1.5. Взаємодія -окисей з о-кислотами в присутності каталізаторів основної природи
1.5.1. Утворення хлоргідринових ефірів бензойних кислот
Асиметричні похідні етиленоксиду реагують зі сполуками, що містять рухливий протон, такими як карбонові кислоти, феноли, тіоли, спирти та ін., утворюючи при цьому два ізомерних продукти: продукт нормального приєднання та продукт аномального приєднання [3,4]:
Регіоселективність приєднання сполук, що мають рухливий водень до -окисей залежить від типу субстратів, каталізаторів та температури перебігу процесу, а також від типу розчинника та співвідношення реагентів [2, 5-9].
Некаталітична реакція карбонових кислот з асиметричними оксиранами протікає з низькою регіоселективністю, що спостерігається і у випадку кислотного каталізу [6, 8, 9]. Крім того, на утворення аномального продукту визначаючий вплив має кислотність реагуючої системи [10]. Присутність високополярного розчинника безпосередньо впливає на регіоселективність даного процесу, збільшуючи кислотний характер асиметричного оксирану [10].
В присутності сильних кислот (як Бренстеда, так і Льюїса), ймовірність утворення нормального та аномального ізомерів однакова. Так, для реакції між оцтовою кислотою та пропіленоксидом, яка протікає в присутності HClO4, BF3 та п-толуолсульфонової кислоти, обидва ізомери, як нормальний, так і аномальний, утворюються приблизно в рівних кількостях [5]. З іншого боку, в присутності каталізаторів основної природи успішно утворюється нормальний продукт; в реакціях, що каталізуються ацетатом натрію, кількість нормального продукту складає 74 мольних %. У випадку некаталітичного процесу ― 68,5 мольних %.
В реакції пропіленоксиду з карбоновими кислотами вміст аномального продукту помітно зростає зі збільшенням сили кислоти і тільки трохи з ростом температури [2, 5-9]. Схоже співвідношення спостерігається і для реакцій з ЕХГ [6].
На будову ХГЕ, що утворюється в реакції приєднання карбонових кислот до ЕХГ, впливає тип каталізатору [2]. Наприклад, для реакції ЕХГ з бутановою кислотою кількість аномального продукту змінюється від 15,1 % для каталізатора Na2HPO4 до 21,9 % для каталізатора NaOH. Високу селективність мають реакції, що каталізуються сильно основними іонообмінними смолами з протиіонами OH-, AcO- або Cl- [7]. Кількість аномального продукту не перевищувала кількох процентів.
Важливим фактором, що впливає на регіоселективність приєднання карбонових кислот до оксиранів є структура останнього. Дослідження продуктів приєднання показало, що для гліцидилбензоату, головним чином утворюється аномальний ізомер, який потім повільно ізомеризується у нормальний ізомер, приєднання до гліцидилфенілового ефіру дає головним чином нормальний продукт [10].
Спектр суміші нормального та аномального ізомерів хлоргідриновогоефіра бензойної кислоти наведений на рис. 1.1 [11]. Відносний вміст аномального ізомеру визначали за співвідношенням інтегральних інтенсивностей метиленових протонів та ароматичних протонів кислоти, кількість яких за ходом реакції залишається постійною. Точність визначення знаходиться в межах 5%.
Дослідження [6] впливу умов проведення реакції на утворення аномального ізомеру хлоргідринового ефіру на прикладі взаємодії ряду монокарбонових кислот з ЕХГ в середовищі останнього ( табл. 1.2.) показали, що для некаталітичної реакції спостерігається збільшення вмісту аномального ізомеру з підвищенням сили кислоти.
Рис. 1.1. ПМР-спектрхлоргідринового ефіру бензойной кислоти 25С, ЕХГ: а – феніл, б – мультіплетметинових протонів, в – дублет метиленових протонів
Таблиця 1.2. – Залежність кількості 1,3-хлоргідринового ефіру (“аномальний” продукт) від умов проведення реакції (Т = 80С, СЕХГ = 12,4 моль/л) [11].
Кислота |
С0і, моль/л |
Вміст ХГ, % |
|
без каталізатора |
з каталізатором (R4NX) |
||
Анісова |
0,401 |
8,8 |
17,8 |
Бензойна |
1,253 |
14,9 |
20,0 |
4-Нітробензойна |
0,247 |
20,9 |
25,3 |
3,5-Динітробензойна |
0,393 |
2,92 |
21,4 |
З
гідно
з механізмом, запропонованим для
некаталітичної реакції [11], першою
стадією є утворення комплексу кислоти
з ЕХГ, який в залежності від полярності
середовища, будови реагентів може
існувати як в молекулярній , так і іонній
формі:
(Б)
Для молекулярної форми комплексу (Б) перевага віддається нуклеофільній атаці карбонільного кисню на α-вуглецевий атом -оксиду внаслідок, ймовірно, стеричних факторів з утворенням циклічного перехідного стану, що призводить до утворення нормального продукту приєднання:
В іонізованій формі комплексу (Б) частковий додатній заряд на - та - вуглецевих атомах ЕХГ розподілений приблизно однаково внаслідок компенсації додатного резонансного і від’ємного індуктивного ефектів атому хлору. Тому, очевидно,нуклеофільна атака карбоксилат-аніону здійснюється як на -, так і на -вуглецеві атоми ЕХГ, призводячи до утворення як нормального, так і аномального ізомерів хлоргідринового ефіру.
При каталітичній реакції (R4NX) заміщених бензойних кислот з ЕХГ кількість отриманого нормального ізомеру, як видно із табл. 1.1, в незначній мірі залежить від сили кислоти.
З
гідно
з механізмом, запропонованим для
каталітичної реакції бензойної кислоти
з ЕХГ, R4NX
реагує з кислотою, перетворюючись в
карбоксилат ( В ) [4]:
(В)
Нуклеофільна атака [4] карбоксилата (В) у вигляді контактної іонної пари на молекулу ЕХГ, що незв’язана в комплекс з кислотою, може відбуватись як за α-, так і за β-вуглецевим атомом - оксиду, призводячи до утворення як нормального, так і аномального продуктів приєднання, так само як і у випадку некаталітичної реакції. Але на відміну від некаталітичної реакції в цьому випадку, ймовірно, відсутня стадія електрофільної співдії, і тому зміна сили кислоти не має суттєвого впливу на кількість аномального ізомеру, що утворюється. Збільшення сили кислоти призводе лише до зростання швидкості процесу внаслідок збільшення нуклеофільності карбоксилат-аніону в контактній іонній парі.
1.6. Порівняння розриву епоксидного кільця під дією фермента та тетраалкіламмонійгаллагеніду.
Під дією епоксидгідролази в організмі відбувається гідроліз епоксидної сполуки, в процесі якого відбувається розрив епоксидного кільця з утворенням двохатомного спирту.
Під дією тетраалкіламмонійгаллагенідів також відбувається розрив епоксидного кільця, але з утворенням гліцидилкарбонових ефірів.
2. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА
2.1. Очистка та синтез речовин
2.1.1. Синтез та очистка ацетилсаліциловоїкислоти
R= Cl; OCOCH3
У круглодонній колбі на 100 мл змішують 3,8 г саліцилової кислоти, 3 млацилюючого агента та 3 краплі сульфатної кислоти. Колбу з’єднують зі зворотним холодильником і нагрівають на водяній бані протягом 1 години при 60 °С. Потім підвищують температуру до 90-95 °С і реакційну суміш при цій температурі витримують протягом 1 години. Під час нагрівання суміш періодично перемішують.
Після закінчення реакції суміш охолоджують до кімнатної температури й виливають у стакан на 100 мл, куди до того налито 10 мл холодної води. Кристали аспірину відфільтровують на воронці Бюхнера й для очищення перекристалізовують з органічного розчинника.
Вихід 3,7 г. Температура топлення 133-136 °С.
Для очищення отриману речовину переносять у колбу для кристалізації. Розчиняють її у мінімальній кількості киплячого хлороформу в колбі зі зворотнім холодильником. Злегка охолодивши розчин, додають активоване вугілля та кип’ятять розчин з активованим вугіллям протягом 5-7 хвилин. Гарячий розчин фільтрують через складчастий фільтр у чистий стакан. Вміст стакану охолоджують спочатку на повітрі, а потім у холодній воді. Відфільтровують на воронці Бюхнера кристали, що випали, промивши маточним розчином стакан. Отриману речовину висушують до сталої маси.