CC BY
27
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
СИНТЕЗ МОНОМЕРНЫХ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ АММОНИЕВЫХ СОЛЕЙ
Таджиева Шахноза Абдувалиевна
базовый докторант, Ташкентский химико-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Ташкент Е-mail: tshah84@mail.ru
Максумова Ойтура Ситдиковна
д-р хим. наук, профессор, Ташкентский химико-технологический институт, Республика Узбекистан, г. Ташкент Е-mail: omaksumovas@mail.ru
SYNTHESIS OF MONOMERIC QUATERNARY AMMONIUM SALTS
Tadjieva Shaxnoza Abduvalievna
PhD student, Tashkent Institute of Chemical Technology,
Uzbekistan, Tashkent
Maksumova Oytura Sitdikovna
Doctor of Chemical Sciences, Professor, Tashkent Institute of Chemical Technology,
Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
В данной статье приводятся результаты синтеза водорастворимых мономеров - ^^диаллилбензотриазо-лийбромида и ^№-диаллилбензоимидазо-лийбромида, содержащих четвертичные атомы азота, с использованием реакции алкилирования. Синтез указанных мономеров осуществляли путем взаимодействия бензотриазола и бензимидазола с аллилбромидом при температуре 50-60 оС в среде органических растворителей. В качестве органических растворителей использованы ацетон, этанол, толуол. Структура синтезированных соединений подтвержден ИК-спектральным анализом и определены их физико-химические показатели.
ABSTRACT
This article gives the results of synthesis of water-soluble monomers - N, N-diallylbenzotriazolium bromide and N, N "-diallylbenzoimidazo-libromide containing quaternary nitrogen atoms using alkylation reaction. Synthesis of these monomers was carried out by reacting benzotriazole and benzimidazole with allyl bromide at 50-60 ° C in organic solvent medium. Acetone, ethanol and toluene are used as organic solvents. Structure of synthesized compounds is confirmed by IR-spectral analysis and their physical and chemical indices are determined.
Ключевые слова: аллил бромид, бензотриазол, бензимидазол диаллильная соль, четвертичный азот.
Keywords: allyl bromide, benzotriazole, benzimidazole, diallyl salt, quaternary nitrogen
Введение
Интерес исследователей к химии азотсодержащих гетероциклических соединений обусловлен их высокой биологической активностью и другими практически полезными свойствами, благодаря которым эти вещества используют при создании фармацевтических и медицинских препаратов широкого спектра действия, ингибиторов коррозии, автомобильных антифризов и т. д. Одним из перспективных классов катионных мономерных четвертичные солей являются вещества, полученные на основе
взаимодействия аллилгалогенидов с различными азотсодержащими соединениями. Известно, что наличие атома азота обуславливает возможность использования их в качестве светостабилизаторов, пластификаторов, флокулянтов, структураторов почв и др.
Развитие различных отраслей промышленности выдвигает перед наукой новые задачи по расширению ассортимента катионных полиэлектролитов, которые обладали бы комплексом ценных свойств.
Библиографическое описание: Таджиева Ш.А., Максумова А.С. Синтез мономерных четвертичных аммониевых солей // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2020. № 7(73). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/9655 (дата обращения: 05.07.2020).
Поэтому синтез новых мономеров и полимеров, содержащих четвертичные амониевые группы является весьма актуальной задачей науки и производства [1].
Исследованию реакции получения мономеров, содержащих четвертичные аммониевые группы и их радикальной полимеризации посвящен целый ряд работ [2-5]. В работе изучен способ получения тер-мочуствительных сополимеров на основе поли-Ы,Ы-диметил-Ы,Ы-диаллиламмоний-хлорида с Ы-изопропилакриламидом в среде водно-органических растворителей в присутствии инициаторов различной природы: перекиси водорода, персульфата аммония при температуре 28-50 оС [6]. Для создания новых биоцидных высокомолекулярных соединений авторами исследована сополимеризация диал-лилдиметиламмоний хлорида с метакрилатгуаниди-ном [7]. Авторами показано, что данная реакция идет с высокими скоростями и получаются полимерные продукты, обогащенные метакрилатным сомо-номером.
Как видно, синтез ионогенных мономеров и полимеров на их основе привлекает внимание многих исследователей.
Целью данной работы является синтез новых мономерных четвертичных солей на основе алли-лбромида с бензотриазолом и бензимидазолом.
2. Экспериментальная часть
2.1. Материалы
В качестве объектов исследований выбраны: мономерная четвертичная соль диаллилбензотриазо-лийбромид и диаллилбензимидазолийбромид. Для выявления оптимальных условий синтеза исследовано влияние температуры, продолжительности реакции и соотношения взаимодействующих реагентов. Исходные реагенты очищали по известным методикам [8].
2.2. Синтез диаллильных мономеров
Реакцию образования солей взаимодействием
бензотриазола или бензимидазола с аллилбромидом проводились в среде органического растворителя при температуре 50-60 оС в течение 10 часов. После этого растворитель отгоняли при атмосферном давлении и оставляли на три дня при комнатной температуре. При этом образуются игольчатые коричневые кристаллы. Полученные соли перекристаллизо-вывали из этилового спирта. Вещество получено в виде бесцветных кристаллов, его выход составляет 80-85%. Чистота полученной соли проверена методом ТСХ.
Температуру плавления синтезированных соединений определяли на нагревательном столике
«Воейш» (Германия). Чистоту продуктов контролировали методам тонкослойной хроматографии 8Пи-&1иУ-254 в системе бензол, метанол 3:1.
ИК-спектры снимали на спектрометре "ШГгасег-ШО" (8Ышаа7иСОКР, Япония, 2017) в комплекте с приставкой нарушенного полного внутреннего отражения (НРВО) МШяс1е-10 с призмой ШашоиЛ^^е (спектральный диапазон по шкале волновых чисел-4000^400 см-1; разрешение 4 см-1, чувствительность соотношение сигнал шум-60.000:1; скорость сканирования- 20 спектров в секунду).
3. Результаты и обсуждения
Азотсодержащих гетероциклических соединений - бензотриазола и бензимидазола алкилировали аллилбромидом. Структуру мономерной соли Ы,Ы-диаллилбензоимидазолилбромида (1) из бензимида-зола и бромистого аллила и соли Ы,Ы-диаллилбензотриазолилбромида (2) из бензотриа-зола и бромистого аллила можно описать представить следующими схемами:
СИ=СН— СИ
®<У 9 N Вг
СИ= СИ—СИ
(1)
СН2= СИ—СИ
2
\
®// © N Вг
СН2=СН—СИ
2
(2)
Экспериментально установлено, что синтезированные четвертичные соли хорошо растворяются в воде, этаноле, но не растворяются в толуоле и бензоле.
Физико-химические показатели синтезированных солей представлены в таблице.
Таблица 1.
Физико-химические характеристики солей
№ Формула синтезированных соединений Брутто формула Агрегатное состояние Мол. масс. Растворяется в Тпл., оС
1 сн2=сн—сн2
р \ белые кристаллы этаноле,
^©-У 0 С13Н15№ ВГ 279 диэтиловом эфире, диметилфор-мамиде 140-145
сн2= сн—сн2
2 сн2=сн—сн2
1 ^ ___^ \ —©"У © М^з ВГ белые кристаллы 280 этаноле, диэтиловом эфире, диметилфор-мамиде 110-115
сн2=сн—сн2
Структура синтезированных мономеров доказана методами ИК- спектральными исследованиями (рис.1,2). В ИК-спектре полученного продукта -М,К-диаллилбензоимидазолил бромида (ДАБИБ) имеются полосы поглощения М-И-групп в области 3406 см-1; характерные полосы валентных колебаний аллильной группы находятся при 3026 см1, валентные колебания -С=С- связи находятся в области 1610 см-1 (рис.1).
В ИК-спектре
диаллилбензотриазолилбромида (ДАБТБ) имеются полосы поглощения М-И-групп в области 3406 см-1; валентных колебаний аллильной группы -С=С-связи находятся в области 1612 см-1, валентные колебания ароматического кольцо находятся в области 1556 см-1 что указывает образование диаллильной четвертичной соли (рис.2).
Рисунок 1. ИК-спектр диаллильной мономерной соли ДАБИБ
Рисунок 2. ИК-спектр диаллильной мономерной соли ДАБТБ
Далее проведены термоаналитические исследования синтезированной ДАБТБ соли (рис.3).
Рисунок 3. Термограмма синтезированной ДАБИБ соли
Рисунок 4. Термограмма синтезированной ДАБТБ соли
Как видно из термограммы, ДАБИБ образец в температурном интервале 40-70оС претерпевает потерю массы Аш=13.6%, что возможно связано с потерей молекулы растворителя. (Эндотермический пик при Т=52.4оС энтальпия др=-186.2 .!/&) При дальнейшем нагреве потери массы не наблюдалось, но при 170оС наблюдается эндотермический пик АР=-70.27 J/g что соответствует температуре плавления соединения. Характер пика говорит об кристаллическом состоянии вещества. Дальнейший нагрев приводит к разложению вещества, которое наступает при 237.5оС. Потеря массы при этом составляет Аш=59.6%
ДАБТБ образец в температурном интервале 30-250оС претерпевает потерю массы в два этапа. Первый этап Аш=20.4%, что возможно также связано с потерей молекул растворителя. Наблюдаются два
эндотермических пика при Т=58.5оС и 83.9оС (общая энтальпия др=-456.8 J/g.) Второй этап потери массы идет в диапазоне 150-210оС потеря массы составляет Аш=-11.03%.
Вывод
Таким образом, в результате исследования впервые синтезированы диаллиловые четвертичные аммониевые соли. Наличие в составе аллиловых двойных связей определяет возможность проведения реакций полимеризации и сополимеризации, а также дальнейшей структурной модификации синтезированных соединений для придания новых свойств.
Структура и термостабильность синтезированных диаллильных мономеров идентифицирована ИК-спектроскопией и термоаналитическим анализом.
Список литературы:
1. Евдокимова М.В., Подковырина Т.А. Синтез полиэлектролитов на основе смешанного ангидрида акриловой и хлоруксусной кислот //Актуальные проблемы экологии, биологии и химии: материалы Республиканской научно- практической конференции /МарГУ. Йошкар-Ола, 2013. Вып. 4. -С. 130-133.
2. Топчиев Д.А., Малкандуев Ю.А. Катионные полиэлектролиты ряда поли-Ы,Ы-диалкил-Ы,Ы-диаллиламмо-ний галогенидов: особенности процессов образования, свойства и применения. Нальчик, 1997. -С. 240.
3. Джалилов А.Т. , Малкандуев Ю.А. , Микитаев А.К. Синтез и свойства реакционноактивных полимеров. М.: «Изд-во РХТУ им. Д.И.Менделеева», 2011. -282 с.
4. Максумова А.С. Водорастворимые полимеры и сополимеры на основе диметиламиноэтилметакрилата с гал-лоидными аллилами //Вестник ГулГУ, 2004. -№ 1.-С.14-17.
5. Курбатова М.В., Подковырина Т.А. Полимеризация четвертичных аммониевых солей на основе бромистого аллила //Актуальные проблемы экологии, биологии и химии:материалы конференции по итогам НИР за 2010 г. / МарГУ.Йошкар-Ола, 2011. -С. 90-92.
6. Соловьева О.М., Клязина О.Б., Мурзабекова Т.Г., Топчиев Д.А. Радикальная блок-сополимеризация с участием четвертичных диаллильных аммониевых солей. Тезисы докладов 2-го Всероссийского Каргинского симпозиума «Химия и физика полимеров в начале XXI века». Черноголовка, 2000. -Ч. 2. -С. 24.
7. Н.А. Сивов, А.И. Мартыненко, Е.Ю. Кабанова, Н.И. Попова, С.Ю. Хаширова, Ю.А. Малкандуев. Сополимериза-ция диаллил диметил-аммонийхлорида и метакрилатгуанидина на глубоких степенях превращения // Известия ВУЗов. Северо Кавказский регион. Естественные науки, 2006. -№ 3. -С.33-36.
8. Г.Б. Володина, И.В. Якунина. Лабораторный практикум по органической химии. Тамбов: Изд-во Тамб. Гос. Техн. Ун-та, 2004. - 80 с.
