CC BY
8Образец Концентрация нарингина, мг/дм3
«Rich» грейпфрутовый сок восстановленный, ЗАО «Мул-тон», г.Санкт-Петербург 28,3±0,2
«Santal» грейпфрутовый сок восстановленный, ОАО «Белгородский молочный комбинат», г.Белгород 46,2±0,4
«Я» сок грейпфрутовый с мякотью, ООО «Лебедянский», Липецкая область, г.Лебедянь 36,9±0,1
Содержание нарингина в восстановленных соках близко к свежевыжатому соку. Что вполне коррелирует с технологией приготовления соков. Восстановленный сок готовится из концентрата натурального сока, как правило, без синтетических добавок и красителей. Что касается нектаров, то как видно из таблицы, содержание нарингина в них почти в 2 раза меньше, чем в соках. Известно, что массовая доля сока в нектарах различная и составляет менее 50%, в зависимости от вида сырья, а остальная часть - вода, сироп, сахар, фруктовое или ягодное пюре, лимонная и аскорбиновая кислота [2, с.188]. Таким образом, установлено, что методом капиллярного электофо-реза можно надежно определять присутствие в напитках натурального сока.
Литература
1. Аверьянова Е. В., Школьникова М. Н., Егорова Е. Ю. Физиологически активные вещества растительного сырья. Учебное пособие. - Изд-во Алтайского государственного технического университета, 2010.
2. Дубцов Г.Г. Товароведение пищевых продуктов. -М.: «Академия», 2006.
3. Позняковский В.М., Цапалова И.Э. Экспертиза продуктов переработки плодов и овощей. Качество и безопасность. - Сибирское университетское издательство, 2013.
4. Коркина О.А. Капиллярный электрофорез как альтернативный метод определения антибиотиков. -Изд-во Новосибирского национального исследовательского государственного университета, Новосибирск, 2014.
КАРБОКСИЛИРВАНИЕ ГИДРОКСИАРЕНОВ МЕТАЛЛАЛКИЛКАРБОНАТАМИ
Кудайбергенов Нурболат Жарылкасынулы
Научный сотрудник. Казахский национальный университет, им. аль-Фараби. г. Алматы. Республика Казахстан
Дуйсебаева Толкын Сабыржанкызы
Магистрант 2- курса. Казахский национальный университет, им. аль-Фараби. г. Алматы. Республика Казахстан
Набиев Адилет Абуталипулы Джанзакова Ботагоз Сериккызы
Бакалавры 4- курса. Казахский национальный университет, им. аль-Фараби. г. Алматы. Республика Казахстан
Суербаев Хаким Абдрахимулы
доктор хим. наук., профессор. Казахский национальный, университет им. аль-Фараби. г. Алматы.
Республика Казахстан
CARBOXYLATION OF HYDROXYARENS WITH METALALKYLCARBONATES
Kudaibergenov Nurbolat, Research worker. Al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan Duisebaeva Tolkyn, Master student 2-course. Al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan Nabiev Adilet, Bachelor 4- course. Al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan Dzhanzakova Botagoz, Bachelor 4- course. Al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan Suerbaev Khakim, Doctor of chemical science, professor. Al-Farabi Kazakh National University, Almaty, Kazakhstan АННОТАЦИЯ
Проведен краткий обзор работ авторов в области карбоксилирования гидроксиаренов (фенол, нафтолы) и их производных щелочными солями алкилугольных кислот. Разработаны простые и удобные способы получения салициловой кислоты, п-гидроксибензойной кислоты, п-аминосалициловой кислоты, в-резорциловой кислоты, 4-ме-тил-2-гидроксибензойной кислоты и гидроксинафтойных кислот. ABSTRACT
Published data of the authors works on the carboxylation of hydroxyarens (phenol, naphtols) and its derivatives with alkali salts of alkylcarbonic acids. Simple and convenient methods for the preparation of salicylic acid, p-hydroxybenzoic acid, p-aminosalicylic acid, rezorcylic acid, 4-methyl-2-hydroxybenzoic acid and hydroxynaphtoic acids were developed.
Ключевые слова: металлалкилкарбонаты; гидроксиарены; карбоксилирование; гидроксиароматические кислоты.
Keywords: metalalkylcarbonats; hydroxyarens; carboxylation; hydroxyaromatic acids.
Использование диоксида углерода в качестве источника углерода в органическом синтезе является актуальной проблемой современной органической химии [1, 2]. О большом интересе к этой проблеме свидетельствует
все убыстряющийся рост научных публикаций по данной тематике. Следует отметить, что утилизация диоксида углерода в химическом синтезе имеет также важное природоохранное значение, так как является одним из путей
снижения выбросов диоксида углерода - главного компонента парниковых газов, в атмосферу [3].
Одним из наиболее перспективных направлений использования диоксида углерода в органическом синтезе является синтез на его основе карбоновых кислот и их производных - органических соединений, содержащих карбоксильную группу - С(О)-О- и карбоксиамидную группу -C(0)-NH- (карбоновые кислоты, сложные эфиры, лактоны, органические карбонаты и карбаматы, мочевины, амиды и др.). Примером крупнотоннажного использования диоксида углерода в данном направлении является синтез карбамида (мочевины) взаимодействием СО2 с NH3 под давлением 120-300 атм при температуре 160-2100С. Не столь масштабным, но давно применяемым в органическом синтезе примером использования диоксида углерода является производство салициловой кислоты карбоксилированием фенолята натрия диоксидом углерода под давлением (реакция Кольбе-Шмидта).
Следует отметить, что некоторые простейшие производные диоксида углерода обладают достаточной химической активностью. В частности представляет интерес синтезы на основе щелочных солей алкилугольных кислот, которые могут найти применение для синтеза гирок-сиароматических кислот, находящих широкое практическое применение. о-Гидроксибензойная кислота (салициловая кислота) и ее производные проявляют биологическую активность и используются в качестве фармацевтических препаратов (аспирин, салол и др.) [5,6]. п-Гидрок-сибензойная кислота применяется для получения полимерных материалов и жидкокристаллических полиэфиров, обладающих высокой термостойкостью [7]. 1-Гид-рокси-2-нафтойная кислота применяется в производстве цветных фотоматериалов и ингибиторов коррозии [8]. Ариламиды 2-гидрокси-3-нафтойной кислоты широко используются для получения азоидных красителей для холодного крашения волокон [9].
О возможности использования щелочных солей ал-килугольных кислот в качестве карбоксилирующего реагента в реакции карбоксилирования гидроксиаренов стало известно после появления в 1958 г. краткого сообщения I. Jones [10]. Начиная с 1969 г., появились работы японских исследователей [11-14] о применении щелочных солей алкилугольных кислот для карбоксилирования гидроксиаренов, преимушественно в виде их щелочных солей (феноляты, нафтоляты).
Нами в течение последних 10-15 лет исследовано карбоксилирование непосредственно гидроксиаренов натрий- и калийалкилкарбонатами. Показано, что натрий-и калийалкилкарбонаты могут быть успешно использованы в качестве карбоксилирующего реагента в реакции карбоксилирования фенолов и нафтолов в среде инертных газов без применения растворителей. Сильное влияние на ход реакции оказывает температура. В реакции карбоксилирования фенола натрийэтилкарбонатом при увеличении температуры с 140 до 1600С ([фе-нол]:[натрийэтилкарбонат]=1:1,2; Рсо2 = 1,0 МПа; т = 3-5 часов;) выход салициловой кислоты увеличивается с 3 до 65%. Дальнейшее увеличение температуры снижает выход продукта (до 45% при 1950С). При этом установлено, что в температурном интервале 140-1950С наблюдается образование салициловой кислоты с незначительной примесью п-гидроксибензойной кислоты (обнаруживается бумажной хроматографией). Интересно отметить, что при
дальнейшем повышении температуры до 2000С в продуктах резко увеличивается содержание п-гидроксибензой-ной кислоты (17%) и одновременно повышается выход салициловой кислоты (70%); общий выход о- и п-гидрок-сибензойных кислот составляет 87% [15].
Найдены оптимальные условия проведения реакции региоселективного карбоксилирования фенола натрийэтилкарбонатом ([С6Н50Н]:[№0С(0)0С2Н5] = 3:1, Т=1600С, Рсо2=1,0 МПа, т=5 часов) проведения реакции, при которых выход салициловой кислоты достигает 86,0%. Разработанный способ получения салициловой кислоты прост, эффективен и может быть использован для ее промышленного производства.
Наибольшее влияние на ход процесса оказывает температура и в реакции карбоксилирования фенола ка-лийэтилкарбонатом. Карбоксилирование (Рсо2=2,5 МПа, т=7 ч.) при температурах ниже 2000С протекает с образованием в основном салициловой кислоты. При повышении температуры от 130 до 1800С выход салициловой кислоты возрастает от 30 до 78%; при этом наблюдается синхронное повышение выхода п-гидроксибензойной кислоты от 1,0 до 10%. При дальнейшем повышении температуры до 1950С выход салициловой кислоты снижается до 45%, при этом одновременно плавно увеличивается выход п-гидроксибензойной кислоты до 20%. При дальнейшем увеличении температуры (>2000С) наблюдается образование лишь п-гидроксибензойной кислоты [15].
Таким образом, разработан простой и удобный метод синтеза п-гидроксибензойной кислоты региоселек-тивной реакцией карбоксилирования фенола калийэтил-карбонатом, позволяющий получать целевой продукт без примеси о-гидроксибензойной кислоты. Найдены оптимальные условия проведения процесса: Т=2100С, Рсо2=2,5 МПа, т=7 ч, при которых выход п-гидроксибен-зойной кислоты составляет 92%. Следует отметить, что все ранее известные способы синтеза п-гидроксибензойной кислоты основаны на реакции карбоксилирования фенолята калия диоксидом углерода (реакция Кольбе-Шми-дта), при которых всегда образуется смесь о- и п-изоме-ров [16].
Реакция карбоксилирования м-аминофенола натрийэтилкарбонатом использована нами для синтеза противотуберкулезного лекарственного средства ПАСК (п-аминосалициловая кислота). Определены оптимальные условия (Рсо2=1,0 МПа, Т=1600С, т=4 ч) карбоксилирования м-аминофенола натрийэтилкарбонатом, при которых выход п-аминосалициловой кислоты достигает 70,4% [17].
Определены оптимальные условия проведения региоселективного карбоксилирования резорцина натрийэтилкарбонатом до в-резорциловой кислоты. При найденных оптимальных условиях проведения реакции (табл.1) - соотношение исходных реагентов [резорцин]: [нат-рийэтилкарбонат] = 2:1, температура 1200С, давления СО2 10 атм., продолжительность 4 часа - выход в-резорциловой кислоты достигает 84,5% [18].
Показана возможность применения натрийэтил-карбоната в качестве карбоксилирующего реагента в реакции карбоксилирования м-крезола. Установлено, что карбоксилирование м-крезола натрийэтилкарбонатом протекает региоселективно с образованием 4-метил-2-гидроксибензойной кислоты. Найдены оптимальные условия проведения реакции: соотношение исходных реагентов [м-СНЗС6Н40Н]:[№0С(0)0С2Н5] = 2:1, температура 1800С, давление диоксида углерода 10 атм, продолжительность 7 часов, при которых выход 4-метил-2-гид-роксибензойной кислоты соствляет 55,0%.
(1)
сн3
Можно предположит следующий механизм протекания реакции карбоксилирования фенола натрий- и ка-лийэтилкарбонатами. По-видимому, реакция идет через первоначальную ассоциацию металлалкилкарбонатов посредством кислорода карбонильной группы с фенольным гидроксилом. Затем активированная таким образом молекула металлалкилкарбоната электрофильно атакует о-положение исходного фенола со стабилизацией переходного состояния с помощью образования шестичленного
он-^
кольца. При меньших температурах (<2000С) имеет место карбоксилирование в о-положение как в случае натрийалкилкарбоната, так и калийэтилкарбоната. При высоких температурах (>2000С) в случае калийэтилкарбо-ната из-за большего объема иона калия стабилизация за счет образования промежуточного шестичленного состояния становится невозможной и карбоксилирование идет в менее пространственно экранированное п-положение с образованием п-гидроксибензойной кислоты.
о
-с.
яо
ОМа
о
яо
н
о
"ОМа
он
г^О
чОМа
(2)
яон
Изучено карбоксилирование а- и в- нафтолов натрийэтилкарбонатом [19]. Найдено, что карбоксилирование а-нафтола натрийэтилкарбонатом в зависимости от условий проведения реакции (природа газовой среды, температура) протекает региоселективно в положения 2 или 4. В воздушной среде (Рвоздух =1,2-1,4 атм) реакция протекает в положение 2 с образованием лишь 1-гид-рокси-2-нафтойной кислоты. Зависимость выхода продукта от температуры имеет экстремальный характер с максимальным выходом при 1600С. Наиболее оптимальная продолжительность реакции 5 ч (4 ч подъема температуры до 1600С и выдержка при этой температуре 1 ч).
Дальнейшее увеличение продолжительности реакции приводит к резкому уменьшению выхода продукта. При оптимальных условиях проведения процесса (Рвоздух = 1,2-1,4 атм, Т=1600С, т =5 ч.) выход 1-гидрокси-2-нафтой-ной кислоты составляет 74,5% (93,1% в расчете на вступивший в реакцию а-нафтол).
При проведении реакции карбоксилирования а-нафтола натрийэтилкарбонатом в среде диоксида углерода (РСО2 = 100 атм, т = 5 ч.) обнаружена интересная зависимость направления карбоксилирования от температуры. При температурах 80-1300С наблюдается образова-
ние только 1-гидрокси-4-нафтойной кислоты, т.е. карбоксилирование протекает в положение 4; максимальный выход продукта 48,0% (94,3% в расчете на вступивший в реакцию а-нафтол) имеет место при 1150С. При более высоких температурах - от 140 до 1900С - карбоксилирование протекает в положение 2 с образованием лишь 1-гидрокси-2-нафтойной кислоты; максимальный выход продукта 66,0% (93,4% в расчете на вступивший в реакцию а-нафтол) наблюдается при 1600С.
В отличие от а-нафтола, карбоксилирование ß-нафтола натрийэтилкарбонатом в среде диоксида углерода, аргона и в воздушной среде при 110-2300С идёт в положение 3 с образованием 2-гидрокси-3-нафтойной кислоты. Наиболее оптимальной газовой средой проведения реакции является диоксид углерода. В найденных оптимальных условиях проведения процесса (РСО2=100 атм, Т=1900С, т = 5 ч.) выход 2-гидрокси-3-нафтойной кислоты составляет 38,3% % (91,4% в расчете на вступивший в реакцию ß-нафтол).
Таким образом, показана возможность использования щелочных солей алкилугольных кислот для карбоксилирования гидроксиаренов. Полученные данные показывают несомненную перспективность данного метода синтеза гидроксиароматических кислот, находящих широкое практическое применение. Экспериментальная часть
5-метил-2-гидроксибензойная кислота. В стеклянный реактор, помещенный в стальной автоклав, снабженный мешалкой, электрическим обогревом и вводом (выводом) газообразного диоксида углерода, загружают 4,33 г (0,04 моль) п-крезола и 2,24 г (0,02 моль) натрийэтилкар-боната (соотношения реагентов [п-крезол]:[натрийэтил-карбонат]=2:1), автоклав герметизируют, дважды продувают диоксидом углерода для удаления воздуха, а затем наполняют диоксидом углерода до давления 10 атм, включают перемешивание и обогрев. Температуру реакционной смеси в течение 4 часов поднимают до 185 0C (скорость подъема температуры 40 0C /час) и выдерживают при этой температуре и давлении диоксида углерода 10 атм. в течение 3 часа. После этого прекращают перемешивание и обогрев, автоклав охлаждают до комнатной температуры. Реакционную смесь обрабатывают водой. Полученный водный раствор экстрагируют эфиром для отделения непрореагировавшего п-крезола. Из органической фазы получают 2,22 г непревращенного п-кре-зола. Продукт реакции (5-метил-2-гидроксибензойная кислота) выделяют подкислением водной фазы соляной кислотой. Получают 2,67 г (88,0 %) 5-метил-2-гидрок-сибензойной кислоты; выход на вступивший в реакцию п-крезола составляет 97,3 %. Тпл =149-150 0C. Литературные данные [20]:Т.пл. 150,30С.
Литература
1. Carbon dioxide asa Source of Carbon: Biochemical and Chemical Uses. Ed.: M. Aresta and G. Forti. Dordrecht: D. Reidel Publishing Company, - 1987. - 429 p.
2. Suerbaev Kh.A. Carbon Dioxide as a Source of Carbon in Chemical Synthesis // Eurasian Chemico-Thechnological Journal. - 2010. - Vol.12 (2). -P. 105115.
3. Organic and Bio-organic Chemistry of Carbon Dioxide. Ed.: S. Inoue and N. Yamazaki. Tokyo: Kodansha LTD, -1982. - 279 p.
4. Крылов О.В., Мамедов А.Х. Гетерогенно-каталити-ческие реакции диоксида углерода // Успехи химии. 1995.Т.64, вып.9. С.935-958.
5. Мелентьева Г.А. Фармацевтическая химия. Т.1. М.: Медицина, 1979. С.277.
6. Машковский М.Д. Лекарственные средства. 10-изд. М.:Медицина, 1987. Т.1.С.187-194; Т. 2.С.320-322.
7. Патент № 373619 (Европ.) // ИСМ.1991. Вып. 41. №7. С.18.
8. Патент США №6252104 (2001).
9. Доналдсон Н. Химия и технология соединений нафталинового ряда. Пер. с англ. М.: Гос. научно-технич. изд-во химич. литры, 1963. 655 с.
10. Jones I.J. Sodium ethyl carbonate as carboxylating agent // Chem.and Ind. 1958. P.1245-1249.
11. Хирао Итиро, Конго Таканори, Кито Такэтоси. Карбоксилирование производных фенола.Х1. Карбоксилирование производных фенола и его щелочных солей солями алкилкарбонатов // Kogyo Kagaku zasshi. 1969.72, №3, Р.692-695. РЖХим. 1969. 21Ж172.
12. Кито Такэтоси, Коно Таканори, Аго Хидэо, Хирао Итиро, Ямамото Синътиро. Карбоксилирование производных фенолами. Реакции карбоксилирования фенола калия с помощью калиевых солей ал-килугольной кислоты в растворителях // Коguо Kagakuzasshi. 1970.73, №4. p. 742-745. РЖ Хим. 1970.24. Ж262.
13. Taketoshi Kito, Ichiro Hirao. Carboxylation of phenol Derivat^s^. Syntheses of Phenolpolicarboxylic Acids dy the Cardoxylation of Alkali Phenoxid in the Presence of Alkali Alkyl Carbonate // Bull.Chem-.SocJapan. 1971. Vol.44,№11. P.3123-3126.
14. Umemura Sumio, Takamitsu Nagaaki, Hashimoto Toshiaki. 2,5-Dihydroxybenzoic acid. Japan. Kokai 7795,627 (c 07 c 65/02). Chem.Abstr. 1987.88.374383s.
15. Суербаев Х.А., Михненко О.Е., Ахметова Г.Б., Шал-магамбетов К.М., Чепайкин Е.Г. Карбоксилирова-ние фенола щелочными солями этилугольной кислоты // Нефтехимия. - 2005. - Т. 45(1). -С. 46-49.
16. Lindsey A.S., Jeskey M. The Kolbe-Shmitt reaction // Chemical Reviews- 1957. - Vol.57. - P. 583-620.
17. Инновационный патент Республики Казахстан №24382. Способ получения п-аминосалициловой кислоты. // Промышл. собственность. Офиц. бюлл. -2011. -№8(I). -С.86 / Суербаев Х.А. Сейтенова. Г.Ж.
18. Канапиева Ф.М., Жусупбекова Ж.А., Жумагазы С.А. Суербаев Х.А. Синтезы на основе оскидов углерода. XXXV. Карбоксилирование резорцина и м-крезола натриевой солью этилугольной кислоты // Вестн. КазНУ. Серия хим. - 2013, № 4. - С. 38 -42.
19. Суербаев Х.А., Михненко О.Е., Ахметова Г.Б., Шал-магамбетов К.М., Чепайкин Е.Г. Карбоксилирова-ние нафтолов натриевой солью этилугольной кислоты // Нефтехимия. - 2005. - Т. 45(5). - С. 364-366.
20. Потемкин А.А. Свойства органических соединений: Справочник. Л.:Химия,1984. С.50.
