Содержание к диссертации
Введение
1. Серосодержащие производные на основе 2,6-диалкилфенолов и их антиоксидантная активность 9
1.1. Механизм ингибирующего действия фенольных антиоксидантов. Явление синергизма
1.2. Тиоалкилфенолы как полифункциональные антиоксидант 16
1.3. 2,6-Диметилфенол: области применения и серосодержащие производные на его основе 22
1.3.1. Применение 2,6-диметилфенола 22
1.3.2. Серосодержащие производные гидроксибензильного типа 28
1.3.3. Диметилфенолы с серосодержащими функциональными группами в и-заместителе (небензильного типа) 32
1.4. Заключение 39
2. Синтез серосодержащих производных на основе 3-(4-гидрокси(метокси)арил)-1-галогенпропанов и 2,6-диметилфенола 40
2.1. Синтез сульфидов на основе 3-(4-гидрокси(метокси)арил)-1-галогенпропанов 41
2.2. Алкилирование 2,6-диметилфенола диолами 45
2.3. Получение аллилпроизводных на основе 2,6-диметилфенола 50
2.4. Получение со-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)-1-галогеналканов 53
2.5. Получение серосодержащих производных 55
2.5.1. Синтез серосодержащих соединений на основе со-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)-1-галогеналканов 55
2.5.2. Синтез производных на основе 4-аллил-2,6-диметилфенола 58
2.5.3. Синтез сульфона и сульфоксида на основе додецил-[3-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)пропил]сульфида
2.5. Заключение 62
3. Исследование противоокислительной активности синтезированных соединений 63
3.1. Измерение параметров антирадикальной активности 64
3.2. Исследование суммарной антиоксидантной активности синтезированных соединений 71
3.2.1. Исследование антиоксидантной активности сульфидов на основе 3-(4-(гидрокси(метокси)арил)-1-галогенпропанов 72
3.2.2. Исследование антиоксидантной активности серосодержащих производных на основе 2,6-диметилфенола 76
3.4. Заключение 89
4. Экспериментальная часть 92
4.1. Материалы и оборудование 92
4.2. Методы анализа и исследования 92
4.3. Синтез сульфидов на основе 3-(4-гидрокси(метокси)арил)-1-галогенпропанов 94
4.4. Синтез полупродуктов: аллилпроизводных 2,6-диметилфенола, со-(3,5 диметил-4-гидроксифенил)алканолов и галогенпроизводных на их основе
4.4.1. Получение со-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)алканолов 98
4.4.2. Синтез (о-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)-1-галогеналканов 100
4.4.3. Синтез аллилпроизводных 103
4.5. Получение серосодержащих соединений 104
4.5.1. Получение солей изотиурония 104
4.5.2 .Получение алкил- [со-(3,5 -диметил-4-гидроксифенил)алкил] сул ьфидов 106
4.5.3. Синтез несимметричных сульфидов на основе 4-аллил-2,6-диметилфенола 113
4.5.4. Синтез тиолов и дисульфида 115
4.5.5. Получение сульфоксида и сульфона 117
4.6. Исследование антиоксидантной активности синтезированных соединений 119
Выводы 124
- Тиоалкилфенолы как полифункциональные антиоксидант
- Диметилфенолы с серосодержащими функциональными группами в и-заместителе (небензильного типа)
- Получение со-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)-1-галогеналканов
- Исследование суммарной антиоксидантной активности синтезированных соединений
Введение к работе
Увеличение мировых объемов производства полимерных и горючесмазочных материалов, открывающиеся новые горизонты применения полимеров и создание техники, требующей смазочных масел с высокими эксплуатационными характеристиками, предъявляют повышенные требования к ингибиторам или антиоксидантам, использующимся для продления срока службы и улучшения рабочих качеств полимерных материалов и синтетических масел. Их ассортимент требует быстрого обновления и расширения, поиска новых структур с более высокой инги-бирующей активностью.
В настоящее время отечественный и мировой рынок промышленных стабилизаторов представлен, главным образом, монофункциональными пространственно-затрудненными фенолами (ПЗФ) и вторичными ариламинами, а также композициями на их основе. Вместе с тем, известно, что полифункциональные ингибиторы, в молекулах которых содержится несколько активных центров с различным механизмом противоокислительного действия, в частности, серосодержащие алкилфе-нолы, проявляют более высокую антиоксидантную активность (АОА). Так, было показано, что такие соединения, как бис-[3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-пропил]сульфид (стабилизатор СО-3) и бис-[3-(3,5-ди-/и/7е;и-бутил-4-гидрокси-фенил)пропил]дисульфид (стабилизатор СО-4) являются эффективными термостабилизаторами-модификаторами полимерных материалов и ингибиторами окисления масел синтетического и природного происхождения и существенно превосходят по противоокислительным свойствам используемые в промышленности аналоги.
Нами было обнаружено, что структурный аналог СО-3 - несимметричный сульфид, сочетающий в своей структуре фенольные фрагменты с ща-трет-бутильным и MOHO-wpew-бутильным opwo-замещением, существенно превосходит СО-3 по, способности ингибировать автоокисление минерального масла. В дальнейших работах наших коллег показано, что снижение пространственного затруднения фенольной ОН-группы при переходе от алкил-[3-(3,5-ди-т/?еш-бутил-4-гидроксифенил)пропил]сульфидов к соответствующим алкил-[3-(3,5-дицикло-гексил-4-гидроксифенил)]- и далее к алкил-[3-(3-метил-5-циклогексил-4- гидросифенил)пропил]сульфидам также приводит к существенному росту ингиби-рующей активности.
Представлялось весьма вероятным, что высокую АОА будут проявлять и ал-кил-[со-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)алкил]сульфиды. В отличие от 2,6-дициклогексил- и 2-метил-6-циклогексилфенолов, 2,6-диметилфенол является доступным промышленным продуктом, в этой связи серосодержащие производные на его основе могут рассматриваться как потенциальные коммерческие высокоэффективные ингибиторы свободнорадикального окисления.
Следует отметить, что до настоящего времени литературные данные о серосодержащих производных 2,6-диметилфенола крайне ограничены. В известных нам источниках упоминаются главным образом производные бензильного типа и встречаются лишь единичные сведения о соединениях, в молекулах которых атом серы отделен от opwo-диметилзамещеыного фенольного ядра на несколько метиле-новых звеньев.
В связи с этим целью настоящей работы явились синтез и исследование про-тивоокислительной активности серосодержащих производных на основе 3-(4-гидрокси(метокси)арил)-1-галогенпропанов и 2,6-диметилфенола.
В процессе выполнения работы предполагалось решить следующие задачи:
Осуществить синтез структурных аналогов СО-3, различающихся степенью пространственного экранирования фенольной ОН-группы.
Предложить способы получения полупродуктов для синтеза серосодержащих производных на основе 2,6-диметилфенолов с использованием доступных реагентов.
Осуществить синтез серосодержащих производных 2,6-диметилфенола различного строения.
Провести исследование антиокислительной активности синтезированных соединений в различных модельных системах в сравнении с орто-трет-бутил-замещенными аналогами.
В ходе выполнения данного исследования был предложен и реализован синтез целевых алкил-[ю-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)алкил]сульфидов из 2,6-диметилфенола, через со-(3,5-диметил-4-гидроксифеиил)алканолы, также осущест- * Литературный поиск проводился с использованием баз данных STN International влен альтернативный путь получения алкил-[3-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)-пропил]сульфидов через аллильные производные. Получены сульфиды, гомологи СО-3, различающиеся степенью пространственного экранирования гидроксильной группы фенольного кольца.
Впервые осуществлено алкилирование 2,6-диметилфенола алкандиолами в присутствии NaOH и при повышенном давлении (ампулы, автоклав) с варьированием мольного отношения реагентов, температуры и длительности синтеза. Выделены и охарактеризованы целевые продукты этого взаимодействия - о>(3,5-диметил-4-гидроксифенил)алканолы.
Осуществлен синтез аллилокси-2,б-диметилбензола и его термическая перегруппировка в 4-аллилзамещенный фенол; из последнего, путем проведения свободно-радикального тиилирования были получены алкил-[3-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)пропил]сульфиды различного строения.
Взаимодействием со-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)алканолов с бромоводо-родной кислотой и хлористым тионилом получены со-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)галогеналканы. Показано, что наиболее эффективным галогени-рующим агентом для оэ-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)алканолов является бромо-водородная кислота.
На основе синтезированных оэ-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)бромалканов получены различные тиопроизводные ю-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)алкильного рядов: соли изотиурония, тиолы, несимметричные сульфиды.
Согласно результатам поиска в базах данных STN International подавляющее большинство синтезированных нами соединений, включая все алкил-[3-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)пропил]сульфиды, являются новыми, не описанными ранее в литературе.
Проведено исследование противоокислительных свойств синтезированных соединений в сравнении с wpem-бутилзамещенными аналогами в 6-ти модельных системах.
Показано, что алкил-[3-(4-гидроксифенил)пропил]сульфиды с орто-диметильным замещением проявляют высокую антирадикальную активность и по величинам констант скоростей взаимодействия с пероксидными радикалами пре- восходят свои т/?ет-бутилзамещённые аналоги в 6 раз при окислении кумола и стирола и в 1,7 раза при окислении метилолеата.
Установлено, что по ингибирующему действию на термическое автоокисление вазелинового масла алкил-[3-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)пропил]сульфиды значительно превосходят соответствующие производные 2,6-ди-трет-бутилфенола. Это позволяет рекомендовать их к промышленным испытаниям в качестве ингибиторов окислительной деструкции минеральных масел и полимерных материалов. В тоже время, при окислении лярда синтезированные серосодержащие фенолы уступали по эффективности своим 2,6-ди-/и/?е/ю-бутилзамещённым аналогам.
Исследования биологической активности ряда синтезированных соединений проводились в НИИ клинической иммунологии СО РАМН и Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, а так же Институте цитологии и генетики СО РАН. Установлено, что синтезированный нами додецил-[3-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)пропил]сульфид эффективно снижает действие активных форм кислорода на ДНК и увеличивает выживаемость бактериальных клеток, лишенных ферментов репарации, более эффективно, чем витамин Е и тролокс; проявляет гепатопротекторные и противовоспалительные свойства in vivo (индуцированный токсический гепатит мышей) и не обладает генотоксичными и мутагенными свойствами. Это свидетельствует о перспективности дальнейших исследований додецил-[3-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)пропил]сульфида и его структур-' ных аналогов в качестве потенциальных биологически активных веществ.
Материалы диссертации докладывались на XXXIX и XLII Международных научных студенческих конференциях «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2001, 2004), на 4-ом международном симпозиуме по химии и применению фосфор-, сера- и кремнийорганических соединений «Петербургские встречи» (Санкт-Петербург, 2002), на V Молодежной научной школе-конференции по органической химии. (Екатеринбург, 2002), на VI Молодежной научной школе-конференции «Актуальные проблемы органической химии» (Новосибирск, 2003), на VII Молодежной научной школе-конференции по органической химии. (Екатеринбург, 2004), на IX Научной школе-конференции по органической химии (Москва, 2006), на Всероссийской конференции молодых учёных и II школе им. акад.
Н.М. Эмануэля «Окисление, окислительный стресс, антиоксиданты» (Москва, 2006), на Всероссийской научной конференции «Современные проблемы органической химии» (Новосибирск, 2007).
Основное содержание диссертационной работы отражено в 14 публикациях (4 статьи в рецензируемых журналах, 1 статья в сборнике и 9 тезисов докладов).
Диссертация состоит из введения, четырех глав (литературный обзор, две главы обсуждения результатов собственных исследований и экспериментальная часть), выводов, списка цитируемой литературы (242 наименования, включая собственные публикации автора по теме диссертационной работы) и приложений. Общий объем диссертации (без приложения) - 146 страниц, она иллюстрирована 20 таблицами и 5 рисунками.
Диссертационная работа выполнена в рамках комплексной университетской темы «Синтез и исследование полифункциональных фенольных антиоксидантов» (номер государственной регистрации 01.200.209186).
Автор выражает искреннюю благодарность за помощь, оказанную при проведении данной работы, своим коллегам Кандалинцевой Н.В, Дюбченко О.И., Маркову А.Ф., Пинко П.И., Кравцову CO., Горох Е.А., сотрудникам Новосибирского института органической химии СО РАН Крысину А.П., Шакирову М.М., Родионову В.И., Покровскому Л.М., Зибаревой И.В. и Филатовой Л.С, а также Душкину М.И. (НИИ клинической иммунологии СО РАМН), Невинскому Г.А. и Сатта-ровой Е.А. (Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН и Институт цитологии и генетики СО РАН) и Российскому фонду фундаментальных исследований за доступ к базам данных STN International (грант 00-03-32721) через Новосибирский центр STN в НИОХ СО РАН.
Тиоалкилфенолы как полифункциональные антиоксидант
В качестве ингибиторов наибольшее практическое применение среди серосодержащих фенольных соединений имеют производные оршо-диалкилфенолов, содержащие заместитель с атомом серы, отделенным от ароматического ядра одним метиленовым звеном, т.е. бензильного типа. Алкил-(3,5-диалкил-4-гидроксибензил)сульфиды и бис-(3,5-диалкил-4-гид-роксибензил)сульфиды, в частности ТБ-3, являются эффективными слабоокраши-вающими стабилизаторами полиолефинов [29], полимера и олигомеров бутадиена [30], полиизопрена [31], полиизоцианатов [32], смазочных масел и бензинов [33]. Октадецил-(2-(3,5-диалкил-4-гидроксибензил)тио)ацетаты как нетоксичные анти-оксиданты рекомендуются для стабилизации пищевых масел и упаковочных материалов [34]. Гидроксибензилсульфиды могут быть использованы не только как самостоятельные антиоксиданты, но и как компоненты различных стабилизирующих композиций. Так, например, из метил-(3-метил-5-гарет-бутил-4-гидроксибензил)-сульфида и тринонилфенилфосфита получают неокрашивающую стабилизирующую смесь, придающую устойчивость к старению и позволяющую получать прозрачные композиции на основе шрянополипентамеров [35]. ТБ-3 в композиции с ди-л-арил-аминофеноксиалкилсиланом используют для стабилизации резин [36], с диалкилоловосульфидами (Alk2SnS) — для стабилизации смазок, резин и горючих углеводородов [37], с алкилтиадиазолами - для моторных масел [38]. По данным работы [39] имеет место выраженный синергический эффект при стабилизации полибутадиена ТБ-3 с неозоном D или с дифениламином. Принимая во внимание, что в ряду серосодержащих производных 2,6-диметилфенола описаны преимущественно соединения бензильного типа, более подробно способы синтеза гидроксибензилсульфидов мы рассмотрим ниже на примере 2,6-диметилзамещенных производных. В настоящем разделе будут рассмотрены соединения, в которых серосодержащая функциональная группа отделена от фенольного фрагмента на два и более атома углерода. Подавляющее число соединений этой группы имеет в орто-положении фенольного кольца объемные wpe/w-бутильные заместители, в литературе имеются одиночные, разрозненные упоминания подобных соединений с диме-тильным o/wzo-замещением, которые так же будут представлены ниже.
Соединения с ди-гарет-бутильным оргао-замещением представляют большой интерес в качестве термостабилизаторов органических материалов, поскольку, как правило, превосходят по эффективности свои бензильные аналоги и не обладают окрашивающими свойствами [40]. К сожалению, они не получили широкого распространения в качестве практических антиоксидантов, поскольку способы их получения, как правило, многостадийны и весьма затратны. Несимметричные алкил-2-(гидроксиарил)этилсульфиды часто получают свободнорадикальным (против правила Марковникова) присоединением тиолов к винилзамещенным фенолам [41, 42]. Радикальное присоединение к я-аллилфе-нолам сероводорода приводит к 3-(4-гидроксиарил)пропантиолам-1 [43], а алкан-тиолов - к несимметричным сульфидам [44, 45], например: Синтезы осуществляют при 50-160 С, в качестве радикального инициатора, наряду с азо-бис-изобутиронитрилом (АИБН), могут быть использованы пероксид бензои-ла, ди-ш/?еш-бутилпероксид, wpem-бутилгидропероксид, а также УФ-облучение. Сульфиды (I) и соответствующие им сульфоксиды и сульфоны (получают окислением соответствующих сульфидов пероксидом водорода, надуксусной и мо-ноперфталевой кислотами или персульфатом калия) могут быть использованы для защиты различных органических материалов от термоокислительной деструкции [45]. При алкилировании 2,6-ди-трет-бутилфенола метилакрилатом в присутствии оснований (MeONa, t-BuOK) [46, 47] образуется метиловый эфир 3-(3,5-ди-тттрет-бутил-4-гидроксифенил)пропионовой кислоты (Метилокс, Фенозан-1), который используют в качестве полупродукта для синтеза различных стабилизаторов [40, 48, 49], включая фосфор- [50] и серосодержащие соединения [43]: Взаимодействием тиола (II) с эквимолярным количеством цианурхлорида и далее с 2,2-ди-(4-гидроксифенил)пропаном получают полиэфир (III), используемый в качестве антиоксиданта для полипропилена [51]: Для стабилизации полипропилена, полистирола, смазочных и вазелиновых масел может быть использован также тиоэфир, получаемый на основе 3-(3,5-ди-га/ ет-бутил-4-гидроксифенил)пропнонилхлорида и 1,4-димеркаптометилбензола [52]: Переэтерификацией Метилокса с тиодиэтиленгликолем в присутствии гид-роксида лития получают серосодержащий антиоксидант, получивший известность как стабилизатор Фенозан- Фенозан-30 Серосодержащие производные на основе Метилокса обладают довольно высокой стабилизирующей эффективностью, которую связывают с бифункциональным механизмом их антиоксидантного действия [53] и возможностью окисления С-Н-связи при (5-атоме углерода и-заместителя [54]. Серосодержащие производные на основе Метилокса рекомендуются для стабилизации различных полиолефинов [55], и в частности поли-(3-метил-1-пентена) [56], полиэтилена [57], сополимеров бутена-1 и этилена [58], ударопрочного полистирола [59], АБС-сополимеров [60, 61], композиций на основе поливинил фторида [62], хлорированного и хлорсульфидированного полиэтилена для электроизоляционных материалов [63, 64], изобутиленбутадиенового каучука [65], полиэфирных композиций [66-68], волокон [69] и пленок 70], пленок поли-я-ксилилена и его хлорпроизводных [71], полиуретановых пен [72], смазочных масел [73], реактивных топлив [74]. В последние годы удобными синтонами для серосодержащих фенольных ан-тиоксидантов стали со-(3,5-диалкил-4-гидроксифенил)алканолы.
Первоначально данные соединения получали восстановлением соответствующих фенил ал кановых кислот [75, 76] или их эфиров [48] алюмогидридом лития, впоследствии были предложены более удобные способы их синтеза, основанные на алкилировании 2,6-диалкилфенолов окисями этилена и пропилена в присутствии NaOH [77], алкан-диолами (С2-Сб) в присутствии NaOH или ZnO [76], аллиловым спиртом в присутствии NaOH или MeONa [78, 79]: Взаимодействием ю-(3,5-ди-/ярет-бутил-4-гидроксифенил)алканолов с серосодержащими дикарбоновыми кислотами получают тиодиэфиры (IV), (V), близкие по структуре и свойствам к Фенозану-30 [80]: Тиодиэфиры (IV), (V) запатентованы в качестве стабилизаторов полимеров, масел и органических соединений, в частности, композиций на основе поливинил-хлорида [81], стирол-акрилонитрильных сополимеров [82], полиэфирных эластомеров [83, 84]. Алканолы (VI) в присутствии каталитических добавок толуолсульфокислоты взаимодействуют с меркаптокарбоновыми кислотами с образованием соответствующих меркаптоэфиров, рекомендуемых для стабилизации бутадиенстирольных каучуков [85] и полиолефинов [86, 87]: стой и фосфорных кислот [89] приводит к соответствующим галогеналканам, причем, проведение процесса в присутствии диметилформамида (в случае СОСІ2 и SOCl2 требуются каталитические количества ДМФА, в случае РС13, РВг3, РОС13 или РСІ5 - стехиометрические) позволяет достигать в реакции практически количественных выходов - 96-98 % [90]: При взаимодействии алканолов (VI) с галогеноводородами наряду с процессами нуклеофильного замещения спиртовой ОН-группы протекают процессы де-wpem-бутилирования [90], это позволяет осуществлять одностадийное превращение алканолов (VI) в соответствующие со-(4-гидроксифенил)-1-хлоралканы и со-(3-т/?ет-бутил-4-гидроксифенил)-1-хлоракланы [91] и со-(4-гидроксифенил)-1-бромалканы [92]. По реакциям 4-гидроксиарилгалогеналканов с сульфидом натрия получают соответствующие сульфиды [93], с эквимолярными количествами сульфида натрия и серы - дисульфиды [94], с гидросульфидом натрия в присутствии H2S - тиолы [95], например: Каталитическое восстановление дисульфида (VIII) молекулярным водородом также приводит к тиолу (IX) [96]. Сульфид (VII) (СО-3, тиофан) является высокоэффективным термостабилизатором-модификатором полимерных материалов - полипропилена [97], полиэтилена низкого и высокого давления и сополимеров стирола [98], поливинилфторида [99], дисульфид (VIII) (стабилизатор СО-4) - сополимеров стирола [100] и стекло-наполненного полиамида [101].
Диметилфенолы с серосодержащими функциональными группами в и-заместителе (небензильного типа)
Как отмечалось ранее, в базе данных STN International имеется всего несколько упоминаний о алкил-[со-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)алкил]сульфидах, так в упомянутых уже работах [44,45] показано получение октил-[3-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)пропил]сульфида взаимодействием 4-аллил-2,6-диметилфенола с п-октилтиолом. Синтезы осуществляют при 50-160 С, в качестве радикального инициатора, наряду с азо-бис-изобутиронитрилом (АИБН), могут быть использованы пероксид бензоила, ди-гарет-бутилпероксид, изрега-бутилгидропероксид, а также УФ-облучение. В этих же работах получен децил-[3-(3,5-диметил-4- гидроксифенил)пропил]сульфон из децил-[3-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)- пропил]сульфида действием 30%-ной перекиси водорода в растворе ледяной уксусной кислоты по реакции: Авторы патентуют полученные соединения в качестве стабилизаторов различных органических субстратов: поливинилхлорида, гомополимеров и сополимеров, полученных из эпоксидов, полиметакрилатов и др. Еще одно соединение, встречающееся в литературных источниках, - бис-[3-(3,5-диметил-4-оксифенил)пропил]сульфид (XV) патентуется авторами [190] в качестве высокоэффективного термостабилизатора сэвилена. Его получают из 3-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)пропанола-1, действием на который хлористым тионилом синтезируют 3-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)-1-хлорпропан, который вводят в реакцию с сульфидом натрия в изопропиловом спирте с образованием целевого продукта: Соединение (XV) также проявляет высокую противоокислительную активность по отношению к предельным углеводородным субстратам [191]. Остальные представленные соединения в и-положении совместно с бива лентной серой содержат атом кислорода. В патенте [192] приведен синтез трех высокоэффективных стабилизаторов полипропилена, полибутилена, а так же жи вотных и растительных жиров.
Так 1,2-ди(3-(3,5-диметил-4- гидроксифенил)пропионилтио)бутан образуется в результате реакции 3-(3,5- диметил-4-гидроксифенил)пропановой кислоты и тионилхлорида в хлороформе с последующим добавлением бутандитиола-1,2 по реакции: Ингибитор 8-октадецил-2-(4-гидрокси-3,5-диметилфенил)этантиоат получали в растворе пиридина в бензоле по реакции взаимодействия октадецилтиола с 2-(4-гидрокси-3,5-диметилфенил)ацетилхлоридом: Третье соединение, описанное в патенте, 1,6-бис-(3-(3,5 диметил-4-гидроксифенил)пропионилтио)гексан, получаемый взаимодействием 3-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)пропионилхлорида и 1,6-димеркаптогексана в растворе пиридина: Также стабилизаторы различных органических субстратов описаны в патенте [193], соединения патентуются как стабилизаторы полимеров, масел и органических соединений, в частности композиций на основе поливинилхлорида, стирол-акрилонитрильных сополимеров, полифениленовых эфиров. На первом этапе взаимодействием малеинового ангидрида и 2,6-диметилфенола в присутствии АІСІз получали 4-(4-гидрокси-3,5-диметилфенил)-4-оксобутен-2-овую кислоту (XVI): Восстановлением которой (XVI) цинком в кислой среде получали 4-(4-гидрокси-3,5-диметилфенил)-4-оксобутановую (XVII): Аналогичным образом из 4-(4-гидрокси-3,5-диметилфенил)-4-оксобутановой кислоты (XVII) так же получали эфиры: При взаимодействии 4-(4-гидрокси-3,5-диметилфенил)-4-оксобутен-2-овой кислоты (XVI) с п-октилтиолом получали 4-(4-гидрокси-3,5-диметилфенил)-2-(октилтио)-4-оксобутановую кислоту (XVIII): Добавлением к полученному соединению (XVIII) и-толуолсульфокислоты и 1,6-гександиола получают гександиил-1,6-ди-(4-(4-гидрокси-3,5-диметилфенил)-2-(октилтио)-4-оксобутанат): Из 4-(4-гидрокси-3,5-диметилфенил)-4-оксобутановой кислоты (XVII), взаимодействием с 1,6-гександиолом получают гександиил-1,6-ди-(4-(4-гидрокси-3,5-диметилфенил)-4-оксобутанат): Взаимодействием метилового эфира 4-(4-гидрокси-3,5-диметилфенил)-4-оксобутен-2-овой кислоты с сероводородом в присутствии ацетата натрия получают диметиловый эфир 2,4-ди(2-оксо-2-(4-гидрокси-3,5-диметилфенил)этил-3-тиаглутаровой кислоты: H3COOC Интересную структуру (XIX), содержащую два бивалентных атома серы, получали взаимодействием октадецилового эфира 4-(4-гидрокси-3,5-диметилфенил)-4-оксобутановой кислоты с этандитиолом: Противоокислительную активность испытывали на полипропилене в соотношении ингибитор : полимер 0,2 части к 100 частям. Тестирование осуществляли на специальным образом подготовленных полосках полимера: 1см шириной и 17см длинной, посредством термостатирования в сушильной печи с циркуляцией воздуха при 135-149 С, в качестве конечной точки брали начинающееся легко видное рассыпание испытуемого образца.
Представленные результаты показывают, что серосодержащие соединения проявляют более выраженное ингибирующее действие, так октадециловый эфир 3-(4-гидрокси-3,5-диметилбензоил)пропановой кислоты и его аналог с изопропиль-ным opwzo-замещением в 7,6 и 5,3 раза менее эффективны З -тиа-пентадецилового эфира 3-(4-гидрокси-3,5-диметилбензоил)пропановой кислоты и изопропильного аналога соответственно. Наибольшую ингибирующую активность показали соединения, в структуре которых содержится 2 бивалентных атома серы на одно фе-нольное кольцо, так октадецил 3-(2-(4-гидрокси-3,5-диметилфенил)-1,3-дитиоланил-2)пропионат (XIX), по ингибирующему действию при температуре 149 С в 110 раз превосходит контроль и в 18 раз эфир на основе 2,6-диметилфенола, не содержащий атома серы. В патентах [194, 195] приводятся данные синтеза диоктадецилового эфира 4-(1,1-диметил-2-(4-гидрокси-3,5-диметилфенил)этил)-3,5-тиапимелиновой кислоты из 3-(4-гидрокси-3,5-диметилфенил)-2,2-диметилпропаналя и октадецилового эфира тиогликолевой кислоты: Данное соединение может использоваться для стабилизации широкого спектра полимеров, например: алкидных смол, полиэфиров, кросс-полимеров, высокомолекулярных веществ, минеральных масел, животных и растительных жиров и многого др. Противоокислительную активность синтезированных соединений тестировали на полиэтилене в условиях аналогичных описанным выше.
Получение со-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)-1-галогеналканов
На основе со-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)алканолов (XXXV-XXXIX), синтезированных алкилированием 2,6-диметилфенола алкандиолами, получали соответствующие ю-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)-1-галогеналканы - непосредственные предшественники серосодержащих соединений. Ранее А.Е. Просенко с соавт. разработаны эффективные способы получения со-(3,5-ди-шрет-бутил-4-гидроксифенил)-1 -галогеналканов, позволяющие достигать в реакции практически количественных выходов 96-98% с применением в качестве галогенирующих реагентов галогенангидридов угольной [88], сернистой и фосфорных кислот [89] в присутствии ДМФА. Однако, при применении данных методов для получения 3-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)-1-галогенпропанов выходы целевых продуктов оказались низкими. Так, при взаимодействии 3-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)пропанола-1 (XXXVI) с хлористым тионилом и РС13 в ДМФА нами был получен хлорпропилфе-нол (XLII) с выходом не более 55 %. Другим эффективным галогенирующим агентом нуклеофильного замещения спиртовой гидроксильной группы является бромоводородная кислота. Бромпроизводные (XLIII-XLVII) получали нагреванием алканолов (XXXV-XXXIX) с 6-ти кратным избытком концентрированной бромово дородной кислоты: Выходы целевых бромалкилфенолов (XLIII-XLVII) составили 80-90 %. В связи с высокими выходами при использовании бромоводородной кислоты в качестве галогенирующего агента и ценностью исходных спитров данный путь галоидирования является более предпочтительным. При проведении реакции бромирования 4-(3,5-диметил-4- гидроксифенил)бутанола-1 (XXXVII) был выделен и охарактеризован образующийся в ходе реакции побочный продукт - 5,6,7,8-тетрагидро-1,3-диметилнафталенол-2: Ранее было показано [90], что в аналогичных условиях селективно замещать алифатическую ОН-группу на атом брома в молекулах со-(3,5-ди-трега-бутил-4-гидроксифенил)алканолов не удаётся, поскольку последние при нагревании с концентрированной бромоводородной кислотой претерпевают де-трет-бутилирование. Как и предпологалось, реализованные превращения демонстрируют, что 2,6-диметилфенолы более устойчивы к термическому и кислотному дезал-килированию, чем их wpem-бутилзамещенные аналоги. Это представляется важным, поскольку устойчивость к воздействию высоких температур и агрессивных агентов весьма желательна для стабилизаторов полимерных материалов. На основе синтезированных а -(3,5-диметил-4-гидроксифенил)-1-бромалканов нами были получены различные серосодержащие соединения - соли изотиурония, тиолы, несимметричные сульфиды.
В этих синтезах использовались подходы, разработанные ранее нашими коллегами, для получения соответствующих производных ш/?ет-бутилфенольного ряда. Несимметричные сульфиды могут быть непосредственно получены по реакции со-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)-1-галогеналканов с тиолами в присутствии щелочи. Так на основе 3-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)-1-бромпропана (XLIII) по реакции с алкантиолами различного строения в присутствии щелочи были получены несимметричные сульфиды (LXIII, Синтезы осуществляли при мольном отношении реагентов (XLIII) : RSH : NaOH равном 1 : 1,1 : 1,1 при нагревании в среде этанола. Выходы целевых продуктов составили 70-85 %. При оценке перспектив использования каких-либо вновь синтезированных соединений в качестве практических антиоксидантов наряду с их противоокисли-тельной эффективностью следует учитывать и доступность используемого для их получения исходного сырья. В настоящее время химическая промышленность выпускает ограниченное число алифатических тиолов, ассортимент же товарных га-логеналканов более широк. В этой связи рассматривались также пути получения несимметричных сульфидов из со-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)-1-галогеналканов через соответствующие меркаптопроизводные. На основе ю-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)-1-галогеналканов соответствующие серосодержащие соединения можно получить различными способами. Мы остановили свой выбор на реаіщии (XLIII-XLVII) с тиомочевиной, приводящей к образованию соответствующих изотиурониевых производных (L-LIV), по следующим причинам: соли 8-[со-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)алкил]изотиурония являются удобными синтонами для получения алкантиолов и их производных (дисульфидов, несимметричных сульфидов); соли получаются с хорошими выходами в достаточно мягких условиях, и их выделение в чистом виде не вызывает трудностей. Получение изотиурониевых производных на основе диметилзамещенных бромалкилфенолов (XLIII-XLVII) осуществляли по методикам, предложенным в [227, 228], - при 120 С в среде этанола при повышенном давлении (ампулы) или в среде бутанола при атмосферном давлении: В диссертационной работе П.И. Пинко [229] было предложено получать меркаптопроизводные на основе о)-(3,5-диалкил-4-гидроксифенил)-1-галоген-алканов с использованием тиомочевины без выделения солей изотиурония, т.е. посредством проведения реакции галогеналкана с тиомочевиной и щелочного гидролиза образовавшейся при этом соли изотиурония «в одном сосуде». С использованием данного подхода нами были получены со-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)алкантиолы-1 с выходом до 90 и 85%, соответственно (LV, LVI): С близкими выходами (95 и 82%) соединения (LV, LVI) получали и из выделенных солей изотиурония (LI, LII). Если на продукт гидролиза соли изотиурония подействовать окисляющим реагентом, например, перекисью водорода, образуется дисульфид: Дисульфид (LVII) очищали перекристаллизацией в метаноле. Получено кристаллическое вещество белого цвета, т. пл. 95С, выход составляет 84 %.
Целевые алкил-[со-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)алкил]сульфиды (LVIII-LXXV) получали по реакции синтезированных бромидов 8-[ю-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)алкил]изотиурония (L-LIV) с алкилгалогенидами в щелочной среде: всех синтезированных соединений подтверждены элементным анализом и спектральными данными. По данным поиска в базах данных STN International полученные алкил-[со-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)алкил]-сульфиды (LVIII - LXXV) ранее не были описаны другими авторами. На основе 4-аллил-2,6-диметилфенола по реакциям свободно-радикального алкилтиилирования нами были получены соответствующие несимметричные сульфиды. Присоединение тиолов к аллилфенолу (XLI) осуществляли в присутствии азо-бис-изобутиронитрила (АИБН) в условиях, близких к предложенным в патенте [44]: при мольном отношении реагентов фенол : тиол : АИБН равном 1 : 1,2 : 0,06, температуре 60 или 120С. В результате с выходами до 88 % были получены несимметричные сульфиды (LXII-LXV, LXXVI, LXXVII): Очистку соединений (LXII, LXV) проводили перегонкой под вакуумом, соединений (XLVIII, LXXVI) - хроматографированием на силикагеле, соединения (LXIII, LXIV) очищали перекристаллизацией. О протекании реакции свободнорадикального тиилирования судили по отсутствию в спектрах ЯМР !Н полученных продуктов характерных мультиплетных сигналов винильных протонов, появлению сигналов атомов водорода S-алкильного заместителя и трёх метиленовых групп я-пропильного фрагмента. Сигналов, соответствующих фрагменту -СН2-СН(СН3)-, в спектрах синтезированных соединений не наблюдалось. Таким образом, образования продуктов присоединения тиолов к 4-аллил-2,6-диметилфенолу по правилу Марковникова нами не зафиксировано. В ряду синтезированных соединений отдельного внимания заслуживает тиа-алкилфенол (LXV), присутствие в структуре которого алифатической гидроксо-группы позволяет осуществлять дополнительную функционал из ацию соединения. На примере соединения (LXIII) нами было пройдено три пути синтеза алкил-[3-(3,5-диметил-4-гидроксифенил)пропил]сульфидов и проведена сравнительная оценка их эффективности с учётом использования в качестве исходного синтона 2,6-диметилфенола: Выход сульфида (LXIII) в расчете на исходный фенол по пути синтеза через бромид (XLIII) составил 28 %, через соль изотиурония 20 % и через аллилпроиз-водные - 82 %. Таким образом, с точки зрения выходов продукта (LXIII) в расчете на исходный фенол, количества технологических стадий, а также доступности и стоимости реагентов и растворителей, третий путь представляется более предпочтительным.
Исследование суммарной антиоксидантной активности синтезированных соединений
Под антиоксидантной активностью (АОА), называемой также суммарной, общей или брутто-ингибирующей активностью, принято понимать способность ингибитора тормозить цепное окисление органических веществ в реальных условиях их производства, эксплуатации, хранения и т.п. Её количественными характеристиками являются период индукции, скорость окислительных процессов в течение периода индукции и некоторые другие параметры. Суммарная АОА неэквивалентна реакционной способности антиоксиданта по отношению к пероксидным радикалам, пероксидам или каким-либо другим частицам; она зависит как от строения молекулы ингибитора и продуктов его превращения, так и от свойств субстрата и условий окисления (температуры, начальной концентрации ингибитора, давления кислорода, режима проведения процесса и пр.). Исследование противоокислительной активности ингибиторов осуществляют в двух режимах окисления - инициированном режиме и режиме автоокисления. Как отмечалось выше, в режиме инициированного окисления использование радикального инициатора обеспечивает постоянную скорость генерации активных радикалов, и в таких условиях тиаалкилфенолы проявляют себя как монофункциональные ингибиторы с аитирадикальным механизмом действия. В режиме же автоокисления органических субстратов скорость процесса изменяется с течением времени. Первоначально окисление протекает медленно, так как на начальном этапе скорость генерации активных радикалов определяется относительно невысокой скоростью реакции молекул кислорода с молекулами субстрата (рис. 2, кривая 2, участок А). По мере накопления гидропероксидов увеличивается вклад реакции их разложения (3) в инициирование цепей окисления, что обуславливает автоускоренное развитие процесса (там же, участок В). При достижении достаточно высокой концентрации гидропероксидов именно они становятся главным источником радикалообразования. Тиаалкилфенолы, выступая одновременно в роли гасителей пероксидных радикалов и разрушителей гидропероксидов, с одной стороны, тормозят образование время Рис 2. Кинетические кривые поглощения кислорода при неингибированном окислении в присутствии радикального инициатора (1) и при автоокислении (2) ROOH, вследствие снижения концентрации активных радикалов, с другой стороны, благодаря противопероксидной активности снижают скорость генерации радикалов, поэтому в условиях автоокисления обычно в полной мере проявляется бифункциональная активность серосодержащих ФАО, и данный режим окисления является наиболее подходящим для оценки суммарной АОА таких ингибиторов.
Брутто-ингибирующую активность синтезированных соединений изучали в модельных реакциях термического автоокисления лярда, вазелинового масла и гек-садекана с привлечением манометрического и йодометрического методов. Об ин-гибирующей активности соединений судили по величинам периодов индукции, которые определяли графически по кинетическим кривым, в случае окисления вазелинового масла и гексадекана - как точку пересечения двух касательных к кинетической кривой, соответствующих начальной и конечной скоростям окисления, а в случае окисления лярда - как время достижения пероксидного числа 0,1 (рис. 3). Нами была изучена ингибирующая активность синтезированных сульфидов с различной степенью пространственного экранирования гидроксильной группы фенольного кольца wpem-бутильными о-заместителями [107,197-200]. Механизм антиокислительного действия синтезированных сульфидов достаточно сложен и определяется совокупностью целого ряда реакций. Наличие в Рис 3. Кинетические кривые окисления вазелинового масла (А) и лярда (Б) ингиби-рованного ионолом (1) и 4-додецилтиопропил-2,6-ди-трет-бутил-, 4-додецилтиопропил-2,6-диметилфенолами (2 и 3, соответственно) структуре молекул различных реакционных центров: фенольных групп и бивалентного атома серы, позволяет данным соединениям тормозить цепной окислительный процесс, как путем взаимодействия с пероксидными радикалами, проявляя антирадикальную активность: так и за счет противопероксидной активности сульфидного фрагмента, способного восстанавливать гидропероксиды: R -SO-R" + ROOH - R -S02-R" + ROH что предотвращает разветвление цепей окисления по пути термического гомолиза последних: ROOH- RO+-OH Кроме этого, АОА сульфидов может повышаться за счет наличия эффекта синергизма, обусловленного совместным действием фенольного и серосодержащего фрагментов [19], а так же фенольных фрагментов с различной степенью пространственного экранирования фенольной ОН-группы [234,235]. В ряду исследованных соединений (ХХІ-ХХІХ) нами была выявлена определенная взаимосвязь между их структурой и способностью тормозить окислительный процесс (табл. 9). Все соединения, за исключением анизольного производного (XXIX), проявляли антиоксидантный эффект, степень выраженности которого коррелировала с общим числом трет-бутипьных о-заместителей в их молекулах. Единственным исключением среди исследованных нами соединений являлся несимметричный сульфид (XXVII), который при окислении вазелинового масла проявлял самую высокую АО А, превосходя по эффективности в 1,6 раза свой более экранированный аналог (VII). Высокую ингибирующую активность сульфида (XXVII) мы связываем с си-нергическим эффектом, обусловленным сочетанным действием его фенольных фрагментов. Известно [10], что фенолы, имеющие единственный о-заместитель, представленный трет-бутилъной группой (Pl OH), как правило, превосходят свои о-ди-шрет-бутилзамещенные аналоги (Ph ОН) по константе скорости реакции (7). В то же время, последние образуют более стабильные феноксильные радикалы.
При окислении модельных углеводородов, ингибированных композициями таких фенолов, в реакцию с перекисным радикалом R02 в первую очередь вступают мо-но-о-замещенные фенолы, которые в последствии регенерируются в реакции: Pl O- + Ph2OH - Ph OH + Ph20« При этом происходит также обмен менее стабильного феноксила на более стабильный, что снижает вероятность протекания реакции продолжения цепи окисления: Структурная особенность сульфида (XXVII) позволяет ему сочетать относительно высокую скорость взаимодействия моно-о-замещенного фенола с КОг и высокую стабильность о-дизамещенного феноксильного радикала: Снижение АОА сульфида (XXVII) по сравнению с более экранированным аналогом (VII) при переходе от окисления вазелинового масла к окислению лярда может быть связанно с образованием водородных связей между частично экранированными фенольными группами и молекулами субстрата: Образование таких связей приводит к снижению активности моно-замещенного фенольного фрагмента в реакции (7). Следствием этого является нивелирование различий в антирадикальных свойствах двух фенольных групп сульфида (XXVII) и исчезновение синергических взаимоотношений между ними. Синтезированный 3-(3-шрет-бутил-4-гидроксифенил)пропил-[3-(3,5-ди- трет-бутил-4-гидроксифенил)пропил]сульфид (XXVII) по способности ингибиро-вать термоавтоокисление вазелинового масла существенно превосходит как монофункциональный промышленный антиоксидант ионол, так и высокоэффективный полифункциональный термостабилизатор СО-3 и представляет практический интерес в качестве ингибитора окислительной деструкции различных органических материалов. 3.2.2. Исследование антиоксидантной активности серосодержащих производных на основе 2,6-диметилфенола Суммарную АОА тиопроизводных на основе 2,6-диметилфенола изучали в сравнении с их о-трет-бугил- и циклогексилзамещенными аналогами, синтезированными ранее в НГПУ. В качестве реперных монофункциональных антиоксидан-тов использовали 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол (ионол) и 2,4,6-триметилфенол (ТМФ). В соответствии с полученными данными (табл. 10) в модельных реакциях автоокисления гексадекана, вазелинового масла и лярда ТМФ и ионол существенно разнятся по АОА относительно друг друга. Вместе с тем, данные различия хорошо согласуются с известными литературными данными.
Похожие диссертации на Серосодержащие производные на основе 3-(4-гидрокси(метокси)арил)-1-галогенпропанов и 2,6-диметилфенола: синтез и антиокислительная активность
![Синтез и свойства 2,3,6,7,12,12b-гексагидропиримидо[6,1-a]-b-карболин-4(1H)-тионов(онов) и 1,2,3,6,7,11b-гексагидро-4H-пиримидо[6,1-a]изохинолин-4-тионов(онов)](/i/i/4356/49204.png "Синтез и свойства 2,3,6,7,12,12b-гексагидропиримидо[6,1-a]-b-карболин-4(1H)-тионов(онов) и 1,2,3,6,7,11b-гексагидро-4H-пиримидо[6,1-a]изохинолин-4-тионов(онов) Муканов Алексей Юрьевич")
![1,2,3,4,5,6,7,8-октагидро-1,6-нафтиридины и 2,3,4,5,6,7,8,9-октагидро-1Н-пиридо[4,3-b]азепины. Синтез и реакционная способность](/i/i/4399/311934.png "1,2,3,4,5,6,7,8-октагидро-1,6-нафтиридины и 2,3,4,5,6,7,8,9-октагидро-1Н-пиридо[4,3-b]азепины. Синтез и реакционная способность Есипова Татьяна Владимировна")
