ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА ВЫХОД 3-БРОМ-2,3-ДИЙОДА ПРОПЕН-2-ОЛ-1

АННОТАЦИЯ

Исследовано влияние различных факторов на процесс синтеза 3-бром-2,3-дийод пропен-2-ола-1 на основе пропаргилового спирта и определены оптимальные условия. Изучено влияние природы катализаторов (LiOH, NaOH, КОН, RbOH). Установлено, что наиболее высокий выход основного продукта в присутствии RbOH. Эффективная концентрация катализатора составляет 25% раствор RbOH.

Также изучено влияние продолжительности реакции и температуры (10-60⁰С) процесса на выход целевого продукта. Установлено, что таковыми являются 3 часа и температура 20⁰С.

Структура синтезированного вещества установлена методами ЯМР и ИК-спектроскопии..

ABSTRACT

The influence of various factors on the synthesis of 3-bromine-2,3-diiodo propene-2-ol-1 based on propargyl alcohol was investigated and optimal conditions were determined. The influence of the nature of catalysts (LiOH, NaOH, KOH, RbOH) has been studied. It was found that the highest yield of the main product in the presence of RbOH. The effective concentration of the catalyst was 25% solution of RbOH.

The effect of the reaction time and temperature (10-60⁰C) of the process has also been studied. It was revealed that the optimal duration of the reaction was 3 hours and the temperature was 20⁰C.

The structure of the synthesized substance was studied by NMR and IR spectroscopy methods and its structure was confirmed.

Ключевые слова: пропаргиловый спирт, катализатор, натриевая щелочь, калиевая щелочь, концентрация, 3-бром-2,3-дийодпропен-2-ол-1, галоген, температура, выход, бром, йод, ИК-спектроскопия, ЯМР-спектроскопия.

Keywords: propargyl alcohol, catalyst, sodium alkali, potassium alkali, concentration, 3-bromine-2,3-diiode propene-2-ol-1, halogen, temperature, yield, bromine, iodine, IR spectroscopy, NMR spectroscopy.

Введение

Ненасыщенные спирты и их производные занимают важное место среди продуктов органического синтеза. В настоящее время большое внимание в мире уделяется получению галогенпроизводных на основе пропаргилового спирта [1-2]. Эти соединения многофункциональны по своей природе и также широко используются во многих областях, включая фармацевтику в качестве фунгицидных, бактериокислотных и антимикробных средств, сельское хозяйство в качестве гербицидов, промышленность в качестве ингибиторов коррозии, а также в качестве антипиренов для полимерных композиционных материалов [3-5].

Среди галогенпроизводных пропаргилового спирта наиболее значи-мыми являются пропаргилбромид, пропаргилхлорид, 2,3,3-трийодпропен-2-ол-1, 3-бром-2,3-дийодпропен-2-ол-1, 3-йодпропин-2-ол-1 и 3-бромпропин-2- ол-1 [6-7].

Цель исследования. Исследование синтеза бром, йод производных пропаргилового спирта, на основе кристаллов 3-бром-2,3-дийодпропен-2-ол-1 показывает зависимость выхода продукта реакции от природы и концентрации катализатора, температуры и продолжительности реакции.

Объект и методы исследования. Объектами исследования являются пропаргиловый спирт (Т_к= 113,6°С,d= 0,9485г/см³, n²⁰_D = 1,4322), NaOH (Т_к= 1403°С,d= 2,13г/см³, n²⁰_D = 1,457), KOH (Т_к= 1325°С,d= 2,044г/см³, n²⁰_D = 1,409), LiOH (Т_к= 925 °С,d= 1,46г/см³, n²⁰_D =1,460 ), RbOH (Т_к= 1390°С,d= 3,203г/см³, n²⁰_D =1,4), бром(Т_к= 184,35°С,d=4,93 г/см³), кристаллы йода(Т_к= 184,35°С,d= 4,93г/см³) и этилацетат (Т_к= 77,1°С,d= 2,345г/см³, n²⁰_D = 1,489).

Структура синтезированного соединения была изучена методами ИК-, ЯМР-спектроскопии. ЯМР-спектры регистрировали на спектрометре JNM-ECZ400R (Jeol, Япония) для ¹H и ¹³C в растворе CDCl₃ и ССl₄ при рабочей частоте 600 МГц. ИК-спектры получали на спектрофотометре Shimadzu IR Tracer-100.

Синтез 3-бром 2,3-дийода пропен-2-ол-1

3-бром-2,3-дийодпропен-2-ол-1 был синтезирован непосредственным взаимодействием брома с пропаргиловым спиртом в присутствии катализаторов щелочей (LiOH, NaOH, KOH, RbOH), а затем кристаллического йода с полученным промежуточным продуктом. Для этого в трехгорлую колбу вносили 2,8 г пропаргилового спирта и 50 мл воды, при перемешивании по каплям добавляли 8 г брома и 25%-ный раствор щелочи в качестве катализатора. Реакционную смесь перемешивали при 20°С в течении 3 часов. Затем добавляли 12,7 г кристаллического йода, по каплям добавляли 25% раствор щелочи и перемешивали еще 3 часа. Полученную смесь экстрагировали этилацетатом и экстракт промывали водой. Его сушили в вакууме и получали 10,1 г продукта 3-бром-2,3-дийод пропен-2-ол-1 (Т_к=125-126°С), выход составил 65,40%. 

Полученные результаты и их обсуждение

В исследовании был синтезирован 3-бром-2,3-дийод пропен-2-ол-1 в различных условиях реакции и изучено влияние различных факторов на выход продукта: природа и концентрация катализатора, температура и продолжительности времени.

Химический процесс синтеза основан на следующем уравнении реакции:

Изучено влияние температуры на выход 3-бром-2,3-диода пропен-2-ола-1 в интервале температур 10-60°С. Полученные результаты представ-лены в табл. 1.

Таблица 1.

Влияние температуры на выход 3-бром-2,3-дийод пропен-2-ол-1

Анализ результатов, представленных в таблице 1, показывает, что оптимальная температура выхода основного продукта составила 20⁰С. Дальнейшее повышение температуры приводит к снижению выхода 3-бром-2,3-дийода пропен-2-ола-1. Это объясняется тем, что основной продукт содержит двойную связь, и при высокой температуре могут образовываться олигомеры и полимеры.

Также было исследовано влияние природы катализатора на выход

3-бром-2,3-дийода пропен-2-ола-1. Результаты этого эксперимента представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Влияние природы катализаторов на выход 3-бром-2,3-дийода пропен-2-ола-1

Анализ результатов исследования (табл.2) показывает, что среди испытанных катализаторов эффективным оказался RbOH. Это можно объяснить высокой силой основания RbOH, используемого в качестве катализатора.

Известно, что на кинетику химической реакции существенно влияет концентрация катализатора. Поэтому также изучено влияние концентрации катализаторов на выход 3-бром-2,3-дийода пропен-2-ола-1. Результаты представлены на рисунке 1.

Рисунок 1.Влияние концентрации катализатора на выход 3-бром-2,3-дийода пропен-2-ола-1:1) RbOH; 2) KOH; 3) NaOH; 4) LiOH

Анализ результатов исследований (рис. 1) показал, что с увеличением концентрации катализатора до 25 мас.% увеличивется выход основного продукта. Когда концентрация катализатора достигает 30,0 масс. % было обнаружено, что выход 3-бром-2,3-дийода пропен-2-ола-1 значительно снижается. Это связано с тем, что более 25 мас.% катализатора реагирует с первоначально реагирующими галогенами, т.е. образует бромиды и броматы, которые приводит к снижению выходного основного продукта.

Другим главным фактором, влияющим на выход реакции галогенирования пропаргилового спирта, является продолжительность реакции. Исследована зависимость выхода 3-бром-2,3-дийода пропен-2-ола-1 от времени продолжительности реакции, результаты котрой приведены в табл. 3.

Таблица 3.

Влияние продолжительности времени реакции на выход 3-бром-2,3-дийод пропен-2-ол-1

Анализ результатов исследования (табл. 3) показывает, что с увели-чением времени реакции до 3 часов выход реакции постепенно увеличивается и достигает 65,4 мас.%, а при дальнейшем увеличении времени реакции выход 3-бром 2,3-дийода пропен-2-ола-1 уменьшается. Это можно объяснить образованием олигомерых и полимерных продуктов.

Струкура синтезированных веществ изучена с использованием физико-химических методов анализа, таких как ИК- и ЯМР-спектроскопический. ИК-спектр пропаргилового спирта, одного из исходных материалов, показан на рисунке 2.

Рисунок 2. ИК-спектр пропаргилового спирта

В ИК-спектре пропаргилового спирта обнаружено сильное деформационное колебание, связанное с группой –ОН, в области 3290 см^-1. Также в спектре присутствуют слабые валентные колебания группы –СН₂ в области 2927-2870 см^-1, а деформационные колебания этой группы наблюдались в области 1448-1410 см^-1. Линии деформационного поглощения при  2119 см^-1 относятся к –СС–группе. Кроме того, в области спектра 914-638 см^-1 можно наблюдать средние по интенсивности деформационные колебания группы HO–CH₂ –.

На рис. 3 приведены ИК-спектр полученного 3-бром-2,3-дийода про-пен-2-ол-1.

Рисунок 3. ИК-спектр 3-бром-2,3-дийода пропен-2-ол-1

В ИК-спектре образца 3-бром-2,3-дийода пропен-2-ол-1 обнаружено сильное деформационное колебание, связанное с группой –CH₂–C=C–, в области 3177 см^-1. Также в спектре присутствуют слабые валентные колебания группы –СН₂ в области 2920 см^-1, а деформационные колебания этой группы наблюдались в области 1410 см^-1. Линии деформационного поглощения в области 1620 см^-1 относятся к группе –С=С–. Кроме того, в спектре наблюдаются валентные ассимметричные колебания группы =C–CH₂ в области поглощения 1547 см^-1 и умеренно интенсивные деформационные колебания в области 773-557 см^-1. В области 1022–1047 см^-1 выявлены сильные деформационные колебания, связанные с группой HO–CH₂–.

Структура 3-бром-2,3-дийода пропен-2-ола-1 была также исследована методом ЯМР-спектроскопии. Спектры ЯМР приведены на рисунках 4 и 5.

Рисунок 4. Спектр ЯМР ¹H 3-бром-2,3-дийода пропен-2-ола-1

При анализе спектра ЯМР ¹H 3-бром-2,3-дийода пропен-2-ола-1 наблюдаются сигналы протонов (600 МГц, Хлороформ-d:CCl4, δ, м.д., J/Gs) в группе –CH₂– водорода составляют 4,57-4,56 м.д., атомы водорода, принадлежащие группе –ОН в соединении, составляют 3,29-3,27 м.д. Было обнаружено, что он подает соответствующие сигналы в интервалах. Кроме того, углерод во 2-м положении, связанном двойной связью в соединении, составляет 109,57 м.д., атом углерода, принадлежащий группе –CH₂ 72,68 м.д., а углерод в 3-м положении 53,48 м.д. показывал соответствующие сигналы. Полученные спектры подтверждают структуру синтезированного вещества 3-бром-2,3-дийода пропен-2-ол-1.

Рисунок 5. Спектр ЯМР ¹³C 3-бром-2,3-дийода пропен-2-ола-1

Заключение

Исследовано влияние различных факторов на процесс синтеза 3-бром-2,3-дийода пропен-2-ола-1 на основе пропаргилового спирта и определены оптимальные условия. Изучено влияние природы катализаторов (LiOH, NaOH, КОН, RbOH). Определено, что наиболее высокий выход основного продукта происходит в присутствии RbOH. Эффективная концентрация катализатора составила 25% раствор RbOH.

Также изучено влияние продолжительности реакции и температуры (10-60⁰С) процесса. Выявлено, что оптимальная продолжительность реакции составляет 3 часа при температуре 20⁰С.

Строение синтезированного вещества подтверждено методами ЯМР и ИК-спектроскопии.

Список литературы:

1. Подобаев Н.И., Котов В.И. К механизму защитного действия пропаргилового спирта при коррозии стали в соляной кислоте //Журн. прикл. химии, Т.42, №7, 1969. – С.1569–1575.
2. Croce R., Malegori C., Oliveri P., Medici I., Cavaglioni A., и Rossi C. Prediction of quality parameters in straw wine using IR spectroscopy in combination with multidimensional data processing // Chemistry of food products. – 2020. – T. 305. – P. 125512.
3. Мао Дж., Цао X., Олк Д.С., Чу В., Шмидт–Рор К. Усовершенствованная твердотельная ЯМР–спектроскопия природного органического вещества // Успехи ядерно–магнитной резонансной спектроскопии. – 2017. – Т. 100. – С. 17–51.
4. Ахтамов Д.Т., Мухиддинов Б.Ф., Махсумов А.Г. и Джалилов А.Т. Синтез арилпропаргиловых эфиров с диалкиламинами и исследование их некоторых физико–химических свойств. “Химия и химическая технология // Химия и химическая технология, научно–технический журнал. – 2022. - № 3. -  С. 38–45.
5. Ахтамов Д.Т., Мухиддинов Б.Ф., Махсумов А.Г. Cинтез фенокси–(бутин–2)–диэтиламина и исследование его некоторых физико–химических свойств // “Кимёнинг ривожида фундаментал, амалий тадқиқотлар ва уларнинг истиқболлари“ мавзусидаги республика илмий–амалий конференцияси материаллари, Тошкент, 2022 й.. -  С. 132–133.
6. Ахтамов Д.Т., Мухиддинов Б.Ф., Махсумов А.Г., Турдиева О.Д. “Синтез фенокси–(бутин–2)–диметиламин” “Кимёнинг ривожида фундаментал, амалий тадқиқотлар ва уларнинг истиқболлари“ мавзусидаги республика илмий–амалий конференцияси материаллари, Тошкент, 2022 й., С. 129–130.
7. Ахтамов Д.Т., Мухиддинов Б.Ф., Махсумов А.Г., Вапоев Х.М. и Бекназаров Х.С. Синтез проп–2–иноксибензола и его производных в присутс-твии пропаргила бромида // Universum: химия и биология. -  2021. -№ 11 (89). – С.24–28.