Кинетические параметры реакции внутримолекулярной конденсации дифениламин-2-карбоновых кислот в условиях ультразвукового излучения

УДК 547.835.5:54.03

КИНЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ РЕАКЦИИ ВНУТРИМОЛЕКУЛЯРНОЙ КОНДЕНСАЦИИ ДИФЕНИЛАМИН-2-КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ В УСЛОВИЯХ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

© 2013 Яр Зар Хтун1, Т.Н. Кудрявцева2

1 аспирант каф. химии

2 канд хим. наук руководитель НИЛ органического синтеза e-mail: labOS.kgu@mail.ru

Курский государственный университет

Исследована циклизация дифениламин-2-карбоновых кислот в условиях ультразвукового излучения. Определены кинетические параметры процессов. Установлено, что применение ультразвукового излучения способствует снижению энергии активации реакции.

Ключевые слова: дифениламин-2-карбоновые кислоты, конденсация, акридоны, ультразвуковое излучение.

В настоящее время в химии большое внимание уделяется поиску и разработке новых энергосберегающих и экономичных технологий, а также исследованиям экологически безопасных процессов. В связи с этим большое значение приобретает поиск новых путей активации химических процессов. В течение последних двадцати лет все возрастающий интерес проявляется к химическим реакциям, протекающим в условиях микроволнового и ультразвукового излучения.

Однако применение таких методов сопряжено с возможностью протекания побочных реакций и образования примесей, отсутствующих в продуктах, полученных традиционными способами. Это особенно важно для синтеза биологически активных соединений и лекарственных препаратов, когда наличие примеси может либо значительно снизить активность действующего вещества, либо, напротив, привести к появлению новых, до сих пор неизвестных свойств.

Известно, что энергия упругих волн может быть использована для воздействия на вещества с целью изменения их структуры и свойств. Считается, что рабочим эффектом служит кавитация - образование в жидкой среде массы пульсирующих пузырьков, приводящая к возникновению микроударных давлений, локальному повышению температур, электрических разрядов, ионизации [Мейсон и соавт. 1993].

Акридоны являются целевыми продуктами конденсации замещенных дифениламин-2-карбоновых кислот (ДФКК) и используются в качестве исходных соединений в синтезе различных лекарственных форм [Vogtherr и соавт. 2003].

Нами исследовано влияние ультразвукового излучения (УЗИ) на кинетические параметры реакции циклизации ДФКК в полифосфорной кислоте (ПФК). Применение ПФК с содержанием Р2О5 80±0,5 % в качестве циклизующего агента [Маркович и соавт. 2006] более удобно по сравнению с традиционно применяемой для получения большинства акридонов концентрированной серной кислотой, поскольку в последнем случае заметный вклад вносит реакция образования побочного продукта реакции -соответствующей акридонсульфокислоты.

Для исследования влияния УЗИ на реакцию конденсации ДФКК в соответствующие акридоны использовали лабораторную ультразвуковую установку

ИЛ 100-6/1 с рабочей частотой излучения 23500 Гц, выходной мощностью 630 Вт со ступенчатой регулировкой выходной мощности 50%, 75%, 100% номинальной выходной мощности при мольном соотношении ДФКК : Р2О5 (ПФК) 1:5 соответственно.

В условиях УЗИ, как и в условиях традиционного нагрева, реакция циклизации протекает по схеме:

ПФК, УЗИ

I II

I: Я - а - Н; Ь -4Т, с - 2'-Вг; ё - 2'-СНз;е -4'-СНз; { - 4 ОСНз;

g - 2'-СООН; И - 2'4'- СНз

Для выявления влияния УЗИ на внутримолекулярную конденсацию замещенных ДФАКК были определены кинетические характеристики реакции.

Кинетические исследования проводили методом тонкослойной хроматографии с денситометрией. Полученные хроматограммы обрабатывали на видеоденситометре «ДенСкан» при длине волны 254 нм по программе «Сорбфил 1.8» [Маркович и соавт. 2008].

По результатам обработки хроматограмм рассчитывали степень расходования исходной ДФКК и степень накопления соответствующего акридона (адФкк=СдФкк/ Сдфкк,0).

На рисунке в качестве примера представлены кинетические кривые расходования 4'-метил-ДФАКК (А) в условиях УЗИ и их анаморфозы (Б).

Кинетические кривые расходования 4'-метилдифениламин-2-карбоновой кислоты (ДФКК) (А) и их анаморфозы (Б) при циклизации в ПФК в условиях термического нагрева при тепературах 0С: 1) 70, 2) 80, 3) 90, 4) 100

Полученные данные позволили определить значения констант скорости реакций, на их основе рассчитать энергии активации при проведении процессов в условиях УЗИ

Яр Зар Хтун, Кудрявцева Т. Н. Кинетические параметры реакции внутримолекулярной конденсации

дифениламин-2-карбоновых кислот в условиях ультразвукового излучения

и сравнить результаты с данными, полученными при традиционном способе нагрева [Пелевин и соавт. 2008] (табл.).

Кинетические параметры циклизации дифениламин-2-карбоновых кислот в полифосфорной кислоте__

I, R В термических условиях В условиях УЗИ

Константа скорости, k х 10-4, с-1, при t,°C Еа, кДж/ моль Константа скорости, k х 10-4, с-1, при t,оС Еа, кДж/ моль

70oC 80oC 90 оС 100 оС 110 оС 70oC 80oC 90 оС 100 оС

H 1,52± 0,07 4,13± 0,02 10,5± 0,50 25,90± 1,26 - 100,00 2,32± 0,11 3,34± 0,16 7,96± 0,38 14,00± 0,67 66,30

4'-F - 6,48± 0,03 12,24 ±0,61 16,76± 0,81 28,92± 1,36 53,95 1,74± 0,41 4,84± 0,24 8,64± 0,45 13,12± 0,62 70,49

2'-Br 1,88± 0,07 4,06± 0,02 11,98 ±0,58 26,10± 1,25 - 95,00 2,70± 0,11 6,40± 0,31 8,01± 0,40 17,16± 0,81 61,38

2'-CH3 0,70± 0,03 1,93± 0,01 4,52± 0,20 11,20± 0,55 - 93,00 1,89± 0,09 5,94± 0,29 10,43± 0,50 26,67± 1,32 90,46

4'-CH3 0,74± 0,03 3,19± 0,02 5,51± 0,22 15,40± 0,76 - 103,00 3,69± 0,17 4,71± 0,23 8,32± 0,41 20,79± 1,02 57,49

4'-OCH3 1,11± 0,05 1,89± 0,01 5,85± 0,26 13,25± 0,63 - 91,00 2,92± 0,14 4,39± 0,22 6,47± 0,32 30,48± 1,45 79,01

2'- СООН 6,90± 0,3 18,7± 0,80 38,60 ±1,91 - - 87,00 4,94± 0,24 5,99± 0,30 14,67± 0,72 25,94± 1,23 61,11

2',4'-ди-метил 0,28± 0,01 1,85± 0,07 3,71± 0,17 6,99± 0,37 - 111,0 4,19± 0,20 11,39 ± 0,56 13,79± 0,63 43,22± 2,12 76,36

Как видно из таблицы, применение УЗИ сопровождается увеличением скорости процесса в случае метилзамещенных акридонов и практически во всех исследованных случаях приводит к снижению энергии активации реакции циклизации.

Полученные акридоны были выделены, структура была подтверждена данными ИК-спектроскопии (ИК-Фурье спектрометр типа IR-200, фирма Nicolet) и хромато-масс-спектрометрии (система ВЭЖХ-МС Thermo Scientific и система ACQUITY UPLC H-Class с УФ/масс-детекторами ACQUITY SQD компании Waters) с использованием библиотечной базы данных масс-спектров «NIST2005». Спектры акридонов, синтезированных в условиях УЗИ и при традиционном способе нагрева, идентичны [Преч и соавт. 2006].

Методом хроматомасс-спектрометрии выявлено, что циклизация 2',4'-диметилдифениламин-о-карбоновой кислоты в ПФК сопровождается реакциями деалкилирования - алкилирования. В составе продуктов реакции, полученных в условиях УЗИ, помимо основного продукта (2,4-диметилакридона) также обнаружены примеси изомеров монометил- и триметилзамещенных акридонов. Однако в условиях УЗИ вклад этих процессов значительно снижается по сравнению с термическими условиями.

Таким образом, использование УЗИ в качестве активатора процесса получения ряда замещенных акридонов сопровождается снижением энергии активации процесса.

Экспериментальная часть

К 0,045моль ДФАКК приливают 40 г ПФК с содержанием Р2О5 80±0,5 % (0,225моль Р2О5). Смесь перемешивают без нагревания до исчезновения комочков твердой фазы. В реактор погружают сонород и температуру в реакторе выводят на

заданную величину. Через определенные промежутки времени производят отбор проб из реакционной смеси для анализа содержания исходной ДФАКК и продуктов реакции. По завершении процесса смесь выливают в 300 мл воды, нагретой до 80-90°С. Продукт отфильтровывают, обрабатывают раствором карбоната натрия для удаления следов ДФАКК, фильтруют, осадок сушат при 90°С в сушильном шкафу с принудительной циркуляцией воздуха.

Контроль состава реакционной смеси осуществляют методом тонкослойной хроматографии путем сравнения с эталонными образцами. (пластины «Сорбфил» ПТСХ-П-В-УФ, элюент толуол : ацетон : этанол в объемных соотношениях 10:3:2).

Библиографический список

Маркович Ю.Д., Кудрявцева Т.Н., Пелевин Н.А. Конденсация о-дифениламинокарбоновой кислоты в акридон в среде полифосфорной кислоты // Известия КурскГТУ, №2 (17), 2006. С.61-63.

Маркович Ю.Д., Пелевин Н.А., Кудрявцева Т.Н., Лоторев Д.С. Денситометрическое изучение кинетики реакций циклизации дифениламин-2-карбоновых кислот // Заводская лаборатория. 2008. №4 (74). С. 8-11.

Мейсон Т., Линдли Дж., Дэвидсон Р. Химия и ультразвук / пер. с англ. Л.И. Кирковского; Под ред. А.С. Козьмина. М.: Мир, 1993. 190 с.

Пелевин Н.А., Лоторев Д.С., Лапин А.В., Брылев М.И., Гуров М.Ю. // Материалы междунар. науч. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов «Перспектива-2008». Нальчик: КБГУ. 2008. Т. 3. С. 214-218.

Преч Э., Бюльман Ф., Аффольтер К. Определение строения органических соединений. Таблицы спектральных данных. М.: Мир, 2006. 438 с.

Vogtherr M., Grimme S., Elshorst B., Jacobs D.M., Fiebig K., Griesinger C. Antimalarial drug quinacrine binds to C-terminal helix of cellular prion protein // J. Med. Chem. №46. 2003. Р. 3563-3564.