SYNTHESIS AND STUDY OF THE PROPERTIES OF SUBSTITUTED BENZYLIDENEPINACOLINE

АННОТАЦИЯ

В работе рассматривается замещенный бензилиденпинаколин. Его получение осуществлено конденсацией 4-(диметиламино)-3-нитробензальдегида с пинаколином в условиях реакции Кляйзена-Шмидта. Соединение имеет вид мелких игл ярко-оранжевого цвета с температурой плавления 100-101 °С. Вещество хорошо растворимо как в неполярных, так и полярных органических растворителях. Для изучения спектральных свойств продукта использованы методы электронной и ИК Фурье спектроскопии. Представлены результаты квантовохимического расчета молекулы. Проведено компьютерное прогнозирование биологической активности соединения.

ABSTRACT

This work examines substituted benzylidenepinacoline. Its preparation was carried out by condensation of 4-(dimethylamino)-3-nitrobenzaldehyde with pinacoline under the conditions of the Claisen-Schmidt reaction. The compound has the appearance of small needles of bright orange color with a melting point of 100-101 °C. The substance is highly soluble in both non-polar and polar organic solvents. To study the spectral properties of the product, methods of electronic and IR Fourier spectroscopy were used. The results of a quantum chemical calculation of the molecule are presented. Computer prediction of the biological activity of the compound was carried out.

Ключевые слова: пинаколин, реакция Кляйзена-Шмидта, бензилиденпинаколин, электронная спектроскопия, ИК Фурье спектроскопия, PASS Online.

Keywords: pinacoline, Claisen-Schmidt reaction, benzylidenepinacoline, electron spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, PASS Online.

Введение

Пинаколин (3,3-диметил-2-бутанон) относится к кетонам, имеющим в своей структуре активную метильную группу. Высокая реакционная способность позволяет использовать его в синтезе замещенных гетероциклов [1-5] и в качестве модельного соединения при изучении органических реакций [6]. Ряд производных арилиденпинаколина обладают фунгицидной активностью [7]. Поэтому синтез новых производных пинаколина и изучение их свойств является актуальным и перспективным направлением для исследований.

Представленный материал является продолжением работы [8], в качестве объекта исследования в данном случае выступает замещенный бензилиденпинаколин (I).

Цель работы заключается в изучении конденсации 4-(диметиламино)-3-нитробензальдегида с пинаколином в условиях реакции Кляйзена-Шмидта и исследовании физико-химических свойств образующегося арилиденового соединения.

Экспериментальная часть

Синтез замещенного бензилиденпинаколина основан на методике [9]. Химизм синтеза демонстрирует схема на рис. 1. Смесь исходных компонентов перемешивали в течение 24 часов. Образовавшийся осадок отфильтровали, промыли водой до нейтральной реакции фильтрата и высушили в сушильном шкафу при температуре 75 °С.

Рисунок 1. Химизм синтеза

Замещенный бензилиденпинаколон (I) – мелкие иглы ярко-оранжевого цвета с температурой плавления 100-101 °С, не растворим в воде, хорошо растворим в неполярных и полярных органических растворителях. Выход продукта составил 62 %. Его индивидуальность подтверждена данными тонкослойной хроматографии (R_f 0,90, силуфол, растворитель ацетон, элюент этиловый спирт).

Материалы и методы

В работе использованы химические вещества и растворители реактивной квалификации.

Температура плавления определена на приборе Stuart SMP40.

Инфракрасный спектр соединения (I) получен на Фурье спектрометре ФСМ 1201 в таблетках KBr. Обработку и анализ спектра проводили с использованием информационно-поисковой системы по ИК спектроскопии ZAIR^TM и литературных источников [10, 11].

Электронные спектры замещенного бензилиденпинаколина (I) измерены на спектрофотометре EcoView УФ-3200 в гексане и изопропиловом спирте.

Результаты и их обсуждение

Взаимодействие замещенного бензальдегида и пинаколина протекает в водно-спиртовой среде в присутствии щелочного катализатора. По окончании реакции продукт выделяется в твердом виде, поэтому затруднений с его выделением не возникает. По данным тонкослойной хроматографии установлена индивидуальность выделенного вещества. Для синтезированного соединения получены данные ИК Фурье и электронной спектроскопии.

В ИК спектре выделены характеристические полосы колебаний атомов и связей в молекуле, их положение и отнесение приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Данные ИК Фурье спектроскопии

В электронном спектре в интервале длин волн от 300 до 500 нм в спектрах присутствует одна полоса поглощения, проявляющаяся при 339 нм в гексане и при 346 нм в изопропиловом спирте (рис. 1). Данная полоса характеризует p®p* электронные переходы в молекулярном хромофоре. При переходе от неполярного гексана к полярному изопропиловому спирту наблюдается незначительный батохромный сдвиг максимума поглощения. Это наблюдение хорошо согласуется с теоретическими представлениями о влиянии полярности растворителя на положение спектральных максимумов [12].

В теоретической части исследования выполнен квантовохимический расчет молекулы (I) с использованием полуэмпирических методов. Результат расчета в виде 3D модели представлен на рис. 2. Из рисунка видно, что для молекулы характерны стерические искажения, обусловленные влиянием объемного трет-бутильного радикала. Это приводит к затруднению электронных переходов в молекуле и неравномерности распределения электростатического потенциала.

Рисунок 1. Электронные спектры соединения (I) в различных растворителях: 1 – в гексане; 2 – в изопропиловом спирте

Рисунок 2. Геометрия молекулы (I) с распределением электростатического потенциала

В заключение исследования проведен скрининг спектра биологической активности замещенного бензилиденпинаколина (I) на платформе PASS Online [13, 14]. Получены значения (в долях единицы) вероятности наличия Ра и вероятности отсутствия Pi активности, в табл. 2 приведены их виды при Pa > 0,6. Из представленных данных следует, что замещенный бензилиденпинаколин (I) можно отнести к потенциально активным веществам с широким спектром направленности и его можно рекомендовать для экспериментального изучения.

Таблица 2.

Виды биологической активности и соответствующие им значения Ра и Pi

Вывод

Таким образом, синтезированный замещенный бензилиденпинаколин является интересным и перспективным соединением и заслуживает дальнейшего всестороннего изучения.

Список литературы:

1. Кузьмина К.М., Виноградов А.Н., Козьминых В.О. Конденсация метилкетонов с диалкилоксалатами и цианацетамидом в синтезе эфировпиридин-4-карбоновых кислот // Вестник Оренбургского государственного университета. 2011. №12 (131). С.402-403.
2. Виноградов А.Н., Козьминых В.О. Простой метод синтеза эфиров 5-трет-бутилпиразол-3-карбоновых кислот // Башкирский химический журнал. 2011. Т.18. №3. С.74-76.
3. Synthesis, analgesic and antimicrobial Activity of N-Hetarylamides of 2-(2-diarylmethylene)hydrazono)-5,5-dimethyl-4-oxohexanoic Acid / A.I Siutkina [et al.] // ChemChemTech. 2022. Vol.65. №3. P.74-82 (DOI: 10.6060/ivkkt.20226503.6522).
4. Виноградов А.Н., Козьминых В.О., Козьминых Е.Н. Синтез эфиров 5-гидрокси-4,5-дигидроизоксазол-3-карбоновых кислот // Башкирский химический журнал. 2014. Т.21. №2. С.104-106.
5. Виноградов А.Н., Козьминых В.О. Новый метод получения эфиров 1-карбамоил-5-трет-бутил-5-гидроксипиразолин-3-карбоновой кислоты // Вестник Пермского государственного гуманитарно-педагогического университета. Серия № 2. Физико-математические и естественные науки. 2013. №1. С.75-77.
6. 1,6-Диалкилзамещенные 3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионы: синтез, строение и реакции с N-динуклеофилами / О.Г. Карманова [и др.] // Вестник Пермского государственного гуманитарно-педагогического университета. Серия № 2. Физико-математические и естественные науки. 2013. №1. С.80-90.
7. Талисманов В.С., Попков С.В., Архипова О.Н. Синтез и фунгицидная активность азолилметилдиоксолановых производных арилиденпинаколина – аналогов диниконазола // Химическая промышленность сегодня. 2007. №5. С.32-35.
8. Куликов М.А. Конденсация 4-диметиламинобензальдегида с пинаколином в условиях щелочного катализа // The Scientific Heritage. 2021. №60. Vol.1. Р.13-16 (DOI: 10.24412/9215-0365-2021-60-1-13-16).
9. Синтезы органических препаратов. Сборник 1 / Пер с англ. А.Ф. Плате, под ред. Б.А. Казанского. Москва. Издатинлит. 1949. с.79.
10. Преч Э., Бюльманн Ф., Аффольтер К. Определение строения органических соединений. Таблицы спектральных данных. М. Мир; БИНОМ. Лаборатория знаний. 2006. 438 с.
11. Tasumi M., Sakamoto A. Introduction to Experimental Infrared Spectroscopy. Fundamentals and Practical Methods. Wiley. 2015. 389 p.
12. Свердлова О.В. Электронные спектры в органической химии. Ленинград. Химия. 1985. 248 с.
13. Поройков В.В. Компьютерное конструирование лекарств: от поиска новых фармакологических веществ до системной фармакологии // Биомедицинская химия. 2020. Т.66. Вып.1. С.30-41 (DOI: 10.18097/PBMC20206601030).
14. Компьютерный прогноз спектров биологической активности органических соединений: возможности и ограничения / В.В. Поройков [и др.] // Известия Академии наук. Серия химическая. 2019. №12. С.2143-2154.