и катализатор в соотношении 1: 2: 10-4 моль, т.е. 6,9 г (0,05 моль) салициловой кислоты, 7,4 г (13 мл 0,1 моль) н-бутилового спирта. 8,125 · 10-4 г (5 · 10-6 моль) FeCl3 и 20 мл сухого бензола добавляли в качестве катализаторов.В колбу установлен водосборник Дина-Старка и к нему подсоединен обратный теплоноситель, чтобы вода, выделяющаяся в результате реакции, не вызывала побочную реакцию и не снижала активность катализатора. Высокий выход был получен, когда реакцию проводили при температуре кипения реакционной смеси в течение 6 часов. После охлаждения реакционной смеси ее сначала промывали водой для удаления избытка спирта и растворителя. Отделенную маслянистую часть отделяли, и смесь очищали, разбивая ее на части с помощью вакуумного насоса, чтобы полностью отделить эфир. Полученный эфир исследовали с помощью тонкослойной хроматографии и определяли значения Rf. Синтез сложных эфиров изопентилсалицилата, пентилсалицилата, гексилсалицилата, гептилсалицилата и бензилсалицилата осуществлялся тем же способом.

Экспериментальная часть. В результате анализа ИК-спектра полученных соединений наблюдались следующие сигналы:

Широкая и интенсивная линия поглощения в областях 3189 см-1, 3192 см-1, 3185 см-1 в спектрах молекулы эфира является результатом валентных колебаний, принадлежащих этой OH-группе. В областях поглощения 3064 см-1, 3030 см-1 можно увидеть линии поглощения низкой интенсивности, принадлежащие связям = C-H в ароматическом кольце вещества. В области поглощения 2952 см-1 можно увидеть асимметричные валентные колебания, принадлежащие группе -CH3, а в области поглощения 2840 см-1 можно увидеть симметричные валентные колебания, принадлежащие группе -CH2.

В области поглощения 1672 см-1 могут наблюдаться интенсивные валентные колебания, принадлежащие группе> S = O, а в областях поглощения, таких как 1613, 1586, 1485, 1384 см-1, кольцевые колебания, принадлежащие ароматическому кольцу средней интенсивности. В области 1031-1088 см-1 наблюдались симметричные валентные колебания, принадлежащие связи -С(O)-O-СH₂, (C-O-C). В ИК-спектре молекулы бензилсалицилата мы видим, что пик широкой интенсивности, образованный в результате валентных колебаний, принадлежащих OH-группе, в области поглощения 3185 см-1, сохраняется. В отличие от других молекул эфира, этот пик смещен меньше, чем линия поглощения в исходном продукте, что можно объяснить уменьшением ширины и интенсивности из-за того, что радикал C₆H₅CH₂ занимает более широкое пространство, чем радикал C₄H₉. Кроме того, симметричные валентные колебания, принадлежащие группе Ar-CH₂- в области 2962 см-1, увеличивают интенсивность линий поглощения, принадлежащих ароматическому кольцу, в областях 1614, 1586, 1486 см-1. Также наблюдается увеличение интенсивности валентных колебаний, относящихся к ароматическому кольцу в областях 701,757 см-1. Это означает, что доля ароматического кольца в составе второго продукта увеличилась.

При анализе спектров ЯМР H1 полученных продуктов наблюдались следующие характерные резонансные частоты: 4,20-4,30 м.е. в сложных эфирах салициловой кислоты, содержащих алифатические радикалы. триплетный сигнал, 5,26 м.е. синглетный сигнал –OCH2 группа, 5,35 м.е. расширенный синглетный сигнал для группы ОН, 7,88 м.е. сигнал квартета к 6-му водороду бензольного кольца, 7,49-7,41 м.е. мультиплетный сигнал применяется к 4,5-водороду 1,2-дизамещенного бензольного кольца, 6,88 м.е. мультиплетный сигнал принадлежит 3-му водороду 1,2-дизамещенного бензольного кольца.

Вывод

Из новых катализаторов, используемых в реакциях этерификации салициловой кислоты, видно, что эффективность FeCl₃ высока. Эксперименты показали, что с помощью предложенных методов можно синтезировать эфиры салициловой кислоты с лекарственным препаратом.

Список литературы:

1. G. Almeida SA, A.C. de Meneses, P. H. Hermes de Araújo, D. de Oliveira. A review on enzymatic synthesis of aromatic esters used asflavor ingredients for food, cosmetics and pharmaceuticals industries. http://www.journals.elsevier.com/trends-in-food-science and-technology,69/ 2017. 95-105 p.
2. Патент.РФ 2125981. Ортозамешенные бензойной кислоты, способ их получения, способ получения фармацевтической композиции, фармацевтическая композиция.// Рольф Г. и др 1999 г.
3. Ёдгоров Ч.Ғ,Холиқов Т.С., Тожимуҳамедов Х.С., Абдшукуров А.К.,Самаров З.У., Сапаров А.А.Салицил кислотасининг н-бутил ва бензил спиртлари билан FeCl3▪6H2O иштирокидаги этерефикацияси. Алишер Навоий номидаги Самарқанд Давлат Университети, Илмий Ахборотнома 1-сон, 2016й. 122-125 бетлар.
4. Фоменко Валентина Николаевна; Ланге Самоил Абрамович.//Катализатор этери- и переэтерификации и способ его получения.// Пат. РФ. №. 2099138 1997.
5. Пат. Узбекистан. IAP 02923. Способ получения бензилбензоата./ Таджимухамедов Х.С., Ахмедов Х.С., Холиков Т.С., Ражабова Х.А.// Uz Бюлл№6, 2005.