Синтез і реакції амінохінонів та їх похідних

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩІЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

“УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ХІМІКО-ТЕХНОЛОГИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ”

Автореферат

Синтез і реакції амінохінонів та їх похідних

Спеціальність 02.00.03 - органічна хімія

Глух Андрій Ігорович

Дніпропетровськ - 2007

Дисертація є рукопис

Робота виконана в Державному вищому навчальному закладі “Українській державний хіміко-технологічний університет”, м. Дніпропетровськ, Міністерство освіти і науки України та ЗАТ “ДОІРЕА”, м. Дніпропетровськ, Міністерство промислової політики України.

Науковий керівник:

доктор хімічних наук, професор Бурмістров Костянтин Сергійович, ДВНЗ “Український державний хіміко-технологічний університет”, професор кафедри фізичної хімії

Офіційні опоненти:

доктор хімічних наук, професор Просяник Олександр Васильович, ДВНЗ “Український державний хіміко-технологічний університет”, професор кафедри органічної хімії;

кандидат хімічних наук, професор, Авдєєнко Анатолій Петрович, завідувач кафедрою хімії та охорони праці Донбаської державної машинобудівної академії

Провідна організація:

Національний університет “Львівська політехніка”, кафедра технології біологічно - активних сполук, фармації та біотехнології Міністерства освіти і науки України, м. Львів

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Дослідження в галузі хімії хінонів і хіноїдних сполук суттєво вплинули на розвиток теоретичних основ органічної хімії. Серед хіноїдних сполук виявлено велику кількість речовин, які мають важливе практичне значення. Речовини даного класу використовуються як вибіркові аналітичні реагенти, фарбники в кольоровій фотографії, пестициди і лікарські засоби, модифікуючі і вулканізуючі добавки до каучуків та гум, потужні дегідруючі агенти.

В останні 20 років особлива увага дослідників привернута до гетероциклічних хіноїдних систем, які являють собою поліядерні сполуки, що містять у собі конденсований хіноїдний і гетероциклічний фрагменти. Ці речовини ізоелектронні хінонам, проте, внаслідок особливостей будови, мають власні специфічні властивості. З'єднання такого типу вивчені набагато менше, ніж бензо-, нафто- і антрахінони. Відносно добре відомими є лише хинолін-, індол- та бензимідазолхінони, при цьому, як правило, відомостей про о-хінони менше, ніж про п-хінони.

Практичне значення гетероциклічних хінонів і хінонімінів визначається тим, що серед них виявлено речовини з високою і різноманітною біологічною активністю. Це група цінних протипухлинних мітоміцинових антибіотиків, дискорхабдини, піридоакридини, нафтирідиноміцин, крибростатини, селективні цитотоксини, метаболіти грибів. Не дивлячись на достатню складність цих сполук, останнім часом з'являється велика кількість робіт, пов'язаних з їх синтезом. Серед синтетичних гетероциклічних хінонів відомі речовини з антилейкемічною активністю, інгібітори топомерази та інші.

Біологічна активність органічних речовин суттєво залежить не тільки від “каркасу” молекули, але, і значною мірою, від приєднаних до нього функціональних груп. Використання різних реакцій приєднання є зручним методом введення різноманітних замісників в хіноїдний цикл. У той же час, основною стратегією синтезу гетероциклічних хінонімінів є формування гетероциклічних ядер з вже готовими замісниками, що часто звужує можливості синтезу. Такий підхід ускладнений в зв'язку з недостатньою вивченістю реакційної здатності гетероциклічних хіноїдних систем, яка, очевидно, має істотні відмінності в порівнянні з нециклічними аналогами.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася відповідно до координаційного плану досліджень НАН України з проблеми “Теорія будови, кінетики і реакційної здатності” за темою A-IV-29 цього координаційного плану: “Дослідження реакційної здатності і механізму реакцій заміщених хінонімінів та їх аналогів” і держбюджетною темою № 0196U015685 Міністерства освіти і науки України “Синтез біологічно активних сполук шляхом іон-радікальних і нуклеофільних реакцій у ряді азотвмісних гетероциклів”.

Мета та завдання дослідження. Метою даної роботи є дослідження синтезу і реакційної здатності арил(алкіл) амінозаміщених хінонів, особливо реакцій їх гетероциклізації.

Для досягнення мети необхідно було вирішити наступні завдання:

- дослідити можливість гетероциклізації 2,5-діариламіно-4-ариліміно-1,4-бензохінонів з різними хіноїдними системами;

- дослідити кінетику реакції приєднання ароматичних амінів до 1,4-бензохінону.

- розробити зручні препаративні методи синтезу 2,5-ді(ариламіно)-4-ариліміно-1,4-бензохінонів, 2,5-ді(алкіламіно)-4-ариліміно-1,4-бензохінонів, 2,5-діариламіно-1,4-бензохінонів;

- дослідити реакції гетероциклізації арил(алкіл) амінозаміщених хінонів в похідні ряду карбазолу та дибензофурану.

Наукова новизна отриманих результатів.

Вперше виділено продукти окиснювальної циклізації 2,5-ді(ариламіно)-4-ариліміно-1,4-бензохінонів, встановлено їх структуру і на підставі отриманих результатів пояснено причину утворення дибензофуранхінонімінів в реакціях 2,5-ді(ариламіно)-4-ариліміно-1,4-бензохінонів з 4-(ариліміно)-1,4-бензохінонами.

Показано, що реакція гетероциклізації 2,5-ді(ариламіно)-4-ариліміно-1,4-бензохінонів має загальний характер і в ній у якості хіноїдної компоненти можна використовувати не тільки 4-(ариліміно)-1,4-бензохінони, але і 1,4-хінони.

Вперше системно досліджено вплив середовища на характер продуктів реакції ариламінів з 1,4-бензохінонами, визначено умови перебігу реакцій моно-, ди- приєднання та 1,2-приєднання-елімінування.

Вперше встановлено, що лімітуючою стадією приєднання ариламінів до 1,4-бензохінону є взаємодія з непротонованою формою аміну, встановлено вплив рН і будови аміну на швидкість реакції.

Вперше показано можливість синтезу гетероциклічних хінонів з одним і двома ендоциклічними атомами азоту за реакцією 2,5-діалкіламіно-1,4-бензохінонів з N-арил-1,4-бензохінонімінами.

Практичне значення отриманих результатів. Встановлені закономірності приєднання ароматичних амінів до 1,4-бензохінону залежно від температури, розчинника, співвідношення амін - хінон дозволяють здійснювати приєднання ароматичних амінів до 1,4-бензохінону в ядро, за карбонільною групою або в ядро і за карбонільною групою одночасно. Розроблені зручні препаративні методики отримання і виділення сполук вищезазначених класів, а також гетероциклічних хінонів ряду індоло[3,2b]карбазолу та карбазолу, дозволяють отримувати потенційно біологічно активні речовини.

Особистий внесок дослідника полягає у здійсненні експериментальних досліджень, обробці отриманих результатів, формулюванні основних положень і висновків дисертаційної роботи.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися на 3-х конференціях: „Хімія азотвмісних гетероциклів” (Харків, 1997); XIX Українська конференція з органічної хімії (Львів, 2001); V конференція молодих вчених та студентів-хіміків Південного регіону України (Одеса, 2002). реакція ароматичний хінон амін

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковані 4 статті в спеціалізованих наукових журналах і 3 тез доповідей наукових конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, літературного огляду (розділ 1), обговорення досягнутих результатів (розділи 2 і 3), експериментальної частини (розділ 4), висновків, списка літератури, який містить 112 посилань. Матеріали роботи викладені на 124 сторінках, ілюстровані 14 таблицями і 14 рисунками.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обговорюються проблематика і актуальність теми, формулюються основні завдання досліджень, визначається наукова новизна і практична цінність результатів.

Перший розділ містить літературний огляд, в якому розглянуто особливості реакцій хінонів з аліфатичними і ароматичними амінами та методи синтезу гетероциклічних хіноїдних систем.

Другий розділ присвячено вивченню процесів синтезу гетероциклічних хінонімінів.

При взаємодії 2,5-ди(п-толіл)аміно-4-(п-толіл)іміно-1,4-бензохінону (1) з N-(п-толіл)-1,4-бензохіноніміном (2) утворюються хіноніміни ряду карбазолу (3) та дибензофурану (4):

Встановлено, що реакція діариламінохінонімінів (1) з хінонімінами (2) у присутності окисника (тетраацетату свинцю) призводить тільки до карбазолхінонімінів (3). За повної відсутності сторонніх окисників (реакційну масу ретельно деаерували аргоном) і введенні замість хінонімінів (2) їх відновлених форм - 4-ариламінофенолів, в результаті реакції утворюються виключно дибензофуранхіноніміни (4).

У випадку 1,4-нафтохінону при здійсненні реакції в етановій кислоті протягом 72 годин при кімнатній температурі виділено продукти - 1-(N-4-толіл)іміно-2,10-ди(4-толіл)аміно-4-оксо-5-(4-толіл)-1Н,4Н,5Нбензо[а]карбазол (5) та 1-(N-4-толіл) іміно-2-(4-толіл) аміно-4-оксо-5-(4-толіл) 10-гідроксо-1Н,4Н,5Нбензо[а]карбазол (6):

Утворення продукту (5) пояснюється тим, що при проведенні процесу в етановій кислоті без її спеціального осушення проходить процес гідролізу хиноніміну (2) по C=N зв'язку з утворенням п-толуїдину. п-Толуїдин вступає в реакцію 1,2-приєднання - елімінування з 1,4-нафтохіноном і N-(п-толіл)-1,4-нафтохінонмоноімін, який утворюється в результаті реакції, надалі реагує з діариламінохіноніміном (1) з утворенням продукту (5) за звичайною схемою.

При проведенні реакції 2,5-ди(п-толіл) аміно-4-(п-толіл) іміно-1,4-бензохінону (1) як з 4-(арил)іміно-1,4-бензохинонами (2), так і з нафтохіноном разом з відповідними гетероциклічними сполуками, в реакційній масі завжди був присутній неідентифікований продукт червоного кольору в кількості 3 - 5% (за даними ТШХ). Причому значення R_f цієї сполуки не залежало від реагенту (N-арил-1,4-бензохінон, 1,4-бензохінон або 1,4-нафтохінон), а залежало тільки від арильного радикала початкового 2,5-ді(арил)аміно-4-(арил)іміно-1,4-бензохінону (1). Спектральні дані свідчать на користь структури 2-(п-толіламіно)-3-[N-(п-толіліміно)] -8-метилфеноксазину (8):

У разі окиснення сполуки (1) тетраацетатом свинцю або діоксидом свинцю в бензолі за 55 - 60 ^оС отримано той же 2-(п-толіл)аміно-3-[N-(п-толіл)]-8-метил-феноксазинімін-3 (8) з виходом 49,4%.

Цей результат має принципове значення для розуміння процесів синтезу гетероциклів у ряді хінонімінів. Згідно зі схемою 2.1, хіноніміни ряду дибензофурану утворюються при реакції сполук (1) з хіноніміном (2). Утворення продукту (4) пояснене участю в реакції 4-ариламінофенолу. Проте, до цього часу залишалося відкритим питання - що є джерелом 4-ариламінофенолу в реакції за схемами 2.1 і 2.2. Наші дослідження дають відповідь на це принципове питання - джерелом 4-ариламінофенолу є реакція утворення феноксазиніміну (8):

Уточнена нами схема реакції 2,5-ді(ариламіно)-4-(ариліміно)-1,4-бензохінона з N-арил-1,4-бензохінонами виглядає наступним чином:

Третій розділ присвячено вивченню реакцій 1,4-бензохінону і N-арил-1,4-бензохінонмоноімінів з амінами, дослідженню кінетики реакції 1,4-бензохінону з ароматичними амінами, гетероциклізації 2,5-діалкіл(арил)аміно-1,4-бензохінонів.

Принципово можливими є декілька напрямів синтезу 2,5-діалкіламіно-4-ариліміно-1,4-бензохінонів:

- приєднання аліфатичних амінів до N-арил-1,4-хінонімінів за реакцією 1,4-приєднання (метод А);

- приєднання ароматичних амінів до 2,5-діалкіламіно-1,4-бензохінонів за реакцією 1,2- приєднання - элімінування (метод Б).

Метод А широко використовується для синтезу 2,5-діариламіно-4-ариліміно-1,4-бензохінонів (з використанням ариламінів), проте в літературі відсутні дані про застосування цього методу для отримання 2,5-діалкіламіно-4-ариліміно-1,4-бензохінонів.

При проведенні реакції за методом А утворювалася складна суміш сполук (за даними ТШХ). Спроби виділити індивідуальні речовини методом колоночної хроматографії не були успішними, оскільки виділені не ідентифіковані продукти за добу трансформувалися в складні суміші сполук.

Можливою причиною такого результату є висока основність алкіламінів, внаслідок чого першочерговим об'єктом атаки амінного компоненту є зв'язки C=N і C=O хіноніміну.

За методом Б передбачалося спочатку синтезувати 2,5-діалкіламіно-1,4-бензохінони, які потім по реакції 1,2-приєднання - елімінування перетворити на цільові продукти:

Для реалізації даної схеми необхідно розробити методи синтезу 2,5-діалкіламіно-1,4-бензохінонів.

Досліджено два варіанти синтезу сполук даного класу:

- приєднання аліфатичних амінів до 1,4-бензохінону у неполярних розчинниках (метод А);

- приєднання аліфатичних амінів до гідрохінону у метанолі, з пропусканням крізь реакційну масу повітря у якості окисника (метод Б).

Особливістю реакції за методом А є утворення 3-(алкіламіно)-7-гідрокси-9-(алкіл)-карбазолхінони-1,4 (11), які мають R_f нижче, ніж 2,5-діалкіламінохінони:

Отримані 2,5-діалкіламіно-1,4-бензохінони використовувалися для синтезу 2,5-діалкіламіно-4-ариліміно-1,4-бензохінонів за реакцією:

Проте, зроблені спроби здійснення синтезу не призвели до успіху. Причиною такого результату є, мабуть, дезактивація С=О зв'язку внаслідок протонування аміногруп хіноїдного циклу. Це пов'язано з більшою основністю N-H зв'язків 2,5-діалкіламіно-1,4-бензохінонів у порівнянні з N-H зв'язками 2,5-діариламіно-1,4-бензохінонами.

Нами встановлено, що оптимальними умовами взаємодії 1,4-бензохінону (12) з ароматичними амінами, з метою отримання 2-ариламіно-1,4-бензохінонів (13), є проведення реакції у водному середовищі в присутності невеликих кількостей етанової кислоти при температурі від 0 до +5 ^оС. Важливо, що зміна мольного співвідношення 1,4-бензохінон - ароматичний амін в межах від 1:1 до 1:2 не впливає на характер продуктів, що утворюються. У реакційній масі присутні (в сумі близько 2% - дані ТШХ) 2,5-ді(арил)аміно-1,4-бензохінони (14) та 2,5-ді(арил)аміно-4-(арил)іміно-1,4-бензохінони (1). При підвищенні температури частка моноамінозаміщених 1,4-бензохінонів (13) зменшується, а діамінозаміщених 1,4-бензохінонів (14) зростає і при 60 ⁰С складає вже 20%.

Використання у якості розчинника ізопропилового спирту в реакції 1,4-бензохінону з ароматичними амінами призводить до утворення 2,5-діамінозаміщених 1,4-бензохінонів (14) з високим виходом (близько 80%). Ці ж продукти (14) утворюються і при використанні в аналогічних умовах у якості субстрату 2-ариламіно-1,4-бензохінонів (13).

Перебіг реакції між 1,4-бензохіноном (12) і ароматичним аміном в етановій кислоті або бензолі (в присутності етанової кислоти) призводить до утворення 4-(арил)іміно-1,4-бензохінонів (2), які за наявності надлишку аміну можуть приєднувати останній, утворюючи 2,5-ді(арил) аміно-4-(арил) іміно-1,4-бензохінони (1). Продукти моноприєднання (13) в цих умовах не виявлені, а 2,5-дизаміщені 1,4-бензохінони (14) присутні в незначних кількостях.

При кип'ятінні 2,5-діамінохінонів (14) в етановій кислоті з відповідним ароматичним аміном протягом 20 - 30 годин утворюються 2,5-ді(арил)аміно-4-(арил)іміно-1,4-бензохінони (1) з виходом приблизно 50% (за даними ТШХ, препаративна методика не відпрацьовувалася).

Для доказу будови (14а) проведено кислотний гідроліз хіноніміна (1а) і показано, що продукт гідролізу, за даними ТШХ, є ідентичним до відповідної сполуки (14а). Схема реакцій 1,4-бензохінону з ароматичними амінами може бути надана таким чином:

Розроблена методика отримання монозаміщених 2-ариламіно-1,4-бензохінонів (13) дозволила запропонувати зручний препаративний метод синтезу несиметричних 2,5-діариламінозаміщених 1,4-бензохінонів (15), які раніше не були описані в літературі.

Вивчення кінетики приєднання ароматичних амінів до 1,4-бензохінону проводили методом спектрофотометрії на спектрофотометрі “Specord UV-Vis”. Як реакційне середовище використовували універсальну буферну суміш (УБС). Спектрофотометричні вимірювання проводили в кюветі спектрофотометра при 293 К. У кювету вміщували 2 мл УБС, додавали 0,4 мл 0,05М розчину відповідного аміну в УБС і 0,1 мл 0,2М розчину 1,4-бензохінону в метанолі. Вимірювали оптичну щільність розчину через рівні проміжки часу при довжині хвилі, що дорівнювала максимуму поглинання відповідного амінохінону (таблиця 1).

Таблиця 1

Спектральні властивості 2-ариламінохінонів і розрахункові значення констант швидкості

Сполука	R	л макс, нм	Коеф. екстинкції, м2/моль	pKa аміну	kэ, мін-1·моль-1·дм3	lg kэ
13 а	C6H5	491	8092	5,29	0,15±0,03	-0,82
13 б	4-CH3-C6H4	509	7835	4,72	0,36±0,03	-0,44
13 г	4-OCH3-C6H4	516	4750	5,17	0,30±0,06	-0,52
13 д	4-Cl-C6H4	494,5	4260	3,97	1,97±0,15	0,29

Кінетика взаємодії хінонів з амінами досліджувалася при глибині протікання реакції до 20%. Досліджена реакція є послідовною по відношенню до аміну і паралельною за відношенням до хінону. Стадія окиснення є оборотною, і положення рівноваги визначається співвідношенням окисно-відновних потенціалів 1,4-бензохінону та моноамінобензохінону. Значення константи рівноваги може бути розраховане, якщо прийняти різницю окисно- відновних потенціалів 1,4-бензохінону і моноамінобензохінону рівною 0,1В, за допомогою рівняння:

ln Ka = zF/RT ДE (1)

де z - число електронів, що беруть участь в реакції (в даному випадку z=2);

F - число Фарадея;

ДE - різниця стандартних окисно-відновних потенціалів 1,4-бензохінону та моноамінобензохінону (прийнята ДE =0,1В). Розраховане значення константи рівноваги при 293 К складає близько 2400, що дозволяє при глибині протікання реакції до 20% не враховувати оборотність другої стадії.

Значення константи швидкості реакції обчислюються за рівнянням:

де с_А - початкова концентрація аміну, моль/дм³;

с_В - початкова концентрація хінону, моль/дм³;

x - концентрація амінохінону, що утворився, моль/дм³;

ф - час від початку реакції, с.

Розраховані за рівнянням (2) значення експериментальних констант при рН=2,23 наведено в таблиці 1.

K_е суттєво залежить від характеру замісника в ароматичному фрагменті аміну і зростає при збільшенні акцепторних властивостей замісника, тобто при зниженні основності аміну

Швидкість реакції збільшується симбатно зі зменшенням основності аміну. Виходячи з цього можна припустити, що лімітуючою стадією реакції є взаємодія хінону з непротонованою формою аміну. Для підтвердження цього припущення досліджено вплив значення рН на швидкість реакції 1,4-бензохінону з п-толуїдином.

Вивчення кінетики приєднання п-толуїдину до 1,4-бензохінону виконували спектрофотометричним методом на спектрофотометрі “Specord UV-Vis”. В якості реакційного середовища використовували УБС з різними значеннями рН. Значення рН перевіряли на иономере И-130. При розрахунках використовували зміряні значення рН.

Експерименти здійснювали в кюветі спектрофотометра при Т=293 К за однакових концентрацій 1,4-бензохінону та п-толуїдину. Оптичну щільність розчину вимірювали при л=509 нм, через рівні проміжки часу. Отримані значення констант, розраховані за рівнянням (2), наведено в таблиці 2.

Таблиця 2

Розрахункові значення констант швидкості

Концентрація, моль	рН	Kе	lg kе
0,008	2,23	0,30±0,06	-0,52
0,008	2,93	2,02±0,45	0,305
0,0016	4,78	12,3±2,97	1,09
0,0016	5,05	17,2±3,99	1,23
0,0016	5,30	19,6±5,28	1,29
0,0016	7,37	41,1±13,5	1,61

Як видно з таблиці, швидкість реакції приєднання п-толуїдину до 1,4-бензохінону зростає зі збільшенням рН середовища.

Збільшення швидкості реакції зі зростанням рН очевидно пов'язане з основністю аміну, який бере участь в кислотно-основній рівновазі:

де АН⁺ - протонована форма аміну.

Таким чином, визначена експериментально константа швидкості реакції:

(4)

При значеннях рН близьких до величини pK_a п-толуїдину (5,17) можна обчислити значення :

Або:

(5)

При значеннях рН = 4,78; 5,05 і 5,30 отримано наступні величини 1,63; 1,60 і 1,53 відповідно. lgk_{0 сер}=1,59 або k_{0 сер}=38,9. Використовуючи значення k_{0 сер}=38,9 можна розрахувати експериментальну константу швидкості реакції при рН=7,37. Це значення складає 38,6, що добре узгоджується з експериментальними даними.

Проте, розраховані за (5) значення k_е при рН = 2,23 і 2,93 складають 0,045 і 0,22 відповідно, що суттєво нижче значень, отриманих експериментально. Таке відхилення пояснюється тим, що при низьких значеннях рН зростає значення взаємодії аміну з протонованою формою хінону.

Результати кінетичних досліджень вказують на те, що при значеннях рН поблизу значень pK_a амінів (умови препаративних методів синтезу) лімітуючою стадією є взаємодія непротонованої форми 1,4-бензохінону з вільним аміном. Зниження рН призводить до підвищення внеску паралельної реакції взаємодії протонованої форми 1,4-бензохінону з вільним аміном. Однак, при зниженні рН нижче значення pK_a сумарна швидкість реакції суттєво знижується, що пов'язане зі зменшенням концентрації вільного аміну.

Нами зроблено спробу виконання гідролізу сполук (3) і (4) з метою отримання 1,6-діоксо-2,5-ди(п-толіл)аміно-8-N-(п-толіл)аміно-1Н,4Н,9Н-карбазолу (16) та 1,6-діоксо-2-(п-толіл)аміно-8-N-(п-толіл)аміно-1Н,4Н,9Н-дибензофурану (17) у водній етановій кислоті з додаванням сірчаної кислоти в якості каталізатора (метод А). Проте, всі спроби варіювання умов процесу, за різних співвідношеннь кислоти і води, до позитивного результату не призвели. За даними ТШХ, утворювалася суміш речовин, які мають дуже низькі значення R_f при використанні як елюентів бензолу та дихлоретану, а також їх сумішей зі спиртом або ацетоном.

Іншою можливістю синтезу сполук (16) і (17) є реакція гетероциклізації з використанням замість 2,5-діариламіно-4-ариліміно-1,4-бензохінонів (1) 2,5-діариламіно-1,4-бензохінонів (14) (метод Б):

Виявилось, що використовувати методику, описану для хінонімінів, беручи в якості вихідних речовини 2,5-діариламіно-1,4-бензохінони (14) неможливо через дуже низьку розчинність останніх в етановій кислоті. При використанні у якості розчинника трифторетанової кислоти, утворилася суміш речовин, розділити яку за допомогою колонкової хроматографії нам не вдалося.

При взаємодії 2,5-діалкіл-1,4-бензохінонів (10) з N-(п-толіл) -1,4-бензохінонмоноіміном (2) нами з реакційної маси виділено продукти двох типів: 1,6-діоксо-2,5-діалкіламіно-8-N-(п-толіламіно)-1Н,4Н,9Н-карбазоли (18) і 2,8-ди(п-толіламіно)-5,11-діалкіламіно-6,12-діоксоіндоло[3,2b]карбазоли (19):

Четвертий розділ містить експериментальну частину двох попередніх розділів. В ньому описані методики здійснених експериментів, умови протікання реакцій, умови отримання спектральних даних.

ВИСНОВКИ

1. Вперше запропоновано загальну схему взаємодії 2,5-діариламіно -4-ариліміно -1,4-бензохінонів з N-арил -1,4-бензохінонмоноімінами.

2. Вперше встановлено, що при взаємодії 2,5-діариламіно- 4-ариліміно-1,4-бензохінонів з N-арил-1,4-бензохінонмоноімінами утворюються 2-ариламіно-3-(N-арил)-феноксазиніміни-3, що дозволило пояснити утворення в ході реакції хінонімінів ряду дибензофурану. Феноксазиніміни є єдиними продуктами окиснення 2,5-діариламіно-4-ариліміно-1,4-бензохінонів при використанні у якості окисників хіноїдних сполук і сполук свинцю (IV).

3. На прикладі реакції 2,5-діариламіно-4-ариліміно-1,4-бензохінонів з 1,4-нафтохіноном показано, що реакція гетероциклізації з утворенням карбазолхінонімінів носить загальний характер і у якості реагентів можуть використовуватися різні хіноїдні сполуки.

4. Показано, що варіювання рН середовища і характеру розчинника дозволяє направлено отримувати як 2-ариламіно-1,4-бензохінони, так і 2,5-діариламіно-1,4-бензохінони з високими препаративними виходами. Вперше отримано несиметричні 2,5-діариламіно-1,4-бензохінони.

5. Встановлено, що 2,5-діариламіно-1,4-бензохінони не вступають з ариламінами в реакцію 1,2-приєднання - елімінування, що пов'язане з низькою розчинністю хіноїдного компонента.

6. Кінетичними дослідженнями реакції 1,4-бензохінону з ароматичними амінами встановлено, що лімітуючою стадією реакції є взаємодія 1,4-бензохінону (або його протонованої форми) з вільним аміном. Показано, що некаталітично константа збільшується зі зменшенням основності аміну. Отримані закономірності дозволили пояснити особливості взаємодії N-арил-1,4-бензохінонмоноіміну з аліфатичними амінами.

7. Вперше показано, що в ході реакції 2,5-ді(алкіл)аміно-1,4-бензохінону з N-(п-толіл)-1,4-бензохіноніміном утворюються 1,6-діоксо-2,5- діалкіламіно-8-N-(п-толіламіно) -1Н,4Н,9Н-карбазоли та 2,8-ди (п-толіламіно) - 5,11-діалкіламіно-6,12 -діоксоіндоло[3,2 b]карбазоли.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. К. С. Бурмистров, А. И. Глух, Н. В. Торопин. Реакция 1,4-бензохинона с п-толуидином, // Вопр. химии и хим. технологии. - 2001. - N 6. - с.35. (Особистий внесок - виконання синтетичного експерименту, аналіз і трактування отриманих результатів. Бурмістров К. С. - постановка задач, обговорення отриманих результатів. Торопін М. В. - обговорення отриманих результатів.)

2. К. С. Бурмистров, А. И. Глух, Н. В. Торопин. Реакция 2,5-диалкиламино-1,4-бензохинонов с N-(п-толил)-1,4-бензохинонмоноимином. // Вопр. химии и хим. технологии. - 2003. - N 1. - с.179. (Особистий внесок - виконання синтетичного експерименту, аналіз і трактування отриманих результатів. Бурмістров К. С. - постановка задач, обговорення отриманих результатів. Торопін М. В. - обговорення отриманих результатів.)

3. К. С. Бурмистров, А. И. Глух, Н. В. Торопин. Окислительная циклизация N-(п-толил)-2,5-ди(п-толиламино)-1,4-бензохинонимина. // Журн. органич. химии. - 2005. - N 6. - с.959 - 960. (Особистий внесок - виконання синтетичного експерименту, аналіз і трактування отриманих результатів. Бурмістров К. С. - постановка задач, обговорення отриманих результатів. Торопін М. В. - обговорення отриманих результатів.)

4. К. С. Бурмистров, А. И. Глух, Н. В. Торопин В. С. Феденко. Исследование кинетики реакции 1,4-бензохинона с ароматическими аминами. // Вопр. химии и хим. технологии. - 2005. - N 4. - с.49 - 51. (Особистий внесок - виконання синтетичного експерименту, аналіз і трактування отриманих результатів. Бурмістров К. С. - постановка задач, обговорення отриманих результатів. Торопін М. В. - обговорення отриманих результатів. Феденко В. С. - отримання спектральних даних.)

5. Бурмістров К. С., Торопін М. В., Глух А. І. Реакція 2,5-діалкіламіно-1,4-бензохінонів з N-(п-толіл)-1,4-бензохінонмоноіміном. // Тези доповідей XIX Української конференції з органічної хімії. - Львів. - 2001. - С. 276.

6. Глух А. І. Закономірності приєднання ароматичних амінів до 1,4-бензохінону. // Тези доповідей V конференції молодих вчених та студентів-хіміків Південного регіону України. - Одеса. - 2002. - С. 15.

7. Бурмистров К. С., Шуберт-Цилавеч М, Торопин Н. В., Ликуссар В., Галамай В. И., Глух А. И., Михелич А. Синтез замещенных аминокарбазолхинонов по реакции гетероциклизации хинонов и их производных. // Тези доповідей конференції „хімія азотвмісних гетероциклів”. - Харків. - 1997. - С. 69.

АНОТАЦІЯ

Глух А. І. Синтез і реакції амінохінонів та їх похідних. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата хімічних наук за фахом 02.00.03 - органічна хімія. - ДВНЗ “Український державний хіміко-технологічний університет”, Дніпропетровськ, 2007.

Здійснено дослідження взаємодії ароматичних і аліфатичних амінів з 1,4-бензохіноном. Виявлено і сформульовано основні закономірності перебігу даних процесів.

Показано, що перебіг реакції приєднання ароматичних амінів до 1,4-бензохінону у водному або спиртовому середовищі в присутності етанової кислоти призводить до утворення моно- і діамінозаміщених в ядро хінонів. Переважне утворення продуктів обумовлене їх різною розчинністю у використованому розчиннику.

Показано, що взаємодія 2,5-ді(алкіл)аміно-1,4-бензохінону з N-(п-толіл)-1,4-бензохіноніміном призводить до 1,6-діоксо-2,5-діалкіламіно-8-N-(п-толіламіно)-1Н,4Н,9Н-карбазолів та 2,8-ди(п-толіламіно)-5,11-діалкіламіно-6,12-диоксоіндоло[3,2 b]карбазолів.

Встановлено, що окиснення 2,5-ди(п-толіламіно)-4-(п-толіліміно)-1,4-бензохінону тетраацетатом свинцю призводить до продукту циклізації за участю п-толіламіно групи, що знаходиться в положенні 2, а не в положенні 5, хіноїдного циклу.

Досліджено кінетику реакції приєднання ароматичних амінів до 1,4-бензохінону.

Показано, що механізм приєднання ароматичних амінів до 1,4-бензохінону відрізняється від механізму приєднання хлористого водню до хінонімінів.

Встановлено, що при зростанні рН збільшується швидкість приєднання ароматичних амінів до 1,4-бензохінону; етанова кислота необхідна у якості розчинника ароматичного аміну. Лімітуючою стадією реакції є взаємодія хінону з непротонованою формою аміну.

Розраховано ефективні константи швидкості реакцій приєднання ароматичних амінів до 1,4-бензохінону.

Ключові слова: 1,4-бензохінон, алкіл(арил) аміни, гетероциклічні амінохінони, кінетика приєднання.

Глух А. И. Синтез и реакции аминохинонов и их производных. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.03 - органическая химия. - ГВУЗ “Украинский государственный химико-технологический университет”, Днепропетровск, 2007.

Выполнены исследования взаимодействия ароматических и алифатических аминов с 1,4-бензохиноном. Выявлены и сформулированы основные закономерности протекания данных процессов.

Показано, что проведение реакции присоединения ароматических аминов к 1,4-бензохинону в водной или спиртовой среде в присутствии уксусной кислоты приводит к образованию моно- и диаминозамещенных в ядро хинонов. Изменение мольного соотношения 1,4-бензохинон - ароматический амин в пределах от 1:1 до 1:2 не влияет на характер образующихся продуктов. Использование в качестве растворителя изопропилового спирта в реакции 1,4-бензохинона с ароматическими аминами приводит к образованию 2,5-диаминозамещенных 1,4-бензохинонов с высоким выходом (порядка 80%). Эти же продукты образуются и при использовании в аналогичных условиях в качестве субстрата 2-ариламино-1,4-бензохинонов. Отсутствие значительных количеств продуктов реакции 1,2-присоединения - элиминирования объясняется гидролизом N-арилхинониминов в используемых растворителях. Преимущественное образование продуктов обусловлено их различной растворимостью в используемом растворителе. Разработанная методика получения монозамещенных 2-ариламино-1,4-бензохинонов позволила предложить удобный препаративный метод синтеза несимметричных 2,5-диариламинозамещенных 1,4-бензохинонов, которые ранее не описаны в литературе. Реакция протекает в изопропиловом спирте в течение короткого времени, а продукт отделяется фильтрованием с удовлетворительным выходом.

Показано, что взаимодействие 2,5-ди(алкил)амино-1,4-бензохинона с N-(п-толил)-1,4-бензохинонимином приводит к 1,6-диоксо-2,5-диалкиламино-8-N-(п-толиламино)-1Н,4Н,9Н-карбазолам и 2,8-ди(п-толиламино)-5,11-диалкиламино-6,12-диоксоиндоло[3,2 b]карбазолам.

Установлено, что окисление 2,5-ди(п-толиламино) -4-(п-толилимино) -1,4-бензохинона тетраацетатом свинца приводит к продукту циклизации с участием п-толиламино группы, находящейся в положении 2, а не в положении 5 хиноидного цикла.

Исследована кинетика реакции присоединения ароматических аминов к 1,4-бензохинону.

Показано, что механизм присоединения ароматических аминов к 1,4-бензохинону отличен от механизма присоединения хлористого водорода к хинониминам.

Установлено, что при возрастании рН увеличивается скорость присоединения ароматических аминов к 1,4-бензохинону; уксусная кислота необходима как растворитель ароматического амина.

Рассчитаны эффективные константы скорости реакций присоединения ароматических аминов к 1,4-бензохинону. Результаты кинетических исследований указывают на то, что при значениях рН вблизи значений pK_a аминов (условия препаративных методов синтеза) лимитирующей стадией является взаимодействие непротонированной формы 1,4-бензохинона со свободным амином. Снижение рН приводит к повышению вклада параллельной реакции взаимодействия протонированной формы 1,4-бензохинона со свободным амином. Однако, при понижении рН ниже значений pK_a суммарная скорость реакции существенно снижается, что связано с уменьшением концентрации свободного амина.

Ключевые слова: 1,4-бензохинон, алкил(арил)амины, гетероциклические аминохиноны, кинетика присоединения.

Glukh A. I. The synthesis and reactions of aminoquinones and those derivatives - Manuscript.

Thesis for a candidate degree on speciality 02.00.03 - organic chemistry. - SHEE “Ukrainian State Chemical Technology University”, Dnepropetrovsk, 2007.

The processes of interplay of aromatic and aliphatic amines with 1,4-benzoquinone has been investigated. The common rules of these reactions have been clearly recognized.

The general scheme of interplay of 2,5-dy(aryl)amino -4-(aryl)imido-1,4- benzoquinones with N-(p-tolyl)-1,4-benzoquinonemonoimide has been offered first tame.

1,6-Dyoxo-2,5-dyalkylamino-8-N-(p-tolylamino)-1H,4H,9H-carbazoles and 2,8-dy(p-tolylamino)-5,11-dyalkylamino-6,12-dyoxoidolo[3,2 b]carbazoles have been obtained by interaction of 2,5-dy(alkyl)amino-1,4-benzoquinones with N-(p-tolyl)-1,4-benzoquinonemonoimide.

2-(p-Tolylamino)-3-[N-(p-tolylimido)]-8-methylphenoxazine has been obtained by oxidation of 2,5-dy(p-tolylamino)-4-(p-tolylimino)benzoquinone by lead (IV) acetate.

The kinetics of addition of aromatic amines to 1,4-benzoquinone have been investigated

The effective constants of addition reactions speed have been calculated.

Key words: 1,4-benzoquinone, alkyl(aryl)amines, heterocyclic aminoquinones, kinetics of addition.

Размещено на Allbest.ru