О механизме реакции 6-метил-2-тиоурацила с бензилхлоридом

УДК 54.06

Е. С. Титова, А. И. Рахимов, В. А. Бабкин,

А. В. Игнатов, В. С. Белоусова, Г. Е. Заиков, В. Стоянов

О МЕХАНИЗМЕ РЕАКЦИИ 6-МЕТИЛ-2-ТИОУРАЦИЛА С БЕНЗИЛХЛОРИДОМ

Ключевые слова: 6-метил-2-тиоурацил, нуклеофильное замещение.

Механизм реакции 6-метил-2-тиоурацила с бензилхлоридом изучен кинетическим методом. Реакция идет по механизму бимолекулярного нуклеофильного замещения.

Keywords: 6-methyl-2-thiouracyle, nucleophylic substitution.

Mechanism reaction of 6-methyl-2-thiouracyle with benzyl chloride was studied by kinetic method. Reaction is going by mechanism SN2.

Цель работы

Ранее нами был осуществлен синтез Б-монопроизводного 6-метил-2-тиоурацила (I) [1-8] 2-бензилтио -6 -метилпиримидин-4(3 Н)-она (II).

Целью настоящей работы является синтез вещества (II) реакцией нуклеофильного замещения хлора в бензилхлориде 6-метилпиримидин-4(3Н)-он-2-тиильным анионом в водно-диоксановой среде в присутствии натриевой щелочи

H3C' "N'

3 H 3

NH

NH 'N^S-CH.

О

Методическая и экспериментальная часть работы

Вышепредставленная реакция нуклеофильного замещения идет в гомогенных условиях, при низких температурах (30 — 50 0С), в течение короткого промежутка времени (15 — 60 мин.), через стадию образования тиоаниона (I) [9-11].

Представлялось интересным определить механизм данной реакции. Для этого из трехгорлого реактора, снабженного мешалкой и термометром, помещенного в термостат, через каждые две минуты отбирали пробу.

Количество мононатриевой соли 6-метил-2-тиоурацила в пробе определяли потенциометриче-ским титрованием стандартным 0.1 н раствором Н2Б04, приготовленным из стандарт-титра, на приборе иономер универсальный ЭВ-74. В качестве электрода сравнения использовали каломельный электрод, в качестве измерительного (индикаторного) электрода - стеклянный.

Результаты исследований

По данным изменения мольной концентрации мононатриевой соли тиоурацила строили кинетические кривые в зависимости от времени.

Графическим методом были определены порядок и энергия активации данной реакции. Порядок реакции равен п=2, энергия активации составила 88.05 кДж / моль ' К.

Для подтверждения бимолекулярного механизма реакции экспериментально была проведена серия опытов с различными начальными концентрациями обоих реагентов для реакции (I) с бензилхло-

ридом при температуре 50 0 С. Результаты сведены в табл. 1.

Таблица 1 - Влияние мольного соотношения реагентов на скорость реакции и выход 6-м-пиримидин-4(3Н)-она

Мольное соотношение

Бензилхлорид : 6- К, л / Выход, %

метил-2 -тиоурацил моль-с

1.0 : 1.0 0.03 91.7

1.2 : 1.0 0.12 93.4

1.0 : 1.2 0.08 92.3

Из приведенной таблицы видно, что скорость реакции зависит от концентрации обоих реагентов, и, следовательно, кинетическая модель данной реакции выражается уравнением

V = к  СА  Св

где V - скорость реакции, моль / л  с; СА - концентрация 6-метил-2-тиоурацила, моль/л; СВ - концентрация хлористого бензила, моль/л

Для выявления оптимальных условий синтеза, была проведена серия опытов с различным соотношением вода:диоксан в реакционной среде. Результаты сведены в табл. 2.

Таблица 2 - Влияние соотношения вода : диоксан на скорость реакции и выход 6-м-пиримидин-4(3Н)-она

Вода : диоксан К, л / моль-с Выход, %

1 : 1 0.012 80.2

1 :1,3 0.02 89.7

1 : 1.6 0.03 91.7

Заключение

Увеличение скорости реакции с повышением содержания диоксана согласуется с Бм2 механизмом реакции, поскольку при реакции по Б^Д механизму ионизации галагенопроизводного с образованием карбониевого катиона способствует более полярная среда (вода). В тоже время диоксан, взаимодействуя с карбкатионами своей неподеленной парой электронов атома кислорода, блокирует реакционный центр, что должно снижать скорость БМ1 реакции.

O

O

O

Cl-CH-

H3C

Литература

1. S- и О-анионы, генерируемые из 6-метил-2-тио-, 2-алкил(аралкил)тиоурацилов, в синтезе S-моно- и S-,0-диалкил-, бензилпроизводных. Титова Е.С. диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук/Волгоград, 2005.

2. Способ получения 1,3-ди[4-(6-метил-4-пиримидинон-2-тио)метилфенил]адамантана. Рахимов А.И., Титова Е.С. патент на изобретение RUS 231141211.07.2006

3. Нуклеофильное замещение в бензил 1-(хлорметил)-3-феноксибензилхлоридах с участием 4-метил-6-оксо-1,6-дигидро-2-пиримидинтиолат аниона. Рахимов А.И., Попов Ю.В., Титова Е.С. Известия волгоградского государственного технического университета. 2005. № 1. С. 61 - 64.

4. Особенности синтеза 2-алкил(арилалкил)тио-6-метилпиримидин-4(3Н)-онов и 2-алкил(арилалкил)тио-4-алкил(арилалкил)окси-6-метилпиримидинов. Рахимов А.И., Титова Е.С. ЖОХ. 2007. Т. 43. № 1. С. 92-98.

5. Генерация S- и О-анионов из 6-метил-2-тио-, 2-алкил(аралкил)тиоурацилов в синтезе S-моно- и S-,0-дипроизводных. Рахимов А.И., Титова Е.С., Федунов Р.Г., Бабкин В.А., Стоянов О. В., Заиков Г.Е. // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - Т. 16, № 5. - C. 23-29.

6. Синтез симметричных и несимметричных S-О дипроизводных 6-метил-2-тиоурацила. Рахимов А.И., Титова Е.С. Известия волгоградского государственного технического университета. 2006. № 1. С. 66 - 72.

7. Особенности нуклеофильного замещения в алкил- и бензилгалогенидах анионами, генерируемыми из 4-гидрокси-2-меркапто-6-метилпиримидина. Рахимов А.И., Титова Е.С., Федунов Р.Г., Бабкин В.А. Химия гетероциклических соединений. 2008. № 6. С. 874-883.

8. Synthesis of 2-alkyl(aralkyl)sulfanyl-6-methylpyrimidin-4(3h)-ones and 4-alkyl(aralkyl)oxy-2-alkyl(aralkyl)sulfanyl-6-methylpyrimidines. Rakhimov A.I., Titova E.S. Russian Journal of Organic Chemistry. 2007. Т. 43. № 1. С. 96-102.

9. Реакционная способность S- и О-анионов, генерируемых из 6-метил-2-тио-, 2-тиоалкил(аралкил)урацилов. Рахимов А.И., Титова Е.С., Федунов Р.Г., Бабкин В.А., Белоусова В. С., Русанова С. Н., Заиков Г.Е. // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - Т. 16, № 5. - C. 16-20.

10. Квантово-химический анализ реакционной способности S- и О-анионов, генерируемых из 6-метил-2-тио-, 2-алкил(аралкил)тиоурацилов. Рахимов А.И., Титова Е.С., Федунов Р.Г., Бабкин В.А. Известия волгоградского государственного технического университета. 2008.Т. 1. № 5. С. 70 - 75.

11. Квантово-химические исследования механизма синтеза 2-метил(бензил)тио-4-метил(бензил)оксипиримидина. Бабкин В.А., Рахимов А.И., Титова Е.С., Федунов Р.Г., Решетников Р.А., Белоусова В. С., Заиков Г.Е. Химическая физика и мезоскопия. 2007. Т. 9. № 3. С. 263-275.

12. Теоретический анализ реакционной способности s- и о-анионов, генерируемых из 6-метил-2-тио-, 2-тиоалкил(аралкил) урацилов Рахимов А.И., Бабкин В.А., Титова Е.С., Федунов Р.Г., Белоусова В.С., Заиков Г.Е.В сборнике: Теоретические и прикладные аспекты квантово-химических расчетов уникальных молекулярных систем сборник статей: к 59-летию со дня рождения профессора В. А. Бабкина. М-во образования и науки Российской Федерации, Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет, Серебряковский филиал, Кафедра математики и естественнонаучных дисциплин; под редакцией В. А. Бабкина. Волгоград, 2011. С. 41-50

© Е. C. Титова - к.х.н. доц. каф. органической химии Волгоградского госуд. технич. ун-та, titova0512@rambler.ru; А. И. Рахимов - д-р хим. наук, проф. той же кафедры, акад. РАЕН, organic@vstu.ru; В. А. Бабкин — д-р хим. наук, проф., акад. РАЕ, акад. Международной академии «Контенант», нач. научн. отдела Себряковского филиала Волгоградского госуд. ун-та; А. В. Игнатов - студ. того же вуза, bartsimpson35@yandex.ru; В. С. Белоусова - канд. мед. наук, Первый Московский госуд. ун-тет им. И.М. Сеченова, desdemosha@mail.ru Г. Е. Заиков - д-р хим. наук, проф., акад. Международной академии наук (Мюнхен, Германия), Институт биохимической физики, РАН, Москва, chembio@sky.chph.ras.ru; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии пластических масс КНИТУ, stoyanov@mail.ru.

© E. S. Titova - Candidate of Chemical Sciences, professor of department "Organic Chemistry" of Volgograd State Technical University, titova0512@rambler.ru; A. 1 Rakhimov - Doctor of Chemical Sciences, professor, academician of Russian Academy of Natural Sciences. Department "Organic Chemistry" of Volgograd State Technical University, organic@vstu.ru; V. A. Babkin - Doctor of Chemical Sciences, professor, academician of international academy "Contenant", Head of Science department of Volgograd State Architecture Building University, Sebryakov's Branch, Babkin_v.a@mail.ru; A. V. Ignatov - 4th year student of class "S41-d"of Volgograd State Architecture Building University, Sebryakov's Branch, Bartsimpson35@yandex.ru; V. S. Belousova - Candidate of Medic Sciences, I.M. Sechenov First Moscow State Medical University, desdemosha@mail.ru; G. E. Zaikov - Doctor of Chemical Sciences, professor, academician of international academyof Science (Munich, Germany), Honored scientist of Russian Federation. Institute of Biochemical Physics, Moscow. E-mail: chembio@sky.chph.ras.ru; O. V. Stoyanov - Doctor of Engineering Sciences, professor of department "Technology of plastic masses" of KNRTU, stoyanov@mail.ru.