Изучение реакции взаимодействия N‑фталимида с акриловой кислотой

Section 15. Chemistry

Fig. 5 - The complex scheme for copper ore conversion

References:

1. Grigorenko D. O., Byk M. V. Investigation of copper cementation process by iron from used electrolytes and ore leaching solutions//Austrian Journal of Technical and Natural Sciences № 3-4. - 2015. P. 64-67.

2. Donchenko, M. I.; Linyucheva, O. V.; Uschapovsky, D. Yu.; Redko, R. M.; Byk, M. V. Copper Production from a Carbonate Ores by Electrowinning Method//Naukovi visti NTUU — KPI;2013, Vol. 92 Issue 6. P. 103-108.

3. Viswanatha S G, Sajimol George Electrowinning of copper powder from copper sulphate solution in presence of glycerol and sulphuric acid//Indian Journal of Chemical Technology Vol. 18, January 2011. P. 37-44.

Islomova Yulduz Urolovna, Tashkent Institute of Chemical Technology, Senior Researcher Applicant Maksumova Oyture Sitdikovna, Tashkent Chemical Technology Institute, Doctor of Chemistry, Professor E-mail: omaksumovas@mail.ru

Research of reaction of interaction n-phthalimide with acrylic acid

Abstract: Synthesis of new reactive monomers is carried out by interaction N-phthalimide with acrylic acid. Influence of various factors is studied on their reaction: natures of catalyst and solvent. It is established that the most effective solvent of process dimethyl formamide appeares. The structure of the synthesised connections is established by methods of IR — NMR — of spectroscopy and their properties are defined.

Keywords: synthesis, reactive, N-phthalimide, acrylic acid, the catalyst, dimethyl formamide.

134

Research of reaction of interaction n-phthalimide with acrylic acid

Исломова Юлдуз Уроловна, Ташкентский химико-технологический институт, старший научный сотрудник-соискатель Максумова Ойтура Ситдиковна, Ташкентский химико технологический институт, доктор химических наук, профессор E-mail: omaksumovas@mail.ru

Изучение реакции взаимодействия N-фталимида с акриловой кислотой

Аннотация: Осуществлен синтез новых реакционноспособных мономеров путем взаимодействия N-фталимида с акриловой кислотой. Изучено влияние различных факторов на их реакцию: природы катализатора и растворителя. Установлено, что наиболее эффективным растворителем процесса оказался диме-тилформамид. Установлена структура синтезированных соединений методами ИК-, ЯМР- спектроскопии и определены их свойства.

Ключевые слова: синтез, реакционноспособный, N-фталимид, акриловая кислота, катализатор, диметил-формамид.

В настоящее время производные N-фталимидов привлекли внимание исследователей во многих странах. Это вызвано их необычной молекулярной структурой и широким спектром области применения. N-винилфталимид и его производные являются соединениями большого синтетического потенциала, они находят широкое практическое применение во многих областях науки и техники. Они используются в качестве физиологически и биологически-актив-ных веществ, замедлителя преждевременной вулканизации резиновых изделий, в производстве мембран и т. д. Реакционноспособность атома водорода позволяет получать различные производные N-фталимида. Рассмотрим некоторые особенности получения этих соединений. Во фталимиде атом водорода достаточно подвижен и легко может быть замещен.

Взаимодействием нуклеофильного реагента фтали-мида с эпихлоргидрином синтезировано соответствующее производное 1-№фталимидо-3-хлорпропанол-2 [1, 8-11]. Установлено, что под действием фталимида раскрытие оксидного кольца происходит по правилу Красуского, т. е. гидроксильная группа образуется у наименее гидрогенизированного атома углерода.

Другими авторами синтезирован N- (циклогек-силтио)фталимид взаимодействием циклогексил-сульфенилхлорида с фталимидом в присутствии воды, щелочи [2].

Илиды фосфора и алленоаты с фталимидным фрагментом являются ценными синтетическими интермедиатами в синтезе труднодоступных производных пирролизидин, индолизидиндиона, циклобутана, пиразола, многие из которых обладают вы-

сокой фармакологической активностью. Авторами разработан способ получения соединений с пирро-лоизоиндолдионовой и изоиндолохинолиндионовой структурами внутримолекулярной циклизацией фта-лимидсодержащих кетостабилизированных илидов фосфора [3, 316].

Целью данной работы являлось исследование процесса взаимодействия N-фталимида с акриловой кислотой и определение структуры полученных продуктов.

Обсуждение полученных результатов

Экспериментально обнаружено, что при взаимодействии N-фталимида с акриловой кислотой в обычных условиях параллельно протекают две реакции и при этом образуются предельные и непредельные соединения, т. е. 3-фталимид-3-он-пропен-1 (1) и N-фталимид-пропановая кислота (2), структуру которых, можно представить следующей схемой:

Изучено влияние различных факторов на процесс: природы катализатора, растворителя и соотношения исходных реагентов.

Реакция этерификации проведена в аппарате Дина-Старта, с целью предотвращения обратимости реакции, выделяющуюся воду удаляли из реакционной системы. Реакция осуществлялась в массе (без растворителя) в присутствии катализатора H2SO4 при температуре 80-100°C в течение 1-3 часов. Очистку синтезированных продуктов реакции проводили методом перекристаллизации. Синтезированный продукт представляет собой белое порошкообразное вещество без запаха. Выход 52%, Тпл=171-176°С; d 20=1,2500. Проведена тонкослойная хроматография

135

Section 15. Chemistry

в системе бензол: ацетон 1:3; Rf=0,73. Исследование структуры синтезированного продукта показывает,

о

NH+ CH,=CH—COOH-

C

C

о

что в реакции образуется только продукт (2), а остальное 48% не вступивший в реакцию N-фталимид.

-HO

CH=CH2

о

XyC

ДД-С'

о

;^ch2—CH2—COOH

Найдено,%: С-64,8; H-3,6; N-9,7;

Далее реакцию этерификации N-фталимида с акриловой кислотой проводили в присутствии растворителя, в качестве которого нами избраны бензол и ДМФА. Для данного взаимодействия в бензоле применяли условия, аналогичные в предыдущей реакции, но без катализатора. Очистку продуктов реакции проводилась методом атмосферной перегонки, структура исследована ИК-спектроскопией. Сравнение ИК-спектров исходного и синтезированного продукта показывает их сходства, т. е. спектр продукта аналогичен со спектром N-фталимида, что в среде бензола был получен отрицательный результат. Поэтому реакцию проводили в среде диметилформамида при 80°C в течение 1,5-3,0 часа. После отгонки растворителя в вакууме, полученный продукт выпадает в осадок. После перекристаллизации из этилового спирта был получен аналитически чистый продукт с выходом 73-75%. Полученные результаты показывают, что основным фактором, влияющим на скорость протекания реакции этерификации, является подвижность протона у атома азота N-фталимида в среде полярного растворителя. Так, реакция в среде ДМФА протекала в более мягких условиях (80 °С) выход продуктов этерификации оказался значительно выше (73-75%). Из приведенных реакций только комбинация N-фталимид — акриловая кислота в среде ДМФА при 80 °С позволила получить целевой продукт (1) с достаточно высоким выходом.

Состав и строение синтезированных соединений (1) идентифицировалась по данным ИК, ЯМР 1 Н спектроскопией, а также элементным анализом. Най-дено,%: С 64,8; H 3,6; N 9,7; вычислено,%: С 65,0; H 3,56; N 9,67.

В ИК-спектре синтезированных веществ (1) отсутствуют полосы поглощения NH-группы в области

вычислено,%: C-65%; H-3,5%; N-9,5 3200-3500 см-1, характерных для исходных вторичных аминов. Наблюдается сильное поглощение при 1752-1774 см-1 относящееся к валентным колебаниям карбонильной группе имидного кольцо. Также найдена полоса валентных колебаний С=О при 1728 см-1, характерная для кетонной группы. Валентные колебания при 1604 см-1 соответствуют характеристической частоте поглощений -С=С- двойной связи; при 12881387 см-1 наблюдаются деформационные колебания >С-Н- связи при =СН2 групп; характеристические колебания конденсированной системы фталимида наблюдаются в области 1468 см-1 и 817-793 см-1- Полоса поглощение в области 746-715 соответствуют строению ароматического кольца.

В ЯМР спектре продукта (1) обнаружены резонансные сигналы: сигналы в области 7,68-7,75 м.д относятся к Н1-Н4 протонам бензольного кольца, сигнал 7,47 м.д относится к протоном С2 Н3 бензольного ядра, квартет в области 7,39-7,45 относится к протону >СН- при винильной группе. Сигнал в области 5,8-6,5 м.д относится к протону метиленовой группы -СН2-при винильной группе.

Проведено термоаналитическое исследование синтезированного соединения (1) (рис.).

Из термограммы ТГ-ДСК видно, что образец не претерпевает никаких изменений до 200°С, после чего начинается процесс плавления, совмещенный с процессом разложения и возгонки (на ДСК-кривой виден эндотермический пик Тмах=237,6°С), поглощаемая энергия вместе с энергией активации составляет -546,1 J/g. Процесс разложения комплекса происходит в довольно узком температурном диапазоне 200-250°С с выделением летучих веществ (NH3, С02, H20) — данному процессу соответствует потеря массы 91,90%. Оставшиеся 4% массы исходной навески

136

Research of reaction of interaction n-phthalimide with acrylic acid

в температурном интервале 280-300°C подвергаются дальнейшему разложению. Суммарная потеря массы исходной навески составляет 95,20%. Таким образом, представленный на анализ комплекс является высоко-

кристалличным, однородным, без примеси исходных веществ, термически стабильным до 200°C и при термическом воздействии практически полностью разлагается до летучих компонентов.

Экспериментальная часть

Синтез продуктов (1) и (2) взаимодействия N-фталимида с акриловой кислотой. В трехгорлую колбу, снабженной мешалкой, термометром и насадкой Дина-Старка, помещают N-фталимида, свеже перегнанного диметилформамида. При перемешивании прикапывают раствор акриловой кислоты с гидрохиноном (~0,5%). После окончания прикапывания акриловой кислоты реакционную смесь перемешивают при температуре 80 оС в течение 3 часа. Затем растворитель — диметилформамид отгоняют в вакууме водоструйного насоса. После этого из образующего реакционного раствора выпадает белый осадок, его фильтруют воронкой Бюхнера и сушат при комнатной температуре. Синтезированное соединение (1) очищалась перекристаллизацией из этанола, получают бесцветные кристаллы, выход 75%. После выделения белого осадка реакционный раствор выливают в дистиллированную воду, выпавший белый осадок (2) отфильтровывают, промывают водой и высушивают. Получают порошок белого цвета — продукт (2), который хорошо растворим в ДМФА, диоксане, его выход составляет 20%.

Термоаналитический анализ выполнен на приборе Netzsch Simultaneous Analyzer STA 409 PG, с термопарой К-типа (Low RG Silver) и алюминиевыми тиглями. Навеска исследуемого вещества в количестве 4 мг исследовали в температурном диапазоне 20-450°C. Все измерения были проведены в инертной азотной атмосфере со скоростью потока азота 50 мл/мин. Температурный диапазон измерений составлял 20-470 оС, скорость нагрева — 5 К/мин. Количество образца на одного измерения 10,8 мг. Измерительная система калибровалась стандартным набором веществ KNO3 In, Bi, Sn, Zn, CsCl. Элементный анализ на содержание углерода, водорода, азота проводили на автоматическом GHN-анализаторе фирмы Carlo Erba.

ИК-спектры исходных и синтезированных продуктов на основе N-фталимида с акриловой кислотой снимали на ИК-Фурье спектрофотометре «SISTEM-200» на пластинках KBr. ЯМР-спектры записывались на приборах UNITY 400 фирмы Varian.

Чистоту синтезированных соединений контролировали методом тонкослойной хроматографии на пластинках Silufol: элюент-бензол-ацетон, проявление — парами йода.

137

Section 15. Chemistry

Список литературы:

1. Месропен Э. Г., Аветисян А. А., Галстян А. С., Арутюнов И. Р., Шахнзарян Г. А., Синтез новых производных пропанолов-2 с разными гетероциклическими заместителями//Химический журнал Армени, 2006. 59, № 1.

2. Краюшкин М. М. Яровенко В. И., Ширинян В. З., Заварзин И. В., Способ получения n- (циклогексилтио) фталимида. Патент RU № 2091371, 2005.

3. Батыршин И. Р., Юмабаева В. М., Сахаутдинов И. М. Синтез новых производных пиразола на основе алленов с фталимидным фрагментом.//Материалы Международной XIX Молодежной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов», секция «Химия», 9-13 апреля, Москва, 2012.

Jumaeva Dilnoza Jurayevna, Ph. D., senior scientist of the laboratory “Colloid Chemistry”, doctoral institute of General and Inorganic Chemistry Institute of the Academy of Sciences of Uzbekistan

E-mail: d.jumayeva@list.ru Mutalov Shuxrat Axmadjonovich, Ph. D., Senior Research Fellow applicant Tashkent Institute of Chemical Technology, Vice-Rector for Academic institute

E-mail: shuh-gold@mail.ru Jumabaev Berdakh Aytbaevich, Ph. D., head of department of «General Chemistry» of Nukus State Pedagogical Institute of the Republic of Uzbekistan

E-mail: zara.1976@ mail.ru Agzamkhodjaev Anvarxodja Ataxodjaevich, dоctor of chemistry, professor, international academy of ecology and life protection sciences (IAELPS), manager laboratory «^lloid chemistry » Institute of General and Inorganic Chemistry Institute of the Academy of Sciences of Uzbekistan E-mail: anvar381@rambler.ru

Pyrolysis products angren coal of Uzbekistan and the possibilities of their use for wastewater treatment

Abstract: In the research, by the thermal pyrolysis of coal Angren Uzbekistan marked as 2BPK (lignite, stove, large) without air access within temperatures of 500-600°C there obtained hydrophobic carbon adsorbent with wetting angle a>900 and porosity of 30% and an absorbing fuel (oil product) to 24%. The obtained product of the pyrolysis of coal — a hydrophobic carbon adsorbent is recommended for purifying wastewater from oil. It was found that in the wastewater treatment of Mubarek Gas Processing Plant of the Republic of Uzbekistan with hydrophobic carbon adsorbent degree of purification of the water from the oil and gas processing products is 96.0-97.0%. Defined exit gases during pyrolysis of coal, which is 57 m 3/t with content of CO2-78.0%; CO — 12.0%; H2-4.0%; CH4-3.0% and calorific value of4300 kcal/Nm 3. The obtained gas is recommended to be used as a domestic fuel.

Keywords: Angren coal, industrial wastewater, purification, pyrolysis, carbon adsorbent, gas, calorific value.

Introduction. In recent decades, over the world there have been noted the intensive growth of manmade chemical pollution of water bodies used by the public. The development of the chemical and oil and gas industries, chemicals in agriculture, the widespread use of new drugs in the home and at work drastically exacerbated the issue of prevention of getting elevated

concentrations of unwanted organic and inorganic contaminants in the human body with water. The main source of water pollution are industrial enterprises, and especially the chemical industry, oil and gas processing enterprises industry, production of new synthetic materials, pesticides, detergents, heat treatment plants for solid and liquid fuels. Their discharges of untreated

138