CC BY
17сорбционной емкостью по сравнению с мембранами «Таммел», ОПМ-К, ESPA и МГА-95, по отношению к водному раствору сульфата натрия.
Данного эффекта следовало ожидать, исходя из различия физико-химических свойств мембран, различной пористости и заряда поверхностей (ацетатцелдюлоззные мембраны несут отрицательный, а полиамидные - положительный заряды) и т,н. [2,4].
При обработке полученных нами сорбционных экспериме нталь н ы х данных для полимерных мембран «Таммел», «Владипор», ОПМ-К, ESPA и МГА-95 выяснилось, что изотермы сорбции ;пя этих мембран и данного раствора достало ч но хорошо о п ие ы ва юте я ура в нем нем Фрей н -длиха [2,3].
С учетом зависимости сорбции от температуры, уравнение Фрейндлиха представили в виде:
см = 0 * Сис;! • (h / if, (4)
где Сч, Сисх - концентрации растворенного вещества в мембране и в растворе, соответственно; 10,1 - реперная (принятая нами 20°С) и рабочая температуры; 0, n, m - экспериментальные коэффициенты.
Из уравнения (4) следует, что коэффициент распределения (к - Сч/Сн«) будет определяться зависимостью:
к = е ■ с«„,и ■ ((«/ if . (5)
Для исследованных систем значения коэффициентов С), гц гп приведены в таблице.
Таблица
Значения коэффициентов в, n, m в уравие-_ ниях (4) и (5) ____
: Раствор Мембрана 0 п т \
Вода т сульфат натрия «Таммел» 1,88 0,28 11.05
«Владипор» 1.72 0,33 9.39 |
ОПМ-К 2,62 0,22 12,45
ESP А 2,22 0,15 | ТМ I о! j
МГА-95 2,19 0,18 12,74
ЛИТЕРАТУРА
1. Хванг C.-Т., Каммерменер 1C. Мембранные процессы разделения. Пер. с англ.. Пол рсд. ЮЛ. Дьт юрского. -М.: Химия. !98 1.--- 464с..
2. Адсорбция растворенных веществ / A. ML Kot анонс кий, "ГМ. Левченко,В.А. Кириченко и др, - Киев: Паукова думка. 1977. - 223с.
3. Воюцкий С.С. Куре коллоидной химии. Ихт 2-е..К!,:
Хнми», 1976..512с.
4. Нрык М.Т., Цзток Е.А. Ульфафильтрацня. - Киев:
Haytasea думка. 1989. - 288с.
УДК 547.83+547.861
ЕЖ Аверьянова, В.П. Севодин
АРИЛИРОВАНИЕ ПИПЕРАЗИНА 2-ЗАМЕЩЕННЫМИ 4-ХЛОРНИТРОБЕНЗОЛАМИ
(Бинекий технологический институт (филиал)
Алтайского государственного технического университета им, И,И. Ползуноеа)
Рассмотрены условия реакции арилироваиия пиперазина и аналогичных аминов некоторыми орто-замещенными пара-хлорнитробензодами.
Разработка простых и удобных методов получения моноаршгароватшх производных пиперазина позволяет синтезировать ряд новых структур труднодоступных другими методами. К таким структурам относятся бенздиазепины с моетиковыми связями между атомами азота в гетероциклическом кольце:
Ph
Общие подходы к синтезу таких структур пока слабо разработаны, хотя в литературе описаны синтезы некоторых из этих соединений [1, 2]. Среди подобных структур велика вероятность нахождения соединений с биологической активностью: тршжвил и заторов,, противосудорожных и
др,
Целью предпринятого нами исследования была разработка удобного препаративного метода синтеза N-моно-(2-зам е те н н ы х~4 - н итрофен ил) -
пиперазинов - исходных соединений для получения мости ковы х бенздиазепинов.
В литературе довольно подробно исследованы реакции нуклеофильного замещения орто-замещенных пара-хлорнитробензолов аминами [3, 4]. В тоже время условия моноарилирования алифатических диаминов исследованы недостаточно, а арилнрешайию пиперазина посвящены единичные работы [5].
В работе в качестве основных, исходных соединений использовались 2-х.лор-5-
ншробензофенон, 2-хдор~5-ш1тробен;к>йшш кислота и её метиловый эфир.
Для получения монозамещенного пиперазина необходимо либо защитить одну из функциональных групп, либо подобрать условия реакции, в которых основным продуктом будет моно-ариламин.
Обычно в качестве защитных групп используют ацильные [6, 7]. Однако при получении моноацндьиых производных бифункциональных аминов необходимо решать те же задачи селективного ацилирования одной из функциональных груш г А при использовании тшильной защиты кроме решения проблемы селективности добавляется, как правило, проблема удаления защитной группы [8],
Моноаршшрование тшеразина описано в работе [5]. При мольном соотношении реагентов I и IV 1:2 преимущественно образуется продукт моноарилирования V. Соотношение 1:1 приводит к смеси продуктов моно- и диарилнроваиия, а при соотношении 2:1 образуется исключительно дпарил производное VIII. Нами показано, что для получения продукта моноарилирования целесообразно постепенно прибавлять I к раствору амина. Так же установлено, что на соотношение продуктов реакции оказывает влияние температура и растворитель. При температуре от 50 до 65 °С в изопропиловом спирте образуется продукт моноарил ирования, а при повышении температуры до 75 °С и более и замене изопропилового спирта на этиленгликоль иди ДМСО увеличивается количество продукта диарклирования. Диарил пиперазин получен встречным синтезом из VII с количественным выходом.
По этой методике из 2-хлор-5-нитробензойной кислоты. II н её метилового эфира III нами были получены продукты моноарилиро* вания VI и VII по схеме 1.
При арилировании пиперазина метиловым эфиром З-хлор-З-нитробензойной кислоты Ш можно было ожидать протекание конкурирующей реакции ацилирования [6].
я
NO,
где I, V, VIII: R= -Ph; II, VI: R- -ОН; III, VII: R= -OCH,
Схема 1
Для уточнения направления реакции нами были получены в качестве свидетелей моно- X и диииперазинамиды XI 2-хлор-5-Ш1тробензойной кислоты в водно-ацетоновом буфере при pH от 4,5 до 5,0 по методике [7] согласно схеме 2.
4-
NOj
Схема 2
Однако продукты реакции ацилирования
при арилировании пиперазина не обнаружены.
Моноарилпиперазин V получен нами встречным синтезом» который включает четыре
стадии и представлен на схеме 3.
XV
Ph
Xt V, XV + TsNH3
НС1
■«*-
V
-Ts
TsO
Схема 3
Галоген ирова ни ем XIII были получены 2-ди(р-галогеиэтил)амимо-5-нитро6ензофеноны XIV-XV с выходами 96,4 % и 30 %, соответственно.
Установлено, что галогенпроизводиые XIV-XV в условиях реакции межфазного катализа [9, 10] реагируют с тозил амидом, давая продукт циклизации XVI, который обычным способом [8] в жестких условиях гидролизуют до 2-пипера-:шно~5чштробешофенона V.
Соединение XVI было так же получено то-зилированием V с выходом 87 %.
3 КС ПЕР И М Е Н ТАЛЬ Н А Я Ч А СТ Ь
Контроль за ходом реакций осуществлялся методом Т'СХ на пластинах Siiufbl-UV254 (Чехия) в системе бензол : метанол : аммиак = 85:15:1 в стандартных условиях. Температуры плавления получаемых соединений измерялись на капиллярном ПТП и не корректировались. ИК-епектры зарегистрированы на приборе Shimadzu в таблетках К В г,
2-Пип€раз11110“5-нитробе1оофенон (V).
Метод А, К предварительно нагретому до 50 °С раствору 38,8 г (0,2 моль) пиперазина-гексагидрата (IV) в 200 мл изопропилового спирта дозировали небольшими порциями 26,1 г (0,1 моль) 2"Хлор“5-н1пробен'1офенона (!), Затем температуру повышали до 65 °С и выдерживали 3 ч. Выпавший осадок отфильтровывали, сушили и кристаллизовали из метанола. Выход V 90,03 %, т. пл. 14X142 °с. ИК спектр, ем4: 1654,8 (€=()), 33443 (втор. амин).
Метод Б, Смесь 4,5? г (0,01 моль) XVI в 100 мл 10%-ного раствора НС! помещали в металлическую гильзу и выдерживали при 100 °С в течение 1.4 ч„ После охлаждения гильзы реакционную массу нейтрал изо вывали 10%-ным раствором соды и экстрагировали хлористым метиленом. Остаток после отгонки растворителя кристаллизовали из метанола. Выход V количественный т, пл, 141-141,5 °С, ИК спектр, см4: 1654,6 (СЮ), 3344,8 (втор. амин).
2-Пиперазино-5-нитробензойиая кислота (VI). К предварительно нагретому до 60 °С раствору 12,41 г (0,06 моль) пиперазина-гексагидрата (IV) в 200 мл изопропилового спирта дозировали небольшими порциями 8,06 г (0,04 моль) 2-хлор-5-нитро6ензойной кислоты (II). При этой температуре массу выдерживали 1 ч, затем выливали в ледяную воду, нейтрал и зовы вал и ИС1 до pH 7, Выпавший осадок отфильтровывали, высушивали м кристаллизовали из воды. Выход VI в виде желтых кристаллов 79,4 %, т, mi. 215-216 °С.
Метило;.» ый эфир 2~пкперазиио-5-нитр0-беизойной кислоты (VII). 1C предварительно нагретому до 65 раствору 3,9 г (0,02 моль) пиперазина-гексагидрата (IV) в 30 мл изопропилового спирта дозировали небольшими порциями 2,16 г (0,01 моль) метиловый эфир 2-хлор-5-нитро-бензойной кислоты (Ш). Реакционную массу выдерживали при перемешивании 1,5 ч„ затем вылили в холодную воду, подкислили до нейтральной реакции и оставили на ночь. Выпавшие кристаллы отфильтровали, высушили и кристадлшовшш из метанола. Выход VII 86,7 %, т. пл. 174-175 °С.
1 ^Ди(2-бензо11л-4>нитро)фенил пиперазин (VIII),
Метод А, Смесь 2,61 г (0,01 моль) 2-хлор-5™ нитробензовен о на (I), 0,97 г (0,005 моль) mine-разина-гексагидрага в 25 мл пиридина кипятили 48 ч. По окончании реакции массу охладили до 20 °С, вылили в лбдоную воду и лроэкстрагировали хлористым метиленом. После отгонки растворителя остаток кристалл изовал и из бензола. Выход VIII 93,4 %, т. ил. 27,3,5-274 °С.
Метод Б. К предварительно нагретому до 55 °С раствору 3,11 г (0,01 моль) З-ш-шеразш-щ-З-низробемзофенона (V) и 0,0.1 моль пиридина в 50 мл изопропилового спирта дозировали небольшими порциями 2,61 г (0,01 моль) 2-хлор-З-нитробензофенона (1). Реакционную массу выдерживали при этой температуре 6 ч, охладили до 20 °С и вылили в воду. Выпавший осадок отфильтровали, высушили и кристаллизовали из бензола. Выход VIII 95,2 %, т. пл. 273-274 °С
2-Хдо|ь5-1штробе «зоил пип сразил (X) и П4-ди(2“Хлор»5“11ИТро)бснз0И л пиперазин (XI), В колбу, снабженную мешалкой и двумя капельными воронками, Помещали 40 мл дистиллированной воды, 22 мл ацетона 7,76 г (0,04 моль) пиперазина-гексагидрата (згу смесь предварительно подкисляли соляной кислотой до pH от 4,5 до 5). В одну капельную воронку помещали 8,8 г (0,04 моль) хлорангидрида З-хлор-З-штгробеизойной кислоты (IX), растворенного в 25 мл ацетона, в другую 5 мл 44%-ного раствора едкого натра. При перемешивании из капельных воронок одновременно прибавляли IX и едкий натр, регулируя подачу реагентов так, чтобы pH реакционной массы было в пределах от 4,5 до 4,8. Время дозирования 3 ч. После этого реакционную массу перемешивали еще 1 ч, затем подщелачивали раствором едкого шпра до pH от 6,5 до 7,0 и отгоняли смесь ацетона и воды. Остаток охладили, выпавший осадок XI отфильтровали и кристаллизовали из ДМФА„ Выход XI 46 %, т, пл. 301 °С.
Маточный раствор, содержащий X, экстрагировали хлористым метиленом, растворитель
отгоняли, осадок X кристаллизовали из ДМФА. Выход 10 % т, гш„ 220 °С.
2“Диэт,а*юламинО“5“11нтро6ензофе1т** (XIII). С месь 52,3 г (0,2 моль) I, 31,5 г (0,3 моль) дизтаиодашша в 150 мл изопропиловог'о спирта кипятили В ч, охладили до 20 °С и оставили на ночь при комнатной температуре. Выпавший осадок отфильтровали и кристаллизовали ш метанола. Выход XIII 95,84 %, т. пл. 146,5-147 °С.
2-Д||(р-хлорэтил)ами110-5-11итробензофе~ нон (XIV), В раствор 10 г (0,03 моль) ХШ в 200 мл хлороформа при перемешивании и температуре 37 °С дозировали по каплям раствор 171 г (1,44 моль) хлористого нюнила в 70 мл хлороформа. По окончании дозирования добавили 1 мл пиридина, температуру смеси повысили до 60 °€ и выдерживали при этой температуре 5 ч. Затем отогнали растворитель и избыток хлористого тиснила, остаток вылили в воду, нейтрализовадн 10%-ным раствором углекислого натрия н экстрагировали хлористым метиленом. Органический слой промыли сначала раствором соды, затем водой, высушили сульфатом магния и упарили. Остаток кристаллизовали из метанола. Выход XIV 96,4 %, т. ил. 104-105 °€„ И К спектр, см"1: 1662,5 {(>()).
2-Ди(р-бро1итгнл)амнно-5-нитробе1гзафе-110н (XV). В охлажденный до 0 °С раствор 33 г (0,1) моль ХШ в 250 мл бензола прибавляли по каплям раствор 18,14 г (0,06? моль) свежее ере-гнанного РВгу в 50 мл бензола. По окончании дозирования реакционную массу нагреваю л и до кипения и кипятили 8 ч, охладили и вылили в ледяную воду. Полученную смесь экстрагировали бен-золом, промыли водой и высушили сульфатом, магния. Растворитель отогнали, остаток кристаллизовали из метанола. Выход XV 30 %, т. пл. 77-78 °С,
2-(К-Тозил)пипераэино-5-н1ггро6ензофе110н (XVI).
Метод А* В гомогенную смесь 0,02 моль XIV или XV в 1.15 мл толуола, 2,06 г едкого натра в 22,3 мл воды, 2,92 г поташа и несколько кри-
сталлов TBAJ дозировали при комнатной температуре 4,83 г (0,03 моль) п -тол уол сул ъфам и да.. Затем смесь нагрели до 80 °С и выдержали при этой температуре и интенсивном перемешивании 12 ч. По окончании реакции массу вылили в ледяную воду, нейтрализовали 3%-ным раствором НО, выпавшие кристаллы отфильтровали, высушивали и крисп'сишзовалн из метанола,, Выход XVI 58 %, т. пл. 209-209,5 °С и 64,56 %, т„ пл. 209-210 °С мз XIV и XV соответственно.
Метод Б. В раствор 3,11 г (0,01 моль) V в 50 мл пиридина при комнатной температуре дозировали небольшими порциями 2,3 г (0,012 моль) тозилхлорида. При этой температуре массу выдержали 2 ч, татем температуру повысили до 60 °С п выдержали еще 2 ч. По окончании реакции смесь вылили в ледяную воду, выпавший осадок светло-желтого цвета отфилыфовюш, промыли на фильтре водой и кристаллизовали из метанола Выход XVI 86,67 %, т. пл. 210,5-211 °С.
Л ИТЕРА Г УРА
1. Archer СТА,, Si ernbach L.H. Clicm. Rev. 1968. Vol, 68. P. 747-784.
2. Hot arc кий А,В., А ил ропати C.A., Головенко И.Я.
Тра и к вмл и заторы (1,4-бси.сишепииы и ролсгвеиные структуры). Киев: Паукова лумка. 1480. 278с.
3. Аверьянова К. В., Ссволин В.П., Мамут и на Т%. Тез. локл. региональной конференции «Наука и технологии: реконструкция и конверсия предприятий», Бийск. 2000. С 121-127.
4. Фойср Г. Химия нитро- и нитрозогрупп. М,: Мир. 1972. 536 с.
5. Козырева НИ, и др. Хим.-фарм. журя. 1972, 761. С, 9-12.
6. Adelson D.E., Pollard С,В, J. Am. Chem. Soc. 1935. Vol. 57. Р. 1280-1281.
7. Дорохова МЛ и др. Хим.-фарм. жури. 1974, А%!2. С. 24-27.
8. МакОми Дж. Защитные крупны а органической химии. М.: Мир. 1976. 391 с.
9. Дешшв Э., Демлоя 3. Межфазпый катализ. М.: Мир. 1987.485 с.
10. Вебер В,, Гекель Г. Межфазный катализ в органической химии. М.: Мир. 1980. 399 с.
Кафедра биотехнологии
ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 201)6 том 49 вып. 8
105
