РЕАКЦИЯ ЭТИЛЕНХЛОРГИДРИНА С N,N-ДИМЕТИЛАНИЛИНОМ

АННОТАЦИЯ

Проанализированы оптимальные условия проведения реакций. Изучены факторы, влияющие на выход продукта реакции, в частности, температура, мольное соотношение реагентов, продолжительность реакции. Спектры полученных четвертичных аммониевых солей изучены физико-химическими методами (ИК, ПМР).

ABSTRACT

The biological activity of the resulting quaternary ammonium salt was studied. In addition, the optimal reaction conditions were analyzed. Factors influencing the yield of the reaction and product, parameters such as temperature, molar ratio of reagents, and reaction duration, have been studied. The spectra of the obtained quaternary ammonium salts were studied by physicochemical methods (IR, PMR)

Ключевые слова: четвертичные аммониевые соли, N,N-диметиланилин, этиленхлоргидрин, β -гидроксиэтилдиметилфениламмония хлорид, органический синтез, ацетон, растворители.

Keywords: quaternary ammonium salts, N,N-dimethylaniline, ethylene chlorohydrin, β-hydroxyethyldimethylphenylammonium chloride, organic synthesis, acetone, solvents.

Введение

Аммиак и амины можно алкилировать диалкилсульфатами с получением первичных, вторичных, третичных и четвертичных аммониевых солей:

Амины имеют пирамидальную структуру, аналогичную аммиаку, с атомом азота в вершине пирамиды. Угол между связями составляет 106-108 ⁰, что близко к значению тетраэдрического угла [1-2].    

Синтезированы четвертичные аммониевые соли на основе производных морфолина и галогенов с различными функциональными группами. [3].    

С этой целью третичный амин был впервые синтезирован из морфолина под действием алкилгалогенида при 50-60 ⁰С по приведенной выше схеме.

Холин является источником метильных групп в биохимических реакциях метилирования. Холин в основном содержится в фосфатидах или лецитинах, которые широко распространены в животных и растительных организмах. Лецитины в наибольшем количестве содержатся в яичных желтках и зерновых овощах [4-5].

Цель настоящего исследования заключается в синтезе четвертичных аммониевых солей (ЧАС) на основе реакции взаимодействия ароматических третичных аминов с этиленхлогидрином и их исследование с применением физических и физико-химических методов анализа.

Экспериментальная часть

Синтез целевых продуктов проводили в соответствии со следующей реакцией:

Для этого были использованы этиленхлоргидрин  5 г, 4,16 мл, (0,06 моль);

N,N диметиланилин 7,5 г, 7,86 мл, (0,06 моль); этилацетат 17,98 мл.

Мольные соотношения веществ

Для проведения этой реакции брали две пробирки емкостью 15 мл, в первую добавьте 7,86 мл N,N-диметиланилина и добавляли этилацетат до объема 15 мл. Полученную смесь переливали в стакан емкостью 50 мл.

Во вторую пробирку прибавляли 4,16 мл этиленхлоргидрина, растворяли его в этилацетате до объема 15 мл и вливали в стакан с раствором N,N-диметиланилина в этилацетате, интенсивно перемешивая.

Смесь оставляют при комнатной температуре на 2 дня. Образовавшиеся кристаллы отфильтровывали, промывали гептаном и сушили в эксикаторе с безводным СаСl₂.

β -гидроксиэтилдиметилфениламмония хлорид представляет собой белое кристаллическое вещество, температура плавления которого из литературных источников не была найдена. Это может быть объяснено чрезвычайно гигроскопичными свойствами этого соединения. Выход хлорида β-гидроксиэтилдиметилфениламмония (9,3 г) составляет 75%.

Результаты и их обсуждение

В соответствие с поставленной целью нами удалось получить четвертичные аммониевые соли и выделить их в чистом виде, что позволило провести их дальнейшее изучение с применением физических и физико-химических методов анализа. В ходе этого были изучены и оптимизированы условия получения целевого продукта. Отмечается, что при проведении реакции в мольном соотношении реагентов 1:1 в растворителе этилацетате при комнатной температуре стенки сосуда нагревались и образовывалась бесцветная маслянистая жидкость. Образовавшуюся маслянистую жидкость удаляли из растворителя под вакуумом в предварительно взвешенную емкость, которую помещали в эксикатор. С целью увеличения выхода продукта реакции и определения оптимальных условий проводили органический синтез с применением  различных растворителей. Полученные результаты приведены в таблице 1

Таблица 1.

Влияние растворителей на выход хлорида β-гидроксиэтилдиметил- фениламмония

Как видно из результатов таблицы, выход продукта составил 75% при мольном соотношении реагентов 1:1 в  этилацетате

Перед идентификацией продукта его очищали с помощью колоночной хроматографии. Строение продукта хлорида b-гидроксиэтилдиметилфениламмония подтверждено данными ИК-спектра (Рис.1). Температура плавления синтезированной четвертичной аммониевой соли хлорида b-гидроксиэтилдиметилфениламмония составляет 115-117⁰С.

Рисунок 1. ИК-спектр хлорида β-гидроксиэтилдиметилфениламмония

ИК-спектр: v_(R)4N+ =2969, в области поглощения видны симметричные валентные колебания, соответствующие –N+. В области поглощения 1397-1475 см^-1видны интенсивные валентные колебания, принадлежащие группе SN₂. На частоте 3390 см^-1наблюдаются колебания, характерные для ОН.

Заключение

Осуществлен синтез хлорида β-гидроксиэтилдиметилфениламмония взаимодействием N,N-диметиланилина с этиленхлогидрином в присутствии различных растворителей. Показано, что лучший выход продукта наблюдается при использовании в качестве растворителя этилацетата при мольном соотношении реагирующих веществ 1:1. Проведены физико-химические и физические исследования синтезированного четвертичной аммониевой соли. Установлена температура плавления вещества 115-117⁰С. Изучен ИК-спектр хлорида β-гидроксиэтилдиметилфениламмония, позволяющий проводить его идентификацию.

Список литературы:

1. Weihong Jia, Xiaoping Rao, Zhanqian Song,  Shibin Shang.  Microwave-Assisted Synthesis and Properties of a Novel Cationic Gemini Surfactant with the // Hydrophenanthrene Structure.  J Surfact Deterg (2009) 12:261–267.с..
1. 2. Auraya Manaprasertsak, Sorachat Tharamak, Christina Schedl, Alexander Roller, Michael Widhalm. Improved Access to Chiral Tetranaphthoazepinium-Based Organocatalysts Using Aqueous Ammonia as Nitrogen Source.Molecules 2019, 24, 3844. 1-18 p. doi:10.3390/molecules24213844, Coralie Thomas, Sebastien Brut, Brigitte Bibal. Quaternary ammoniums and a cationic sodium complex as supramolecular catalysts in ring-opening of epoxides by amines. // Tetrahedron 70 (2014) 1646-1650.
2. Kevin P.C. Minbiole, Megan C. Jennings, Laura E. Ator, Jacob W. Black, Melissa C. Greniera, Jade E. LaDowc, Kevin L. Caran, Kyle Seifert, William M. Wuest. From antimicrobial activity to mechanism of resistance: the multifaceted role of simple quaternary ammonium compounds in bacterial eradication. // Tetrahedron (2016) 1-8 р. .doi.org/10.1016/j.tet.2016.01.014.
3. Tomohisa Noguchi , Chunji Li , Daisuke Sasaki , Kuniyo Yamada , Kazuhiko Saigoc,  Yasuhiro Ishidab. Cyclophane-shaped ionic liquids with planar chirality: Effects of bridge unit on thermal properties and chirality-recognition ability. // Tetrahedron. 2016. 1-15 р. DOI: 10.1016/j.tet.2016.01.058 .
4. Warayuth Sajomsang, Pattarapond Gonila, Supawan Tantayanon. Antibacterial activity of quaternary ammonium chitosan containing mono or disaccharide moieties: Preparation and characterization. // International Journal of Biological Macromolecules 44 (2009) 419–42 с.