МЕХАНИЗМ ПОВЫШЕНИЕ АКТИВНОСТИ КАТАЛИЗАТОРА В ПРОЦЕССЕ АЛЛЕНЛИЗАЦИИ МОРФОЛИНА ВИНИЛАЦЕТИЛЕНОМ

АННОТАЦИЯ

В статье описывается механизм действия катализатора CsF  в щелочной среде на количества выхода ненасыщенных производных морфолина в присутствии винилацетилена. Предыдущие исследования описывали поиск активного катализатора, для реакции получения производных морфолина.

ABSTRACT

The article describes the mechanism of action of the CsF catalyst in an alkaline medium on the yield of unsaturated morpholine derivatives in the presence of vinylacetylene. Previous studies have described the search for an active catalyst for the morpholine derivatization reaction.

Ключевые слова: Морфолин, винилацетилен, механизм реакции, N-морфолинбутадиен-2,3, CsF, катализатор, ДМСО, гидроксид калия.

Keywords: Morpholine, vinylacetylene, reaction mechanism, N-morpholine-2,3-butadiene, CsF, catalyst, DMSO, potassium hydroxide.

Введение

Ненасыщенные производные морфолина обладают разнообразными свойствами, что позволяет их широко применять в разных областях. В настоящее время для получения этих соединений применяют высокую температуру и высокое давлении. В наших предыдущих исследованиях изучалось влияние различных физико-химических факторов на образование производных [1] морфолина и других [2-7] соединений полученных в результате их взаимодействия с винилацетиленом. В литературе описываются мнения Б. А. Трофимова и его учеников В. Реппе, Р. Хэнфорда о механизмах образования N-диеновых соединений в реакциях аминов в присутствии винилацетиленовых соединений. В нашем предыдущем исследовании мы рассмотрели количественного влияние катализатора на синтез [1] N-морфолинбутадиена-2,3. Теперь мы опишем механизм этих реакций в присутствии катализатора.

Цель исследования:

Исследование влияние катализатора и механизм его действия при синтезе N-морфолинбутадиена-2,3. Изучение, влияния катализатора CsF, в шелочной среде на количественный выход синтезированного продукта, по сравнению продукта полученного в результате использование в такой же реакции  другого катализатора.

Материалы и методы исследований

Основываясь на литературных данных и на результатах схожих  экспериментов по В.Реппе, механизм образования N-диеновых соединений гомогенным образом в высокоосновной системе КОН-ДМСО можно предположить следующим образом. ДМСО образуя систему КОН-ДМСО с гидроксидом калия, дополнительно усиливает основные свойства КОН. Это дополнительно ускоряет диссоциацию калиевой соли морфолина - промежуточного продукта и усиливая при этом его нуклеофильное связывание с винилацетиленом. В начале сравнения  объясним механизм нашего предыдущего исследования[1].

1) Механизм образования N-морфолинбутадиена-2,3 при гомогенизации морфолина в присутствии винилацетилена следующий.

Первоначально ДМСО образует высокоосновную систему с гидроксидом калия, что способствует диссоциации гидроксида калия на ионы:

Затем система взаимодействует с молекулой морфолина с образованием калиевой соли, показанной на этой диаграмме:

Затем калиевая соль морфолина связывается с винилацетиленовым нуклеофилом, и образуется анион N-морфолина бутадиен-2,3:

Образующийся в процессе анион взаимодействует с молекулой морфолина с образованием продукта N-морфолин-бутадиен-2,3 и аниона морфолина. Это, в свою очередь, продлевает процесс, подвергая его воздействию винилацетилена.

2) В наших новых исследованиях при использовании тех же реагентов как и в предыдущих исследованиях,  применили  катализатор (1,52 г CsF и 21,43 г КОН).

Механизм действия катализатора следующий. Первоначально гидроксид калия реагирует с фторидом цезия.

KOH + СsF→CsOH + КF

Образовавшийся гидроксид цезия образует с гидроксидом ДМСО высокоосновную систему, которая увеличивает диссоциации гидроксида цезия на ионы:

затем система взаимодействует с молекулой морфолина с образованием соли цезия, показанной на следующей схеме:

Затем, цезиевая соль морфолина связывается с винилацетиленовым нуклеофилом образуя анион N-морфолинабутадиен-2,3:

Который анион N-морфолинабутадиен-2,3 взаимодействует с молекулой морфолина с образованием аниона N-морфолин-бутадиен-2,3 продукта. Это, в свою очередь, продлевает процесс, подвергая его воздействию винилацетилена.

В данным случае используя в качестве иона металл сезий в катализаторе, который применяли в реакции для  образование производных морфолина положительно сказалось на нее увеличив при этом выход продукта.

Таблица 1.

Влияние природы катализатора на выход N-морфолинбутадиен-2,3 (продолжительность реакции 4 часа, температура 70-75^oC)

Выводы

В заключение можно сказать, что в этой статье мы описали механизм реакции как и в нашем первоначальном исследовании, так и в нашем текущем исследовании. Но к катализатору мы добавили CsF, что значительно увеличило выход продукта реакции.

Наших исследование механизма данной реакции показывают на основе синергизма двух или более оснований ион металла Cs образует делокализованный заряженный комплексный катион, что резко повышает активность аниона. Вследствие чего увеличиваются выход N-морфолинбутадиен-2,3

Список литературы:

1. Жумаев Ж.Х., Ахмедов В., Шарипова Н.У. Влияние природы и количества катализатора при синтезе морфолиновых ненасыщенных продуктов при участии винилацетилена //Москва. – 2021. – С. 58-61.
2. Рахматов М.С. Влияние катализатора, температуры и растворителя на синтез и выход продукта реакции с виниловым эфиром салициловый кислоты в присутствии винилацетилена //Universum: химия и биология. – 2020. – №. 11-2 (77). – С. 16-20.
3. Жумаев Ж.Х., Шарипова Н.У., Рамазанов Б.Г. Электронная структура и квантово-химические расчёты ненасыщенных производных морфолина //Universum: химия и биология. – 2020. – №. 7. – С. 60-63.
4. Жумаев Ж.Х., Шарипова Н.У. Влияние растворителей на процесс взаимодействия морфолина с винилацетиленом //Universum: химия и биология. – 2020. – №. 11-2 (77). – С. 4-7.
5. Жумаев Ж.Х., Шарипова Н.У. Структурно-механические характеристики композиций на основе электрохимического модифицированного крахмала и полимеров //Главный редактор. – 2019. – С. 74.
6. Атоев Э.Х. Гетероциклические оксиазосоединения как аналитические реагенты. “Universum”: Химия-биология. Москва. 2021, Вып 3 (81) Часть 2. стр. 4-6.
7. Атоев Э.Х. Строение и свойства внутрикомплексных соединений 8-меркаптохинолина (тиооксина) и его производных. “Universum”: Химия-биология. Москва. 2020, Вып 10 (76_2) стр. 29-32.