Моно- и полиядерные гетероциклические соединения с фрагментами экранированного фенола. Синтез и применение тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.03, доктор химических наук Абу-Аммар Валид Молхем

• Абу-Аммар Валид Молхем
• доктор химических наук
• 2007

Оглавление диссертации доктор химических наук Абу-Аммар Валид Молхем

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Функционально-замещенные и гетероциклические 11 азотсодержащие соединения с фрагментами пространственно-затрудненного фенола. Методы получения, свойства и применение (обзор литературы)

Часть 1. Азотсодержащие производные пространственно-затрудненных 14 фенолов

1.1. Нитро- и нитрозопроизводные пространственно-затрудненных 15 фенолов

1.2. Амины ряда пространственно-затрудненных фенолов

1.2.1. 4-Амино-2,6-диалкилфенолы

1.2.2. Аминопроизводные пространственно-затрудненных фенолов с 29 аминогруппой в ос-положении пара-заместителя

1.2.3. Аминопроизводные пространственно-затрудненных фенолов с 44 аминогруппой в Р- или у-положении пара-заместителя

1.3. Азометины и гидразоны ряда пространственно-затрудненных 47 фенолов

1.4. Производные мочевины, содержащие фрагменты пространственно- 56 затрудненного фенола

1.5. Производные тиомочевины и дигиокарбаминовой кислоты, 5 9 содержащие фрагменты пространственно-затрудненного фенола

Часть 2. Пятичленные гетероциклы с фрагментами пространственно затрудненных фенолов

1.1 Прямое введение фрагментов экранированного фенола в состав пятичленных гетероциклических соединений

1.1.1. Арилированние гетероциклов 2,6-диалкилфенолами и их эфирами

1.1.2. Алкилирование и ацилирование пятичленных гетероциклов

1.1.3. Алкилирование 4-меркапто-2,6-ди-трет-бутилфенола галоген- 77 производными пятичленных гетероциклов

1.1.4. Конденсация альдегидов и кетонов ряда пространственнозатрудненного фенола с производными пягичленных гетероциклов

1.2. Синтез пятичленных гетероциклов реакциями циклоконденсации 83 функциональных производных 2,6-диалкилфенолов

1.2.1. Реакции с участием карбонильных производных экранированных 8 3 фенолов

1.2.2. Реакции с участием карбоновых кислот и их функциональных 90 производных

1.2.3. Реакции циклизации с участием других функциональных 100 производных пространственно-затрудненных фенолов

1.3. Химические превращения пятичленных гетероциклов, включающих 103 фрагменты пространственно-затрудненных фенолов

1.3.1. Реакции с участием экранированного фенольного заместителя

1.3.2. Химические превращения функциональных группировок в 104 гетероциклическом кольце и в боковой цепи заместителя

1.3.3. Химические превращения гетероциклических фрагментов

1.4. Синтез функционально-замещенных и гетероциклических 111 соединений из природного сырья

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИИ

ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, СОДЕРЖАЩИХ ФРАГМЕНТЫ ЭКРАНИРОВАННОГО ФЕНОЛА

2.1. Синтез азотсодержащих производных пространственно- 118 затрудненных фенолов

2.1.1. Синтез азометинов, N-ацилгидразонов и тиосемикарбазонов с 118 группировками экранированного фенола

2.1.2. Физико-химические, спектральные и структурные свойства 127 азометинов, N-ацилгидразонов и тиосемикарбазонов с фрагментами пространственно-затрудненного фенола

2.2. Синтез вторичных аминов и N,N-дизамещенных этилендиаминов, 137 содержащих фрагменты пространственно-затрудненного фенола

2.2.1. Восстановление азометинов

2.2.2. Восстановительная димеризация азометинов. Синтез производных 1,2- 141 этилендиамина

2.3.4-Гидрокси-3,5-ди-трет-бутилфенилтиоуксусная кислота и ее 146 производные

2.3.1. Синтез 4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил фенилтиоуксусной кислоты и ее 146 производных

2.3.2. Превращения нитрила и хлорангидрида 4-гидрокси-3,5-ди-трет- 149 бутилфенилтиоуксусной кислоты

2.3.3. Превращения гидразида 4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутилфенил- 150 тиоуксусной кислоты

ГЛАВА 3. СИНТЕЗ МОНОЦИКЛИЧЕСКИХ ГЕТЕРОЦИКЛОВ С 151 ФРАГМЕНТАМИ ЭКРАНИРОВАННОГО ФЕНОЛА

3.1. Четырехчленные гетероциклические соединения с фрагментом 151 экранированного фенола. Синтез (3-лактамов

3.2. Производные пиррола

3.3. Производные имидазола

3.3.1. Д2-Имидазолины

3.3.2. Синтез 1-замешенных-2-[(3-(4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутилфенил)- 157 винил]- 4-бензилиденимидазол-5-онов

3.3.3. Синтез имидазолинов и тиазолинов из а,со -бис-(4-гидрокси -3,5-ди- 159 трет-бутилбензилиденамино)ажанов

3.4. Производные пиразола

3.5. Производные оксазола и тиазола с фрагментом экранированного 166 фенола

3.5.1 .Синтез 2,3-дизамещенных тиазолидин-4-онов

3.5.2. Синтез 2,3-дизамещенных оксазолидин-4,5-дионов

3.6. Производные окса(тиа)диазола и триазола с фрагментами 171 экранированного фенола

3.6.1. Синтез 3,4-дизамещенных 5-(4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутилфенил)- 171 1,2,4-оксадиазолов в реакциях 1,3-Дигюлярного циклоприсоединения

3.6.2. Синтез производных 5-амино-1,3,4-окса- и 5-амино-1,3,4тиадиазола

3.7. 1,2,4-Триазолы

3.7.1. 1,2,4-Триазолил-5-тионы

3.7.2. 4-Амино-5-меркапто-1,2,4-триазолы

3.8. Шестичленные гетероциклические соединения с фрагментом 180 экранированного фенола

3.8.1. Синтез 1 -замещенных 6-(4-пщрокси-3,5-ди-трет-бутилфенил)-2-оксо- 180 шшеридин-5-карбоновых кислот

3.8.2. Синтез 3,6-дизамещенных 2-(4-гидрокси-3,5-ди-трет-буталфенил)-2,3дигидро-4Н-1,3-сжсазин-4-онов

3.8.3. Синтез 2,3-дизамещенных хи назолин-4(3//)-онов

3.8.4. Синтез производных сшш-триазина

ГЛАВА 4. КОНДЕНСИРОВАННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ 192 СИСТЕМЫ С ФРАГМЕНТАМИ ЭКРАНИРОВАННОГО ФЕНОЛА

4.1. Синтез биядерных гетероциклов с ядром имидазола

4.1.1. Синтез 2,3-Дигидропирроло[1,2-а]имидазолов

4.1.2. Синтез производных 4-окса-1,6-диазабицикло[3.3.0]октана из А - 194 имидазолинов и оксиранов

4.1.3. Спектральные характеристики 2,3-дигидропирроло[1,2-а]- 195 имидазолов и гексагидроимидазо[2,1-6]оксазолов

4.2. Конденсированные гетероциклы с ядрами триазола и 1,3,4- 196 окса(тиа)диазола

4.2.1. Синтезы на основе 1,2,4-триазолин-5-тионов

4.2.2. Синтезы на основе 4-амино-5-меркапто-1,2,4-триазолов

4.2.3. Конденсированные гетероциклы с ядрами 1Д4-окса(тиа)диазола

4.3. Конденсированные гетероциклы с ядром пиридина

4.4. Конденсированные гетероциклы с ядром пиримидина

4.5. Конденсированные изохинолины с ядром экранированного фенола

ГЛАВА 5. ПОИСК ОБЛАСТЕЙ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ 209 СИНТЕЗИРОВАННЫХ СОЕДИНЕНИЙ

5.1. Результаты химиотерапевтических и фармакологических исследований

5.2. Биоцидные добавки к топливам и маслам

5.3. Ингибиторы окисления топлив и масел

5.4. Стабилизация гидрогенизационных реактивных топлив

5.5. Стабилизация минеральных смазочных масел

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моно- и полиядерные гетероциклические соединения с фрагментами экранированного фенола. Синтез и применение»

Актуальность темы. Развитие исследований в области соединений, содержащих фрагменты пространственно-затрудненных (экранированных) фенолов, связано как со своеобразием их строения и поведения в химических процессах, так и с широким спектром их применения в ряде отраслей промышленности и в решении многих задач обеспечения жизнедеятельности и здоровья человека. И хотя исследования их структурных особенностей и химических превращений представляют несомненный интерес для развития современной органической химии, перспективы их практического использования являются одной из основных причин постоянного интереса к указанному классу соединений.

Пространственно-затрудненные фенолы являются эффективными ингибиторами свободно-радикальных процессов, что обусловливает их использование для защиты различных органических материалов от окислительной и термической деструкции. Большое значение приобрело использование экранированных фенолов в качестве антиокислительных компонентов моторных и реактивных топлив, смазочных масел, полимерных материалов и пищевых продуктов.

Некоторые соединения этого ряда обладают высоким индексом биологической активности. Среди них найдены высокоэффективные антиоксиданты, малотоксичные противовоспалительные нестероидные средства, антигипертензивные, антиаллергические и антимикробные препараты. Некоторые из них уже применяются в медицине как синтетические аналоги природных антиоксидантов. Опубликованы данные об испытаниях производных экранированного фенола - пестицидах и регуляторах роста растений. Тем не менее, на современном этапе развития промышленности новые материалы и технологические процессы требуют создания эффективных препаратов с антиоксидантной активностью, обладающих целым комплексом утилитарных свойств, что является актуальной задачей современной химии пространственно-затрудненных фенолов.

Анализ публикаций последних лет показывает, что один из перспективных подходов создания новых материалов состоит в объединении в одной молекуле фрагмента экранированного фенола и гетероциклического соединения. Результаты некоторых исследований уже подтвердили, что сочетание гетероциклического ядра и пространственно-затрудненной фенольной группы может привести к созданию высокоэффективных антиоксидантов, обладающих комплексом полезных свойств, в том числе проявляющих биологическую активность.

Актуальным направлением является также разработка методов синтеза конденсированных гетероциклических соединений, в состав которых входят два и более фрагментов экранированного фенола.

Цель работы заключается в разработке общих подходов к синтезу моноядерных и - на их основе - конденсированных азотсодержащих гетероциклических соединений с фрагментом экранированного фенола, а также в поиске веществ с полезными свойствами среди синтезированных соединений. В рамках диссертационной работы решались следующие задачи:

1. Разработка ряда общих методов функционализации производных экранированного фенола - синтонов азотсодержащих гетероциклических соединений.

2. Разработка препаративных методов получения моноядерных гетероциклов с фрагментом экранированного фенола, способных к дальнейшим реакциям пристройки новых циклов.

3. Поиск путей синтеза различных азотсодержащих конденсированных гетероциклических систем с фрагментом экранированного фенола.

4. Поиск путей практического применения полученных соединений.

Постановка задач настоящего исследования обусловлена стремлением к созданию системного подхода в области поиска перспективных промышленных материалов нового поколения на основе экранированных фенолов.

Научная новизна. В ходе выполнения исследования, направленного на синтез и изучение свойств неописанных в литературе моноциклических и конденсированных азотсодержащих гетероциклических соединений с фрагментами экранированного фенола, впервые:

- установлено, что азометины ряда пространственно-затрудненного фенола под действием дииодида самария подвергаются димеризации в вицинальные диамины, содержащие 4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенильные группировки

- производные пространственно-затрудненного фенола с С=М-группировками (азометины, иминоэфиры, гидразиды, Ы-ацилгидразоны, семикарбазоны тиосемикарбазоны, дитиокарбазаты) использованы в качестве универсальных синтонов при получении различных азотсодержащих гетероциклических соединений с фрагментами экранированного фенола - производных имидазола, тиазола, оксазола, 1,2,4- и 1,3,4-оксадиазола, 1,2,4-триазола, пиперидина, хиназолина, сим-триазина

- получен ряд аннелированных гетероцикличских систем, содержащих 1 и более фрагментов экранированного фенола

- показано, что Л2-имидазолины с фрагментом экранированного фенола подвергаются циклизации в 2,3-дигидропирроло[1,2-а]имидазолы и 2,3,5,6,7,7а-гексагидроимидазо[2,1-^]-оксазолы при взаимодействии с галогенметил-кетонами и оксиранами.

- 1,2,4-триазол-5-тионы с фрагментом экранированного фенола использованы для получения тиазоло[2,3-с] 1,2,4-триазолов и 5,6-дигидротиазоло [2,3-е] 1,2,4-триазолов, разработан метод встречного синтеза тиазоло[2,3-с]1,2,4-триазолов, исходя из тиазолил-2-гидразина.

- иминоэфиры и их соли с фрагментом экранированного фенола, использованы для получения конденсированных гетероциклических соединений проведены широкие исследования прикладных свойств синтезированных функционально-замещенных и гетероциклических соединений, показана перспективность их применения в качестве эффективных присадок к углеводородным топливам, смазочным маслам, текстильных вспомогательных материалов. Среди полученных гетероциклов с фрагментом экранированного фенола найден ряд видов биологической активности: биоцидная, противовоспалительная, радиопротектроная, противоопухолевая и антилейкимическая, антимутагенная.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научном семинаре "Актуальные проблемы применения нефтепродуктов" (Псков, 1998), П Международной конференции "Актуальные проблемы химии и химической технологии" (Иваново, 1999), XI Всероссийской и XII, XV и XVI Международной конференциях "Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии" (Уфа, 1998, 2002; Москва, 1999, 2003), III и V научно-технических конференциях "Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России" Москва, 1999, 2003), Всероссийских научно-технической конференциях «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2002, Москва; ТЕКСТИЛЬ-2003, Москва), II и III Всероссийских научно-практических конференциях «Нефтегазовые и химические технологии» (Самара, 2001, 2003), VI Республиканской научно-технической конференции "Нефтехимия-2002" (Нижнекамск, 2002), Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов-2003" (Москва), 2-ой Всероссийской научно-практической конференции "Нефтегазовые и химические технологии".

Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 22 статьи и тезисы 19 докладов.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 425 страницах машинописного текста, включающего 65 таблиц и 14 рисунков, и состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов в четырех главах, экспериментальной части, выводов и списка цитированной литературы из 598 наименований.

Заключение диссертации по теме «Органическая химия», Абу-Аммар Валид Молхем

Результаты исследования влияния стабилизаторов на процессы окисления полипропилена и поликапроамида в изотермическом режиме приведены в таблице 5.18. Полученные данные показывают, что эффективность стабилизаторов существенно зависит от Pix химического строения. Наибольшей активностью при стабилизации как полипропилена, так и поликапроамида обладает 3,5-ди(4-гидрокси-3,5-ди-трет-бутил-фенил )-тиазоло[2,3-с] -1,3,4-триазол (2.70и) (НПО J74 и 154 мин соответственно).

Анализ результатов испытаний позволяет расположить все изученные соединения в порядке уменьшения их терме стабилизирующей эффективности в следующий ряд:

2.706) > (2.75а) > (2.74в) > (2,70*1) > (2.90а) > (2.70а) > Irganox 1076 Гетероциклические соединения (2.706), (2.75а), (2.74в), (2.70и), (2.90а), (2.70а) по эффективности значительно превосходят коммерческий стабилизатор Irganox 1076. Их химическое строение характеризуется наличием двух конденсированных гетероциклических ядер, а также фрагмента пространственно-затрудненного фенола.

В табл. 5.19 приведены результаты исследования влияния концентрации стабилизатора (2.706) на процессы окисления полипропилена и поликапроамида в изотер м и ч е с к ко м режиме. Как видно из этих данных, в процессе окисления полипропилена при повышении концентрации стабилизатора в 2 раза, т.е. до 3% (мае.) не наблюдается окончания индукционного периода окисления более чем за 200 мин.

262