CC BY
21
УДК 542.06
Харитонова В.Г., Серегина Т.С., Деревнин И.А. , Ивановская Е.В., Мендруль В.В., Дятлов В.А., Лусс А.Л.
ИНТЕРМЕДИАТЫ ДЛЯ СИНТЕЗА ПОЛИ-2-ЦИАНАКРИЛАТОВ
Харитонова Виктория Геннадьевна, магистр 2 курса кафедры химической технологии пластических масс; email: elinor.ktk@gmail.com
Серегина Татьяна Сергеевна, бакалавр 3 курса кафедры химической технологии пластических масс; Деревнин Игорь Алексеевич, бакалавр 3 курса кафедры химической технологии пластических масс; Ивановская Екатерина Владиславовна, бакалавр 1 курса кафедры химической технологии пластических масс; Мендруль Виктория Васильевна, магистр 1 курса кафедры химической технологии пластических масс; Дятлов Валерий Александрович, д.х.н., профессор, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва. Лусс Анна Леонидовна, к.х.н. младший научный сотрудник, РХТУ им. Д.И. Менделеева, г Москва, Эфиры 2-цианакриловой кислоты широко известны в качестве мгновенных адгезивов, а также могут быть использованы в качестве исходных соединений в технологии нанокорпускулярных носителей лекарственных средств и генной терапии. Методика синтеза этих соединений является одной из важных проблем, которые требуют решения. В данной работе были описаны методы синтеза эфиров 2-цианакриловой кислоты, а также рассмотрен альтернативный способ получения исходных соединений для синтеза поли-2-цианакрилатов. Кроме того, рассматривается итог получения капсул из нового типа интермедиатов.
Ключевые слова: поли-2-цианакрилаты, 2-цианакриловая кислота, вакуумный пиролиз этил-2-цианакрилата, нелетучие эфиры 2-цианакриловой кислоты, нанокорпускулярные носители лекарственных средств.
INTERMEDIATES FOR SYNTHESYS OF POLY-2-CYANOACRYLATES
Kharitonova V.G, Seregina T.S., Derevnin I.A., Ivanovskaya E.V., Mendrul V.V., Dyatlov V.A., Luss A.L. D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
Esters of 2-cyanoacrylic acid are well known as instant adhesives and also can be used as monomers in the technology of nanocarpuscular carriers of drugs. The method of synthesis for those compounds is one of the most important issues. In this work we introduce different methods of synthesis esters of 2-cyanoacrilyc acid. We focus on one of them and the result of its application.
Keywords: poly-2-cyanoacrylates; 2-cyanoacrylic acid; pyrolysis of ethyl-2-cyanoacrylate; nano-corpuscullar drug carriers; nonvolatile esters of 2-cyanoacrylic acid.
Способность эфиров 2-цианакриловой кислоты, описывающихся общей формулой (Рис.1), мгновенно вступать в реакцию полимеризации даже под действием слабых нуклеофилов, в том числе следов воды, обуславливает их применение в качестве адгезивов, например, их широко применяют в качестве основного компонента медицинских, а также «супер-клеев». Также, 2-цинакрилаты используют для получения полиалкил-2-цианакрилатных наноносителей лекарственных средств или других активных агентов, в том числе и предназначенных для генной терапии.
сы
ОД*
Рис. 1 - Общая формула эфиров 2-цианакриловой кислоты.
Известно несколько способов синтеза 2-цианакриловых мономеров [1].
В промышленности широко применяется метод Кновенагеля. Он протекает в две стадии, на первой проводят синтез олигомеров алкилцианоакрилатов, на второй - путем термической деструкции получают моноэфиры 2-цинакриловой кислоты. Этой стадией лимитируется разнообразие получаемых мономеров, невозможно получить
эфиры с заместителем карбонильной группы, содержащим более 8-10 углеродов. Другим способом является переэтерфикация. Она проходит в одну стадию и заключается в замещении метиловой или этиловой группы в эфире 2-цианакриловой кислоты более высокомолекулярным спиртом в условиях кислотного катализа. Эта реакция протекает с крайне незначительным выходом.
Третий способ требует промежуточной защиты двойной С=С связи [2], было выяснено, что лучшие результаты дает антраценовая защита. Таким образом, на первой стадии проводят синтез аддукта антроцена с эфиром 2-цианакриловой кислоты, затем получают высший эфир и соответствующую кислоту. Защиту затем снимают по реакции Дильса-Альдера. Остатки диена удалить достаточно сложно, а также конечные продукты содержат большое количество трудноотделимых примесей, в связи с чем данный метод не нашел широкого распространения.
Еще один метод в качестве исходного соединения использует цианацетилен [3]. Получение из него 2-цианакрилатов проводят путем каталитического а-карбоксилирования. В промышленности этот метод не нашел применения в связи с трудностью очистки от остатков нуклеофильного катализатора, который
может приводить к спонтанной полимеризации при хранении, и низким выходом.
Также, существует хлорангидридный метод, связанный с получением 2-цианакрилоилхлорида хлорированием цианакриловой кислоты при помощи пятихлористого фосфора [4]. Однако, активное применение данного способа значительно осложняется тем, что обработка мягкими хлорирующими агентами не приводит к образованию целевого продукта, а использование слишком сильных агентов, например пятихлористого фосфора, может привести к побочным реакциям и тому, что конечный ангидрид будет иметь недостаточную чистоту, а выход будет снижен.
Нами был разработан еще один метод получения интермедиатов, позволяющих получить поли-2-цианакрилаты. Он заключается в присоединении высокомолекулярного спирта по двойной связи к эфиру 2-цианакриловой кислоты (Рис. 2).
cn cn
r1 он + сн-с-с-0 > rlo сн-сн с=о 2 I 2
or2 or2
Рис. 2 - Реакция получения аддукта
высокомолекулярного спирта и эфира 2-цианакриловой кислоты.
Данный способ не требует использования растворителя, в случае, если оба исходных реагента являются жидкостями. В качестве эфира 2-цианакриловой кислоты использовался этил-2-цианакрилат (R2 = С2Н5), в качестве высокомолекулярного спирта использовался додеканол (R1 = С12Н25), хотя также проводились испытания и с другими спиртами, например, октанолом, а также спиртами Span 20 и Span 85 фирмы Sigma Aldrich.
В качестве инициатора реакции использовалась смесь 2-цианакриловой кислоты и пара-толуолсульфокислоты, в качестве ингибитора полимеризации использовался гидрохинон. Также, система барботировалась двуокисью серы для удаления следов воды, которые могли попасть в систему.
Данный способ достаточно продолжительный по времени - систему оставляют без нагрева в условиях постоянного перемешивания на 2- часов. Барботирование при этом приводится только в самом начале, в течение пяти минут. Это позволяет получить конечный продукт с высоким выходом, однако точное его процентное соотношение выяснить достаточно затруднительно, потому как очистить его от следов этил-2-цианакрилата и спирта не вступивших в реакцию оказывается тяжело. Реакция является равновесной и, как следствие, обратимой и удаление из реакционной среды излишков реагентов, приводит к тому, что равновесие смещается в сторону исходных соединений. Тем не менее, использование в качестве метода разделения смеси вакуумной перегонки является достаточно качественным способом для данного случая.
Аддукт представляет собой маслянистую прозрачную жидкость, обладающую слабой желтоватой окраской, а также сохраняющую слабый запах эфиров 2-цианакриловой кислоты. Добавление его в воду приводит к образованию полимера этил-2-цианакрилата. Однако, в процессе полимеризации происходит самоорганизация в мицеллы, в результате чего получается эмульсия. Согласно исследованию полученных частиц методом динамического светорассеяния их размеры в среднем составляют 100 нм (Рис. 3).
DI.Sc
РСА
..............т..
1 100
Peak Num Area Mean Position STD
1 0.002 0.179 0.183 0.026
2 0.671 90.57 90.12 27.57
3 0.122 536.1 553.5 132.1
4 0.206 2.2 e+6 1 1e+5 4 Be+6
Рис. 3 - Результаты исследования частиц полиэтил-2-цианакрилата методом динамического светорассеяния. Получение большого разнообразия эфиров 2-цианакриловой кислоты остается открытой научной задачей, что связано с недостаточным количеством методов, дающих достаточную вариативность получаемых соединений и обладающих большим выходом целевых продуктов. Однако, существует возможность получать другие интермедиаты для синтеза поли-2-цианакрилатов, которые также могут образовывать мицеллы в процессе полимеризации.
Список литературы:
1. Dyatlov V.A., Maleev V.N., WO 9526371 A1 -1995.
2. Jaime Ayarza, Ibraheem T Badejo, Kenneth W Davis, Jeffrey R Hennenkamp, WO 2002036549 A3 - 2003.
3. Dyatlov V.A., Rustamov I.R., Grebeneva T.A., Maleev V.I., Gololobov Yu.G., Kireev V.V. Synthesis of 2-cyanoacryloyl chloride and its interaction with O- and S- nucleophiles // Mendeleev Communications. 2013. V. 23. I. 6. P. 356.
4. Hans-Athanas Dr Bruhn, Miklos Dr Danielisz, Hubert Dr Harth, Hasso Leischner, Rolf Lier, Willi Dr Wuest, DE 3233007 A1 - 1984.
