Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Тиаалкил- и циклогексилзамещенные фенолы как антиоксиданты (литературный обзор) 9
1.1. Классификация ингибиторов свободно-радикального окисления 9
1.2. Тиоал кил фенолы как полифункциональные антиоксиданти 12
1.2.1. Механизм противоокислитслыюго действия. Явление синергизма 12
1.2.2. Способы получения и применение 16
1.3. Циклогексилзамещенные фенолы: способы получения и области применения 25
1.3.1. Ци кл ore кси л крезол ы 27
1.3.2. Циклогексилзамещенные метилеибисфеиолы 30
1.3.3. Циклогексилфенолы с галоген-, кислород-, азотсодержащими функциональными группами в л-заместителе 31
1.3.4. Серосодержащие производные гидроксиарилалкильного типа 35
1.4. Заключение 39
Глава 2. Циклогексилзамещенные 4-(у-галогенпронил)фенолы и серосодержащие производные на их основе 41
2.1. Получение дициклогексилзамсщенных 4-(у-галогенпропил)фенолов... 42
2.2. Получение 2-циклогексил-4-(у-галогснпропил)фенолов 48
2.3. Синтез функционально-замещенных 2,2'-алкилиденбис(4,6-диалкил-фенолов) 52
2.4. Получение серосодержащих производных на основе синтезированных о-алкил-я-(у-галогенпропил)фенолов 54
2.5. Заключение 60
Глава 3. Синтез производных на основе 2,6-дициклогсксил- и 2-метил-6-циклогексилфснолов 62
3.1. Алкилировапие фенола и крезолов циююгексеном 63
3.2. Алкилирование о-дизамещенпых циклогекс ил фенолов алл иловым спиртом 64
3.3. Получение алл ил производных па основе о-цикл ore ксил фенолов 69
3.4. Синтез производных на основе я-аллил-о-циклогексилфенолов 72
3.4.1. Несимметричные сульфиды 72
3.4.2. я-(у-Гидроксипропил)-о-циклогексилфенолы 75
3.5. Получение о-циклогексилзамещенных 4-(у-галогснпропил)фенолов из соответствующих гидроксипропил фенолов
3.6. Синтез я-диметил ам инометил-о-цикл ore ксил фенолов и серосодержащих соединений на их основе 79
3.7. Заключение 81
Глава 4. Исследование противоокислительпой активности синтезированных соединений 83
4.1. Измерение параметров аптирадикальной активности и-тиаалкил- о-циклогексилфенолов 84
4.2. Исследование суммарной антиоксидантно и активности серосодержащих циклогексилфенолов 95
4.3. Заключение , 103
Глава 5. Экспериментальная часть 105
5.1. Материалы и оборудование 105
5.2. Методы анализа и исследования 105
5.3. Синтез производных на основе 4-(у-галогенпроп ил) фенолов 107
5.4. Синтез производных на основе фенола и крезолов 121
5.5. Исследование антиоксидантной активности синтезированных соединений 134
Выводы 139
Литература 141
Приложения 162
- Циклогексилзамещенные фенолы: способы получения и области применения
- Получение серосодержащих производных на основе синтезированных о-алкил-я-(у-галогенпропил)фенолов
- Получение о-циклогексилзамещенных 4-(у-галогснпропил)фенолов из соответствующих гидроксипропил фенолов
- Исследование суммарной антиоксидантно и активности серосодержащих циклогексилфенолов
Введение к работе
В современном производстве полимеров, каучуков, топлив, технических масел, а также косметических и пищевых продуктов и лекарственных средств широко используются добавки антиоксидантного типа, способствующие увеличению срока службы (хранения) и улучшению потребительских качеств данных товаров. Постоянно расширяющиеся ассортимент и области применения синтетических органических материалов обуславливают актуальность поиска новых антиоксидантов.
В последние десятилетия прослеживается две основных тенденции в развитии ассортимента антиоксидантных добавок: создание смесевых композиций из известных ингабиторов и синтез новых полифункциональных соединений, сочетающих в своей структуре несколько антиоксидантно-активных функциональных групп. Среди полифункциональных антиоксидантов важное место занимают серосодержащие фе-нольные антиоксиданты, обладающие высокой эффективностью вследствие синерги-ческого сочетания антирадикальной активности фенольных фрагментов с противо-пероксидиой активностью серосодержащих групп. В ряду серосодержащих ингибиторов фенольного типа наиболее изучены и чаще других применяются па практике производные 2,6-ди-трет-бутил фенола.
Ранее в НИИ химии антиоксидантов Новосибирского государстве иного педагогического университета был осуществлён синтез широкого спектра производных 4-алкил-2,6-ди-трет-бутилфенолов, содержащих в «-заместителе атом серы в составе различных функциональных групп и в разных степенях окисления, и было показано, что наиболее высокой антиоксидаптной активностью обладают соединения, содержащие в своей структуре равное число фенольных и сульфидных групп, с удалением бивалентного атома серы от ароматического ядра на 2 и более метиленовых звеньев.
С другой стороны, известно, что 2,6-ди-трет-бутилфенолы уступают по антирадикальной активности менее экранированным фенолам, в том числе производным 2,6-дициклогексилфенола, По патентным данным о-циклогексил-я-крезолы являются высокоэффективными термо- и светостабилизаторами и антистарителями каучуков, полиолефинов, пластмасс, технических масел и бензинов, а также проявляют биологическую активность.
С нашей точки зрения представлялось весьма вероятным, что введение в молекулу о-циклогексилфенола алкилтиоалкилыюго фрагмента усилит его противо-окислительные свойства и приведет к созданию антиоксидантов, превосходящих по эффективности соответствующие 4-тиаалкил-2,6-ди-трет-бутилфенолы.
Следует отметить, что до настоящего времени литературные сведения о серосодержащих о-циклогексилфенолах крайне ограничены. В известных нам источниках среди тиопроизводных циклогексилфенолов описаны исключительно соединения, в структуре которых атом серы связан непосредственно с ароматическим ядром или отделен от него одним метиленовым звеном (т.е. бензильного типа), упоминаний о соединениях, в молекулах которых атом серы отделен от цикл ore ксилзамещенного фенольного ядра на несколько метиленовых звеньев не встречается.
В этой связи целью настоящей работы явились синтез и исследование проти-воокислительной активности неописанных ранее п-тиаалкил-о-цикл ore кс ил фенолов.
В процессе выполнения работы предполагалось решить следующие задачи:
Предложить способы получения полупродуктов для синтеза серосодержащих о-цикл ore кс ил фенолов с использованием доступных реагентов.
Осуществить синтез серосодержащих производных о-циклогексилфенолов различного строения.
Провести исследование антиокислитель!юй активности синтезированных соединений в различных модельных системах в сравнении с о-трет-бутил-замещенными аналогами.
В ходе выполнения данного исследования были предложены и реализованы альтернативные пути синтеза целевых я-тиаалкил-о-циклогекс ил фенолов исходя из фенола и о-крезола, а также 4-(у-галогенпропил)фенолов, эффективные способы синтеза которых из 2,6-ди-трет-бутилфенола были предложены ранее.
Впервые осуществлено алкилирование 4-(у-галогенпропил)фенолов циклогек-сеном и циклогексанолом. Выделены и охарактеризованы основные продукты этого взаимодействия - 2-цикл о гексил-, 2,6- и 2,5-дициклогексил-4-(у-галогенпропил)-фенолы. Изучено влияние добавок ряда Н-кислот (фосфорной, бромоводородной, серной, хлорной) на результаты алкилирования 4-(у-хлорпропил)фенола циклогекса-
Литературный поиск проводился с использованием баз данных STN International нолом и 4-(у-бромпропил)фенола циклогексеном. Показано, что наиболее активным катализатором из изученных является хлорная кислота.
Конденсацией 2-циклогексил- и 2-трет-бутил-4-(у-галогенпропил)фенолов с параформом и паральдегидом в присутствии каталитических количеств НСІ получены соответствующие 2,2'-апкилиденбис-(4-(у-галогенпропил)-6-алкилфенолы).
На основе синтезированных галогенпроизводных получены моно- и биядер-ные о-циклогексилфенолы, содержащие в я-заместителе сульфидные, тиольные и изотиурописвые фрагменты.
Проведена серия экспериментов по взаимодействию 2,6-дициклогексил- и 2-метил-6-цикло гексил фенолов с аллиловым спиртом в присутствии NaOH и при повышенном давлении (ампулы, автоклав) с варьированием мольного отношения реагентов, температуры и длительности синтеза. Найдены условия, позволяющие получать с удовлетворительными выходами целевые продукты этого взаимодействия -соответствующие 4-(у-гидроксипропил)фенолы.
Осуществлен синтез 1-аллилокси-2-метил-6-циклогексил- и 1-аллилокси-2,6-дициклогексилбензолов и их термическая перегруппировка в 4-аллилзамещенные фенолы; из последних по реакциям гидроборирования-окисления и свободно-радикального тиилирования были получены соответствующие 4-(у-гидрокси-пропил)- и 4-(у-алкнлтиопропил)фенолы различного строения.
Взаимодействием 4-(у-гидроксипропил)замещепных 2,6-дициклогексил- и 2-мстил-6-циклогексилфенолов с бромоводородной кислотой и хлористым тнонилом получены 0-циклогексил-п-галогенпроп ил фенолы.
Конденсацией 2,6-дициклогексил- и 2-метил-6-циклогексилфенолов с формальдегидом и диметиламином получены соответствующие НМ-диметил-3,5-диалкил-4-гидроксибензиламины. На основе последних синтезированы соответствующие бис-(3,5-диалкил-4-гидроксибензил)сульфиды, а также о-циклогексил-замсщенные4-додецилтиопропилфеиолы.
Согласно результатам поиска в базах данных STN International подавляющее большинство синтезированных нами соединений, включая все функционально-замещенные и-пропил-о-циклогексилфенолы, являются новыми, не описанными ранее в литературе.
Проведено исследование противоокислитслышх свойств синтезированных соединений в сравнении с трет-бутилзамещенными аналогами в 5-ти модельных системах.
Показано, что циклогексилзамещенные л-тиаал кил фенолы проявляют высокую антирадикальную активность и по величинам констант скоростей взаимодействия с пероксидными радикалами мстилолеата, кумола и стирола превосходят свои трет-бутил замещённые аналоги в зависимости от природы субстрата окисления в 1,6-7,8 раза. Вместе с тем, замена трст-бутильных о-заместителей на циклогексиль-ные в случае 2,2'-алкилиденбис(4,6-диалкилфенолов) слабо отражается на антиради-кальной активности данных соединений.
Установлено, что по ингибирующему действию на термическое самоокисление вазелинового масла л-тиаалкил-о-циклогексилфенолы значительно превосходят соответствующие производные 2,6-ди-трет-бутил фенола. В тоже время при окислении лярда относительная антиоксидантная активность названных соединений существенно зависит от удаленности атома серы от ароматического ядра: 2,6-дицикл ore ксил-4-алкитиопроп ил фенолы уступают по эффективности своим 2,6-ди-трет-бутилзамещённым аналогам, а в ряду 4-алкилтиометилзамещёпных соединений наблюдается обратная зависимость.
По данным исследований, проведенных в НИИ клинической иммунологии СО РАМН, 2,6-дициклогсксил- и 2-мстил-6-циіоюгсксил-4-доденилтиометилфенольі ш vivo (индуцированный токсический гепатит мышей) проявляют гепатопротекторные и противовоспалительные свойства, что свидетельствует о перспективности дальнейших исследований синтезированных соединений на предмет их биологической активности.
Материалы диссертации докладывались на XL и XLIII Международных научных студенческих конференциях «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2002, 2005), на VI Молодежной научной школе-конференции «Актуальные проблемы органической химии» (Новосибирск, 2003), на IV Всероссийской конференции молодых учёных «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 2003), на Всероссийской конференции молодых учёных II школе им. акад. Н.М. Эмануэля «Окисление, окислительный стресс, антиоксиданты» (Москва, 2006), на VI и VII Международных конференциях «Биоаптиоксидант» (Москва, 2002,2006).
Основное содержание диссертационной работы отражено в 18 публикациях (5 статей в рецензируемых журналах, 3 патента и 10 тезисов докладов).
Диссертация состоит из введения, пяти глав (литературный обзор, три главы обсуждения результатов собственных исследований и экспериментальная часть), выводов, списка цитируемой литературы (245 наименований, включая собственные публикации автора по теме диссертационной работы) и приложений. Общий объем диссертации (без приложений)- 161 страница, она иллюстрирована 18таблицами и 9 рисунками.
Диссертационная работа выполнена в рамках комплексной университетской темы «Синтез и исследование полифупкциональных фенольных антиоксидантов» (номер государственной регистрации 01.200.209186).
Автор выражает искреннюю благодарность за помощь, оказанную при проведении данной работы, своим коллегам Кандалинцевой Н.В., Терах Е.И., Дюбченко О.И., Пинко П.И., сотрудникам НИОХ СО РАН Крысину А.П., Шакирову М.М., Родионову В.И., Покровскому Л.М., Фадеевой В.П., Зибаревой И.В. и Филатовой Л.С., а также Душкину М.И. (ПИИ клинической иммунологии СО РАМН) и Российскому фонду фундаментальных исследований за доступ к базам данных STN International (грант 00-03-32721) через Новосибирский центр STN в НИОХ СО РАН.
Циклогексилзамещенные фенолы: способы получения и области применения
От получивших наиболее широкое распространение в качестве практических антиоксиданте в производных 2,6-ди-трет-бутилфенола циклогексилзамещенные фенолы выгодно отличаются большей тсрмостабилыюстыо (менее подвержены термическому и каталитическому дезалкилированию) [12, 124] и более высокой реакционной способностью в отношении активных радикалов.
Так, в рядах о-дизамещенных гидроксибензиламииов, -цианидов и -карбоновых кислот замена трет-бутильных заместителей на метальные, изопропильные или циклогексильные приводит к увеличению реакционной способности фенолов в реакции с псроксидными радикалами этилбензола, при этом наиболее активными являются дициклогексилзамещенные соединения. Аналогичная картина наблюдается в ряду и-незамещенных 2,6-диал кил фенолов (табл. 1) [8].
Согласно данным патента [125] 2,6-, 2,5- и 3,5-дициклогексил-4-метил-фенолы ингибируют окисление бутадиен- м етил метакр ил ат-стиролыюго сополимера в 2,4-2,6 раза эффективнее ионола. Циклогексилзамещенные фенолы проявляют и биологическую активность. По патентным данным 2,6-дициюю гексил фенол эффективен в борьбе с комарами, переносящими желтую лихорадку (Aedes aegypti) [126], 2,6-дициклогексил-4-мстилфенол обладает репеллентной активностью [127], а бис-(3-циклогексил-5-фенил-4-гидроксифенил)-л(-этилфенилметан может быть использован для снижения уровня холестерина [128]. Моно- и ди цикл огекси л крезол ы и циклогексилксиленолы проявляют антибактериальную активность в отношении стафилококков, стрептококков, энтерококков и др. [129], широкий спектр антибактериальной активности выявлен и у производных З-циклогексил-4-гидроксибензамида [130]. Для изомерных 2-(3-циклогексил-4-гидроксифенил)- и 2-(3-гидрокси-4-циклогексилфенил)-2-гидроксиэтиламинов показано наличие нейромедиаторной активности [131]. Описанные в литературе о-циклогексилзамещепные фенолы можно разделить на две основные группы: производные «-крезола и производные о-циклогексилфенолов, содержащие в л-заместителе функциональные группы (сложноэфирпые, аминпые, амидиые, сульфидные и пр.). Реакция алкилирования фенола - одна из важнейших в синтезе фенольных стабилизаторов. Путем алкилирования фенола и крезолов получают простейшие стабилизаторы этого класса, а также диал кил фенолы, являющиеся промежуточными продуктами в синтезе фенольных стабилизаторов более сложного строения [45]. Разработка методов получения экранированных фенолов путем алкилирования фенола и его простейших гомологов представляет собой часть общей проблемы алкилирования фенолов, специфичность метода заключается в избирательности введения алкильных групп в о-положения фенола [12].
О-моно- и дициклогексилзамещенные фенолы (2-циклогексилфенол, 2,6-дицикл огекси л фенол) и и-крезолы (2-циклогексил-4-метилфенол, 2,6-дицикло-гексил-4-метилфенол) были впервые выделены Зигфридом Скраупом и Вальтером Байфюссом в 1927 г. из продуктов термического алкилирования соответственно фенола и «-крезола, которое осуществлялось автоклавированием эквимолярных количеств реагентов при 350 С в течение 3 суток [132].
Впоследствии получение циклогексилфенолов стали осуществлять в более мягких условиях в присутствии кислотных катализаторов: Н-кислот (серной [133-137], фосфорной [138, 139], полифосфорной [140], трифторметилсульфоновой [141], фенил- и я-толилсульфоновых [142,143], гетерополикислот [144]), кислот Льюиса (А1С13 [138, 139, 145, 146], FeCl3 [139, 145], BF3 [147], ZrS04 и ZnCI2 [148], (CF3S03)3Sc [141]), катиошюобменной смолы КУ-2 [149-151] или кислотноактивированпых цеолитов [133, 152], В качестве алкилирующих агентов обычно используют циклогексеп и циклогексанол, описано таюке использование хлорциклогексана [139, 145] и циклогексилмезитилата [141].
При циклогексилалкилировании фенола обычно образуется смесь о- и п изомеров, а также ди- и три-замещенные продукты. Так, по данным [140] при взаимодействии фенола с циклогексанолом (мольное отношение 3:1, 150С, 2 ч) в присутствии полифосфорной кислоты образуется 50.4 % 2-циклогексилфенола, 24.8 % 4-циклогексилфенола, 6.2 % 2,6-дициклогексилфенола, 14.1 % 2,4-дициклогексилфенола и 1.2 % 2,4,6-трициклогексилфенола.
Преимущественно о-продукты получаются алкилированием л-крезола и других н-алкилфенолов. Так, при нагревании «-крезола с хлорциклогексаном (мольное отношение 5:1) при 140-150С в течение 20 мин в присутствии FeCl3 образуется 2-циклогексил-4-метил фенол с 69 %-м выходом, а из фенола в аналогичных условиях - 48 % 2-циклогексилфеиола и 29 % 4-циклогексилфенола [145]. С более высоким выходом (92 %) 2-циклогексил-4-метилфенол получают алкилированием п-крезола циклогексеном или циклогексанолом на И-цеолите [152].
Наряду с 2-циклогексил-4-метилфенолом наибольшее значение для синтеза антиоксидантов имеют 2-алкил-6-циклогексил- и 2,6-дициклогексилфенолы. В присутствии кислотных катализаторов обычно не удаётся избирательно получать такие соединения.
Проблема селективного о-алкилирования фенола была решена в 50-х гг. 20-го века [153, 154], когда было предложено использовать в качестве катализатора алкилирования фенолят алюминия. Направляющее действие последнего связывают с образованием шестичленного переходного циклического состояния, которое в рассматриваемой реакции можно представить следующим образом [155]:
Получение серосодержащих производных на основе синтезированных о-алкил-я-(у-галогенпропил)фенолов
2,4-Диал кил фенолы представляют интерес как антиоксиданты и полупродукты для синтеза стабилизаторов, относящихся к классу мстиленбисфенолов [45]. Получившие распространение промышленные стабилизаторы класса метиленбис-фенолов, такие как АО 2246, Antioxidant 425, Vulkanox ZKF и др. [18], не содержат в «-заместителе функциональных групп, усиливающих противоокислителыюе действие фенольных фрагментов и/или позволяющих проводить дополнительную модификацию структуры молекулы. В этой связи моноалкилирование 4-галоген-алкилфенолов следует считать перспективным направлением в синтезе 2,4-ди-алкилфенолов, а, соответственно, и метиленбисфенолов, содержащих функциональные группы в я-алкилыюм заместителе.
Введение в одно оположение 4-алкилфенола циклогексильной группы осложняется тем, что продукт алкилирования не уступает по реакционной способности исходному фенолу и легко превращается в дициклогексилзамещенное производное. В этой связи добиться количественного селективного моноалкилирования практически невозможно, и получение 2,4-диалкилфенолов проводят с использованием значительного избытка исходного 4-алкилфенола. Так, описано алкилирова-ние я-крезола циклогексанолом в присутствии КУ-2 [149], AlClj [138] и фосфорной кислоты [138] при мольном отношении «-крезол : циклогексанол равном 5:1. Основным продуктом алкилирования является 2-циклогексил-н-крезол с выходом 71,5 % (КУ-2, I час, 140-150 С), 28 % (КУ-2, 1 час, 120 С), 61 % (А1С13, 3 часа, 90-100 С), 78 % (Н3РО4, 6.5 часов, 90-100 С). В работе [151] показано, что в присутствии КУ-2 при 135-140 С протекает дегидратация циклогексанола, и, следовательно, при температуре выше 140 С в присутствии КУ-2 «-крезол фактически алкилируется не циклогексанолом, а образующимся из него циклогексеном.
Получение 2-циклогексил-4-(у-хлорпропил)фенола (XVIII) осуществляли в условиях и по методике, предложенной нами для синтеза его дизамещенного ана 49 лога (XIX), но с иным мольным отношением реагентов: к смеси хлор пропил фенола (XVII) и хлорной кислоты при 120 "С прибавляли по каплям циклогексен в количестве 0,5 моль на 1 моль фенола (XVII). Затем реакционную смесь охлаждали и обрабатывали избыточным количеством 10 %-го раствора NaOH для отделения не-прореагировавшего избытка исходного хлорпропилфепола (XVII). Органический остаток, содержащий по данным ГЖХ 79 % целевого 2-цикло гексил фенола (XVIII), а также 18 % и 3 % 2,6- и 2,5-дициклогексилфеполов (XIX) и (XX), соответственно, перегоняли под вакуумом. В результате получили 2-цикл ore кеші фенол (XVIII) с выходом 44 %. Из щелочного экстракта нами было регенерировано 49 % от исходного количества 4-(у-хлорпропил)фспола (XVII), пригодного для повторного использования в синтезах.
Аналогичным образом нами был синтезирован и 2-циклогексил-4-(у-бромпропил)фспол (XXII).
Строение полученных 2-цнклогекснлфенолов (XVIII) и (XXII) подтверждено спектральными данными. Так, изменение числа и характеристик (относительной интенсивности, мультиплетность и размерность констант спин-спинового расщепления) сигналов ароматических атомов водорода в спектре ЯМР Н синтезированного соединения (XXII) по сравнению со спектром исходного полупродукта (XXI) убедительно свидетельствуют о том, что в ароматическом кольце появился один дополнительный заместитель в о-положепии относительно фенольной ОН-группы (табл. 6).
Следует заметить, что рассмотренный выше способ выделения целевых 2-циклогексил-4-(у-галогешіропнл)фенолов является достаточно длительным и трудоемким, что связано с необходимостью отмывки избытка исходного 4-(у-гало-гснпропил)фсиола водным раствором щелочи. В этой связи мы попытались осуще ствить рассматриваемое превращение так, чтобы достичь возможно более полного превращения исходного фенола в целевой 2-циклoreксилфенол. Нами была проведена серия опытов по взаимодействию 4-(у-бромпропил)фенола (XXI) с циклогек-сеном при различном мольном отношении реагентов. Чтобы снизить погрешность на стадии выделения целевого продукта вакуумной перегонкой, все эксперименты проводили с достаточно большим количеством исходного фенола (XXI) - 150 г.
Было показано, что при 1,5-кратном увеличении относительного количества взятого в реакцию циююгексена, т.е. при переходе от мольного отношения (XXI): СбНю равного 1 : 0,5 к мольному отношению 1 : 0,75, отслеживаемые нами параметры процесса изменяются незначительно: выход целевого 2-циклогексилфенола (XXII) в расчете на взятый в реакцию фенол (XXI) увеличивается от 28 до 32 % при одновременном уменьшении количества непрорсагировавшего фенола (XXI) с 60 до 51 %, При переходе к мольному отношению 1 : 1 резко уменьшается количество регенирирусмого фенола (XXI) при незначительном изменении выхода целевого продукта (см. табл. 7), что свидетельствует о существенном уменьшении селективности превращения (XXI) в (XXII).
Получение о-циклогексилзамещенных 4-(у-галогснпропил)фенолов из соответствующих гидроксипропил фенолов
Под аптирадикальной активностью ингибиторов принято понимать их способность инактивировать свободные радикалы; ее количественными характеристиками являются константа скорости взаимодействия молекулы аптиоксиданта с пе-роксидными радикалами kj и стехиометрический коэффициент иигибировання /, численно равный среднему числу цепей окисления, обрываемых в расчете на одну феноксильную группу ингибитора.
В своих исследованиях мы использовали манометрический метод определения величины ку, основанный на изучении кинетики поглощения кислорода в процессе ингибированного окисления модельного субстрата.
Полный механизм цепного окисления углеводородов, ингибированного фенольними антиоксидантами (ФАО), весьма сложен и варьирует с изменением структуры ФАО и условий окисления, поэтому в кинетических исследованиях принято рассматривать более простой случай, который реализуется при использовании искусственного инициирования и относительно высоких парциальных давлений кислорода. Принципиальная кинетическая схема в этом случае имеет следующий вид:
Из кинетического анализа данной схемы (приведен в [8]) следует, что при малых степенях превращения субстрата ([RH] = [RH]o) и постоянной скорости инициирования динамика поглощения кислорода окисляющейся пробой описывается следующим уравнением: где Д [02] - количество поглощенного кислорода, отнесенное к объему пробы; [RH] - концентрация субстрата в пробе, Г- период индукции окисления Если ингибитор расходуется только в реакциях обрыва цепей окислення, при постоянной скорости инициирования W-, время его действия (период индукции) определяется соотношением:
По экспериментально определяемым величине ги зависимости Д[02] от / из уравнения (I) находят отношение kilkq, а если известна константа кі, то и константу скорости к-]. Уравнение (II) используют для нахождения коэффициента/по экспериментально измеряемой величине периода индукции, а также для измерения скорости инициирования («метод ингибиторов»).
Реакции инициированного окисления кумола и метилолеата в хлорбензоле (1:1 по объему) проводили при 60С, стирола - при 50 С. В качестве инициатора во всех случаях использовали АИБН, окисление проводили в волюмометрических установках типа Варбург и установке, аналогичной описанной ранее В.Ф. Цепало-вым в [235]. Период индукции определяли графически по [235] как точку пересечения двух касательных к кинетической кривой, тангенсы углов наклона которых составляют 0,5 и 0,75 от тангенса угла наклона прямой нсингибированной реакции. При расчетах величины ку в случае кумола и стирола использовали литературные значения величины кг [9], в случае метилолеата величину кг рассчитывали, исходя из известных значений к7 для ионола. Все измерения проводили в 5-7-кратной повтор ности. Начальные участки кинетических кривых поглощения кислорода для всех исследованных ингибиторов хорошо спрямлялись в координатах уравнения (I) (рис. 2). Это свидетельствовало о том, что ингибировапие реакций окисления ку-мола, стирола и метилолеата в хлорбензоле протекало в соответствии с рассмотренной выше схемой и величины kj и/ могли быть определены при помощи уравнений (I) и (II). При этом определенные нами значения к7дпя реперных АО удовлетворительно совпали с литературными данными. Так, величины константы к7, определенные нами для ионола и ТБ-3 при окислении кумола составили (2.2±0.3 104 и (2.0±0.2) 104 М"1 С , а по данным работы [236] они равны (2.2±0.1 104 и (I.8±0.I)« Ю4 М 1к 1, соответственно.
Определенные нами средние значения констант скорости kj и коэффициентов ингибирования / для синтезированных циклогексилфснолов, а также для реперных трет-бутилзамещённых фенолов приведены в табл. 11-13 со средней квадратичной ошибкой.
Из данных, представленных в табл, 12 следует, что независимо от характера «-замещения и природы окисляемого субстрата 2,6-дицикл о гексил фенолы превосходят свои трет-бутилзамещенпые аналоги по реакционной способности в отношении активных радикалов - значения величин к? для соответствующих соединений различаются в 4,3-7,8 раза. 2-Метил-6-циклогексилзамещенные соединения (LXV) и (LXII) также характеризовались относительно высокими величинами к7, близкими к таковым для их днниклогексил-замещёппых аналогов (LXIV) и (LXI).
При переходе от «-незамещённых 2,6-диалкилфенолов к соответствующим 4-метилфенолам наблюдалось существенное увеличение (в 2,5-3,8 раза) значений к7, вместе с тем замена метального «-заместителя на бутилтиопропильный, доде-цилтиометильный или диметиламинометильный в меньшей степени отражалась на реакционной способности фенолыюй ОН-группы.
Обращает на себя внимание и тот факт, что тризамещённые фенолы с трет-бутильными о-заместителями характеризовались близкими значениями kj во всех рассматриваемых модельных субстратах, В то же время в случае о-циклогексил-замещёнпых фенолов наблюдалось уменьшение значений величины к7 при переходе от окисления ароматических углеводородов к окислению метилолеата. Так, для о,о-дициклогексилзамещенного амина (LXI) при переходе от стирола к метилолеа-ту величина ку уменьшилась в 2,5 раза, а для его о-м етил-о-цикл о гексил-замещённого аналога (LXII) - в 4,6 раза.
Исследование суммарной антиоксидантно и активности серосодержащих циклогексилфенолов
При переходе от соединения (LXVIII) к его додецилтиометилзамещенному аналогу (LXIX) наблюдалось резкое снижение АОА, причём сульфид (LXIX) уступал по эффективности не только серосодержащему фенолу (LXVIII), но и монофункциональному антиоксиданту ионолу. Крайне низкая эффективность сульфида (LXIX) может быть связана со свойственной бензильным соединениям низкой термической устойчивостью, а, соответственно, и склонностью связи С -S к гемолитическому разрыву.
В ряду соединений (LXIX) - (LXIV) - (LXV) при переходе от 2,6-ди-трет-бутилыюго замещения к 2,6-дициклогексильному и далее к 2-метил-6-цикло-гексилыюму наблюдалось существенное увеличение противоокислительной активности, а, кроме того, н-алкилтиопропил- и и-алкилтиометилзамещёиные моио-о-циклогексилфенолы (LVI) и (LXV) различались по АОА в меньшей степени, нежели их трет-бутилированные аналоги (LXVIII) и (LXIX).
Принимая во внимание, что при окислении вазелинового масла о-дицикло-гексил-я-крезол уступает ионолу по ипгибиругощему действию, а рассматриваемые тиаал кил фенолы имеют сходное строение серосодержащего я-заместителя, логично предположить, что большая АОА циклогексилзамещёнпых тиаалкилфенолов (LVI), (LXIV) и (LXV) по сравнению с их трет-бутилированпыми аналогами (LXVIII) и (LXIX) связана не с различиями в аптирадикальной и противопероксид-иой активности этих соединений, а преимущественно с высоким вкладом синерги-ческой составляющей. Следует отметить, что данное предположение в значительной степени согласуется с данными работы [22], в которой было показано, что в ряду 4-тиаалкилфенолов при переходе от 2,6-ди-трет-бутил- к 2-метил-6-трет-бутил- и далее к 2,6-диметильному замещению с уменьшением степени пространственной экранированное фенолыгой ОН-группы увеличение АОА в целом, сопровождается увеличением степени выраженности синергических взаимоотношений между фенольпыми и сульфидными фрагментами.
В отличие от окисления вазелинового масла при окислении лярда в ряду мо-но- и ди-о-замещенных л-алкилтиопропилфенолов при замене трет-бутильных заместителей на циклогексильпые наблюдалось снижение АОА (табл. 16).
Вместе с тем, при окислении лярда я-додецилтиопропил- и и-додецил-тиометил-о-ди-трет-бутилфенолы (LXX) и (LXIX) практически не различались по эффективности ингибирующсго действия, а в случае о-циклогексилзамещёпных соединений производные бензильного типа (LXIV) и (LXV) па порядок превосходили соответствующие тиопропилфенолы (XXXV) и (LVI). Высокая ингибирую-щая активность соединений (LXIV) и (LXV) интересна как с практической, так и с теоретической точки зрения. Очевидно, что чрезвычайно высокая АОА этих соеди-иеий связана с особенностями механизма их противоокислительного действия, однако его изучение требует дополнительных исследований, выходящих за рамки настоящей диссертационной работы.
При окислении лярда и вазелинового масла закономерности изменения ЛОА в ряду бис-[а)-(4-гидроксиарил)алкил]сульфидов (табл. 17) в значительной степени повторяли закономерности, наблюдаемые для моноядериых 4-тиаалкилфенолов соответствующего строения. Так, как стабилизатор СО-3 при окислении вазелинового масла уступал по эффективности своему циклогексилзамещёнпому аналогу (XXXIII), а при окислении лярда превосходил его. Для СО-3 и его бепзильного аналога ТБ-3 при переходе от окисления вазелинового масла к окислению лярда наблюдалось нивелирование различий в АОА: при окислении вазелинового масла по величине периода индукции ТБ-3 уступал СО-3 в 4,8 раза, при окислении лярда - только в 1,45 раза. Кроме того, циклогексилзамещённый бензилсульфид (XVI) при окислении лярда превосходил но эффективности как свой пропильный аналог (XXXIII), так и трет-бутилзамещёнпый ТБ-3. Вместе с тем, бспзильные сульфиды (XVI), (LXV1) и ТБ-3 при окислении лярда проявляли меньшую АОА, чем соответствующие додецилтиом етил фенолы (LXIV), (LXV) и (LXIX).
Ингибирующую активность синтезированных мстилснбисфенолов изучали в модельной реакции термического самоокисления гексадекана (табл. 18), Показано, что стабилизаторы Vulkanox ZKF и Antioxidant 2246 по противоокислительной активности в 1,7-1,9 раза превосходят ионол, а их серосодержащие аналоги (XXXVI) и (XXIX) эффективнее серосодержащего аналога ионола (LXX) в 2,6-3,1 раза, стабилизатора СО-3 - в 4,9-5,9 раза.
Таким образом, высказанное нами предположение о том, что введение сульфидного фрагмента в п-алкильные заместители 2,2 -метиленбнс(4,6-диалкил-фенолов) приведет к существенному увеличению АОА последних, получило экспериментальное подтверждение - сульфиды (XXXVI) и (XXIX) по способности ингибировать самоокисление гексадекана значительно превзошли свои прототипы - промышленные стабилизаторы Vulkanox ZKF и Antioxidant 2246.
