CC BY
19
AZЭRBAYCAN К1МУА JURNALI № 3 2012
85
УДК 547.555
СИНТЕЗ ДИХЛОРГИДРАТА ДИАМИДИНА ТЕРЕФТАЛЕВОЙ КИСЛОТЫ Ф.Д.Гулиев, Н.Х.Гусиев, Ф.М.Ибрагимова, С.Д.Дадашова, Эл.Ш.Мамедов
Институт химических проблем им. М.Ф.Нагиева Национальной АН Азербайджана
Поступила в редакцию 01.07.2011
Осуществлен синтез дихлоргидрата диамидина терефталевой кислоты в две стадии: 1) алкоголиз терефталонитрила этиловым спиртом в присутствии хлороводорода в среде растворителя с получением дихлоргидрата дииминоэфира терефталевой кислоты; 2) аминирование дихлоргидрата дииминоэфира аммиаком в присутствии растворителя с получением дихлоргидрата диамидина терефталевой кислоты. Исследованы кинетические закономерности обеих стадий реакции.
Ключевые слова: алкоголиз, терефталонитрил, аминирование, дииминоэфир, диамидин терефталевой кислоты, реакция Пиннера.
Амидины и диамидины, особенно ароматические и гетероциклические, обладают биологической активностью, представляют интерес для медицины и сельского хозяйства. Амидиновый фрагмент (обычно в составе гетероцикла) входит в состав многих лекарственных препаратов (нафтизина, галазолина, фентоламина, хлордиазепоксида), обладающих аналгезирующим, противовоспалительным и антивирусным свойствами. Некоторые представители амидинов, диамиди-нов, а также их производные входят в состав многих парфюмерных композиций, а также используются для лечения вирусных заболеваний в животноводстве [1-5].
Кроме того, амидины широко применяются в качестве модификаторов каучуков, связующих материалов в промышленности, придавая хорошие прочностные характеристики полимерным материалам, применяемым в различных отраслях народного хозяйства. В связи с обнаружением комплекса полезных свойств амидинов и диамидинов нами был синтезирован новый представитель диамидина ароматического ряда - диамидин терефталевой кислоты.
Из литературных данных следует, что синтез незамещенных амидинов возможен несколькими способами, из которых наибольший интерес представляет синтез прямой реакцией нитрилов с аммиаком или амидами металлов. Однако прямое присоединение аммиака к нитрилам или ди-нитрилам удается провести в случае, если последние имеют в а-положении два или три атома галогена или другие электроноакцепторные группы. При взаимодействии перфторированных алифатических мононитрилов с аммиаком образуются вторичные амидины линейного строения [6]. Подобная реакция перфторированных динитрилов с аммиаком приводит к образованию полимерных соединений. Реакции нитрилов с амидами металлов протекают с высокими выходами, большую активность при этом проявляют ароматические нитрилы [7, 8]. Недостатком этих реакций является образование побочных продуктов при гидролизе металлизированных амидинов.
Известно много работ [9] по реакциям мононитрилов, приводящим к получению амидинов, однако синтез диамидинов, особенно ароматических мало изучен. В связи с этим целью данной работы является синтез нового представителя ароматического ряда - диамидина терефталевой кислоты. В ходе исследования нами было найдено, что наиболее приемлемым способом получения диамидинов является синтез через промежуточные дииминоэфиры с последующим их амини-рованием, т.е. по реакции Пиннера [10]. Поэтому синтез диамидина терефталевой кислоты осуществляли в две стадии по методике [11] из терефталонитрила.
Первая стадия заключается в алкоголизе терефталонитрила этиловым спиртом в присутствии хлороводорода в среде растворителя (бензол, диоксан, этанол) с получением дихлоргидрата дииминоэфира терефталевой кислоты (ДХГДИЭТФК):
Вторая стадия реакции - это аминирование полученного ДХГДИЭТФК аммиаком в присутствии растворителя (абсолютный С2Н5ОН) с получением дихлоргидрата диамидина терефталевой кислоты:
НСЬИК
]Ж-На
HCl-HN
C
H5C2O '
NH-HCl
C
NOC2 H5
2NH3/C2H5OH .
HCl-HN _ NH-HCl
nc- <ÖV с Nii2 4 nh2
Для обеспечения хорошего контакта хлороводорода с реагентами реакцию вели в среде растворителя, в качестве которого использовали бензол (диоксан, этиловый спирт). В случае этилового спирта он являлся одновременно и реагентом, и растворителем.
Кроме синтеза диамидина терефталевой кислоты, мы исследовали кинетические закономерности обеих стадий реакции [12, 13]. Для выяснения характера кинетических зависимостей реакции алкоголиза динитрила терефталевой кислоты и аминирования ДХГДИЭТФК изучали влияние концентрации реагирующих компонентов, продолжительности, а также температуры на скорость реакции.
Как видно из рис. 1, с увеличением концентрации хлороводорода в реакционной смеси значительно уменьшается продолжительность реакции при одной и той же глубине превращения те-рефталонитрила, т.е. скорость реакции резко увеличивается.
ч о
© н
ч о
х
m
100
80
60
40
20
5 4
3
2
Рис.1. Кинетические кривые получения ДХГДИЭТФК при различных концентрациях HCl, моль/л: 1 - 0.4, 2 - 1.5, 3 - 4.0, 4 - 6.5, 5 - 9.75.
2 4 6 8 10 12 Время реакции, ч
С ростом температуры (рис. 2) реакции алкоголиза с 25 до 45 0С продолжительность реакции для достижения 100%-ного выхода ДХГДИЭТФК сокращается с 8 до 2 ч.
л о
,К Ф Т Э
100
80
60
40
ч о х ы
m
20
Рис.2. Кинетика синтеза ДХГДИЭТФК при различных температурах, 0С: 1 - 25,
2 - 35, 3 - 45.
2 4 6 8 Продолжительность реакции, ч
Кинетические кривые выхода ДХГДИЭТФК в реакции алкоголиза (рис. 3) показывают, что с увеличением начальной концентрации терефталонитрила (ТФН) скорость реакции незначительна, а при низких начальных концентрациях терефталонитрила 100%-ный выход целевого продукта достигается за 1.5-2.0 ч.
+
80
©
н
2 60
д
о х ы
т
40
20
Рис.3. Кинетические кривые выхода ДХГДИЭТФК в реакции алкоголиза при различных начальных концентрациях ТФН, г/л: 1 - 55.5, 2 - 77.5, 3 - 100.
2 4 6 8 Продолжительность реакции, ч
Как видно из рис. 4, с увеличением количества дииминоэфира в реакционной смеси продолжительность реакции увеличивается, что является закономерным фактом, но при этом значительно снижается производительность процесса.
100
л о
80
©
Г> 60
д
о х ы
т
40
20
4
Рис.4. Кинетические кривые выхода ДХГДИЭТФК при различных его начальных количествах, г/л: 1 - 45.3, 2 - 66.6, 3 - 133.2, 4 - 200.0.
2 4 6
Продолжительность реакции, ч
В случае увеличения концентрации аммиака в реакционной смеси (рис. 5) растет и скорость реакции, и выход целевого продукта.
3
2
1
100
^ 80 ©
Г> 60
40
2 4 6
Продолжительность реакции, ч
Рис.5. Кинетические кривые выхода продукта при различных начальных концентрациях аммиака, моль/л: 1 - 1.2, 2 - 1.5, 3 - 1.7.
2
1
С увеличением температуры реакции (рис. 6) с 45 до 65 0С уменьшается время достижения одной и той же глубины превращения дииминоэфира терефталевой кислоты. Из рис.6 также видно, что в пределах варьирования времени проведения процесса до 5.5 ч селективность сохраняется на высоком уровне, что обеспечивает содержание основного вещества в пределах 97.5-98.5%.
100
80
60
40
нй
и 20
Рис.6. Кинетические кривые выхода ДХГДИЭТФК при различных температурах, 0С: 1 - 40, 2 - 50, 3 - 65.
2 4 6 Продолжительность реакции, ч
На основании полученных кинетических данных можно сделать вывод, что реакции алко-голиза терефталонитрила этиловым спиртом и аминирования дииминоэфира терефталевой кислоты являются реакциями третьего порядка: по терефталонитрилу первый порядок и второй - по этиловому спирту, а также по дииминоэфиру - первый порядок, и второй - по аммиаку.
Состав и структура полученного дихлоргидрата диамидина установлены на основании данных элементного анализа и спектральных методов.
В ИК-спектре диамидина имеются полосы поглощения, см-1: 1650 (C=N), 3240 (NH2), 2160 (NH). В спектре ЯМР !Н диамидина в области 8-10 м.д. имеются 2 сигнала - при 8.85 и 9.35 м.д., относящиеся соответственно к протону у азота иминогруппы и протону у азота аминогруппы. Сигналы ароматических протонов зарегистрированы в области 7.3-7.6 м.д.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
ИК-спектры полученных веществ сняты в тонком слое на приборе "Spekord-80". Спектры ЯМР 1Н соединений измерены на приборе Tesla-BS 487 С для растворов веществ в СС14, рабочая частота - 80 МГц, внутренний эталон - ГМДС.
Все указанные исходные компоненты двух стадий перед употреблением подвергали осушке. Хлороводород сушили концентрированной серной кислотой, а аммиак - гранулированным гид-роксидом натрия. Терефталонитрил очищен и анализирован методом ИК-спектроскопии.
В реакционную колбу, снабженную механической мешалкой, термометром и капилляром для дозировки хлористого водорода, загружали раствор 64 г (0.5 моля) терефталонитрила в 51 г (1.1 моля) этилового спирта. Полученный раствор нагревали при температуре 450С и пропускали сухой хлористый водород до поглощения 48.2 г (1.32 моля) HCl в течение 11 ч. По окончании реакции реакционную массу охлаждали до комнатной температуры, отфильтровывали и высушивали. Затем полученную твердую лепешку солянокислого иминоэфира быстро измельчали в сухой ступке. Твердое вещество переносили в литровую колбу и медленно, небольшими порциями добавляли туда 16%-ный раствор сухого аммиака в абсолютном этиловом спирте в количестве, эквивалентном 24 г аммиака. Реакционную смесь взбалтывали в течение 5.5 ч, при температуре 650С, после чего ее фильтровывали для удаления выпавшего хлористого аммония. Фильтрату давали испариться досуха на воздухе, и полученный солянокислый диамидин терефталевой кислоты повторно сушили в эксикаторе над серной кислотой. Выход продукта составил 94 г (80%). Тш=94-
970С. Найдено, %: С 40.89, Н 5.15, N 23.88, Cl 30.25. С8Н12К4С12.Вычислено, %: С 40.85, Н 5.11, N 23.83, С1 30.21.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пат. 6949530 США. РЖХ. 2006.06.09. 19О201П.
2. Vogler Marko, Kolrt Ulrich, Harms Klaus // Synthesis. 2004. No 8. P. 1211.
3. Заявка 1571142 ЕПВ. РЖХ. 2006.06.23.19096П.
4. Заявка 1477155 ЕПВ. РЖХ. 2005.05.10. 19Р272П.
5. Заявка 1413301 ЕПВ МПК7 А61К31/155. РЖХ. 2005. 05.03. 19О263П.
6. Reilly W.L., Brown H.C. // J. Org. Chem. 1957. V. 22. Р. 698.
7. Schmict B.R. // Chem. Ber. 1965. V. 98. Р. 346.
8. Abdulla R.F., Brinkmeyer R.S. // Tetrahedron. 1979. V. 35. P. 1675.
9. Зильберман Е.Н. Реакции нитрилов. М.: Химия, 1972. С. 97-104.
10. Вацуро К.В., Мищенко Г.Л. Именные реакции в органической химии. М.: Химия, 1976. 320 с.
11. Синтезы органических препаратов. Ч. 1. М.: Гос. изд-во иностр. лит., 1949. С. 66-67.
12. Гулиев Ф.Д., Багирзаде Г.А., Мамедов Э.Ш. и др. // 2-я Междунар. научн. конф. "Тонкий органический синтез и катализ". Баку. 2002. С. 67.
13. Гулиев Ф.Д., Багирзаде Г.А., Шейнин В.Е. // Материалы конф., посвящ. столетнему юбилею академика Г.Б.Шахтахтинского. Баку. 2000. С. 108.
TEREFTAL TUR§USUNUN DiAMiDiN DiXLORHiDRATININ SiNTEZi F.D.Quliyev, N.X.Husiyev, F.M.ibrahimova, S.D.Dada^ova, EL^.Mammadov
Tereftal tur§usunun diamidin dixtorhidrati sintez edilmi§ va g6starilmi§dir ш, diamidinin alinmasi 2 marhaladan ibaratdir: 1) terefta1оnitri1in etil spirti ila hidragen x1оrid i§tirakinda a1kоqоlizindan tereftal tur§usunun dumm-efirinin dix1оrhidratl alinir; 2) diiminоefir dix1оrhidratln halledicilar i§tirakinda ammоnyak1a aminla§masindan tereftal tur§usunun diamidin dix1оrhidratl alinir. Hamginin har iki marhala reaksiyalarinin kinetik qanuna-uygunluqlari tadqiq edilmi§dir.
Agar sozlzr: alkoqoliz, tereftalonitril, aminh§m3, diiminoefir, tereftal tur§usunun diamidini, Pinner reaksiyasi.
SYNTHESIS OF DIAMIDINE DICHLORINHYDRATE OF TEREPHTHALIC ACID F.D.Guliyev, N.Kh.Gusiyev, F.M.Ibrahimova, S.D.Dadashova, El.Sh.Mamedov
The synthesis of diamidine dichlorinehydrate of terephthalic acid was made in two stages: 1) alcholysis of terephtha-lonitrile with ethyl alcohol in the presence of hydrogen chloride with obtaining dichlorinehydrate of diiminoether of terephthalic acid; 2) amination of diiminoether dichlorinehydrate with ammonium in the presence of solvent with obtaining of dichlorinehydrate diamidine of terephtalic acid. Kinetic regularities of both stage reactions have been researched.
Keywords: alcoolyse, terephthalonitrile, amination, diiminoether, diamidine of terephtalic acid, reaction of Pinner.
