Синтез, превращения и свойства алкоксихлорпропанолов Зокиров Абдулносир Меликович

Содержание к диссертации

Введение

1. Обзор литературы. Синтез, превращения и свойства алкоксихлорпропанолов 8

1.1. Физические свойства, строение и способы синтеза окснрановых производных глицерина 8

1.2. Реакции окснрановых соединений со спиртами и фенолами 16

1.3. Синтез и свонства алкоксихлорпропанолов 22

1.4. Получение и свойства 1.3 - дноксолаиов 30

2. Синтез, превращения и свойства алкоксихлор пропанолов (обсуждение результатов) 36

2.1. Алкоксихлорпропанолы 36

2.2. Гидролиз 1- алкокси - 3 -хлор - 2 - пропанолов 39

2.3. Синтез 3 - алкоксихлор пропан - 1, 2 - диолов 46

2.4. Синтез тиурониевых солен на основе 1 - алкокси - 3 -хлор - 2 -пропанолов 48

2.5. Синтез производных 1, 3 - пиримидина на основе тиурониевых солен 52

2.6. Синтез н свойства эфироамппов пропан - 1, 2 - длола 53

2.6.1. Синтез 1 - алкокси - 3 - диэтилаинно - 2 - пропанолов 53

2.7. Синтез 1- алкокси - 3 - дпэтплашшо - 2 -ацетокснпропанов 57

2.8. Синтез - 1 - алкокси - 3 - тноциано - 2 -пропанолов 60

2.9. Синтез 1 - алкокси - З -S - ампномеркапто -1, 3,4 - тиазолил -2 -пропанолов 68

2.10. Производные 1,3- дпоксолапа содержащие эндоксоцпкл 69

2.11. Поиск путей практического применения некоторых из синтезированных соединений 77

3. Экспериментальная часть 81

Выводы 90

Литература 92

• Физические свойства, строение и способы синтеза окснрановых производных глицерина
• Синтез и свонства алкоксихлорпропанолов
• Синтез тиурониевых солен на основе 1 - алкокси - 3 -хлор - 2 -пропанолов
• Поиск путей практического применения некоторых из синтезированных соединений

Введение к работе

Актуальность темы. В настоящее время перед химической н смежными с ней науками стоит важная задача сосредоточения усилий исследователей на разработку эффективных путей синтеза новых фармакологически активных веществ, регуляторов роста растении, продуктов малотоннажной химии и т.д.

Одной из актуальных проблем современной синтетической органической химии является разработка удобных способов получения повых классов органических соединений и разностороннего изучения их полезных свойств. При этом особое внимание уделяется исследованиям направленным на усовершенствование методов получения новых полнгетероцик-лическнх систем с использованием алифатических функциональных производственных глицерина.

В настоящей работе в качестве объекта исследований были выбраны продукты конденсации эпнхлоргидрпна со спиртами - алкоксихлорпропа-нолы. Последние благодаря наличию двух реакциониоспособных центров (гид роке ильная группа и связь С - С!) обладают неисчерпаемыми синтетическими возможностями.

С использованием этих соединений в качестве синтонов в последнее время получены ряд производных глицерина обладающих комплексом биологической активности при их относительно низкой токсичности.

Проведенными исследованиями у нас и за рубежом установлено, что большинство производных глицерина хорошо усваиваются микроорганизмами, что особенно важно для решения проблем охраны окружающей среды в связи с широким использованием в сельском хозяйстве химических средств защшы растений. С другой стороны, проведение таких исследований оправдывается еще и тем, что исходными соединениями для

этой цели используются крупнотоннажные, относительно дешевые и доступные продукты нефтехимического синтеза: эпихлоргпдрин, глицерин, его а-моно п -а,у - дихлоргидрины, аллнлгалогениды, винилкарбинол и другие получаемые в промышленности на основе пропилена.

Целью настоящего исследования является разработка новых и усовершенствованных существующих способов синтеза новых алифатических функциональных производных глицерина и осуществление перехода на основе последних к раннее не изученным полнгетероциклическим системам, изучение их физико-химических и биологических свойств, а также поиск областей практического их применения в различных отраслях народного хозяйства.

В ходе работы планировались синтезы раннее не исследовапных классов органических соединений, подбор наиболее приемлемых вариантов их получения, изучение их структуры с использованием ШС -, ПМР -спектроскопии и масс - спектрометрии, а также выявление их положительных свойств.

Данное исследование выполнено как самостоятельное направление научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре ВМС и химической технологии Таджикского государственного национального университета по темам: 2.11.44. "Синтез и исследование производных глицерина, обладающих росторегулнрующими свойствами", (№гр. 01. 94. 0028595), заказ-наряда ВМ-19 "Создание новых циклических производных глицерина, обладающих комплексом полезных свойств" (№гр.01.94.0028594), а также по планам комплексной научно-технической программы "Реактив" выполненным в соответствии с постановлением ГКНТ СССР от 30.10.85 г. №555.

Научной новизной работы является разработка новых и усовершенствование известных методов синтеза 3-алкоксипропан-1,2-днолов,

шурониевых солей, производных 1,3,4-тпадпазола, пнрішиднпа, третичных аминов содержащих Р-гидрокспалкоксппроппльнуїо группу, сложных эфнров алкоксндиалкиламшюпро наполов, производных 1,3-диоксолана, включающих остатки эндоксофгалевого ангидрида и яндоксофталазина. Предложенные методы получения этих соединений даю і возможность использования в качестве исходных веществ апкокснхлорпропанолов, полученных на основе более доступных и относительно дешевых продукюв промышленности органического синтеза - эппхлорпщрпна и алифатических спиртов, а также позволяют уменьшения продолжительности я температурного параметра процессов, увеличения выхода нелевых продуктов.

Реакционная способность апкоксихлорпропанолов изучена в реакциях пзопшснческого нуклеофилыюго замещения атома хлора этих соединений на гидроксіїльную, дпэтиламннную тпоцыаповую группы, а также на остаток тпомочевины и ацетонциангндрина. Полученные при этом функциональные производные пропанола-2 были введены в реакции ацилпро-вания и циклообразования с участием уксусного ангидрида, альдегидов эндоксофгалевого ангидрида и эндоксофталазина, а также с ацетоуксусно-го эфира.

Определена возможность использования аддуктов диенового синтеза полученных на основе фурфурола и малеинового ангидрида в реакциях получения новых полигетероцпклическнх систем.

Практическая ценность. На основе алкоксихлорпропанолов разработаны препаративные методы получения сс-моноалкпловых эфиров глицерина, шурониевых солен, эфироаглниов пропан-1,2-днола к пх сложных эфиров тиоцианпронзводных, позволяющие сокращение продолжительности процесса уменьшения температуры и увеличения выхода целевых продукюв.

Практическая ценность. Разработанный препаративный метод синтеза 3-алкоксипропан-1,2-диолов путем гидролиза алкокснхлорпропанолов позволяет уменьшения числа стадии, сокращения продолжительности процесса и не требует использования дефицитных и взрывоопасных реагентов.

Методика получения полигетероциклических систем на основе ок-соедпнений с эндоксоциклом могут найти применение в органическом синтезе для получения более сложных по струртуре соединений.

В результате выполнения работы получены и исследованы 53 ранее не описанных в литературе соединений.

Испытанием на выявление физиологической активности были подвергнуты 12 соединений. Проведенными исследованиями установлено, что 9 из них обладают регулирующим действием на всхожесть и энергию прорастания семян пшеницы.

Структура, состав и физико-химические свойства соединений нашли отражение в качестве заказных химических реактивов на страницах межгосударственного каталога КНТП "Реактивы" (Уфа). Разработаны и утверждены технические условия и отраслевые стандарты на лабораторные методики получения этих реактивов.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1. СИНТЕЗ, ПРЕВРАЩЕНИЯ И СВОЙСТВА АЛКОКСИХЛОР-

ПРОПАНОЛОВ 1.1. Физические свойства, строение и способы синтеза оксирановых

производных глицерина Эпоксидные соединения являются бесцветными газами или легкоподвижными жидкостями со слабым приятным запахом. Они хорошо растворяются в эфире, дноксане ацетоне, ТГФ и т.д.

Оксирановое кольцо представляет собой почти правильный треугольник со значительно деформированными валентными углами (~ 60). поэтому в данном случае происходит только частичное перекрывание атомных орбитапий и энергия связей при этом уменьшается:

Н. 0Д50ни . Н 8+ 8+

. * *

С С НгС --—- СІТ2

н ^ 60 ^ н \ А-

о V

Эпоксидная группа полярна, этиленоксид имеет дппольпын момент р, = 6,28-Ю'³⁰ Кл.м (1,38D). Причинами этого являются полярность связен С - О и небольшой угол С - О - С, тогда как в обычных простых эфир ах угол С -О - С равен 109 - 112 и ц= 4-10"³⁰Кл.и (1,2...1,3D).

В замещенных оксиранах распределение электронной плотности эпоксидного кольца меняется в зависимости от природы заместителя и "направления действия возникающих при этом электронных эффектов [1].

Эпокснды получают различными путями. Большое распространение получили синтезы основанные на дегидрогалогенировании галогенгидри-нов под действием оснований:

_{н н}

_{*н н}

R- С-С-R' + Na⁺OH' I I СІ ОН

^>R-C-C-R' + H₂0 CI ONa

>

н н І І

.—>R-C-C-R' +NaCl \ / О

Образование эпоксидов происходит только при условии, когда атомы галогена и кислорода находятся в транс-положении относительно друг-друга. Эти стереохинпческпе ограничения данной реакции можно показать на примере двух геометрических изомеров 2-хлорциклогексанола:

транс-изомер

:0"

:0Н

_{се ли;}

_l_ j^Qg цис - изомер

її Ж-

_>се

О

В первом случае имеет место реакция нуклеофнльного замещения атома хлора промежуточнообразующимея отрицательно заряженным атомом кислорода с образованием оксиранового кольца.

А в случае атаки гидроксил-ноном цнс-2-хлорциклогексанола создаются условия для протекания только лишь реакции отщепления НС1 с возникновением циклогексанола.

Эпоксидные соединения образуются также при взаимодействии алкенов с пероксикарбоновыми кислотами (реакция Н.А.Прилежаева, 1909 г.). Пред-

полагается, что перокспкарбоновые кислоты в этом процессе выступают в качестве электрофнльного окислителя.

При взаимодействии алкенов с кислородом или воздухом в присутствии кагализатора также наблюдается образование эпоксндов:

_{о Л}

R - СН = СН - R' — yf--УК - СН - СН - R'

Синтез этиленоксида этим способом осуществляется при 300-400С с применением катализатора Ag/AI₂0₃.

Из числа известных методов синтеза эпоксисоединений большое распространение для препаративных целей получила реакция дегидрогало-геипрования галогенгидрннов.

Например, синтез глицидных эфнров осуществляется путем отщепления НС1 пз эфиров а-моиохлоргидрина глицерина под действием щелочи. Реакцию обычно проводят в растворе безводного дпэгилового эфира. В противном случае примеси воды ведут к протеканию конкурирующей с основной реакцией - процессу гидролиза по схеме:

ROCH₂CH(OH)CH₂Cl + НОН ->ROCH₂CH(OH)CH₂OH

с образованием а - моноэфира глицерина [2].

Образование окспранов из хлоргидринов является приложением синтеза Вильямсона [3]

3⁺

^сн₂ ^{- сн}₂^{х + он > сн}₂^{. сн}₂^{х ->СН}₂ ^{- СН, -д--->}

I I _ I

ОН ОН... — ->ОН О'

X Н X Н

¹ _ЛУ

->сн₂ - сн₂ >- [ Н - С - С - Н ] —>Н₂С - сн₂ + х-

I \/ ^ \/

О (1) О О

Проведенные исследования по изучению скорости образования ок-сиранов показали, что наличие нетнльного радикала при любом углеродном атоме этнленхлоргидрпна увеличивает скорость реакции, вероятно, влияв на скорость образования оксиранового кольца из промежуточного продукта (1).

При наличие в галогенгидриие конкурирующих атомов галогена наблюдается образование более замещенных оксиранов:

СН₃СНВг-СН(ОН)СН₂С1 —-->СН₃СН- СН-СН₂С1

-Нбг ^ / О

(СН₃)₂СВг - СН(ОН)СН₂Вг —->(СН₃)₂С - СН СН₂Вг

-HBr \ /

По легкости отщепления при образовании оксиранового кольца из галоген-гидринов, галогены располагаются в следующий ряд:

J>Br>Cl>F Так например, из 1 - фтор - 3 - хлор - 2 пропанола образуется эпн-фторгпдрин [4]

КОН FCH₂CH(0H)CH₂C1 — -->FCH₂- СІЇ - CH₂

О Изучение действия водной щелочи на полифторхлоркарбинолы показало, что прп этом происходит образование соответствующей окиси по схеме;

CF₂C1

NaOH I

CF₃C₆H₄C (CF₂C1)₂ ->CF₃C₆H₄ - С - CF₂

| -НОН \ /

OH '^d 0

Дальнейшие изучением таких окисей выявлено, что окиси с триф-торметильной группой расположенной в н - и п - положениях ароматического ядра легко раскрываются под действием метанола, в тоже время а -окиси с трифторметилыюй группой находящейся в о - положении устойчивы к действию метанола. Это объясняется дезактивирующим протстранственньш влиянием трифторметилыюй группы в 0 -положении ароматического ядра на реакционную способность а- окисного кольца [5].

Предложен также усовершенствованный способ получения глицнд-ных эфиров различных спиртов. Конденсация спиртов с эпихлоргндрином в этом случае проводилась с применением катализатора SnCl₄ 5Н₂0 при температуре 95-100С, а последующее дегпдрохлорирование продукту этой реакции осуществлялось при 50-70С [6].

Выявлено, что при дегидрохлорнровашш добавление щелочи маленькими порциями к смеси эфира а - монохлоргндршт глицерина и растворителя приводит к заметному повышению выхода продукта реакции

[7].

Разработан также усовершенствованный способ получения 2-дналкиламиноыетнлокспранов путем взаимодействия вторичных аминов с эпихлоргидрином в присутствии водной щелочи при температуре 12-14С

№

NaOH R₂NH + СН₂ - СН - СН₂С1 —->R₂NCH₂ СИ - СН₂

\ / \/

Другим путем синтеза глнциднловых эфиров является окисление простых аллиловых эфнров пероксикарбоновыми кислотами [9]. Эта реакция является общей для всех соединений с этиленовой связью. Процесс окисления протекает какэлектрофильпое синхронное нис-присоединение с образованием циклического активированного комплекса [10]:

II ROCH₂ Н R-C-0-OH

^ &

_{н н}

ROCH₂ Н

\ /

с.
-X I "р;

с'

^{L н н}

,0 -C-R

_\1

¹ Н-0

->

ROCH₂ Н
_> ^ с^

-RCOOH \ О

/ С / N

н н

На основе этой реакции с применением пероксидов трет-бутила или этилбензола предложен удобный способ получения эпнхлорпщрнна из хлористого аплила [11]. Предложены также и другие варианты синтеза эпнхлорпщрнна [12-13].

Эпоксидное кольцо образуется также в результате реакции сопряженного окисления. Например, сопряженное окисление хлористого аллила

смесью альдегида и кислорода в диметплфталате приводит к получению эпихлоргпдрина [14].

Этот процесс можно осуществить также в присутствии катализатора Ag₂0 под давлением [15] или без него [16].

Известны способы получения окисей олефинов путем взаимодействия олефинов с гндропероксидами в присутствии катализатора трет-бутилбензоата молибдена [17] пли V₂0«[18], а также с применением перок-сидаводорода [19], двухкомпонентного катализатора, состоящего из органических или неорганических соединений Sn, Mg, V, W [20] или в присутствии цианоамида [21]. Сообщается также об использовании для эпокси-дирования олефинов пероксидов гетероциклических азотистых оснований, хлората магния и тетраоксида осмия [22-23].

В настоящее время разработаны эффективные промышленные способы получения эпихлоргпдрина и других окисей олефинов [24]:

СН₂= СН - СН₂С1+НОС1 -> С1СН₂СН(ОН)СН₂С1 + Са(ОН)₂ -> -» СН₂. СНСН₂С1 + СаС1₂ + Н₂0

С использованием этилэфпрата фторида бора в качестве катализатора реакцией эпихлоргпдрина с алифатическими спиртами (мольное соотношение 1- 3 : 1) и последующим дегидрохлорированием образущегося эфира а - монохлоргидрнна глицерина получены соответствующие гли-цидиловые эфпры содержащие 2- части на миллион омыляемого хлора, которые пригодны для использования в электронной промышленности [25].

С целью создания высокоселективиых технологических методов получения аллилглицидплового эфира найдены оптимальные условия синтеза 1- аллилокси - 3 - хлор - 2 пропанола с еыходом 90% [26].

Изучена газофазная реакция бутен - 3 - диола - 1,2 с эпнхлоргидри-пом в присутствии NaOH. Показано, что в ходе реакции проиходнт последовательное образование следующих продуктов [27]:

СН₂= СНСН(ОН)СН₂ОСН₂СН - СН₂

\ /

СН₂ = СН - СН(ОСН₂ - СН- СН₂0) СН₂ОН

! I

СН₂= СНСН(ОСН₂ - СНСН₂0)СН₂ОСН₂ СН - сн₂

« J ^ч о'

Реакция проводилась при 40-80С при стандартном рН. Полученные соединения служат в качестве ПАВ (флотореагенты соэмульгаторы полимеризации).

Изучена каталитическая активность полициклов (краун-эфнры, аза -крауны) в одностадийном способе получения аллнлглнцндшювого эфира в условиях межфазного катализа. Активность межфазного переноса у поли-цнклов оказалось выше, чем четвертичных аммониевых солей [28].

Один из методов получения глицидилового спирта чистотой 96% основан на эпокспдированпи аллплового спирта пероксндом водорода в присутствии катализатора - CaWO* [29].

Потектуется также способ получения глицндола взаимодействием монохлоргидрнна глицерина с щелочным агентом (кальцинированная сода, фосфат натрия) в среде дихлорэтана [30].

Глнцпдиловый спирт и его производные получают нагреванием (170-210С), при давлении 3-10³ - 10- 10³ Па карбонатов глицерина пли его производного в системе тв./жпдк. фаза в присутствии полиола и твердого катализатора типа у- А1₂0₃ [31].

Для получения модификатора оптических прозрачных эпоксидных полимеров предложен глицпдиловый эфир 3- оксифенантрена [32]. Для использования в качестве связующих для оптически прозрачных клеевых композиций, применяемых в электро и радиотехнике, а также в волокно-оптических линиях связи. Предложен способ получения глициднловых эфиров а- или р- нафтолов взаимодействием соответствующего нафтола с эпнхлоргидрином и щелочью при кипячении [33]. Разработан также способ получения глициднловых эфиров используемых в качестве адгезивов для электроники с минимальным содержанием примесей хлора, хлорида калия, натрия [34].

Разработаны и предложены ряд способов выделения очистки и получения особо чистых окспраповых соединений [34-36].

1.2. Реакции оксирановых соединений со спиртами

и фенолами

Взаимодействие 2 - хлорметплоксирана со спиртами и фенолами относится к типу реакции раскрытия оксираиового цикла под действием соединений содержащих подвижный атом водорода. При этом образуются соответствующие 1 - алкокси (арплокси) - 3 - хлор - 2 - пропанолы - промежуточные продукты для синтеза других производных глицерина.

Раскрытие оксираиового кольца происходит в присутствии катализаторов, а также без них (давление, температура). При раскрытии кольца под действием спиртов эффективными являются протонные и апротонные кислотные катализаторы, а в случае фенолов процесс ускоряется основаниями.

В настоящее время механизм этого процесса детально изучен на примере оксирана. При катализе сильнокислотными катионами образуется

высокореакционноспособная оксониевая форма окснрана, которая затем

атакуется нуклеоф ильным реагентом (спирт):

ROH
Н₂С - СН₂ + Н⁺ —->СН₂ - СН₂ .......^[Н₂С - СН₂<Г— ...ЛО - R J ->

О 0⁺ 6-Н

>HOCH₂CH₂OR + H⁺

При протонировашш напряженного оксираиового цикла связь углерод-кислород еще больше ослабляется, причем в этом случае имеется очень хорошая уходящая группа - слабоосновной сппртовый гпдроксил [37]. При этом оттягивание электронов уходящей группой осуществляется в гораздо большей степени, чем нуклеоф ил представляет их атому углерода, который приобретает значительный частично положительный заряд. Раскрытие оксираиового кольца сильными кислородсодержащими кислотами протекает с быстрым образованием соответствующего сложного

эфира, который впоследствии подвергается медленному алкоголизу:

быстро ROH

Н₂С - СН₂ + НА >-НОСН₂СгЪА ->HOCH₂CH₂OR

О -НА

Имеется также вероятность протекания этого превращения через циклическое переходное состояние:

СН₂ - СН₂+ НОСЮэ ->СН₂ - СН₂ О ^

\ / \ /^ "* С10₂ >

О 0--Н — О '^

ROH СН₂ - СН₂ ROH СН₂ - СН₂

> I I ->1 I + НСЮ₄

ОН ОСЮз ОН OR

Реакция имеет нулевой порядок по оксирану и приблизительно второй по спирту. При использовании апротонпых кислот (BF₃,SnCl₄ и т.д.)

процесс раскрытия окснранового кольца происходит с предварительным образованием диалкоголята ROBF^OR, который затем активирует оксп-рановое кольцо.

Механизм влияния протонных и апротонных кислот на процесс раскрытия кольца идентичен, что подтверждается образованием почти равных количеств "нормальных" и "анормальных" продуктов присоединения спиртов к метнлоксирану в присутствии BF₃ и НСЮ₄:

СН₃ - СН - СН₂ + ROH —->СН₃ - СН - CH₂OR + СН₃ - СН - СН₂ОН
\ / \ I

О ОН OR

Присоединение спиртов к окспрановому соединению зависит от протоиодонорной активности реагента и нуклеофильнон способности среды. На скорость процесса решающее влияние имеет сопряженная система "кпслота - основание". При этом независимо от природы ускорителя, порядок реакции по катализатору является первым [38].

Раскрытие окснранового кольца под действием оснований происходит нуклеофильной атакой образующегося алкоксид-ионом углеродного атома оксирана, имеющего дефицит электронной плотности:

<-+ Г.+' - ROH

О о
R - СН - СН₂ + RONa⁺ ^R - CH(OH)CH₂OR

В этом случае более низкая реакционная способность непротонпро-ванного оксирана компенсируется более основным и более нуклеофиль-ным характером реагента (алкоголята). Присоединение спиртов при этом осуществляется согласно правила Красуского, т.е. образование гид-роксильной группы наблюдается у наименее гидрогенизованного атома углерода исходного окснранового соединения.

*'⁹

Взаимодействие спиртов с оксираноы в отсутствии катализаторов осуществляется при температурах на 30 - 80С выше, чем при каталитических процессах. Предполагается течение этой реакции по следующей схеме:

СН₂ - СН₂ + ROH -—>СН₂ - СН₂—OR —~>HOCH₂CH₂OR

т.е. в результате внутримолекулярных превращений комплекса "оксиран -спирт", возникают его в первой быстрой стадии реакции за счет водородных связен.

Раскрытие окснранового цикла в 2-хлорметилоксиране также изучено на примере многочисленных реакций с нуклееф ильным и реагентами. Это связано с большими синтетическими возможностями 2-хлорметнлокснрана, который кроме окснранового ольца, содержит также реакционноспособный атом хлора, позволяющего проводить с ним разнообразные химические превращения с целью получения производных глицерина [39].

Продукты взаимодействия 2-хлорметнлокснрана со спиртами и фенолами, т.е. 1- алкокси (арнлокси) - 3- хлор-2- пропанолы являются интересными синтонамп для получения симметричных или несимметричных 1,3 - дпэфнров глицерина. Это взаимодействие, осуществляемое под действием различных факторов (Р, t, катализаторы) приведено в монографии [40].

Вероятный механизм взаимодействия 2 - хлорметилоксирана со спиртами в присутствии апротониого кислотного катализатора - этнлэфп-рата фторида бора на основе существующих теоретических представлений [41] можно объяснить следующим образом:

20
-+ + -

ROH + F₃B : OC₂H₅)₂ >R - 0: BF₃ + (C₂H₅)₂0

H
CH₂ - CHCH₂C1 CH₂ - CH - CH₂C1

О -^ 0 + [ RO : BF₃]'

H H

R - 6 : BF₃

+ -

[F₃B : OR]" + CH₂ - CH - CH₂C1 —->ROCH₂CH(OH)CH₂Cl + BF,

\+/

H Под действием основных катализаторов конденсация 2-хлорметилокспрана со спиртами протекает в случае, когда в молекуле последних имеются электроноакцепторные заместители, повышающие кислотность водорода гндрокснлышй группы. Эта реакция изучена на примере полифторнрованных спиртов и 2-хлорметилоксирана[42]:

NaOH
CF₃CH₂OH + СН₂ - CH - CH₂CI ->CF₃CH₂OCH₂CH(OH)CH₂Cl

Исследованиями далее установлено, что третичный спирт следующего строения CF₃C(CH₃)OH не вступает в эту реакцию.

При конденсации 2-фторметилоксирана со спиртами в присутствии кислотного катализатора процесс ведет к образованию 1-фтор - 3- алкокси - 2 - пропаполов, однако имеет место частичный обмен фтора на алкокси-группу с образованием 1,3 - диалкнловых эфиров глицерина [43].

Исследована кинетика реакции 2- хлорметилоксираиа с 2- хлорэта-нолом, 1,2 - и 1,3 - дпхлор - 2 - пропанолами, 1,3 - днметокси - 2 -пропаполом в присутствии BF₃. При наличии у окснранового кольца заместителей с (-J) эффектом, взаимодействие спирта и оксираїїа протекает

с образованием "нормального" продукта присоединения. Падение константы скорости взаимодействия объясняется понижением кислотности исходных спиртов в ряду:

(С1СН₂)₂СНОН > С1СН₂СНС1СН₂ОН > С1СН₂СН₂ОН >(СН₃ОСН₂)₂СНОН Известно, что в системе оксираи-спнрт существует следующее равновесие:

CICHj - СН - СН₂+ ROH ->С1СН₂ - СН - СН₂ OR

\ / N /
О О Н

При повышении кислотности спирта равновесие смещается вправо и при этом увеличивается количество сольватированных молекул.

Степень сольватации оксиранового кольца спиртами зависит от образующихся при этом водородных связей, а уменьшение этой степени ведет к увеличению нуклеофилыюстн ассоциатов. С понижением кислотности спирта реакционноспособность сольвата возрастает, что ведет к увеличению константы скорости реакции присоединения:

С1СН₂-СН- СН₂ OR?"->

\ / I

С1СН₂-СН-СН₂ OR .

О н

\ / ' " SnCLj

О Н

циклическое переходное состояние.

->C1CH₂CH(0H)CH₂0R

-^-

Роль SnCLj заключается в ускорении перестройки циклического переходного состояния [44].

Изучение кинетики взаимодействия 2-хлорметилоксирана с этиленг-ликолем (1) и 1-хлор - 2 -оксппропиловым эфиром (II) в присутствии эти-лэфпрата фторида бора показало, что медленное течение реакции с соеди-

нением (И) объясняется наличием у последнего вторичной гпдроксильиой группы. При этом авторы [45] считают, что процесс осуществляется по пограничному механизму Sn2.

Наиболее подходящими катализаторами в реакции фенолов с 2-хлорметнлоксираном являются основания. Последние, оттягивая к себе протон гидроксильнон группы фенола, способствуют ускорению образования более сильной нуклеофильной частицы АгО'.

В качестве катализаторов использованы едкие щелочи, феноляты, пиридин, триэтилашш. Однако применение последнего дает невысокий выход целевого продукта, что обусловлено протеканием побочного процесса замещения атома хлора 2-хлорметнлоксирана на триэтилашш с образованием соли четвертичного аммониевого основания. Применение хлорида триэтнлбензиламмония позволило повысить выход 1-хлор-З-фенокси-2-иропанола до 93% [46].

1.3. Синтез н сооиства алкокснхлорпропанолов

Алкоксихлорпропанолы являются удобными синтонами для получения разнообразных гетерофункцнональных соединений с углеродным каркасом глицерина. Получение алкоксихлорпропанолов осуществляется конденсацией эпихлоргпдрина с различными спиртами в присутствии апро-тонных или протонных кислот Льюиса [47].

Наличие гидроксильной группы и достаточно подвижного атома хлора в данных соединениях позволяют проведения многочисленных реакций нзогипсического нуклеофилыюго замещения атома галогена, а также превращений с участием ОН - группы.

На основе этих превращений предложены удобные пути синтеза различных эфиров глицерина, эфироамииов пропан - 1,2-днола производных пропанола- 2 содержащих ампиную, нитрильную, тнольную, родановую и другую функциональные группы [4S].

Конденсация эпихлоргидрнна в присутствии различных катализаторов кислотного характера изучена многочисленными исследователями [49-52].

Выявлено, что для процесса присоединения спиртов к окснрановьш соединениям, большое значение имеет электронная природа заместителей, находящихся у окспранового цикла. Исследованиями установлено, что при кислотном катализе конденсации спиртов с метплокснраном, наряду с продуктом нормального присоединения, образуется также изомерное ему

соединение [53].

f-
СНз - СН - СН₂ + СН₃ОН₂ ->СН. - СН - СН₂ + СНзОН >-

\ / " \ +/

о о-н

—->СН₃ - СН - СН₂ОСН₃ + СНз - СН - сн₂он
ОН ОСНз

Это связано с влиянием положительного индукционного эффекта (+J) мет ильной группы на распределение электронной плотности окспранового цикла.

Известно, что с уменьшением кислотности реагента увеличивается основность его аниона. Исходя из этого, авторы [44] считают, что с увеличением основности реагента наблюдается преимущественное образование продукта нормального присоединения. Это подтверждается также данными по изучению кинетики взаимодействия эпихлоргидрнна с некоторыми спиртами в присутствии SnCLj [54]. Установлено, что при наличии у окспранового кольца заместителя c-J - эффектами

(- CH₂-CL) реакция между спиртом и эппхлоргидрпном приводит к образованию лишь нормального продукта присоединения, т.е. с гидроксильнои

группой у вторичного атома углерода исходного оксирана:

(C₂H₅bO:BF₃
СН₂ - СН - CH₂Ci + ROH >ROCH₂ - СН(ОН)СН₂С1

Проведенные раннее исследования реакции 2-клорметилоксирана со спиртами, с радикалами С^.Сю аллнл-, бензил, - циклогекспл - в присутствии этилэфпрата фторида бора показали, что при увеличении температуры реакции в зависимости от удлинения алкильного радикала спирта наблюдается заметное повышение выхода целевого продукта [55].

В отличие от известных методов синтеза алкоксихлорпропанолов, где используются десятикратный избыток спирта и реакция проводится при низкой температуре [56], данный вариант позволил осуществления процесса при 2-3-х кратном избытке спирта, что дает значительную экономию реагента и за счет повышения выхода позволяет удешевить целевые продукты синтеза.

Интересными спнтопами являются также продукты конденсации эпихлоргпдрина с фенолами. Синтез таких соединений осуществляется с применением катализаторов основного характера. При использовании таких катализаторов (пиридин) фенолы превращаются в более сильные нук-леофплыше частицы, которые облегчают протекание процесса конденсации:

+
СбН₅ОН+ CsHsN ->С₆Н₅ОН :NC₅H₅ -^HjO + C_sHjNH

С_бН₅б

\

S+ 5+ СН₂- СН - СН₂С1 + С_бН₅0 -—>СН₂ - СН СН₂С! —->

\/ \ /

о о

+

CjH₅NH
C₆H₅OCH₂ - CH CH₂CI ->C_eH2 - CHCH₂CI + C₅H₅N

I ' f

0 OH

Используя реакционные центры алкокси (арнлокси) хлорпропанолов были осуществлены ряд химических превращений с их участием.

Изучен процесс непосредственного взаимодействия 1-арилокси - 3-хлор- 2 - пропанолов с алкоголятами в спиртовом растворе, позволяющего исключить стадию синтеза промежуточного окспрановото соединения [57].

ArOCH₂CHCH₂Cl + RONa >ArOCH₂CHCH₂OR + NaCl

ОН ОН

Осуществлены также синтезы аналогичных днэфиров глицерина содержащих бепзильный радикал

C₆H₅CH₂OCH₂CH(OH)CH₂Cl + NaOR — -> -—>C₆H₅CH₂OCH₂CH(OH)CH₂OR + NaCl Полученные соединения обладают сильной физиологической активностью и они рекомендованы в качестве регуляторов роста растений [58]. С целью получения новых мономеров исследована реакция взаимодействия 1-арнллоксн - 3 - хлор- 2- пропанолов с алкоголятом аллилового спирта по схеме:

ArOCH₂CH(OH)CH₂CI + NaOCH₂CH = СН₂ >

>ArOCH₂CH(OH)CH₂OCH₂CH = СН₂ + NaCl

где Аг - фенил, О -, М -, N - голил, а также циклогексил. 1-Алкокси (арплоксп) 3 - хлорпропанолы являются исходными продуктами для синтеза разнообразных триэфпроп для глицерина:

Ar(R)OCH₂CH(OH)CH₂Cl + NaOR' — > Ar'(R)OCH₂CH(OH)CH₂OR —^

Na CH₂=CHCH₂Br
->Ar(R)OCH₂CH(ONa)CH₂OR -y

C$Hg
->Ar(R)OCH₂CH(OCH₂ - CHCH₂)CH₂OR' + NaBr [59, 60].

Аналогичные 1,3 - диэфиры глицерина были использованы для синтеза и изучения химических свойств большого ряда виниловых эфиров

АгОСН₂ НС=СН АгОСН₂

Ьнон -> Люсн = сн₂

I KOH,P,t (Ar)R0fcH₂

(Ar)RO-CH₂

Полученные виниловые эфнры были введены в различные химические превращения (гидрирование, ацеталь - и ацнлальобразования), а также в полимеризацию [61].

Алкоксихлорпропанолы являются перспективными синтонами для перехода к новым оксосоединениям. Изучено окисление этих соединений под действием различных окислительных реагентов (реактив Джонса, хромовая смесь и т.д.). В результате чего были синтезированы соответствующие алкоксихлоркстоны, которые могут быть использованы для синтеза новых классов полигетерофункциональных оксосоединеннй [62, 63].

[О] R₂NH
ROCH₂CH(OH)CH₂C! ->R0CH₂CCH₂C1 ->

6 КОН

ROCH₂CCH₂NR₂ + Ш + Н₂0

Для создания ноеых фармакологических средств регуляторов роста растений, а также получения спнтонов важной является реакция алкокси-хлорпропанолов с различными аминами, которая приводит к образованию эфпроампнов пропандиола - 1,2, т.е. 1-алкокси - 3 - амнио 2- пропанолов. Синтез таких соединений согласно широко известного метода осуществляется предварительным переводом алкоксихлорпропанолов под действием

щелочи в соответствующие эпоксидные соединения и последующей конденсацией их с ашшашг.

ROCH₂CH(OH)CH₂Cl - ->RQCH₂-CHCH₂ ->

эфир \/

-КС1;Н₂0 О

R₂NH

->ROCH₂CHCH₂NR₂R₂⁺

Другим методом получения таких соединений является взаимодействие алкоксихлорпропанолов с аминами при повышенных температурах [64, 65].

Исследована также возможность получения эфнроашшов нропан-дпола - 1,2, путем непосредственной конденсации алкоксихлорпропанолов с аминами в присутствии щелочи без перевода и выделения промежуточного оксиранового соединения. Разработанный на основе этих исследований способ позволяет осуществить синтезы эфироампнов пропанднола -1,2 с весьма высокими выходами. Используя этот метод были синтезированы обширный ряд новых представителен этого класса органических соединений, изучена их структура, а также фармакологчисекая и физиологическая активность [66]. Получение этих веществ осуществляется по схеме:

ROCH₂CH(OH)CH₂Ci + R₂NH ->ROCH₂CH(OH)CH₂NR₂

-КС1;Н₂0

Большую синтетическую возможность имеют эф про амины пропанднола - 1,2 содержащие остатки первичных аминов. Наличие подвижных атомов водорода у амшшой и гндрокспльной группах этих соединений позволяют осуществления на их основе реакции циклизации с помощью рал-

личных оксосоединений. Это позволяет переход от алифатических гетеро-полифункциональпых производных глицерина к новым циклический системам [67]:

R0CH₂CHCH₂C1 + R'NH₂ ->ROCH₂CHCH₂»-

I -КС1 | I

ОН ОН NHR'

R"CHO

-^ROCH₂fH-CH₂ + Н₂0

К₂С0₃ О N-R

С Н "^Ч R»

>

Используя различные полифункцпональные производные глицерина, содержащие тиольную и гидроксильную, амннную и тиольную, гидро-кспльную группы и остатки гидразина можно осуществить переход к новым представителям ряда 1,3 - тиоланов, 1,3 - тиазолнднна, ппразолона и т.д. [68].

Особенно большое значение имеют гетероцнклы, получаемые на основе эфиранппов пропандиола и ненасыщенных альдегидов (фурфурол и т.д.), котоорые могут служить в качестве одного из мономеров в диеновом синтезе. А это позволяет осуществления перехода к более сложным полн-гетероциклическим системам [69]:

ROCH₂CH-CbL I I О N-R \ / н — С ^

\

_сн-С'

->

На основе имеющихся литературных данных по цеанэтилированию спиртов [70-73] были разработаны методы получения цеанэтнлованных эфиров пропапднола-1,2 и смешанных простых 1,3 - диэфиров глицерина, получаемых на основе алкокспхлорпропанолов по схеме [74, 75]:

RONa
ROCH2CHCH2NR2+ СН₂ = CHCN ->ROCH₂CHCH₂NR₂

ОН 0-CH₂CH₂CN

Одной из характерных реакций соединений содержащих подро-кспльную группу является этерификсацня их карбоновымн кислотами или ангидридами, а также хлорангидридами [76].

В литературе [77] описан синтез сложных эфиров 1-алкокси - 3 -морфолино - 2 -пропанолов с применением ангидридов карбоновых кислот. Полученные при этом соответствующие сложные эфпры представляют интерес в качестве регуляторов роста растений, фармакологически

активных веществ. Процесс осуществляли по следующей схеме:

ROCH₂CH(OH)CH₂Cl + R₂NH ->ROCH₂CH(OH) CH₂NR₂ —-->

- Ш;Н₂0
(RCO)₂0
->ROCH₂CHCH₂NR₂ + RCOOH

O-C-R б

Большую перспективу имеют исследования направленные на получение и пзученіії свойств координационных соединений на основе зфи-роаминов пропандиола - 1,2 и биометаллов. Такие соединения являются потенциальными биологически активными и обладают росторегулпрую-щии эффектом.

Изучение таких соединений с помощью различных физико-химических методов показало, что координация эфироамипов пропандио-

ла - 1,2 с металлами осуществляется по кислороду гидрокснльнон к атому азота амннной групп, т.е. лиганды проявляют при этом бидентантность. На основании этих исследований была предложена следующая структура комплексных соединений [78-79]:

RO СН₂СН - СН₂ - NR₂ R₂NCH₂ - СН - CH₂NR₂

но-. 7 но; J,

Мо-С1 Си

/Щ \ / \

С1 О сі С1 С1

Приведенный литературный обзор показывает широкую потенциальную возможность алкоксихлорпропанолов для создания угліродньїх каркасов нового ряда шшциклическпх соединений и оригинальных гетерополи-цпклнческнх систем. Использование синтетических возможностей этих соединений позволяет в перспективе получения новых органических соединений с комплексом полезных свойств, которые необходимы для создания новых эффективных лекарственных препаратов, химических средств защиты растений, а также новых материалов для электронной техники.

1.4. Получение и свойства 1,3 - диоксолшюв

Циклические кислородсодержащие производные глицерина (дпоксо-ланы, диоксаны) и продукты их превращений являются полупродуктами для органического синтеза, биологически активными соединениями и т.п. [80 - 82].

Одним из широко используемых способов получения 1,3 - дпоксо-ланов является взаимодействие окспраповых производных с альдегидами и

кетонами в присутствии апротонных кислот Льюиса (зфпрата BF₃, Mg(C!0)₂, SnCL, или FeCl₃) [83]

SnCl₄ SnCl₄

О 0^

/ \ + ^CH₂ ^ 0 - CH₂

CH₂ - CH₂ + RCH = 0 —->RCH - 0 - CH₂ — ->RCH I + SnCl₄

^ 0 - CH₂

Винилалкнловые эфпры взаимодействуя с глицерином сначала образуют а - ноновннилоеый эфир глицерина, который затем пзомеризуется в соответствующие производные 1,3 - дпоксолана (1) и 1,3 - дпоксана (И). Образование большого количества (1) объясняется пространственной близостью р - ОН - группы с винилышй группой.

СН₂ОН СН₂ОСН=СН₂ ОН ОН

_{II I I /Ч}

roch = ch₂ + choh— -уснон > 0 0 + ) )

I -ROH| X V⁰

СН₂ОН СН₂ОН Н СН₃ Н^СНз

Циклообразование протекает также при взаимодействии пропарги-ловых производных с этилеигликолем в присутствии BF₃ - HgO [84, 85].

Фторсодержащие дноксоланы получают из октофторбутилена, эти-ленгликоля и глицерина [86], а бромсодержащие из 2 - (2' - бромаллилок-сішетнл) окснрана [87].

Другим путем синтеза циклических производных глицерина является реакция некоторых диолов с хлорированными простыми эфирамп в присутствии цинка [88].

Для получения биологически активных аминопроизводных 1,3 - дн-оксоланов используют конденсацию 3- хлорпропаидпола - 1,2 с альдегидами [89].

Реакция 2- арилокспметилокспранов с тригалогенуксуснымп кислотами, наряду с продуктами присоединения, дает также продукты перегруппировки последних - соответствующие диоксоланы, количество которых увеличивается с повышением температуры и усилением электроотрицательности галогена [90].

Взаимодействие бензотрихлорида с а - ионо - и а,у - днхлоргидри-намн глицерина протекает по первичной и вторичной ОН - группам хлор-гидринов, а бензилидехлорид и а,а' - дпхлордпфенилметан с последними дают разветвленные или циклические ацетали [91, 92].

Хлорацетальдегид и глицерин реагируют в присутствии катнонита КУ-2 с образованием смеси соответствующих производных 1,3 - диоксо-лана и 1,3 - дноксапа [93].

Изучены также свойства циклических ацетален на основе малонового альдегида [94].

Используя конденсацию 2- метилглицернна с карбонильными соединениями [95] карбоната глицерина с гексафторацетоном [96] предложены различные варианты синтеза циклических ацеталей.

В работе [97] описаны многочисленные способы получения, структура превращения и области практического использования 1,3 - диоксола-нов и 1,3 - дноксанов.

Установлено, что продуктом циклизации 2- (2' - хлорэтокснметил) окспранапод действием NaOH при нагревании является 2- оксиметнл - 1,4 - диоксан, превращающийся под действием РС!₃в 2 - хлорметил - 1,4 - дн-оксан [98].

Изучение реакции между 2- окснрани-шгаетоксирана(І) с бутанолом в условиях основного катализа показало, что циклизация не протекает до конца и степень протекания ее зависит от температуры. Пониженная способность (1) к цнклнзацни объясняется большей склонностью вращения окспрановых групп вокруг связи С-О-С в (1), что приводит к появлению трансондного изомера (II) не склонного к циклизации. Однако при щелочном катализе в полярных средах можно добиться высокой степени циклизации, в то время как кислотные катализаторы вообще не приводят к цик-лообразовапшо [99]:

/

) \

_сн,

_сн,

кат. СН₂

I + СД1₉ОН --—> НО - СН

о \

С4Н90СН2

\

I сн-он

\

СН20С4Н0

С₄ЩОСН

СН₂ СН₂

\ .'.-^ I
->снон *сн —-уедоснл _г

\ > | ^ о о

_{с4н9осн2 сн2}

_сн,он

IV III V

Циклические О- производные глицерина подвергаются различным превращениям. Установлено, что в присутствии тозплата пнридиння легко протекает гидролиз диоксоланов [100].

Осуществлено цнапэтилирование [101], окислительное расщепление [102], амппнрование [103], карбаминнрованне [104], гндрогенолпз [105], и другие реакции с участием 1,3 - диоксоланов [106-110].

У стереоизомеров 2- оксиметнл - 6 бромметнл - 1,4 - дпоксана установлена различная реакционная способность атома галогена в зависимости от конформацнп цис - или транс - изомеров [111].

Изучение взаимодействия 1,3 - диоксоланов с реактивом Гриньяра показало, что наименьшая устойчивость дпоксошшового цикла наблюдается при алкоксиметильном заместителе в положении 4. При наличии в этом положении окснранилметокси - группы в первую очередь происходит раскрытие окспранового цикла [112].

Реакция пропоргпловых эфиров циклических ацеталей глицерина с алкоголятами спиртов приводит к соответствующим ацетиленовым спиртам [113].

Исследованы также различные превращения 5-бром - 5- нптро -1,3 -диоксоланов под действием этилтиолята натрия [114]. При взаимодействии гпдроксплсодержащпх диоксоланов с тполами наряду с расщеплением кольца, происходит обменная реакция ОН - группы на тноалкилный радикал [115].

Различные пути синтеза, строение, реакционоспособность и области практического применения 1,3 - диоксолана и его производных подробно изложены в монографии [116].

Приведенный анализ литературных данных по синтезу и свойствам циклических производных глицерина показывает, что данные представители этого класса органических соединений являются интересными объекта-

мп для изучения реакционной способности, структурных особенностей, а также для создания новых полигетероцнюшческих систем очень необходимых для пополнения арсенала новых фармацевтических средств, а также экологически безопасных регуляторов роста растений.

Физические свойства, строение и способы синтеза окснрановых производных глицерина

На основе этой реакции с применением пероксидов трет-бутила или этилбензола предложен удобный способ получения эпнхлорпщрнна из хлористого аплила [11]. Предложены также и другие варианты синтеза эпнхлорпщрнна [12-13].

Эпоксидное кольцо образуется также в результате реакции сопряженного окисления. Например, сопряженное окисление хлористого аллила смесью альдегида и кислорода в диметплфталате приводит к получению эпихлоргпдрина [14]. Этот процесс можно осуществить также в присутствии катализатора Ag20 под давлением [15] или без него [16]. Известны способы получения окисей олефинов путем взаимодействия олефинов с гндропероксидами в присутствии катализатора трет-бутилбензоата молибдена [17] пли V20«[18], а также с применением перок-сидаводорода [19], двухкомпонентного катализатора, состоящего из органических или неорганических соединений Sn, Mg, V, W [20] или в присутствии цианоамида [21]. Сообщается также об использовании для эпокси-дирования олефинов пероксидов гетероциклических азотистых оснований, хлората магния и тетраоксида осмия [22-23]. В настоящее время разработаны эффективные промышленные способы получения эпихлоргпдрина и других окисей олефинов [24]: С использованием этилэфпрата фторида бора в качестве катализатора реакцией эпихлоргпдрина с алифатическими спиртами (мольное соотношение 1- 3 : 1) и последующим дегидрохлорированием образущегося эфира а - монохлоргидрнна глицерина получены соответствующие гли-цидиловые эфпры содержащие 2- части на миллион омыляемого хлора, которые пригодны для использования в электронной промышленности [25]. С целью создания высокоселективиых технологических методов получения аллилглицидплового эфира найдены оптимальные условия синтеза 1- аллилокси - 3 - хлор - 2 пропанола с ЕЫХОДОМ 90% [26]. Изучена газофазная реакция бутен - 3 - диола - 1,2 с эпнхлоргидри-пом в присутствии NaOH. Показано, что в ходе реакции проиходнт последовательное образование следующих продуктов [27]: Реакция проводилась при 40-80С при стандартном рН. Полученные соединения служат в качестве ПАВ (флотореагенты соэмульгаторы полимеризации). Изучена каталитическая активность полициклов (краун-эфнры, аза -крауны) в одностадийном способе получения аллнлглнцндшювого эфира в условиях межфазного катализа. Активность межфазного переноса у поли-цнклов оказалось выше, чем четвертичных аммониевых солей [28]. Один из методов получения глицидилового спирта чистотой 96% основан на эпокспдированпи аллплового спирта пероксндом водорода в присутствии катализатора - CaWO [29]. Потектуется также способ получения глицндола взаимодействием монохлоргидрнна глицерина с щелочным агентом (кальцинированная сода, фосфат натрия) в среде дихлорэтана [30]. Глнцпдиловый спирт и его производные получают нагреванием (170-210С), при давлении 3-103 - 10- 103 Па карбонатов глицерина пли его производного в системе тв./жпдк. фаза в присутствии полиола и твердого катализатора типа у- А1203 [31]. Для получения модификатора оптических прозрачных эпоксидных полимеров предложен глицпдиловый эфир 3- оксифенантрена [32]. Для использования в качестве связующих для оптически прозрачных клеевых композиций, применяемых в электро и радиотехнике, а также в волокно-оптических линиях связи. Предложен способ получения глициднловых эфиров а- или р- нафтолов взаимодействием соответствующего нафтола с эпнхлоргидрином и щелочью при кипячении [33]. Разработан также способ получения глициднловых эфиров используемых в качестве адгезивов для электроники с минимальным содержанием примесей хлора, хлорида калия, натрия [34].

Разработаны и предложены ряд способов выделения очистки и получения особо чистых окспраповых соединений [34-36]. Взаимодействие 2 - хлорметплоксирана со спиртами и фенолами относится к типу реакции раскрытия оксираиового цикла под действием соединений содержащих подвижный атом водорода. При этом образуются соответствующие 1 - алкокси (арплокси) - 3 - хлор - 2 - пропанолы - промежуточные продукты для синтеза других производных глицерина. Раскрытие оксираиового кольца происходит в присутствии катализаторов, а также без них (давление, температура). При раскрытии кольца под действием спиртов эффективными являются протонные и апротонные кислотные катализаторы, а в случае фенолов процесс ускоряется основаниями. В настоящее время механизм этого процесса детально изучен на примере оксирана. При катализе сильнокислотными катионами образуется высокореакционноспособная оксониевая форма окснрана, которая затем атакуется нуклеоф ильным реагентом (спирт):

Синтез и свонства алкоксихлорпропанолов

Алкоксихлорпропанолы являются удобными синтонами для получения разнообразных гетерофункцнональных соединений с углеродным каркасом глицерина. Получение алкоксихлорпропанолов осуществляется конденсацией эпихлоргпдрина с различными спиртами в присутствии апро-тонных или протонных кислот Льюиса [47].

Наличие гидроксильной группы и достаточно подвижного атома хлора в данных соединениях позволяют проведения многочисленных реакций нзогипсического нуклеофилыюго замещения атома галогена, а также превращений с участием ОН - группы.

На основе этих превращений предложены удобные пути синтеза различных эфиров глицерина, эфироамииов пропан - 1,2-днола производных пропанола- 2 содержащих ампиную, нитрильную, тнольную, родановую и другую функциональные группы [4S].

Конденсация эпихлоргидрнна в присутствии различных катализаторов кислотного характера изучена многочисленными исследователями [49-52].

Выявлено, что для процесса присоединения спиртов к окснрановьш соединениям, большое значение имеет электронная природа заместителей, находящихся у окспранового цикла. Исследованиями установлено, что при кислотном катализе конденсации спиртов с метплокснраном, наряду с продуктом нормального присоединения, образуется также изомерное ему соединение [53].

Это связано с влиянием положительного индукционного эффекта (+J) мет ильной группы на распределение электронной плотности окспранового цикла. Известно, что с уменьшением кислотности реагента увеличивается основность его аниона. Исходя из этого, авторы [44] считают, что с увеличением основности реагента наблюдается преимущественное образование продукта нормального присоединения. Это подтверждается также данными по изучению кинетики взаимодействия эпихлоргидрнна с некоторыми спиртами в присутствии SnCLj [54]. Установлено, что при наличии у окспранового кольца заместителя c-J - эффектами (- CH2-CL) реакция между спиртом и эппхлоргидрпном приводит к образованию лишь нормального продукта присоединения, т.е. с гидроксильнои группой у вторичного атома углерода исходного оксирана: Проведенные раннее исследования реакции 2-клорметилоксирана со спиртами, с радикалами С .Сю аллнл-, бензил, - циклогекспл - в присутствии этилэфпрата фторида бора показали, что при увеличении температуры реакции в зависимости от удлинения алкильного радикала спирта наблюдается заметное повышение выхода целевого продукта [55]. В отличие от известных методов синтеза алкоксихлорпропанолов, где используются десятикратный избыток спирта и реакция проводится при низкой температуре [56], данный вариант позволил осуществления процесса при 2-3-х кратном избытке спирта, что дает значительную экономию реагента и за счет повышения выхода позволяет удешевить целевые продукты синтеза. Интересными спнтопами являются также продукты конденсации эпихлоргпдрина с фенолами. Синтез таких соединений осуществляется с применением катализаторов основного характера. При использовании таких катализаторов (пиридин) фенолы превращаются в более сильные нук-леофплыше частицы, которые облегчают протекание процесса конденсации: Используя реакционные центры алкокси (арнлокси) хлорпропанолов были осуществлены ряд химических превращений с их участием. Изучен процесс непосредственного взаимодействия 1-арилокси - 3-хлор- 2 - пропанолов с алкоголятами в спиртовом растворе, позволяющего исключить стадию синтеза промежуточного окспрановото соединения [57]. Осуществлены также синтезы аналогичных днэфиров глицерина содержащих бепзильный радикал C6H5CH2OCH2CH(OH)CH2Cl + NaOR — - -— C6H5CH2OCH2CH(OH)CH2OR + NaCl Полученные соединения обладают сильной физиологической активностью и они рекомендованы в качестве регуляторов роста растений [58]. С целью получения новых мономеров исследована реакция взаимодействия 1-арнллоксн - 3 - хлор- 2- пропанолов с алкоголятом аллилового спирта по схеме:

Синтез тиурониевых солен на основе 1 - алкокси - 3 -хлор - 2 -пропанолов

Продукты взаимодействия эпихлоргндрииа со спиртами, т.е. алкокспхлорпропанолы являются интересными сиитонами для получения новых гетеро по лнфункциональных производных глицерина. Получению таких соединений посвящены многочисленные работы отечественных и зарубежных ученых [117-121].

Нами осуществлены синтезы апкоксихлорпропанолов по схеме: В проведении данного процесса были использованы спирты с аль-кильпьши радикалами С1 - С[0, а также аллил. Проведенные нами исследования этой реакции показали, что при увеличении температуры реакции в зависимости от удлинения алкилыюго радикала спирта наблюдается заметное повышение выхода целевого продукта. В отличие от известного метода синтеза, где используются десятикратный избыток спирта и реакция проводится при низкой температуре [121], видоизмененный нами вариант позволяет осуществлять процесс при 2-3-х кратном избытке спирта. Это дает значительную экономию реагента и за счет повышения выхода позволяет удешевить продукты синтеза. В таблице 1 приведеш температура реакции и константы 1 - алкокси - 3 - хлор - 2 - пропаполов (I - XI). Следует отметить, что в случае применения аллилового спирта в данном процессе, выход целевого продукта оказался наименьшим (58,0%). Это связано с течением ряда нежелательных побочных процессов (полимеризация, окисление и т.д.) В действительности при синтезе и выделенин этого продукта путем вакуумной перегонке даже в случае использования ингибитора полимеризации - гидрохинона, процесс полимеризации не удается подавить до конца. Это подтверждается образованием определенного количества смо-лообразных неперегоняющихся продуктов неизвестного строения остающихся в конце перегонки. В ЙК - спектрах синтезированных нами алкоксихлорпропанолов характерными полосами поглощения является следующие: 3400 см ! (валентные колебания ОН - группы) 2940; 2880 см"1 (валентные колебания СН2 - к СН3 - групп) 1100 см"1 (валентные колебания С - О - групп 550 см (валентные колебания связей С - С\ В ЙК - спектрах 1 - аллшюкси - 3 - хлор - 2 -пропанола кроме вышеперечисленных полос поглощения обнаружено наличие колебаний в области 1640 см"1 и 3100 см 1 относящиеся к валентным колебаниям = С - Н В спектрах ПМР 1 - алдокси - 3 - хлор - 2 - пропанолов отмечаются сигналы протонов для следующих групп (в м.д.): 8 3,2 мультнплет протона ОН - групп; S = 0,875 характеризующие протоны СНз группы; 3 = 2,80-2,90 дублет СН2 - группы связанной с кислородом; 6 = 0,6-0,7 дублет СН2 - группы скелета пропана; S = 5,5-6,0 сигналы протонов в ипильной группы аллилного радикала. Полученные алкоксихлорпропанолы были использованы для проведения дальнейших химических превращений. Следует отметить, что алкокснхлорпропанолы являются биологически активными соединениями и все представители этого ряда веществ проявляют ннгибирующее действие на всхожесть к энергию прорастания семян сельскохозяйственных культур (пшеница, горох, хлопчатник, перко) [122-124]. Алкокснхлорпропанолы являются важными исходными соединениями для получения различных функциональных производных глицерина [125, 126]. Используя реакционные центры (С!, ОН) этих молекул осуществлены многочисленные химические превращения [127]. Особенно большую перспективу имеют алкокснхлорпропанолы в синтезе новых химических реактивов [128]. 2.2. Гидролиз 1- - 3 - хлор - 2 - пропанолов Определенный синтетический интерес представляет изучение возможностей получения а- моноалкиловых эфиров глицерина путем гидролиза алкоксихлорпропаполов. В исследованиях проведенных ранее [129] было показана возможность синтеза ашшогликолей с использованием гидролиза 1 - хлор - 3 - диалкилампио - 2 - пропанолов под действием различных щелочных реагентов. В литературе известны несколько способов получения а - моноалкиловых эфиров глицерина. Однако все эти методы имеют определенные недостатки. Согласно одного из них 3 - алкокси - 1, 2 - пропандиолы получают взаимодействием алкоксндов замещенного глицерина с алкилгалогеиидами или алкнл - п - толуолсульфонатами и метансульфонатамн Известно, что сульфонаты являются хорошими алкнлирующими агентами, которые по этим свойствам подобны диметнлсульфату [133] Другой способ основан на раскрытии оксиранового кольца 2- гидро-ксиметилоксирана в присутствии катализаторов. Третий путь осуществляется использованием реакции 3 - галогено - 1, 2 - пропандиола с алкокси-дами высших спиртов [130]:

Поиск путей практического применения некоторых из синтезированных соединений

Как видно из рисунка в пачале в течепие 10-и минут nD20 раствора почти не меняется н после чего начинается медленное протекание процесса, которое длится 135 минут. После чего изменения показателен преломления реакционной смеси не наблюдается. Это показывает, что в таких условиях гидролиз алкокснхлорпропанолов продолжается 125 минут.

Проведение этого превращения при 60С показывает, что при этой температуре процесс начинается относительно быстро ( по истечению 7 минут) и продолжается 100 минут. После чего заметное изменение в показателях преломления не происходит. Из этих данных можно предположить, что повышение температуры процесса приводит к ускорению гидролиза.

Щелочной гидролиз алкокснхлорпропанолов изучен нами с использованием другого реагента - 10%-ного водного раствора Na2C03 при температуре 40 и 60С. На рис. 2 приведена зависимость изменения показателей преломления реакционной смеси от времени в процессе гидролиза алкокснхлорпропанолов в 10%-ном водном растворе Na2CG3 при температурах 40 и 60С. Как видно из рисунка продолжительность процесса гидролиза этих соединений начинается почти сразу же (Змин) и продолжается с постоянной скоростью в течение 150 минут. После чего реакция замедляется и окончание его наблюдается по истечению 30-тн минут.

Проведение гидролиза алкокснхлорпропанолов при 60С показывает, что этот процесс в выбранных условиях протекает с заметной скоростью в течение 90 минут, после чего процесс замедляется и завершается по истечению еще 30 минут.

Сравнение полученных данных изучения гидролиза алкокснхлорпропанолов с использованием NaOH и Na2C03 показывает, что выхода деловых продуктов - 3 - алкоксппропан - 1, 2 - днолов в случае применения карбоната натрия всегда оказывались более высокими, чем при кспользованни водного раствора NaOH. Аналогичную зависимость имеет также и сравнение относительных скоростей протекания процесса гидролиза этих соединений.

Следует отметить, что а - моноалкиловые эфиры глицерина оказывают содействие в повышении проникающей способности лекарственных средств (дауполнцин, метотрекцат, впнбластан, дофамин, блеомицин и др), через клетки мембраны, а также через гематоэнцефалическпй барьер [132], что открывает перспективу использования их в фармацевтической промышленности.

Для подтверждения строения синтезированных а - моноалкшювых эфнров глицерина нами осуществлены встречные синтезы этих соединений с использованием реакции 3 - хлорпропан - 1, 2 - диола с натриевыми алкоголятами алифатических спиртов с радикалами Сх- Сб, аллил с применением реакции глнцерата калия с галогеналкнламн С7- Сю по следующим схемам:

Реакция согласно первой схеме гладко протекает со спиртами содержащими радикалы Сі - С6. Проведенными ранее исследованиями [134, 135] показано, что наиболее высокий выход продуктов в данном процессе наблюдается при использовании абсолютированных спиртов. Выявлено, что при концентрации алкоголята в соответствующем спирте, равной порядка 9-19%, достигается гладкое протекание реакции и при этом достигается удовлетворительный выход продукта реакции. Это согласуется также с литературными данными по синтезу простых эфиров [136].

С увеличением длины апкильпого радикала спирта выход целевого продукта повышается. Авторы [134] объясняют это явление падением реакционной способности образующегося 3 - алкоксппропан - 1, 2 - дполов при увеличении длины алкоксильной части молекул, что подтверждает факт осмолення продуктов при прегонке, который более выражен при выделении первых представителей этих соединений.

По всей вероятности это связано с течением побочных процессов (поликонденсация, циклизация и т.д.). Поэтому выход 3 - метокси пропан -1, 2 - диола (42,5%) оказался низким, по сравнению с выходами других представителей этого ряда веществ.

Исходя из того, что получение алкоголятов из высших спиртов (С7 -Сю) требует затраты продолжительного времени в связи с падением реакционной способности этих соединений в реакции получения алкоголятов, синтез 3 - алкоксппропан - 1, 2 - дполов содержащих алкпльпые радикалы С7 - Сю осуществлены памп с использованием второй схемы получения таких соединений.

Аналогичным образом был синтезирован а - моноаллиловын эфир глицерина путем конденсации глпцерата натрия с бромистым аллилом с выходом 55% от теоретического согласно известной методики [137].

Физико-химические константы полученных 3 - алкоксппропан -1,2-днолов совпадают с аналогичными показателями таких же соединений, синтезированных путем гидролиза алкокснхлорпропанолов.

Похожие диссертации на Синтез, превращения и свойства алкоксихлорпропанолов

Синтез, свойства и превращения функционализированных диацетиленовБалова Ирина Анатольевна

Синтезы, свойства и превращения производных имидазола и его конденсированных системАлександрова Екатерина Вячеславовна

Синтез, превращения и свойства 2-бром-5-метил-7-оксо-7н-1,3,4-тиадиазоло(3,2-a)пиримидинаСафаров Сайфидин Шахобидинович

Синтез, превращения и свойства Z-замещенных n-изопропилбензойной и 4-изопропилциклогексанкарбоновой кислотОвсянников Олег Николаевич

Синтез, свойства и превращения производных глицерина с остатками СН-кислотТагаева Сурайе Эркаевна

Синтез, превращения и свойства 2-бром-5-нитро-6-метилимидазо-[2, 1-b]-1,3,4-тиадиазола Шарипова Рузигул Ёкубовна

Синтез, структура, свойства и превращения циклопропенов, содержащих заместители с кратными связямиДомнин, Иван Никитич

Фурил(арил)алканы и продукты их превращений : Синтез, стереохимия и свойстваБутин Александр Валерианович

СИНТЕЗ, ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ, ХИМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЙ О-МЕНТАДИЕНОВФедоров, Павел Иванович

N-(2-карбоксиэтил)хитозан: синтез, свойства, применениеПестов Александр Викторович