Хлорацетилирование гидрохинона и его эфиров кислотами Льюиса

В настоящее время основную часть препаратов, применяемых в различных областях народного хозяйства составляют органические вещества и спрос на них возрастает с каждым днём. По этой причине разработка эффективных способов получения органических соединений и поиск их экономически выгодных источников является одной из важных задач науки химии. По этому направлению проделано множество работ и нашей республике.

На основе многолетних исследований группы ученых Узбекского Национального университета широко изучены реакции ацилирования ароматических соединений, фенолов и их эфиров. По литературным данным реакции хлорацетилирования двухатомных фенолов проводились в различных условиях и в зависимости от условий были получены О- или С-продукты хлорацетилирования или их смеси. В литературе не имеются сведения о хлорацетилировании гидрохинона, поэтому учеными были изучены эти реакции в присутствии каталитических количеств кислот Льюиса. В ходе исследований были изучены направление реакций, зависимость состава и количества образующихся хлорацетилпроизводных от природы и количества катализатора, а также от температуры. В частности выявлены оптимальные условия проведения реакций хлорацетилирования монометиловых и диметиловых эфиров пирокатехина, гидрохинона.

При проведении хлорацетилирования монометилового эфира гидрохинона без катализатора в гептане в течение 24 часов при 99⁰С с выходом 89,7% был получен прдукт О-хлорацетилирования – п-метоксифенилхлорацетат:

В целях изучения влияния катализаторов на ход и выход хлорацетилирования монометилового эфира гидрохинона реакция проводилась в присутствии катализатора MoCl₅ в гептане в течение 4 часов, при этом с 87% -ным выходом были получены п-метоксифенилхлорацетат и 2-гидрокси-5-метоксифенацилхлорид [1]: 

Результаты оказывают, что реакция без катализатора протекает значительно медленнее (24 часа), чем в при участии катализатора (4 часа).

Выявлено, что в присутствии малых количеств кислот Льюиса образуется смесь п-метоксифенилхлорацетата и 2-гидрокси-5-метоксифенацилхлорида [2].

Кроме этого для сравнения реакционной способности эфиров двухатомных фенолов были также проведены реакции хлорацетилирования диметилового эфира гидрохинона с каталитическими количествами FeCl₃, ТАА, ТСА и молярным количеством AlCl₃. В изысканиях благоприятных условий для повышения выхода реакции было найдено, что выход реакции С-хлорацетилирования в присутсвии FeCl₃ относительно высок (50%). В приутствии молярных количеств AlCl₃ выход реакции составляет 44%. Полученные в результате реакций с каталитическими количествами катализаторов продукты были проанализированы ГЖХ, при этом было найдено что продукт состоит из продукта С-хлорацетилирования – 2,5-диметоксифенацилхлорида (85-97%), диметилированного прдукта 2,5-дигидроксифенацилхлорида (2-10%) и малых количеств (1-5%) веществ неопределенного состава [3]: 

Таблица 1.

Результаты хлорацетилирования диметилового эфира гидрохинона (ДМЭГ)

Хлорацетилфенолы являются промежуточными продуктами при важных органических синтезах и вещества, синтезированные на их основе проявляют высокую биологическую активность [4].

В целях более глубокого изучения реакций ацилирования фенолов и их производных были проведены реакции хлорацетилирования двухатомных фенолов. Изомеры дигидроксибензола обладают несколькими реакционными центрами, поэтому реакции проводились при различных условиях. Выявлено, что при использовании хлороформа в качестве растворителя образуется только продукт О-хлорацетиллаш.

Принагревании гидрохинона с хлорацетилхлоридом в хлороформе в течение 25 часов образуется бис-1,4-О-хлорацетилгидрохинон. Реакция протекает по следующему уравнению:       

Синтезированный продукт – бис-1,4-О-хлорацетилгидрохинон был выделен определены его физико-химические константы (T_пл= 96-97⁰С). Выход продукта реакции составляет 83%. Строение продукта было доказано ИК-спектрами.

В ИК-спектре бис-1,4-О-хлорацетилгидрохинона видны полосы поглощения ароматического кольца, карбонильной группы, связей С-Cl, -С-О-С, -СН₂СО-, типов замещения в кольце:

Валентные колебания карбонильной группы в синтезированном бис-1,4-О-хлорацетилгидрохиноне дают пики при 1768-1751 см^-1, связи С-О-С – при 1089-1143 см^-1, связи =СН в ароматическом кольце – при 3072-3002 см^-1, связей С=С – при 1597-1505 см^-1. Деформационные колебания группы двух соседних СН-групп в ароматическом кольценинг (замещения 1,4) образуют частоты поглощения в области 832-812 см^-1. 

Рисунок 1. ИК-спектр бис-1,4-О-хлорацетилгидрохинона 

Экспериментальная часть

Синтез п-метоксифенилхлорацетата. В круглодонной колбе, снабженную трубкой для отведения хлороводорода и обратным холодильником растворяют в 30 мл гептана 24,8 г п-метоксифенола, после полного растворения п-метоксифенола к раствору приливают 15,6 мл хлорацетилхлорида, полученная реакционную смесь нагревают 4 часа. Окончание реакция определяют прекращением выделения хлороводорода. Реакционную смесь промывают 25 мл воды и экстрагируют 60 мл хлороформа. Хлороформ отгоняют водяным насосом и полученный продукт перекристаллизовывают в гептане. Выход реакциии 34,9 г (87%). Т_пл.=86°С. Строение полученного при реакции соединения определяют методом ИК-спектроскопии.

Синтез бис-1,4-О-хлорацетилгидрохинона. В круглодонной колбе, снабженную трубкой для отведения хлороводорода и обратным холодиль­ником растворяют 11 г (0,1 моль) гидрохинона в 15 мл хлороформа. После полного раствореия гидрохинона по каплям добавляют 22,6 г (0,2 моль) хлорацетилхлорида и реакционную смесь нагревают 25 часов. Окончание реакции определяют прекращением выделения хлороводорода. Раство­ритель отгоняют водяным насосом, выделенный продукт очищают перекристаллизацией.

Чистота полученного в результате реакции О-дихлорацетилпродукта – бис-1,4-О-хлорацетилгидрохинона контролировалась методом тонкослойной хроматографией (Silufol UB-254, в системе хлороформ:метанол 15:1; проявитель – пары иода), а также высокоэффективной жидкостной хроматографией. ИК-спектры соединений были получены в спектрометре UR-20на таблетке KBr.

Исследования реакций хлорацетилирования гидрохинона и его эфиров в присутствии кислот Льюиса показали, что в этих реакциях благодаря подвижности атома водорода гидроксильной группы фенола и высокой реакционной способности хлорацетилхлорида был достигнут высокий выход продукта О-хлорацетилирования без катализатора. Относительно низкий выход продукта С-хлорацетилирования и в присутствии катализаторов показывает малую подвижность водорода при атоме углерода в кольце гидрохинона. Значит, кислоты Льюиса как катализаторы понижают энергетичсекий порог в реакциях хлорацетилирования.