СИНТЕЗ НА ОСНОВЕ ЭФИРОВ ГЛИЦЕРИНА И ИЗУЧЕНИЕ ИХ ФИЗИКОХИМИЧЕСКИХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 547.426.21.29

СИНТЕЗ НА ОСНОВЕ ЭФИРОВ ГЛИЦЕРИНА И ИЗУЧЕНИЕ ИХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

ОЛИМЗОДА РАХМОНАЛИ АМОНАЛИ

к.х.н., доцент, декан факультета инженерии и архитектурий Дангаринский государственный университет, Таджикистан

Аннотация. В данной статье изучены методы синтеза новых соединений 3- алкокси -

1.2-пропандиолов и 1,3- диалкокси-2-пропанола с уксусной кислотой, метаболизм 1,3-дибензилокси-2-этоксипропана. Состав и строение полученных соединений подтверждены физико-химическими методами. Рассмотрены методы получения глицерина из различных видов сырья. Широкий спектр областей применения этих соединений для проведений исследований в качестве исходных веществ использованы а-моноэфиры глицерина и 1,3-диалкокси-2-пропанолов имеющие активные гидроксильные группы. Большое внимание уделено промышленному получению синтетического глицерина и их производных, в результате чего получили простые эфиры, гетероциклические производные ряда 1,3-диоксолана, диацилокси-производных моноэфиров глицерина, 3-алкоксипропил -1,2-диацетат,

1.3-диэтокси-2-ацилоксипропанов, 1,3-ди-(алкокси)-2-фенилацетоксипропана и 1,3-диэтокси-2-бутирилоксипропанов.

Ключевые слова: синтез, а-моноэфиров глицерин, уксусная кислота, 3-алкоксипропил-1,2-диацетат, 1,3-диалкокси-2-пропанол, 3-алкокси-1,2-пропандиолов, 1,3-диэтокси-2-ацилоксипропанов, 1,3-диэтокси-2-бутирилоксипропан, ацилоксипропан, 1,3-дибензилокси-2-этоксипропана, катализатор, растворители.

В качестве исходных продуктов для синтеза целевых соединений использовали различные моно и диэфиров глицерина.

Нами синтезирован ряд моноэфиров глицерина по разработанной методике, путем гидролиза алкоксихлор-2-пропанолов с применением щелочных агентов (№ОН, №НСОз, Ка2СОз) [1]:

НОН

С1СН2 - СН - СН2ОЯ -► НОСН2 - СН - СН2ОИ

I ОН- |

ОН ОН

Достоверность полученных соединений подтверждена проведением встречных синтезов с использованием а-монохлоргидрина глицерина и алкоголятов предельных спиртов по схеме:

НОСН2 - СН - СН2С1 + ЯОКа КОН» ЯОСН2 - СН - СН2ОН + КаС1

ОН ОН

Для препаративных целей синтезы диэфиров глицерина широко используются как методы защиты гидроксильных групп глицерина.

Синтез симметричных диэфиров нами осуществлен по известной методике путем взаимодействия 1,3-дихлоргидрин и эпихлоргидрина с алкоголятом по схеме:

СН2С1 СН2ОЯ

I I 2

СНОН + 2ЯОМа —-^ СНОН + 2№С1

I I

СН2С1 СН2ОК

BF3O(C2H5)2

CH2 - CH - CH2Cl + ROH-► RO - CH2 - CH - CH2Cl

\/ OH

O

ROH

ROCH2 - CH - CH2Cl + R'ONa -► ROCH2 - CH - CH2OR'

I -NaCl I

OH OH

где: RO - C2H5O, н-CbHtO, н-C4H9O

Полученные эфиров глицерина (C2-C4) представляют собой бесцветные, сиропообразные без запаха жидкости, устойчивые при хранении. Эти соединения хорошо растворяются в доступных органических растворителях и вопреки литературным данным [3] являются водорастворимыми. Чистоту полученных эфиров контролировали методом ТСХ и ГЖХ. Состав и строение их подтверждалась методом ИК-спектроскопии, сравнением характерных полос поглощения исходных и конечных продуктов реакции. При этом наблюдается исчезновение полосы поглощения, характеризующей группу С-С1 (760-750 см-1) исходных продуктов и появление широкой полосы поглощения в области 3500-3480 см-1, относящейся к гидроксильным группам соответствующего конечного продукта

Таблица 1. Важнейшие физико- химические константы а-моноэфиров глицерина

КО СН2 - СН(ОН) - СН2 (ОН)

R Общая формула Выход % T. кип. 0C 20 nD d 20 M R d

Выч. Най.

C2H5 C5 H12 O3 47 97-99 1,4430 1,0628 29,98 29,82

н^эШ C6H14 O3 49 100-102 1,4428 1,0294 34,60 34,54

н^4 H9 C7H16 O3 50 110-112 1,4422 1,0069 39,21 38,97

Таблица 2. Физико-химические константы 1,3 - диалкокси - 2- пропанолов

RO

ch2 — CH

CH

2

OR

OH

Т °С к MRd Элементный

№ R Выход м.м. рТ .сТ 2 q й о 2 анализ

n/n % тз найд. выч. С,% Н, %

I C2H5 55 177 -175 2 1,4350 0,8923 85,90 85,52 67,19 67,27 32,59 32,76

II C3H7 57 132 -137 5 1,4365 0,8607 104,60 103,98 73,31 73,47 12,81 12,83

III C4H9 59 119 -121 00 9 m 9 о ю 00 (n mt

3 m 00 fT (n 9 оо on

о

Из таблицы видно, что температуры кипения и показатели преломления этих соединений

повышаются с увеличением их молекулярного веса.

Анализ литературных данных показывает, что в последнее время исследователи

уделяют особое внимание синтезу и изучению новых производных глицерина.

Синтез 3-алкоксипропил-1,2-диацетата также был осуществлён путем нагревания 3-

алкоксипропандиолов-1,2 с ангидридом уксусной кислоты по схеме [2]:

to

ROCH2- CH- CH2 + 2CH3C- O- CCH3-ROCH2- CH- CH2 + 2CH3COOH

OH 11 11 I i

OH OH O O OCCH OCCH3

C C

OO

Образование воды в этом случае не происходит и реакция идет в отсутствии водоотнимающих средств. Выход конечных продуктов при этом достигался до 89%. Поэтому данный способ является более общеприемлемым.

Далее, данную реакцию также проводили по Шоттену-Бауману в водно-щелочной среде (10%-ный раствор NaOH, растворы NaHCO3, Na2CO3) по схеме:

ROCH— CH- CH2 + 2CH3COCI NaOH». ROCH- CH- CH2 + 2NaCI

2 C C 2 C C

OH OH OCCH3 OCCH3

O O

Реакцию взаимодействия 1,3-диэфиров глицерина с уксусной кислоты осуществляли по схеме:

H2SO4

ROCH _ CH _ CHOR + CHCOOH-4.ROCH-CH-CHOR + HO

x . «2X

OH O-С-CH3

O

где: RO -C2H5O, H-C3H7O, H-C4H9O.

Реакция обратима и не доходит до конца, если не принять меры к связыванию или удалению образующейся при реакции воды. Ацилирование спиртов может быть значительно облегчено прибавлением концентрированной серной кислоты или введением безводного хлористого водорода, которые не только связывают выделяющуюся при реакции воду, но также каталитически ускоряют процесс.

Взаимодействие 1,3-диалкокси-2-пропанола с ледяной уксусной кислотой протекало в среде бензола при температуре кипения раствора и мольном соотношении реагирующих веществ 1:1. В качестве катализатора была использована серная кислота. Образующаяся вода отгонялась в виде азеотропной смеси. Выход целевых продуктов составлял 73-78%.

Вследствие большой реакционной способности хлорангидридов реакция протекает весьма энергично. Прибавляя щелочь, можно связать выделяющуюся соляную кислоту и тем самым избежать, если это необходимо, нежелательного воздействия минеральной кислоты.

Индивидуальность полученных соединений проводилась определением , d ;и расчетом MRd, ИК- и ПМР-спектроскопией. Чистота полученных 3-алкоксипропил-1,2-диатцетатов контролировалась методом ТСХ на силуфоле промышленного образца в хроматографических системах: хлороформ-метанол (60:13), н-бутанол-вода-уксусная

кислота (100:50:15), бензол-ацетон-уксусная кислота (100:50:2); проявителем служили пары йода и ГЖХ.

Появление в ИК-спектрах полос поглощения в области 1743-1716 см-1, характерных для (С=О) группы, и исчезновение полос в области 3500-3480 см-1 характерных для ОН -групп, свидетельствовало о полноте протекания реакции и получении калигенных соединений. В спектрах ПМР сигнал протонов О-СОСНэ групп проявлялся в виде синглета в области 2,202,23 м.д. Выход целевых продуктов составлял 83-87%.

Таблица 3. Важнейшие физико- химические константы 3-алкоксипропил 1,2-диацетат.

R Выход T. кип. 0C/mm рт.ст. n 20 D 120 d2 MR d

Най. Выч.

C2H5 - 83,2 95/8 1,4240 1,0739 48,47 48,61

H-C3H7 - 85,6 107/8 1,4287 1,0592 53,03 53,21

H-C4H9 - 87,4 119-120/8 1,4336 1,0484 57,58 57,71

Рисунок 1. ПМР-спектр 1,2-диацилокси-3-этоксипропан

Реакция взаимодействия 1,3-диэтоксипропанол-2 с масленая кислота, сведения о которой отсутствуют в литературе. Данная реакция проводилась по схеме [3]:.

CH— OR CH2—OR

,O

CH

-OH + HOOC—CH2—CH—CH3 H22S(°4> CH — O— C— CH2— CH2 CH3

CH2—OR

CH2— OR

1,3-ди-(алкокси)-2-пропанола с фенилуксусной кислотой по схеме:

CH2—OR

CH—OH + HOOC — CH2 — C6H5

CH2—OR

[H+]

CH2—OR

//

O

"H2°

CH — O— C — CH2 — C6H5

C^2— OR

где: RO -С2Н5, С3Н7, н-С4Н9. н-С5Нц.

Индивидуальность полученных соединений проводилась определением

-20

d

20

расчетом МЯэ, ИК-спектроскопией. Чистота полученных веществ контролировалась методом ТСХ и ГЖХ.

Появление в ИК-спектрах полос поглощения в области 1743-1716 см1, характерных для (С=О) группы, и исчезновение полос в области 3500-3480 см-1 характерных для ОН -групп, свидетельствовало о полноте протекания реакции и получении калигенных соединений.

Метаболизм 1,3-дибензилокси-2-этоксипропана, который обладает липофильным свойством, превращается в гидрофильное соединение путем окисления оксигеназами с участием кислорода. Окислению подвергается радикал СН2, который связан с ароматическим кольцом, по следующему механизму реакций [4-5]:

—СН2 — О — СН2 — СН — СН2 — О — СН2—

- CH2 — O — CH2 — CH — CH2 — O — CH2 O— CH2CH3

1 ,3-дибензилокси-2-этоксипропан

+ 2O2

оксигеназа

-2H2O

O

<o>-

C

O

CH2

CH — CH2 — O ■ 1

O— CH2CH3

O

C

<o>

гипотетическим промежуточный продукт

Как видно, в гипотетическом промежуточном продукте образуется карбоксильная

группа, наличие которой приводит к образованию сложноэфирной связи, обуславливая

лабильность этого соединения, в дальнейшем гипотетический промежуточный продукт

разрушается по сложноэфирной связи, с участием фермента карбоксилэстеразы: О О 1Н2

-- -- I

о-

C

O - CH2 - CH - CH

■2

O

I

O— CH2CH

C

-o

2CH2

I

13 СООН

глицин

Учитывая подвижность атома водорода аминной группы глицина, происходит взаимообмен, при котором водород молекулы глицина переходит в остаток 2-этоксиглицерина, образующийся бензоил соединяется с глицином, образуя гиппуровую кислоту:

O

- C - NH - CH - COOH +

HOCH2 - CH - CH2OH »

АТФ

О — СН2СН3

гиппуровая кислота 2-этоксиглицерин

В дальнейшем 2-этоксиглицерин фосфорилируется АТФ, окисляется дегидрогеназой и оксигеназой по простой эфирной связи по следующему механизму:

D

4

O2 оксигеназа

HOCH - CH - CH2OH2PO3 -HOCH2 - CH - CH2OH2PO3

I -H2O \

O — CH2CH3 O— C— CH3

этоксиглицеринфосфорная кислота ||

O

Образовавшееся ацильное производное фосфоглицерина является низшим липидом и участвует в метаболизме до образования ацетил-SkoA и фосфоглицерина. Последний повторяет путь окисления глюкозы. Гиппуровая кислота не участвует в метаболизме и выделяется с мочой.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Состав, структуру и чистоту полученных продуктов подтверждали методами тонкослойной хроматографии на пластинке «Silufol» с применением системы растворителей: А-этанол: 25%-ный раствор аммиака (7:3), Б-н-бутанол: диоксан (1:1), В-изопропанол: эфир (1:1), Г-этанол: пиридин (1:1), Д-CHCb: СНСООН: СН3-С-СН3 (5:1:1). Проявитель пары йода, а также газожидкостной хроматографии на хроматографе «Хром-5», колонка 3,7 м Х 3мм снеподвижной фазой SE-30(5%), нанесонной на хроматрон N-AW.

Газ - носитель - гелий, скорость 40 мл/мин, темп. испарителя 180-2200С, темп., колонки 2000С, детектор - плазменно - ионизационный.

Ик-спектры синтезированных соединений регистрировали на спектрометре Ик-Фурье спектрометр Raffinity-1(Shimadzu - Япония).

ПМР - спектры сняты на ЯМР - спектрометре «Tesla В-487» (80 Мгц). Стандарт - ГМДС. Содержание углерода, водорода, азота, серы и хлора определяли методами элементного анализа. Элементный анализ H,C проводили в анализаторе Perkin Elmer.

ВЫВОДЫ

1. Разработаны пути синтеза и изучены физико-химические и биологические свойства новых производных глицерина на основе эфиров глицерина, что в совокупности является определённым вкладом в развитие органической химии.

2. На основе реакции а-моноэфиров глицерина с ледяной уксусной кислотой, детально изучена реакция ацетилирования, и получен ряд новых диацилокси - производных моноэфиров глицерина.

3. Выявлены наиболее оптимальные условия синтеза 1 -диалкиламино-3(2/-диметиламиноэтокси)-2-пропанолов. Установлено, что данный процесс протекает гладко при температуре 40-50оС в среде ДМФА,, с выход конечного продукта 67-79 %.

ЛИТЕРАТУРА

1. Физические и химические свойства глицерина / Рахманкулов Д.Л. и др. - М.: Химия, 2003. - 200с.

2. Олимов Р.А. Синтез на основе а-моноэфиров глицерина и изучение их физико-химических и биологических свойств: Автореф... дисс. к.х.н. - Душанбе, 2010, 23 с.

3. Олимов Р.А. Синтез и химические свойства 1,3-ди- (алкокси)-2-фенилацетоксипропана/ Р.А. Олимов, Обидов Дж.М.// IV Международное книжное издание стран Содружества Независмых Государств «Лучший педагог - 2024». Алматы, Казахстан. I Том С. 52-54.

4. Олимов Р.А. Фармакологические исследования 1,3-дибензилокси-2-этоксипропана/ Р.А. Олимов, А.Б. Кимсанов// Международный научно-практический журнал «Endless Light in Science». 30.12.2023, Алматы, Казахстан. С. 75-79. DOI.10.24412/2709-1201-2023-75-79.

5. Кимсанов А.Б. Фармако-биохимическое исследование некоторых производных глицерина: Автореф. дисс. к.б.н. - Душанбе, 2006, 21с.