Сульфонамиды и их кислотные свойства в диметилсульфоксиде Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ / CHEMICAL SCIENCES Оригинальная статья / Original article УДК 547

DOI: 10.21285/2227-2925-2016-6-2-23-29

СУЛЬФОНАМИДЫ И ИХ КИСЛОТНЫЕ СВОЙСТВА В ДИМЕТИЛСУЛЬФОКСИДЕ

л л О

© О.В. Клоос1, Г.Б. Недвецкая1, Ю.А. Айзина2, И.Б. Розейнцвейг3

Иркутский государственный университет

2 Иркутский национальный исследовательский технический университет

3 Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН

Потенциометрическим методом исследована МН-кислотность ряда сульфонамидов с общей формулой R'SO2NHCH(R)CClз, где R' и R - различные заместители в среде диметилсульфоксида. Из кривых титрования определены их константы диссоциации. Показано, что NH-кислотность исследованных сульфонамидов контролируется полярным эффектом заместителей. Установлена возможность количественного потенциометрического анализа сульфонамидов. Результаты титрования индивидуальных соединений характеризуются относительно высокой внутрилабораторной прецизионностью, коэффициент вариации изменяется в пределах 1,28-9,79%. Оценка правильности проведена методом «введено-найдено».

Ключевые слова: сульфонамиды, МН-кислотность, константы диссоциации, потенциометрическое титрование, потенциал полунейтрализации.

Формат цитирования: Клоос О.В., Недвецкая Г.Б., Айзина Ю.А., Розейнцвейг И.Б. Сульфонамиды и их кислотные свойства в диметилсульфоксиде // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2016. Т. 6, N 2. С. 23-29. DOI: 10.21285/2227-2925-2016-6-2-23-29

SULFONAMIDES AND THEIR ACIDIC PROPERTIES IN DIMETHYLSULFOXIDE

O.V. K^s1, G.B. Nedvedskaya1, Yu.A. Aizina2, I.B. Rozentsveing3

1

Irkutsk State University

2 Irkutsk National Research Technical University

3 A.E. Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry SB RAS

The potentiometric method was used to investigate NH-acidity of a number of sulfonamides with a general formula R'SO2NHCH(R)CCl3, where R' and R are different substituents among dimethylsulfoxide. Their dissociation constants were determined from titration curves. It has been found that the acidity is controlled by the polar effect of substituents. The possibility was ascertained of a quantitative potentiometric analysis of sulfonamides. The results of titration of the individual compounds are characterized by a relatively high intermediate precision. The coefficient of variation ranges between 1,28-9,79%. The assessment of accuracy was carried out by the "added-found" method.

Keywords: sulphonamides, NH-acidi, dissociation constants, potentiometric titration, half-neutralization potential

For citation: Kloos O.V., Nedvedskaya G.B., Aizina Y.A., Rozentsvein I.B. Sulfonamides and their acidic properties in dimethylsulfoxide. Izvestiya Vuzov. Prikladnaya Khimiya i Biotekhnologiya [Proceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology]. 2016, vol. 6, no 2, pp. 23-29. DOI: 10.21285/22272925-2016-6-2-23-29 (in Russian)

ВВЕДЕНИЕ

Сульфонамиды представляют собой чрезвычайно важный класс соединений, которые нашли применение в органическом синтезе, медицине, сельском хозяйстве и широко используются в современных технологиях. В ряду сульфонамидов известны препараты, проявля-

ющие противомикробные, антидиабетические свойства, являющиеся перспективными диуретиками, антикольвунсантами, противоопухолевыми веществами, селективными ингибиторами ферментов и анальгетиками [4].

В органическом синтезе сульфонамидные системы используют для получения дендриме-

ров, гетероциклов, лигандов металлокомплекс-ных катализаторов, применяют в качестве реагентов мультикомпонентных, твердофазных реакций. Сульфонамидный фрагмент можно рассматривать как защищенную аминогруппу, что широко используется для различных синтетических целей.

Актуальной задачей остается изучение физико-химических свойств новых представителей сульфонамидов. Реакционная способность, биологическая активность и спектр практически значимых свойств сульфонамидов во многом определяется их кислотностью (рКА). Следует отметить, что NH-кислотность сульфонамидов практически не исследована [6].

Цель настоящей работы состоит в изучении NH-кислотности ряда вновь синтезированных сульфонамидов в среде диметилсульфок-сида (ДМСО) потенциометрическим методом, в выявлении влияния заместителей на кислотность активного центра -SO2NH- в среде изучаемого растворителя.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Определение констант диссоциации исследуемых веществ выполняли на рН-метре -иономере «Эксперт-001». ЭДС измеряли с помощью стеклянного электрода марки ЭСЛ-43-03 в паре с хлорсеребряным, заполненным насыщенным KCI в метаноле. Стеклянный электрод хранили в дистиллированной воде или в слабокислом растворе соляной кислоты, а хлорсе-ребряный электрод - в насыщенном растворе KCl в метаноле. Растворитель ДМСО подвергался соответствующей очистке [2].

В качестве основного титранта применяли 0,1 N метанольный раствор гидроксида калия. Титр рабочего раствора устанавливали потен-циометрическим методом или визуальным титрованием 0,1 N раствора щавелевой кислоты с индикатором фенолфталеином. Для измерения объема раствора титранта применяли бюретку объемом 5 мл с ценой деления 0,02 мл, титрант добавляли по 0,1 мл. Перемешивание растворов в процессе титрования осуществляли с помощью магнитной мешалки. Навески веществ взвешивали на электронных аналитических весах марки Citizon СУ 64С.

Определение константы диссоциации NH-кислот (рКА) проводили из данных кривых титрования в шкале милливольт (мВ) по формуле Гендерсона [1, 3]:

РКХ ~ рКСТ

rpX ТгСТ

\И ~ El/2 59

С EX

где Еу2 , Еу2 - потенциалы полунеитрализации

стандарта и определяемого компонента соответственно; рКс-г, рКх - показатели констант дис-

социации стандарта и определяемого вещества в выбранном растворителе.

В качестве стандарта использовали бензойную кислоту, для которой рКА(дмсо) = 11,0 [5]. Кислота легко возгоняется и хорошо растворяется в ДМСО.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

В табл. 1 представлены экспериментально найденные значения констант диссоциации ^Н-кислотность) сульфонамидов.

Как видно из табл. 1, определенные величины констант диссоциации характеризуются высокой внутрилабораторной прецизионностью, коэффициент вариации колеблется в пределах 0,16-0,79%.

Константы кислотности сульфонамидов различаются между собой, что обусловлено присутствием в их структуре разных заместителей Р. Однако различия в константах диссоциации невелики, соединения проявляют довольно слабые кислотные свойства, диапазон изменения рК от 10 до 13 единиц. Введение заместителей не вносит значительного влияния на кислотность изучаемой ЫИ-группы, вследствие длинной цепи сопряжения.

На основании найденных величин констант диссоциации была предпринята попытка установления взаимосвязи значений рКА с величинами потенциалов полунейтрализации, взятых из кривых титрования. На рис. 1 представлена зависимость рКА= ^Еу).

Выявленная зависимость рКА = ^Еу) позволят прогнозировать константы ЫИ-кислотности для вновь синтезированных соединений в среде диметилсульфоксида.

При потенциометрическом титровании сульфонамидов в изучаемом основном (РЫ = 29,8) растворителе во всех случаях получены кривые с четко выраженным скачком потенциала индикаторного электрода. Кривые титрования представлены на рис. 2.

Анализ кривых потенциометрического титрования показал, что высота скачка потенциала индикаторного электрода находится в линейной зависимости от величины константы диссоциации сульфонамидов (рис. 3). Это не противоречит общетеоретическим представлениям кислотно-основного взаимодействия и косвенно подтверждает достоверность определенных констант кислотности ЫИ-группы исследуемых соединений.

Проведено количественное определение сульфонамидов в среде выбранного растворителя, и выполнена статистическая обработка. Данные сведены в табл. 2.

Результаты потенциометрического анализа индивидуальных соединений характеризуются относительно высокой внутрилабораторной пре-

Таблица 1

Константы диссоциации (рКА) сульфонамидов в растворителе ДМСО (n = 3, р = 0,95, t = 4,30)

№ Шифр Вещество Еу2, mB AE, mB рКд± АрКА V, %

1 U-4* ''у—so2nhchcci3 ^осиэ -257* 140* 12,17 ± 0,05* 0,16*

2 H-2 ci-—so2nhchcci2ph och3 -243 182 10,31 ± 0,20 0,21

3 Н-3 {^у—so2 nhchcci2h och3 -297 90 11,20 ± 0,06 0,20

4 Н-4 ci—^—so2nhch2cci3 -336 122 12,45 ± 0,18 0,57

5 Н-5 ci——so2nhchcci3 nh h2c=ch -270 201 10,75 ± 0,02 0,79

6 C-1* CI--SO2NHCHCCI3 q, Cl -143* 105* 11,28 ± 0,12* 0,44*

7 Н-1 ci-f \—so2nhchcci2h ci -325 101 11,68 ± 0,02 0,73

8 А-4* o o s nh2 -340* -411 00 ol 01 cd 13,63 ± 0,01* 13,74 ± 0,18 0,03* 0,52

Примечание: *константы диссоциации были определены ранее (измеряли с помощью стеклянного электрода марки ЭСЛ-43-03 в паре с хлорсеребряным, заполненным насыщенным KCl + LiCl в диметилсульфоксиде).

у= -0;021х + 5,082

-400 -350 -300 -250 -200

тВ

Рис. 1. Зависимость потенциалов полунейтрализации сульфонамидов в среде ДМСО

Ef

1-млТ

Рис. 2. Кривые потенциометрического титрования исследуемых препаратов в среде ДМСО

о -

С£ 150 =

т

н

^ 100

50 -

10 12 14 16

рКА

Рис. 3. Зависимость высоты потенциалов полунейтрализации сульфонамидов

от рКА в среде ДМСО

Таблица 2

Статистическая обработка результатов определения исследуемых веществ потенциометрическим методом в растворителе ДМСО (п = 3; р = 0,95; f = 4,30)

Шифр Вещество т навески (введено), г т (найдено), г тср ± Аб V, %

и-4* —вО2МИСИСС13 ^ОоИ3 0,0395 0,0392 0,0392 ± 0,0120 1,28

Н-2 С1—3О2МИСИСС12РИ ф ОСИз 0,0471 0,0754 0,0754 ± 0,0602 8,60

Н-3 —БО2 МИСИСС12И ОСИ3 0,0360 0,0438 0,0438 ± 0,0052 4,80

А-4 О О ^МИ2 ИзС^А^ 0,0171 0,0129 0,0129 ± 0,0018 5,49

Н-4 С1-—вО2МИСИ2СС13 0,0323 0,0292 0,0292 ± 0,0033 4,55

Н-5 С1—{^у—SO2NHCHCCl3 N4 И2С=СИ 0,0364 0,0320 0,0320 ± 0,0025 3,13

С-1* сн3 и Л-зо2:ынснсс1з £ с1 0,0419 0,0337 0,0337 ± 0,0082 9,79

Н-1 С1—/ \—ЗО2МИСИСС12И С1 0,0405 0,0479 0,0479 ± 0,0029 2,41

цизионностью, коэффициент вариации изменяется в пределах 1,28-9,79%. Оценка правильности проведена методом «введено-найдено». Выявлено, что не во всех случаях действительные значения содержаний попадают в рассчитанный доверительный интервал определения. Установленные значимые систематические погрешности в результатах анализа (пробы Н-3, Н-5) обусловлены тем, что представленные соединения не соответствовали аналитической чистоте.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследовано кислотно-основное поведение соединений, являющихся представителями суль-фонамидов, с общей формулой R'SO2NHCH(R)-СС13, где R' и R - различные заместители. Кривые титрования имели четко выраженный скачок потенциала индикаторного электрода. Впервые определены константы NH-rислотности исследуемых соединений из данных о кривых титрования. Показано, что NH-кислотность исследованных

сульфонамидов контролируется полярным эффектом заместителей. Установлена возможность количественного потенциометрического анализа

сульфонамидов. Оценены метрологические характеристики результатов потенциометрического определения.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

1. Быкова Л.Н. Потенциал полунейтрализации как химико-аналитическая характеристика электролитов при потенциометрическом титровании / Л.Н. Быкова // Журн. аналит. химии. 1969. Т. 24. N 12. С. 1781-1789.

2. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. М.: Химия, 1976. 172 с.

3. Крешков А.П. Химико-аналитическое поведение серосодержащих алифатических ди-карбоновых кислот в среде неводных растворителей / А.П. Крешков, Н.Ш. Алдарова, Б.Б. Тан-ганов // Журн. аналит. химиии. 1970. Т. 25. N 2. С. 362-368.

4. Оценка инсектицидной и акарицидной

активности сульфонамидополихлорэтилирован-ных гетаренов / А.Я. Никитин, Ю.А. Козлова, Н.И. Шашина, О.М. Германт и др. // Дезинфекционное дело. 2010. N 3. С. 26-32.

5. Петров С.М. Диссоциация фенолов в смесях ДМФА с четыреххлористым углеродом / С.М. Петров, А.А. Мутовкина // Журн. общ. химии. 1976. Т. 46. N 9. С. 2122-2124.

6. Shainyan B.A., Chipanina N.N., Oznobi-khina L.P., Chernysheva G.N., Rozentsveig I.B. The basicity of sulfonamides and carboxamides. Theoretical and experimental analysis and effect of fluorinated substituent. J. Phis. Org. Chem. 2013. Vol. 26. N. 4. P.335-337.

REFERENCES

1. Bykova L.N. Potentsial poluneitralizatsii kak khimiko-analiticheskaya kharakteristika elektrolitov pri potentsiometricheskom titrovanii [Half-neutralization potential as a chemical-analytical characterization of electrolytes in potentiometric titration]. Zhurnal analiticheskoi khimii - Journal of Analytical Chemistry, 1969, vol. 24, no. 12, pp. 1781-1789.

2. Gordon A.J., Ford R.A. The chemist's companion. New York, Sydney, Toronto, 1972, 172 p. (Russ. ed.: Gordon A., Ford R. Sputnik khimika. Moscow, Mir Publ., 1976, 172 p.)

3. Kreshkov A.P., Aldarova N.Sh., Tanganov B.B. Khimikoanaliticheskoe povedenie serosoder-zhashchikh alifaticheskikh dikarbonovykh kislot v srede nevodnykh rastvoritelei [Chemical-analytical behavior of sulfur-containing aliphatic dicarboxylic acid in non-aqueous solvents]. Zhurnal analiticheskoi khimii - Journal of Analytical Chemistry, 1970, vol. 25, no. 2, pp. 362-368.

4. Nikitin A.Ya, Kozlova Yu.A., Shashina N.I., Germant O.M. [et al.] Otsenka insektitsidnoi i akari-tsidnoi aktivnosti sul'fonamidopolikhloretilirovannykh getarenov [Assessment of insecticidal and acaricidal activity sulfonamidopolihloretilirovannyh hetarenes]. Dezinfektsionnoe delo - Disinfection case, 2010, no. 3, pp. 26-32.

5. Petrov S.M. Dissotsiatsiya fenolov v sme-syakh DMFA s chetyrekhkhloristym uglerodom [The dissociation of phenols in DMF with carbon tetrachloride]. Zhurnal obshchei khimii - Russian Journal of General Chemistry, 1976, vol. 46, no. 9, pp. 2122-2124.

6. Shainyan B.A., Chipanina N.N., Ozno-bikhina L.P., Chernysheva G.N., Rozentsveig I.B. The basicity of sulfonamides and carboxamides. Theoretical and experimental analysis and effect of fluorinated substituent. J. Phis. Org. Chem., 2013, vol. 26, no. 4, pp. 335-337.

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации

Ольга В. Клоос

Иркутский государственный университет 664003, Россия, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 Студент

Olga.kloos.94@mail.ru

Галина Б. Недвецкая

Иркутский государственный университет 664003, Россия, г. Иркутск, ул. К. Маркса, 1 К.х.н., доцент

galinanedvetskaya@gmail.com Юлия А. Айзина

Иркутский национальный исследовательский

технический университет

664074, Россия, Иркутск, ул. Лермонтова, 83

AUTHORS' INDEX Affiliations

Olga V. Kloos

Irkutsk State University

1, K. Marx St., Irkutsk, 664003, Russia

Student

Olga.kloos.94@mail.ru

Galina B. Nedvedskaya

Irkutsk State University 1, K. Marx St., Irkutsk, 664003, Russia PhD of Chemistry, Associated professor galinanedvetskaya@gmail.com

Yulia A. Aizina

Irkutsk National Research Technical University 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia PhD of Chemistry, Associated professor

К.х.н., доцент aizina@estu.edu

Игорь Б. Розейнцвейг

Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1 Д.х.н., зав. лабораторией i_roz@irioch.irk.ru

Поступила 01.12.2015

aizina@estu.edu

Igor B. Rozentsveing

A.E. Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry SB RAS 1, Favorsky St., Irkutsk, 664033, Russia Doctor of Chemistry, Head of the Laboratory i_roz@irioch.irk.ru

Received 01.12.2015