СИНТЕЗ ГЕКСАМЕТИЛЕН- БИС-[(КАРБАЗОЛИЛО)-МОЧЕВИНЫ] И ЕГО СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

АННОТАЦИЯ

Изучены способы получения гексаметилена- бис-[(карбазолило)-мочевины], взаимодействием карбазола с ГМДИ. Продукт идентифицирован химическими и физико-химическими методами анализа. Установлена структура вновь синтезированного соединения.

ABSTRACT

Methods for the preparation of hexamethylenebis-[(carbazolyl)-urea] by the interaction of carbazole with HMDI have been studied, and the product has been identified by chemical and physicochemical methods of analysis. The structure of the newly synthesized compound was established.

Ключевые слова: синтез, элементный анализ, мочевина, карбазол, спектроскопия

Keywords: synthesis, elemental analysis, urea, carbazole, spectroscopy

Актуальность работы. Несмотря на огромные успехи, достигнутые за последние годы в развитии технологии органических веществ, проблема биостимуляторов для технических растений, прежде всего в хлопководстве, селекции пшеницы и кукурузоводстве остается актуальной. Выпускаемые за рубежом биостимуляторы зачастую дороги и не всегда доступны. В связи с этим необходим дальнейший поиск новых высокоэффективных биостимуляторов, потребность в которых не уменьшается.

Большое количество исследований в области производных мочевин и бис-мочевин, проводимых в настоящее время, побуждается не только фундаментальными, научными, но и практическими потребностями. С этой точки зрения, производные мочевины и бис-мочевины представляют несомненный интерес как вещества, обладающие различной биологической, фармакологической и технической активностью. Они успешно применяются в технике как ракетное топливо, присадки к смазочным маслам и в качестве вулканизирующего агента.

В сельском хозяйстве данные вещества нашли применение как: пестициды, гербициды, акарициды, фунгициды, инсектициды (для плодовых деревьев, цитрусовых, кофе, чая, какао), ростостимуляторы и тому подобные.

Следовательно, развитие этой отрасли органической химии является сегодня актуальной проблемой, требующей глубоких разработок и научно обоснованных подходов. Разработка безотходной технологии получения и синтеза новых соединений на основе ароматических вторичных аминов и их практическое применение имеет широкие перспективы в решении первоочередных задач, прежде всего, развития сельского хозяйства, и в целом, всего народного хозяйства и роста благосостояния народа Республики Узбекистан [1].

В данной статье рассказывается о синтезе нового вещества гексаметилен- бис-[(карбазолило)-мочевины], о свойствах, растворимости и реакционной способности, об определении его химического состава, анализе некоторых физических свойств, состава и структуры с использованием методов ИК-спектроскопии.  

Экспериментальная часть

Способ получения гексаметилен- бис-[(карбазолило)-мочевины].

В четырехгорлую колбу, снабженную обратным холодильником с хлоркальциевой трубкой, механической мешалкой, термометром и капельной воронкой, помещали 16,7 мл (0,1 моль) карбазола в 60 мл диметилформамида, 25 мл триэтиламина и при интенсивном перемешивании по каплям из капельной воронки прибавляли 8,5 мл (0,05 моль) ГМДИ. Реакция продолжалась в течение 4 часов при температуре 23-39^оС. Осадок отфильтровывали, промывали дистиллированной водой 2-3 раза и сушили при комнатной температуре. Внешний вид: бело-сероватый порошкообразный продукт. Выход ^_ 22,75 г (90 %); Т.пл.=230-232 ^оС; индивидуальность полученного продукта проверяли методом ТСХ на закрепленном слое (Al₂O₃) II степени чистоты в системе 6. R_f=0,79;

Найдено, %:                                                               С 76,19; Н 5,68; N 10,88

Вычислено для С₃₂Н₃₀N₄O₂, %:                                  C 76,49; H 5,97; N 11,15

Результаты. Уравнение реакции для гексаметилен-бис [(карбазолил)-мочевины] выражается следующим образом:

Этот продукт, синтезированный впервые, представляет собой бесцветное вещество, малорастворимое в воде и легко растворимое в органических растворителях (ДМФА и др.), что подтверждается наличием двух карбамидных групп и ароматических соединений, а также растворимостью гетерополярных растворителей. Физико-химические характеристики синтезированного вещества приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Физико-химические показатели гексаметилен-бис-[(карбазолило)-мочевины]

Как видно из таблицы, выход гексаметилен- бис [(карбазолило) -мочевины] зависит от природы радикала в молекуле вторичных ароматических аминов, а также константы основности [2]. Например, в реакции с участием карбазола выход достигает 90 %. С увеличением основности увеличивается реакционная способность вторичных ароматических аминов, соответственно увеличивается выход. Высокий выход в N,N¹-гексаметилен-бис-[(карбазолило)-мочевины] можно объяснить легким переносом электронного облака связывающей группы (-N=С=O) в диизоцианат и его высокой плотностью [3; 4].

Для доказательства строения полученного вещества, кроме элементного анализа, сняты ИК-спектры.

Результаты ИК-спектроскопического, квантово-химического анализа были проанализированы с целью изучения состава и структуры синтезированного гексаметилен бис-[(карбазолило)-мочевины].

ИК-спектры исследуемого соединения были получены в спектрометре Фурье модели 400 (Perkin Elmer) с таблетками КBr в диапазоне 400-4000 см^-1, а также в спектрометре Specord-75 с таблетками КBr и измерены методом обработки Фурье. При изучении спектров поглощения изучаемых веществ использовали метод сравнения литературных данных с квантово-химическими расчетами полученных спектров колебания. При теоретическом расчете ИК-спектров использовался программный пакет Gaussian 09W базисы 6-31G метода DFT. Первоначально на этом базисе была оптимизирована молекулярная структура исследуемых веществ, а после этого были рассчитаны колебательные спектры этих молекул. На рисунке 1 показана, например, оптимизированная молекулярная структура соединения III N,N¹-гексаметилен бис-[(карбазолило)-мочевины].

Рисунок 1. Оптимизированная молекулярная структура N,N¹-гексаметилен бис-[(карбазолило)-мочевина]

В измеренных спектрах всех веществ области поглощения обычно широкие, состоящие из суммы нескольких расположенных рядом пиков. При спектроскопической идентификации веществ в ИК-диапазоне мы в основном использовали метод сравнения областей поглощения друг с другом, относительные интенсивности которых в измеренных и рассчитанных спектрах значительные (выше 5%).

Например, теоретически рассчитанные ИК-спектры исследуемого вещества показаны на рисунке 2.

Рисунок 2. Теоретически рассчитанный ИК-спектр N,N¹-гексаметилен-бис-[(карбазолило)-мочевина]

Таблица 2.

Результаты сравнения соответствия определенных пиков с колебаниями в ИК-спектрах N,N¹-гексаметилен-бис-[(карбазолило)-мочевины, измеренных в эксперименте и теоретически рассчитанных, и значениями их волновых чисел

В таблице 2 представлены результаты сравнения пиков в ИК-спектре вещества, измеренных в эксперименте и теоретически рассчитанных, с соответствующими колебаниями и значениями их волновых чисел.

Согласно литературным данным [7], ИК-спектры исследуемого вещества, близость волновых чисел областей поглощения, определенных и рассчитанных в эксперименте, полностью подтверждают предполагаемую структуру исследуемых соединений, а ИК показывает, что выбор квантово-химической расчетной модели, использованный для теоретического расчета спектров, был правильным.

Бензольные кольца в составе исследуемых соединений проявляют колебания π(C-H)(_Ar) и r(С-Н)(_Ar), соответственно наблюдаемые в областях 759-780 и 1497-1492 см^-1 ИК-спектра. Также валентное колебание атомов водорода в бензольном кольце в веществе проявляется в области 3222-3240 см^-1.

Выводы. В заключение можно сказать, что анализ ИК-спектров N,N¹-гексаметилен-бис-[(карбазолило)-мочевины] согласно литературе [5; 6; 8] и на основе сравнения со спектрами, рассмотренными квантово-химическими методами, полностью подтверждает предполагаемые структуры исследуемых соединений.

Список литературы:

1. Холбоев Ю.Х. Технология получения стимулятора роста для технических культур // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. 2019. № 11(65). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/8098
2. Холбоев Ю.Х. Синтез и разработка технологии N,N¹ –гексаметилен бис-[(аминоароил) мочевины] и их свойства : дисс. канд. хим. Наук. – Ташкент, 2012. – С. 6.
3. Холбоев Ю.Х., Махсумов А.Г., Абдурахманов У.К., Абдурахманова М.У. N,N¹-полиметилен бис-[(морфолило) мочевина] в качестве стимулятора роста // Теория и практика современной науки. – 2018. – № 1(31). – С.601–605.
4. Холбоев Ю.Х., Махсумов А.Г., Абдурахманов У.К., Абдурахманова М.У. Производные аллилового спирта в качестве ростстимулятора для овощных культур и хлопчатника // Теория и практика современной науки. – 2018. – № 1 (31). – С. 595–600.
5. Наканиси К. Инфракрасные спектры и строение органичеких соединений. – М.: Мир, 1965. – С. 216.
6. Казицына Л. Α., Куплетская Н. Б. Применение ИК-, УФ-, ЯМР-спектроскопии в органической химии : учеб. пособие для вузов. – М.: Высш. школа, 1979. – 264 с.
7. Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry / Lindon J. – 2nd Ed. – Academic Press, 2010. – Р. 3312.
8. Stuart B. H. Infrared Spectroscopy: Fundamentals and Applications. – Wiley, 2004. – 242 р.