Синтез 1,4- фенилен дикарбоксиметиленгликолята

АННОТАЦИЯ

В статье представлены результаты изучения реакций хлорацетилирования гидрохинона и натриевой соли гликолевой кислоты с дихлорацетилгидрохиноном в присутствии диметилформамида и диметилсулфоксида. Высокие выходы достигнуты в реакции 1,4- фенилен дикарбоксиметиленгликолята в присутствии диметилформамида в качестве растворителя. Строение полученных веществ установлено методами ИК- и УФ- спектроскопии.

ABSTRACT

The article presents the results of the study of the reaction of the sodium salt of glicolic acid dichloracetylhydroquinone in presence of dimethylformamide and dimethylsulfokside. The experiments attained the best exposures in the presence of dimethylformamide. The structure of the obtained materials are installed by means of  IR- and UF- spectroscopy.

Ключевые слова: гидрохинон, хлорацетилхлорид, хлорацетилирование, бис-1,4-О-хлорацетилгидрохинон, натрий гликолят, нуклеофильное замещение, диметилформамид, спектроскопия.

Keywords: hydroquinone, chloroacetylchloride, chloroacetylation, bis-1,4-O- chloroacetylhydroquinone, sodium glycolate, nucleophilic substitution, dimethylformamide, spectroscopy.

Введение. Гликолевая кислота обладает рядом важных свойств, обусловливающих ее широкое практическое применение в медицине: она широко используется в качестве мономера для получения биоразлагаемых гомополимеров и сополимеров с заданными свойствами, используемых, главным образом, в медицине в качестве саморассасывающихся имплантатов. Полимеры на основе гликолевая кислота могут применяться в качестве барьерных материалов, препятствующих проникновению кислорода в упаковку, например, тетрапаки. Благодаря малым размерам молекулы данное органическое соединение обладает высокой проникающей способностью, что стало одной из основных причин использования вещества в косметологической практике для нормализации процессов обмена и кожной микроциркуляции, что позволяет эффективно бороться с гиперкератозом, себореей, целлюлитом, ихтиозом, фотостарением и повышенной сухостью кожи. Кроме того гликолевая кислота низко токсична, поэтому она заменяет гораздо более вредные средства на основе щавелевой кислоты при производстве промышленных чистящих средств и средств, применяемых для дезинфекции контура циркуляции диализной жидкости гемодиализных аппаратов. Вещество используют для реабилитации водозаборных скважин, в кожевенной, нефтегазовой, металлообрабатывающей, фармацевтической и пищевой промышленности [1-3].  В литературе мало сведений, посвященные синтезу эфирам окси кислоты и они посвящены в основным синтезу метиловый и этиловый эфиры. Другие высшие эфиры окси кислоты получены переэтерификацией метиловый эфиры. Известно, что натриевые или калиевые соли карбоновых кислот широко применяются в качестве промежуточных соединений при получении их сложных эфиров [4].

Методы и материалы. Чистота полученного продукты реакции О-дихлорацетилпродукта – бис-1,4-О-хлорацетилгидрохинона контролировалась методом тонкослойной хроматографией (Silufol UB-254, в системе хлороформ-метанол 20:1; проявитель – УФ лучей). ИК-спектры соединений были получены в спектрометре UR-20 на таблетке KBr. Спектры поглощения измеряли на спектрофотометре СФ-46 и КФК-3 [5].

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 25 мл хлороформа. После полного раствореия гидрохинона по каплям добавляют 22,6 г (0,2 моль) хлорацетилхлорида и реакционную смесь нагревают 16 часов. Окончание реакции определяют прекращением выделения хлороводорода. Растворитель отгоняют водяным насосом, выделенный продукт очищают перекристаллизацией из этанола.

Получение 1,4- фенилен дикарбоксиметиленгликолята. 1,96 г безводного гликолевокислого натрия растворяют в 50 мл диметилформамиды, затем прибавляют 2,63 г дихлорацетилгидрохинона, перемешивают при нагревании 150 ℃ в течение 5 ч. Продукты реакции разлагают водой и экстрагируют этилацетатом. После высушивания и отгонки растворителя выделяют 2,6 г (76%) 1,4- фенилен дикарбоксиметиленгликолята.

Результаты и обсуждение. В реакциях солей карбоновых кислот с алкилгалогенидами можно получить, в определённых условиях, сложные эфиры с высоким выходом. Метод отличается тем, что эфиры получаются без побочных продуктов. Очистка эфиров проста и не требует сложных операций. Раньше в этих реакциях были использованы в качестве растворителя протонные растворители и по-видимому, по этой причине выход продукта был невысоким. Применение апротонных растворителей или метода межфазного катализа привели к увеличению выхода продукта и метод получения сложных эфиров, разработанный на основе этих условий оказался эффективным. Литературные данные по получению сложных эфиров на основе солей карбоновых кислот показывают, что в этих реакциях использованы в качестве растворителей диметилформамид (ДМФА), диметилсульфоксид (ДМСО), диметилацетамид (ДМАА) и другие апротонные растворители [6]. Среди них наибольшие применение имеет диметилформамид. На основе методик, приведенных в литературе мы исследовали реакции натриевой соли окси кислоты с дихлорацетил гидрохиноном. В качестве растворителя в этих реакциях использовали диметилформамид.

Хлорацетилфенолы являются промежуточными продуктами при важных органических синтезах и вещества, синтезированные на их основе проявляют высокую биологическую активность [7].

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-хлорацетилировании.

При нагревании гидрохинона с хлорацетилхлоридом в хлороформе в течение 16 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= 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.

Проведением реакции гликолят натрия с бис-1,4-О-хлорацетилгидрохинона в среде ДМФА в мольных соотношениях 1:1:3 соответственно в течении 5 часов получен продукт с выходом 76%. Дальнейшее увеличение продолжительности реакции и мольых соотошений реагентов не влияло на выход продукта. Поэтому эти условия реакции можно считать оптимальными. Уравнение реакции имеет следующий вид:

В связи с этим уравнение и механизм реакции пара-метоксифенилхлорацетата с натрий гликолятом в присутствии диметилформамида сольватация катиона натрия дает возможность проникновения  НОСН₂СОО^-  иона в органической слой и облегчает реакцию.

Схему механизма образования продуктов проведенных реакций можно представить следующим образом:

Эту схему можно применить на другие аналогичные реакции. На основе вышеприведенных исследований механизм реакции гликолята натрия с бис-1,4-О-хлорацетилгидрохинона в среде диметилформамида можно представить следуюшим образом: диметилформамид сольватирует катион натрия гликолята и тем самым увеличивает реакционную способность гликолят аниона.

Таблица 1.

Некоторые физико-химические константы1,4- фенилен дикарбоксиметиленгликолята

Системa: 1) Хлороформ-метанол (20:1)

В ИК спектре 1,4- фенилен дикарбоксиметиленгликолята: в области 1663 см-1 наблюдается сильное поглошенние, характерное для дизамешенного ароматического кольца, при 3071 см^-1 наблюдается слабое поглощение, характерное для дизамещенного ароматического кольца, в области 1470 см^-1 наблюдается средний максимум поглощения, характерный для дизамещенного ароматического кольца. При 1763-1725 см^-1 наблюдается максимум сильного поглощения, характерное для сложных эфиров гликолевой кислоты [8].

Заключение. 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.

Список литературы:
1. Солдатенков А.Т., Колядина Н.М., Шендрик И.В. Основы органической химии лекарственных веществ. М.: Химия, 2001. С. 56-57.
2. Машковский М.Д. Лекарственные средства ч.1., М., Медицина 1987, - с. 472.
3. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Химия, 1979, – С. 480.
4. Альбицкая В.М. и др. // Лабораторные работы по органической химии. Под.ред. Гинзбурга О.Ф., Петрова А.А. -М.: Высшая школа., 1970. С. 293.
5. Чориев А.У. Хлорацетилирование замещенных метоксифенолов и синтезы на основе хлорацетил продуктов // Дисс. на соиск канд. хим. наук. Т., 2017, С. 45.
6. Абдушукуров А.К., Чориев А.У. Реакции нуклеофильные замещение на основе пара- хлорфенилхлорацетата // Вестник НУУз. Ташкент. -2012, №3, С. 61-63.
7. Холиков Т.С., Бобоназарова С.Х., Таджимухамедов Х.С. Получение бензилбензоата из бензоата натрия и хлористого бензила в присутствии малых количеств диметилформамида // Докл.Акад. наук РУз. – Ташкент, 2005. -№1. - С. 34-36.
8. Беллами Л. Новые данные по ИК- спектрам сложных молекул // М.: Мир, 1971. 318 б.