Исследование влияния условий проведения реакции нуклеофильного замещения на изменение концентрации S-натриевой соли 6-метил-2-тиоурацила

УДК 547.854.83:544.183.25

Е. С. Титова, А. И. Рахимов, В. А. Бабкин, А. В. Игнатов, Г. Е. Заиков, О. В. Стоянов

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ УСЛОВИЙ ПРОВЕДЕНИЯ РЕАКЦИИ

НУКЛЕОФИЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ НА ИЗМЕНЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ

S-НАТРИЕВОЙ СОЛИ 6-МЕТИЛ-2-ТИОУРАЦИЛА

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

Влияние условий проведения реакции нуклеофильного замещения на изменение концентрации S-натриевой соли 6-метил-2-тиоурацила изучено кинетическим методом.

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

Influence conditions nucleophylic substitution reaction on change concentration of S- sodium salt of 6-methyl-2-thiouracyle was studied by kinetic method.

Цель работы

Получение различных производных 6-метил-2-тиоурацила реакцией нуклеофильного замещения достаточно широко описано в литературных источниках [1-8]. Нуклеофильными агентами выступают тио- и окси-анионы, генерируемые из натриевых солей 6-метил-2-тио-, 2-алкил(аралкил)тиоурацилов [9-12]. В связи с этим представлялось необходимым исследовать влияния условий проведения реакции нуклеофильного замещения в галогенпроизводных и углеводородного радикала на изменение концентрации 8-натриевой соли 6-метил-2-тиоурацила.

Методическая и экспериментальная часть

Для проведения исследования собирали установку, состоящую из трехгорлого реактора, снабженного мешалкой, термометром и горлом для отбора проб. Реактор помещали в ультра термостат.

Количество мононатриевой соли 6-метил-2-тиоурацила определялось по следующей методике: через каждые две минуты из реактора отбиралась проба, V = 1 мл и переносилась в стаканчик, содержащий 30 мл дистиллированной воды.

Количество мононатриевой соли 6-метил-2-тиоурацила в пробе (ю) определяли потенциометрическим титрованием стандартным 0.1 н раствором И2804, приготовленным из стандарт-титра, на приборе иономер универсальный ЭВ-74. В качестве электрода сравнения использовали каломельный электрод, в качестве измерительного (индикаторного) электрода - стеклянный.

ю = V  Vp  0.1 / 1000, где V - объем Н2804, пошедший на титрование мононатриевой соли, мл; Vр - объем реакционной массы, мл.

Концентрацию мононатриевой соли 6-метил-2-тиоурацила в каждый момент времени (С) определяли по формуле: С = ю /

где Vр - объем реакционной массы, л.

По окончании опыта реакционную смесь охлаждали, продукты реакции отфильтровывали, промывали холодной водой и

перекристаллизовывали.

Опыт. Синтез 2-бензилтио-6-метилпиримидин-4(3Н)-она

В 10 мл воды растворили 0.42 г (0.0106 моль) №0И и 1.5 г (0,0106 моль) 6-метил-2-тиоурацила. 8-натриевую соль 2-тиол-6-метилпиримидин4(3Н)-она выпаривали и перекристаллизовывали из этанола. В 10 мл воды растворили 1.7 г (0.0106 моль) 8-натриевой соли 2-тиол-6-метилпиримидин4(3Н)-она, добавили 16 мл диоксана. Отобрали пробу объемом 1 мл для определения начальной концентрации

мононатриевой соли 6-метил-2-тиоурацила и поместили ее в стаканчик, содержащий 30 мл дистиллированной воды. Полученный раствор загрузили в реактор, реактор поместили в термостат, нагретый до 50 0 С. После достижения реакционной массы заданной температуры, добавили 1.2 мл (0.0106 моль) бензилхлорида. Каждые две минуты отбирали пробу объемом 1 мл, переносили в стаканчик с дистиллированной водой, титровали мононатриевую соль 6-метил-2-тиоурацила 0.1 н раствором И2804. Через 15 мин выпавший в реакторе осадок отфильтровали, промыли холодной водой и перекристаллизовали из бензола. Получили 2.5 г (99 %) 2-бензилтио-6-метилпиримидин-4(3Н)-она, т. пл. 173 - 174 0С.

Синтезы 2-бензилтио-6-метилпиримидин-4(3Н)-она при температурах реакции 40 и 30 0С поводились аналогично, результаты опыта приведены в табл. 1.

По результатам опытов построены кривые (рис. 1) - зависимости изменения концентрации мононатриевой соли 6-метил-2-тиоурацила от времени.

Таблица 1 - Опыт 1. Исследование влияния температуры в реакции 6-метил-2-тиоурацила с бензилхлоридом, соотношение реагентов 6-метил-2-тиоурацил : бензилхлорид = 1 : 1

ig с с

Т = 50 0С Т = 40 0С Т = 30 0С

Вре мя, мин С, моль/л Вре мя, мин С, моль/л Вре мя, мин С, моль/л

0 0.52 0 0.53 0 0.52

1 0.29 1 0.35 1 0.40

2 0.20 2 0.27 2 0.33

4 0.14 4 0.21 4 0.26

6 0.10 6 0.18 6 0.22

8 0.08 8 0.15 8 0.19

10 0.07 10 0.13 10 0.175

Выход 2-бензилтио-6-метилпирими дин-4(3Н)-она 91.7 % Выход 2-бензилтио-6-метилпирими дин-4(3Н)-она 87.4 % Выход 2-бензилтио-6-метилпиримид ин-4(3Н)-она 82.4 %

i

\

Ч к ч N

ч

1 2

3

Время, мин

1 - Т = 30 0С, 2 - Т = 40 0С, 3 - Т = 50 0С

Рис. 1 - Зависимость изменения концентрации натриевой соли 6-метил-2-тиоурацила от времени реакции при температурах 30 - 50 0С. Натриевая соль : Бензилхлорид = 1 : 1 моль

По данным полученных зависимостей дифференциальным графическим методом были определены константы скорости реакции 6-метил-2-тиоурацила с бензилхлоридом при разных значениях температур.

Как видно из рис. 2, с ростом температуры реакции от 30 0С до 50 0С константа скорости реакции растет: к (30 0С) = 0.0126 л / моль-с, к (40 0С) = 0.025 л / моль-с, к (50 0С) = 0.035 л / моль-с.

0

5 3

2 1

3

-4

1 - Т = 30 0С, 2 - Т = 40 0С, 3 - Т = 50 0С

Рис. 2 - Зависимость десятичного логарифма средней концентрации натриевой соли 6-метил-2-тиоурацила от десятичного логарифма изменения концентрации во времени для реакции 6-метил-2-тиоурацила с

бензилхлоридом, при мольном соотношении 1 : 1, при разных значениях температур

Литература

1. S- и О-анионы, генерируемые из 6-метил-2-тио-, 2-алкил(аралкил)тиоурацилов, в синтезе S-моно- и S-^-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-О-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-^-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-

0

0,2

0,6

0,5

0,4

к 0,3

0,2

0,1

0

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; 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. E-mail: titova0512@rambler.ru; A. I. Rakhimov - Doctor of Chemical Sciences, professor, academician of Russian Academy of Natural Sciences. Department "Organic Chemistry" of Volgograd State Technical University. E-mail: 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. E-mail: Babkin_v.a@mail.ru; A. V. Ignatov -4th year student of class "S41-d"of Volgograd State Architecture Building University, Sebryakov's Branch. E-mail: Bartsimpson35@yandex.ru; G. E. Zaikov - Doctor of Chemical Sciences, professor, academician of international academy of 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.