CC BY
64
Islomova Yulduz Urolovna, Tashkent Institute of Chemical Technology, Senior Researcher Applicant Maksumova Oytura Sitdikovna. Tashkent Institute of Chemical Technology, Doktor of Chemistry, Professor E-mail: omaksumovas@mail.ru
Investigati on of carbazole acylation reactions
Abstract: It has been studied N-acylation of carbazole with acetylchloride in the condition of FeCl3. It has been studied physical and chemical properties and of N-acetylcarbazole synthesized by IR- and NMR1 Н — spectroscopy.
Keywords: acylation, carbazole, acetylchloride, N-acetylcarbazole, catalyzer, reaction.
И^мова Юлдуз Уроловна, Ташкентский химико-технологический институт, старший научный сотрудник-соискатель Максумова Ойтура Ситдиковна, Ташкентский химико технологический институт, доктор химических наук, профессор E-mail: omaksumovas@mail.ru
Исследование реакции ацилирования карбазола
Аннотация: Изучена реакция N-ацилирования карбазола с ацетилхлоридом в присутствие катализатора FeCl3 Изучены физико-химические свойства и структура синтезированного N-ацетилкарбазола, которая подтверждена методами ИК- и ЯМР 1 Н-спектроскопии.
Ключевые слова: ацилирование, карбазол, ацетилхлорид, N-aцетилкарбазол, катализатор, реакция.
Интерес исследователей к изучению реакций аци- В работе показано эффективное влияние алкалои-
лирования с участием аминосоединений разных клас- да фуростифолина, содержащий в своей молекуле кар-
сов диктуется исключительно широкими возможно- базол, который применяется против трех видов рака.
стями применения продуктов этих реакций. Так, эти Это соединение применено при лечении рака мелких
соединения являются ценным сырьем в производстве клеток, рака костной ткани, рака молочных желез
парфюмерно-косметических средств, применяются [1, 162-164]. Соединение 5- [(9Н-карбазол-9-ил)
в качестве лекарственных препаратов, ингибиторов метил]-Ы- [замещенный фенил (пиперазин-1-ил)
коррозии, обладают поверхностной активностью. метил]-1,3,4-оксадиазол-2-амин, полученный на ос-
Анализ литературных источников показывает, нове карбазола прошел испытание против бактерий,
что до недавнего времени мало изученными в реак- грибов, рака и показано эффективное влияние [2,
ции ацилирования оставались гетероциклические 125-132].
амины, в том числе выбранный нами в качестве объ- Синтезирован большой ряд флуорен- и карба-
екта исследования карбазол. Карбазол обладает свой- золсодержащих 1,3-дитиол-2-халькогенов и тетра-
ствами вторичных аминов, является структурными тиафульваленов, которые могут быть использованы
фрагментами большого числа биологически актив- как интермедиаты для синтеза тетратиафульваленов
ных веществ. Органические соединения, получаемые более сложного состава или как мономеры для полу-
на основе карбазола, широко применяются в тонком чения олигомеров и полимеров различными методами
органическом синтезе, медицине, технике и нанотех- [3, 257-261]. Полученные полимеры могут быть ис-
нологии. Они служат полупродуктом для световых пользованы как материалы для создания электронных
диодов, мономером для термостойких полимеров, устройств, применяемых в различных отраслях совре-
высококачественным фоторефрактивным матери- менной молекулярной электроники.
алом, изоляционным и мезопористым материалом Соединения, полученные реакцией карбазоловых
и лекарственными препаратами. производных, содержащих вторичный атом азота с гу-
^евйдай оп of сагЬа2о!е асу!айоп геас^опв
анидином считаются цитотоксическими активными соединениями в медицине [4, 467-472].
Как видно, литературные данные по ацилирова-нию карбазола показывает транспорт реакции на ядро
СИ,
МИ2 + ИМ=
С МИР МИ2
Я, Бифункциональный заместитель.
Цель работы: исследование реакции ацилирова-ния карбазола ацетилхлоридом в присутствии катализатора.
Обсуждение полученных результатов
Введение ацильной группы — остатка кислоты вместо водорода ароматического кольца называется ацилированием. В качестве основного ацилирующего реагента используется галогенангидриды, ангидриды кислот, в качестве катализатора кислоты Льюиса. Среди ацилирующих реагентов самым реакци-онноспособным является ацетилхлорид. Учитывая это обстоятельства, в данной работе планировалось изучение синтеза Ы-ацетилкарбазола, т. е. реакции Ы-ацилирования карбазола с помощью ацетилхлори-да.
Реакция Ы-ацилирования в молекуле карбазола идет как реакции ацилирования ароматических соединений. Кислотно-основные свойства в гетероциклических соединениях связаны с электронной структурой гетероатомов. Целый электрон в атомах азота участвует в циклической делокализованной п-электронной системе парного электрона. В результате участия не поделённой электронной пары
карбазола. Но реакции ацилирования на вторичный атом азота практически не встречаются в литературных источниках.
С
МИ2
азотного атома увеличивается полярность Ы-Н связи и подвижность водорода. Это отчетливо наблюдается в реакциях карбазола и ацетилхлорида и можно сказать, что это состояния облегчает ход реакции ацилирования.
Было изучено влияния таких факторов как, температура, соотношение реагентов, продолжительность реакции на процесс ацилирования. При одинаковых соотношениях исходных реагентов реакцию проводили при различных температурах с катализатором и без катализатора. Продукт реакции без катализатора получен с низким 10% выходом. После этого процесс ацилирования проводились в присутствии катализатора БеС13-6Н20 при 110-115 оС. При этом выход продуктов реакции составил 42%. Поэтому все реакции при ацилировании карбазола проводились в присутствии катализатора РеС13 Было установлено оптимальное условие процесса, при этом в 1:3 молярном соотношении карбазола и ацетилхлорида в течение 35 минут выход продукции составил ~88-92%.
Уравнение реакции ацилирования карбазола ацетилхлоридом в присутствии катализатора РеС13 в общем виде можно изобразить следующим образом:
РеСЦ
+3СИ3-СОС!
'3 35
-ИС!
N
I
С=О
Реакция ацилирования карбазола ацетилхлоридом путем образования комплекса может произойти в двух стадиях на основе Бм1-механизма. При этом в результате взаимного влияния галогенангидрида с донором-акцептором при участии РеС13 повышается значения положительного заряда углеродного атома в карбонильной группе и образуется комплекс перемещённого заряда. Комплекс образуется за счёт кислородного атома и нераспределённой электронной пары атома галогена. Но из-за того, что атом кислорода являет-
СИ3
ся сильным электроотрицательным элементом, чем хлор в молекуле хлорангидрида, углерод-кислородная двойная связь в карбонильной группе бывает полярной, чем простой С-С1 связь. Поэтому катализатор имеет склонность к образованию комплекса с атомом кислорода, чем с атомом хлора. Увеличение прочности этой связи в свою очередь увеличивает значения положительного заряда в углеродном атоме карбонила и облегчает нуклеофильную атаку ароматического соединения. Но роль галогенидов металла не ограничи-
И
вается активацией хлорангидридов, но и обеспечивает В первой стадии реакции катализатор образует
их участие в процессе реакции. Катализатор образует следующий комплекс с ацилирующим агентом. прочный комплекс с кетоном.
8+O0
CH3-C^.. + FeCIs-Cis
CH3- C=O=FeCIs
Чем сильнее акцепторное свойство кислоты Лью- нение атакует подвижной атом водорода в КИ группе ис, тем легче образования комплекса. и в результате образуется новый кетон-катализатор-
На втором этапе реакции это комплексное соеди- ный комплекс:
+H3C^C=O:FeCl3
H
-HCI H C—O:FeCI3
H3C^Ci:
C=OFeCI3 CH3
По-видимому, такой комплекс может быть ингибитором процесса. Но в реакционной среде этот комплекс расщепляется под воздействием хлорангидрида,
т. е. устанавливается равновесие. Состояние равновесия зависит от кислотных свойств галогенидов металла. Схематически его можно изобразить следующим образом:
HsC
i=O +
=O:FeCI3 +
■■CI:
1ST C=OFeCI3
CH3
Эта реакция обеспечивает ход общей реакции. Карбазол образует стабильный молекулярный ком-
YS-(CI:
Ж C=O CH3
плекс с галогенангидридом и образовавшимся кетоном:
CH3 15+ :: + ^=O:F eCI3
::CI::
H
-HCI
H C^O : FeCI3
QCK
Ar
С=С=д:Р еС13 СНз
Образовавшийся кетон выделяется из среды промыванием водой.
Строение синтезированного К-ацетилкарбазола определяли с помощью ИК и ЯМР 1 Н-спектров. При этом исследовались ИК-спектры исходных реагентов и полученных продуктов. В ИК-спектре полученного
С=0
I
СНз
ацетилкарбазола, в отличие от исходного карбазола, наблюдается появление новых полос поглощения. Так в области 1686 см-1 наблюдается валентное колебание С=0 групп. Кроме того, валентное колебание СИ3 группы наблюдается в 2800-3000 см-1, а деформационное колебание в 1300-1450 см-1 области.
Investigati on of carbazole acylation reactions
В ЯМР 1 Н спектре Ы-ацетилкарбазола в первом и восьмом углеродном атоме в области 8,22 м. д. были установлены дублет-триплет, в области 7,43 м. д. протонов второго и седьмого углеродного атома дублет-дублет-дублет, в протонах третьего и шестого углеродного атома дублет-дублет-дублет, в протонах четвертого и пятого углеродного атома при 8,05 м. д. дублет-дублет-дублет, в области 2,82 м. д. синглетные сигналы СН3 группы.
Экспериментальная часть Карбазол (дибензопиррол, дифениленимин) игольчатое кристаллическое вещество. В воде не растворяется, растворяется в органических растворителях. Температура плавления 247-248 оС, температура кипения 355 оС, 200 С/147 мм рт. ст.
ИК-спектры исходных и синтезированных продуктов снимали на ИК-Фурье спектрофотометре «818ТЕМ-200» на пластинках КВг. ПМР-спектры
мы Уапап. Чистота синтезированных веществ установлена с помощью тонкослойной хроматографии пластинками ЗИиЮЬ Система: элюент-бензол-ацетон, использованы пары йода. ^=0,8.
Синтез Ы-ацетилкарбазола. В круглодонную колбу объёмом 50 мл, снабженной мешалкой, термометром помещают 1,67 г (0,01 моль) карбазола и 30 мл бензола. После полного растворения карбазола в раствор добавили 0,162 г (0,001 моль) БеС1, 2 мл (0,03 моль) ацетилхлорид и нагревали в течение 35 мин. Окончание реакции определили с помощью лакмусовой бумаги. Образованные бурые кристаллы были очищены водой. Повторно кристаллизовали в смеси гептана и хлороформа. Выход Ы-ацетилкарбазола, полученный с участием катализатора БеС13-6Н20 составил 0,96 г (46%). Выход Ы-ацетилкарбазола, полученный с участием катализатора РеС13 составил 1,67 г (80%). Т = 69-71 оС. Я=0,8.
пл. I '
записывались на приборах UNITY — 400 фир-
Список литературы:
1. Tantanakul C., Pakhodee W., Laphookhieo S., Ruthiwigrom T., Cheenpracha S. Цитотоксичные алкалоиды из стеблей murraya koenigii//XnM. природ. соед. 2014. № 1. - С. 162-164.
2. Sharma D., Kumar N., Pathak D. Синтез, характеризация и биологическая оценка некоторых новые произ-водны х карбазола//]. Serb. Chem. Soc. 2014. Vol. 79. № 2. - C. 125-132.
3. Лебедев К. Ю., Абашев Г. Г., Шкляева Е. В. Новые флуорен и карбазолсодержащие тетратиафульвалены//Кн.: Сборник трудов международной научной конференции: Инновационный потенциал естественных наук, Пермь. - 2006. - Т. 1. - С. 257-261.
4. Coruso A., Sinigropi M. S., Langelot J. C., El-Kashef H., Saturnino C., Aubert G., Ballondonne C., Lesnard A., Crestiel T., Dallemagne P., Rault S. Синтез и оценка цитотоксической активности новых гуанидинов, полученных из карбазолов/ZBioorg. and Med. Chem. Leet. 2014. Vol. 24, № 2. - С. 467-472.
