CC BY
52
УДК 612.26.014.46:546.49
А. О. Охлобыстин, Н. Т. Берберова*, Е. В. Шинкарь, В. П. Осипова*
Астраханский государственный технический университет Южный научный центр РАН Ростов-на-Дону
НОВЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 2,6-ДИ- ТРЕТ-БУТИЛ-4-ГИДРОКСИФЕНИЛМЕРКАПТ АНА
Существование жизни на Земле немыслимо без многих природных ресурсов, и в первую очередь воды и воздуха. Человек уже 100 лет назад узнал, что вода может переносить болезни. Наиболее опасными в воде для живых организмов являются неорганические соединения ртути, олова, кадмия, природное появление которых в воде в заметных количествах неизвестно [1]; при попадании в живой организм соли перечисленных металлов способны алкилироваться до соответствующих метил- и этилпроизводных, выводящихся из организма - за сутки всего лишь около 1 % от общего количества.
При этом следует отметить, что токсичность органических солей ртути, олова, кадмия и других тяжёлых металлов в несколько раз выше по сравнению с токсичностью неорганических солей. Считается, что токсический эффект органических производных ртути и олова обусловлен их способностью вступать в реакции с цистеиновыми и гистидиновыми группами молекул белков с образованием связи М-8 и М-К вследствие чего возникают различные патологии в печени, почках, мозге и мускулатуре живых организмов [2].
Однако первичная токсичность неразрывно связана с вторичной, вызванной разрывом связи металл - углерод, который в свою очередь вызывается окислительно-восстановительными процессами, например процессом аэробного дыхания [3]. При этом образующийся активный алкильный радикал [4] будет обладать не только токсическим, но и канцерогенным действием.
Известно, что многие токоферолы, нафтохиноны, убихиноны, фла-воноиды обладают выраженной антиокислительной активностью и являются естественными антиоксидантами, что обусловлено их способностью к обратимому окислению, т. е. переходу из фенольных форм в хиноидные, и восстановлением последних в хиноны. Именно поэтому они могут выступать в окислительно-восстановительных реакциях в роли доноров или акцепторов электронов и протонов. В ходе ступенчатой реакции свободнорадикального окисления промежуточными продуктами являются семи-хинолятные радикалы, которые в присутствии легкоокисляющихся веществ проявляют антиокислительные свойства до тех пор, пока полностью не превратятся в хиноны. Все стадии этих превращений обратимы, вследствие чего эти вещества могут работать достаточно долго. Ряд фенольных соединений (флавоноиды, антоцианы и др.) могут поглощать световую энергию определённой длины волны и поэтому способны обезвреживать
свободные радикалы, возникающие под влиянием УФ-лучей и ионизирующего излучения. Однако многие фенольные соединения наряду с ингибированием свободнорадикальных цепных реакций способны образовывать устойчивые комплексы с некоторыми металлами, такими как железо или медь, которые в определённых условиях могут выступать в роли катализаторов свободнорадикальных реакций [5]. Концентрации фенольных антиоксидантов, поступающих в организм естественным путём, на фоне общего количества токсикантов являются недостаточными, и следует отметить, что они не подавляют первичную токсичность, спровоцированную металлом соли токсиканта.
В связи с этим различные замещённые оксифенилалкилмеркаптаны, а также оксифенилмеркаптаны представляют значительный интерес, поскольку они одновременно обладают свойствами и антиоксидантов (образуют стабильные феноксильные радикалы), и комплексообразователей по отношению к металлу.
Наиболее распространенной реакцией получения тиолов является реакция нуклеофильного замещения галогена сульфид-анионом [6]. Таким способом просто получать оксифенилалкилмеркаптаны формулы
взаимодействием соответствующих оксифенилалкилгалогенидов с сероводородом в спиртовом растворе гидроокиси или алкоголята щелочного металла при непрерывном пропускании сероводорода через реакционную массу и температуре 30-800 °С [7].
Однако нуклеофильное замещение галогена анионом Н8- в ароматическом ядре затруднено из-за р-п-сопряжения атомов галогена и бензольного кольца. В связи с этим ароматические тиолы, тионафтолы и замещённые меркаптофенолы, в отличие от алифатических, трудно получаются прямым замещением атома галогена в ароматическом ядре меркаптогруппой.
Введение 8Н-группы осуществляют косвенными методами, основанными на последовательном замещении в ароматическом ядре атомов водорода, галогена или азота посредством металлоорганического синтеза, диазосинтеза, синтеза через тиоамиды и тиоэфиры [8].
При реакции одно-, двух- или многоатомных фенолов с сероводородом в присутствии дегидратирующего катализатора и при повышенных температуре (450-700 °С) и давлении (до 37 атм) могут образовываться тиофенолы с относительно невысокими выходами [9, 10]. Фенол реагирует с тиофосгеном с образованием арилхлортионоформата, в котором проис-
(И, Я’ - А1к, Н, п = 0-3)
ходит обмен галогена при действии фторида щелочного металла с образованием соответствующего фтортионоформата. Последний при нагревании перегруппировывается во фтортиолформат, гидролизуемый в тиофенол. В перечисленных реакциях меркаптогруппа замещает гидроксильную, поэтому данные синтезы не пригодны для получения меркаптофенолов.
Непосредственное введение тиильной группы в ароматическое ядро проходит в жёстких условиях на угольном катализаторе с выходом, не превышающим 5 % [11, 12].
Авторами работ [8, 13, 14] было показано, что 8И-группу возможно ввести в ароматическое ядро более лёгкими способами: при электрохимическом или химическом (действии одноэлектронных окислителей) окислении молекулярного сероводорода. При этом образуется ион-радикал сероводорода, который фрагментируется до тиильного радикала, атакующего ароматический субстрат. Однако эти исследования относятся к проведению реакций с использованием в качестве субстрата ароматических углеводородов, окисляющихся при более положительных потенциалах, чем сероводород. В случае использования замещённых фенолов ситуация усложняется в связи с тем, что их потенциалы близки по значению к потенциалам окисления молекулярного сероводорода. Поэтому вполне очевидно было ожидать в случае анодной реакции или реакции в присутствии одноэлектронных окислителей выхода смеси продуктов, в том числе и нецелевых.
С 1964 г. известно, что в спиртовом растворе фенолы окисляются с отщеплением двух электронов промежуточным образованием фенокси-лиевого катиона [15-17]. Однако при подавлении стадии депротонирования, следующей за переносом первого электрона, фторсульфоновой кислотой процесс окисления становится одноэлектронным [17]:
НО К ^
-е
Вольтамперометрический анализ продуктов электролиза в абсолютном ацетонитриле на платиновом электроде при постоянном потенциале 1,7 В, в котором в качестве субстрата был использован 2,6-ди-трет-бутилфенол, а в качестве реагента - сероводород, показал наличие целевого продукта 2,6-ди-трет-бутил-4-гидроксифенилмеркаптана, а также ряда побочных продуктов, образование которых можно объяснить образованием димерных хиноидных и фенольных структур:
химия
HO
HO
Одновременно возможна рекомбинация тиильного и феноксильного радикалов:
HS +
H SH
Таким образом, в работе предлагается одностадийный синтез антидота металлоорганических токсикантов 2,6-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил-меркаптана из 2,6-ди-трет-бутилфенола при использовании одновременной одностадийной окислительной активации реагента и субстрата.
Работа выполнена при поддержке программы фундаментальных исследований ОНЗ РАН «Развитие технологий мониторинга, экосистемное моделирование и прогнозирование при изучении природных ресурсов в условиях аридного климата» РФФИ (грант № 05-03-96504).
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Ревелль П., Реввель Ч. Среда нашего обитания: В 4 кн. Кн. 2. Загрязнения воды и воздуха: Пер с англ. - М.: Мир, 1995.
2. Коляда М. Н. Действие оловоорганических соединений на коферменты
и ферменты печени русского осетра (Adpenser güldenstädti Brandt): Автореф.
дис. ... канд. хим. наук. - Астрахань, 2001. - 21 с.
3. Осипова В. П. Изучение механизма действия органических производных ртути на объекты окружающей среды: Автореф. дис. ... канд. хим. наук. - М., 2000. - 21 с.
4. Томилов А. П., Черных И. Н., Каргин Ю. М. Электрохимия элементоорганических соединений (элементы I, II, III групп периодической системы и переходные металлы). - М.: Наука, 1985.
5. Абрамова Ж. И., Оксенгендлер Г. И. Человек и противоокислительные вещества. - Л.: Наука, 1985.
6. РобертсДж., КасериоМ. Основы органической химии: В 2 т. Т. 2. - М.: Мир, 1978.
7. Пат. 1074865 СССР, С 07 С 149/18// С 10 М 1/38. Способ получения 3,5-ди-трет-бутил-4-оксифенил-алкилмеркаптанов / Просенко А. Е., Ким А. М., Попов Л. К., Парамонов В.И.; Заявл. 16.07.82; Опубл. 23.02.84. Бюл. № 7.
8. Маняшин А. О. Катион-радикалы аминов и сероводорода в синтезе замещённых пирилиевых солей и тиофенолов: Автореф. дис. ... канд. хим. наук. - Астрахань, 2003. - 21 с.
9. Пат. 2438838 США, НКИ 568-68. Process for the production of thiophenols / Ballard S. A., De Loss E. Winkler; Заявл. 26.04.1944; Опубл. 30.03.1948.
10. Пат. 55-036409 Япония, МКИ C 07 C 149/28, 149/30, 149/32, 148/02. Preparation of aromatic sulfur compound / Sakurada Ariake, Hirowatari Noriyuki; Заявл. 7.09.1978; Опубл. 14.03.1980.
11. А. с. 814273 СССР, МКИ С 07 с 321/26, 319/02, С 08 k 5/37. Способ получения тио-фенола / Шим К. С., Скшек А. Е.; Заявл. 2.06.1978; Опубл. 15.03.1981. - Б. И. № 10.
12. Пат. 4284817 США, МКИ С 07 с 149/28. Process for preparing thio-phenols / Shim K. S., Skrzec A. E.; Заявл. 2.06.1977; Опубл. 18.08.1981.
13. Семидиаминовые комплексы платины, палладия, кобальта и никеля как одноэлектронные окислители сероводорода / Н. Т. Берберова, И. Л. Ерёменко, С. В. Нефёдов и др. // Электрохимия органических соединений (ЭХОС-2002): Тез. Всерос. науч.-практ. конф. - Астрахань, 2002. - С. 100.
14. Каталитические свойства комплексов платины и палладия с семихинондиа-миновыми лигандами в синтезе тиокрезолов / Н. Т. Берберова, Е. В. Шинкарь, А. О. Охлобыстин и др. // Вестн. АгТу. - 2004. - № 4. - С. 24-28.
15. Манн Ч., Барнес К. Электрохимические реакции в неводных системах / Пер. с англ. - М.: Химия, 1974.
16. Походенко В. Д., Белодед А. А., Кошечко В. Г. Окислительно-восстановительные реакции свободных радикалов. - Киев: Наук. думка, 1977.
17. Органическая электрохимия: В 2 кн.: Кн. 2 / Под ред. М. Бейзера и Х. Лунда: Пер с англ. / Под ред. В. А. Петросяна и Л. Г. Феоктистова. - М.: Химия, 1988.
Получено 1.11.05
A NEW WAY IN THE SYNTHESIS OF 2,6-BI-r^^r-BUTHIL-4-HYDROXYPHENYLTHIOL
А. О. Okhlobystin, N. Т. Berberova, Е. V. Shinkar, V. P. Osipova
The general aspects of the problem which is connected with the metaloorganic (mercury, cadmium, tin etc.) salts toxicity were studied. Also it was made a brief review devoted to the preparation of the most perspective compounds - oxyphenylalkylthiols and oxyphenylthiols playing inhibition role in the free radical processes in case of primary and secondary toxicity. One-pot synthesis of 2,6-bi-tert-buthil-4-hydroxyphenylthiol from 2,6-bi-tert-buthil-phenol and hydrogen sulfide by means of simultaneous oxidative activation of reagent and substrate was suggested.
