РЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук Одеса ~
Работа добавлена на сайт samzan.net:
8
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ФІЗИКО-ХІМІЧНИЙ ІНСТИТУТ ім. О.В. БОГАТСЬКОГО
ФЕДЬКО НАДІЯ ФЕДОРІВНА
547.657 : 547.46’.2 : 547.333.1 : 66.095.253.7
СИНТЕЗ ТА ВЛАСТИВОСТІ ЙОНОАКТИВНИХ ПОХІДНИХ НАФТАЛІМІДУ
02.00.03 - органічна хімія
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата хімічних наук
Одеса –
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі органічної хімії Одеського національного університету ім. І.І. Мечникова Міністерства освіти і науки України.
|
Науковий керівник: |
доктор хімічних наук, професор Анікін Валерій Фомич, Одеський національний університет ім. І.І. Мечникова, професор кафедри органічної хімії |
|
Офіційні опоненти: |
доктор хімічних наук, професор Орлов Валерій Дмитрович, Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, завідувач кафедри органічної хімії |
|
кандидат хімічних наук Степанов Дмитро Євгенович, Фізико-хімічний інститут ім. О.В. Богатського НАН України, науковий співробітник відділу каталізу |
|
|
Провідна установа: |
Національний технічний університет України (КПІ) МОН України, м. Київ |
Захист відбудеться 21 червня 2007 року о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.219.02 в Фізико-хімічному інституті ім. О.В. Богатського НАН України за адресою: 65080, м. Одеса, Люстдорфська дорога, 86.
З дисертацією можна ознайомитись в науковій бібліотеці Фізико-хімічного інституту ім. О.В.Богатського НАН України.
Автореферат розісланий “18” травня 2007 року
Вчений секретар спеціалізованої
вченої ради, к.х.н. Литвинова Л.О.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Нафталімід (1Н-бенз[de]ізохінолін-1,3(2Н)-діон) і його N-алкілпохідні знайшли застосування в різних областях науки і техніки завдяки своїм фотохромним властивостям. Крім того, в кінці 80-х років XX століття була встановлена здатність N-алкілнафталімідів до специфічного зв’язування з деякими біологічними речовинами і тканинами, що дозволило використовувати сполуки даного класу в біології і медицині як флуоресцентні зонди при дослідженнях пухлин різних типів та як субстанції протиракових і антивірусних препаратів. З огляду на це, інтерес до заміщених N-алкілнафталімідів залишається на достатньо високому рівні і в наш час.
Актуальність роботи. Об’єктами досліджень, що проводяться в області хімії похідних нафталіміду, є перш за все його 3- і 4-заміщені. В той же час кількість відомих люмінофорів нафталімідного ряду з замісниками в положеннях 4 і 5 нафталінового ядра, які можуть бути більш ефективними йоноактивними речовинами, дуже мала. Тому актуальним є проведення досліджень, присвячених синтезу та вивченню властивостей нових похідних 4,5-дизаміщених нафталімідів.
Основним методом отримання N-алкілнафталімідів є аміноліз нафталевих ангідридів первинними амінами. Однак особливості протікання цього процесу вивчені недостатньо. Доцільно виділити та ідентифікувати проміжні продукти реакції амінолізу, докладно вивчити їх властивості та можливі напрямки перетворень.
Методи введення нафталімідного ядра в різноманітні молекули в м’яких умовах, які є особливо важливими для біологічних об’єктів, залишаються нерозробленими. Жорсткі умови виникають внаслідок низької розчинності заміщених нафталімідів в більшості органічних розчинників. Доцільним є отримання сполук, які були б ефективними донорами нафталімідного фрагмента в м’яких умовах завдяки високій реакційній здатності та розчинності в малополярних середовищах, а також вивчення можливості використання таких речовин для синтезу різноманітних похідних нафталіміду.
Зв’язок роботи з науковими програмами і темами. Дослідження було частиною наукової тематики кафедри органічної хімії Одеського національного університету і виконувалось в рамках держбюджетної теми “Дослідження напрямків синтезу, хімічних та спектральних властивостей похідних нафталіміду” (2004–рр., номер держреєстрації 0104U010090), а також реалізацією програми наукових досліджень між Одеським та Регенсбургським університетами.
Метою даної роботи є розробка нових методів синтезу і вивчення властивостей йоноактивних похідних нафталіміду. Для досягнення поставленої мети потрібно було вирішити наступні завдання:
- Виділити та ідентифікувати проміжні продукти реакції ацилювання первинних амінів заміщеними нафталевими ангідридами, детально вивчити їх властивості та напрямки перетворення.
- Одержати сполуки, які були б ефективними донорами нафталімідного ядра в малополярних системах, і дозволяли проводити синтез N-алкілнафталімідів в м’яких умовах без протікання побічних реакцій.
- Отримати нові похідні нафталімідів з донорними замісниками в положеннях 4 і 5, дослідити їх фізичні та спектрально-люмінесцентні властивості.
Об’єкт дослідження –похідні іміду 1,8-нафталіндикарбонової кислоти.
Предмет дослідження –реакції отримання заміщених N-алкілнафталімідів, властивості синтезованих сполук.
Методи дослідження –органічний синтез, мас-спектрометрія, ЯМР Н, ІЧ, електронна абсорбційна та флуоресцентна спектроскопія, термогравіметричний аналіз, квантово-хімічні напівемпіричні методи розрахунків молекулярної будови.
Наукова новизна одержаних результатів. В дисертації вперше:
- Виділено та ідентифіковано ряд алкіламоній 8-алкілкарбамоїлнафталін-1-карбоксилатів –проміжних продуктів реакції амінолізу нафталевих ангідридів первинними амінами. Встановлено, що при температурах 190 – С та в водних розчинах лугів отримані солі кількісно перетворюються в відповідні N-алкілнафталіміди, тоді як при температурах 100 – С в органічних розчинниках та в водних розчинах кислот протікають паралельні процеси утворення нафталевих ангідридів та N-алкілнафталімідів.
- Проведене квантово-хімічне моделювання можливих шляхів перетворення алкіламоній 8-алкілкарбамоїлнафталін-1-карбоксилатів. Виявлено, що серед можливих продуктів їх перетворення (нафталевих ангідридів, N-алкілнафталімідів, N-алкілізонафталімідів, N-алкілнафталамових кислот) продуктом термодинамічно контрольованого процесу є N-алкілнафталімід.
- Обміном аніонів і екстракцією цільової солі в органічну фазу отримано ряд тетраалкіламоній нафталімідів. Показана ефективність при їх використанні як донорів нафталімідного ядра в м’яких умовах, що дозволяє отримувати N-алкілнафталіміди та біс-нафталіміди з високими виходами.
- Нуклеофільним заміщенням атомів хлору синтезовані нові N-алкілнафталіміди з N- та О-електронодонорними замісниками в положеннях 4 та 5. Встановлено характер впливу замісників в положеннях 4 та 5 на спектрально-люмінесцентні властивості отриманих сполук в порівнянні з їх 4-монозаміщеними аналогами.
Практичне значення отриманих результатів. На основі детального вивчення властивостей отриманих 8-алкілнафталін-1-карбоксилатів алкіламонію показано, що вони можуть бути з високими виходами перетворені в N-алкілзаміщені нафталіміди.
Запропонований метод синтезу функціональних похідних моно- і біс-нафталімідів, оснований на реакціях алкілування тетраалкіламоній нафталімідів, має ряд синтетичних переваг в порівнянні з методом ацилювання первинних амінів нафталевими ангідридами і міжфазнокаталітичним алкілуванням нафталімідів. Він є зручним інструментом для введення нафталімідного фрагмента в різноманітні молекули в м’яких умовах.
Отримані N-алкілнафталіміди з донорними замісниками в положеннях 4 та 5 є чутливими до зміни полярності середовища хромо- і флуорофорами і можуть рекомендуватися для використання як люмінофори.
Одержані результати можуть бути використані в вузівських курсах з органічної хімії, а також спецкурсах, присвячених методам фізичної органічної хімії і методам органічного синтезу.
Особистий внесок автора полягає в самостійному проведенні синтетичних експериментів: розробці нових способів синтезу нафталімідних структур і отриманні нових йоноактивних похідних нафталіміду; в визначенні і інтерпретації фізико-хімічних констант, які характеризують синтезовані сполуки. Постановка мети і завдань дослідження, а також аналіз отриманих результатів проводилися спільно з науковим керівником. Вимірювання спектрів люмінесценції і величин квантових виходів з обговоренням результатів виконані спільно з к.х.н. Паценкером Л.Д. (НТК “Інститут монокристалів” НАН України, м. Харків). ІЧ, мас-спектри, спектри ЯМР Н вперше отриманих сполук були виконані в Інституті органічної хімії Регенсбурзького університету (Німеччина) при доброзичливому сприянні проф. А. Мерца та в Київському національному університеті ім. Т.Г. Шевченка. Комп’ютерне моделювання процесів проводилось спільно з к.х.н. Ведутою В.В. (ОНУ ім. І.І. Мечникова). Всім вище перерахованим колегам автор висловлює подяку за безцінну допомогу.
Апробація роботи. Основні положення роботи докладалися на IV Всеукраїнській конференції студентів та аспірантів “Сучасні проблеми хімії” (Київ, 2003 р.); Міжнародній конференції студентів та аспірантів “Сучасні напрямки розвитку хімії” (Одеса, 2004 р.); IІ Всеукраїнській конференції молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії (Дніпропетровськ, 2004 р.); XX Українській конференції з органічної хімії (Одеса, 2004 р.); IІІ Всеукраїнській конференції молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії (Харків, 2005 р.); VIII конференції молодих учених та студентів-хіміків Південного регіону України (Одеса, 2005 р.); IV Міжнародній конференції “Сhemistry of nitrogen containing heterocycles, CHNH–” (Харків, 2006 р.).
Публікації. За темою дисертації опубліковано 10 наукових праць, в тому числі 3 статті і 7 тез доповідей.
Обсяг і структура роботи. Дисертація викладена на 141 сторінках машинописного тексту, містить 21 таблицю, 18 рисунків. Робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку цитованої літератури, що включає 148 найменувань, і додатку.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета і завдання роботи, визначена її наукова новизна і практична цінність одержаних результатів.
У першому розділі дисертації приведені літературні дані про методи синтезу заміщених нафталімідів та про відомі йоноактивні похідні нафталіміду.
У другому розділі представлені результати вивчення умов утворення та напрямів перетворення алкіламоній 8-алкілкарбамоїлнафталін-1-карбоксилатів (ІІа-м), які були виділені та ідентифіковані при амінолізі заміщених нафталевих ангідридів первинними амінами в малополярних і диполярних апротонних розчинниках (схема 1).
Схема 1
|
Y=H: Z=H (Ia), 2-Br (Іб), 3-NO (Ів), 4-Cl (Іг), 4-Br (Ід), 4-NO (Іе), 4-морфоліно-(Іє); Y=Cl: Z=4-Cl (Iж); R=н-CH: Y=H: Z=H (IІa, ІІІа), 2-Br (IІб, ІІІб), 3-NO (IІв, ІІІв), 4-Cl (IІг, ІІІг), 4-Br (IІд, ІІІд), 4-NO (IІе, ІІІе), 4-морфоліно- (IІє, ІІІє); Y=Cl: Z=4-Cl (IІж, ІІІж); R=н-CH: Y=H: Z=H (IІз, ІІІз), 4-Cl (IІи, ІІІи), 4-Br (IІі, ІІІі), 4-NO (IІк, ІІІк),Y=Cl: Z=4-Cl (IІл, ІІІл); R=CH: Y=H: Z=H (IІм, ІІІм). |
При нагріванні до 100 С в хлоробензолі, оцтовій кислоті і диметилформаміді солі (ІІа -м) перетворюються за двома напрямами –циклізуючись в вихідні нафталеві ангідриди і кінцеві продукти –N-октилнафталіміди (рис.1). Характер кривих накопичення продуктів свідчить про необоротність реакції циклізації проміжних солей в кінцеві продукти амінолізу (ІІІа-м) і про оборотність процесу їх переходу в вихідні ангідриди (Іа-ж).
В кислому середовищі при кімнатній температурі алкіламонійні солі N-алкілнафталамової кислоти також циклізуються і в вихідні ангідриди, і в N-алкіліміди, тоді як додавання до водних розчинів сполук (ІІа-м) лугів веде до утворення виключно N-алкілнафталімідів (ІІІа-м).
Дані диференціального термічного аналізу сполук (ІІа-м) свідчать про те, що в інтервалі температур 120 –С для всіх солей спостерігається втрата маси, яка супроводжується ендотермічним піком на диференційній кривій залежності температури від часу (кривій ДТА).
За своєю величиною дана втрата маси відповідає відщепленню молекули води і молекули аміну, тобто перетворенню солей алкіламонію і N-алкілнафталамової кислоти в відповідні N-алкілнафталіміди, що доведено методом температурних зупинок.
Для з’ясування механізму реакції циклізації отриманих алкіламонійних солей N-алкілнафталамових кислот (ІІа-м) було проведене комп’ютерне моделювання можливих шляхів протікання реакції з використанням квантово-хімічного напівемпіричного методу РМ3. Дані розрахунків показують, що циклізація метиламонійної солі N-метилнафталамової кислоти (IІм) в імід (ІІІм) ймовірно протікає через стадію внутрішньомолекулярної міграції протону від N-метиламідної групи до карбоксилат-аніона, в результаті якої утворюється карбоксильна група та значно збільшується нуклеофільність амідного азоту. Подальше перетворення інтермедіату (ІV) може легко відбуватися при взаємному зближенні аніона амідної групи і карбоксильної групи. На третій стадії синхронне відщеплення молекул води та метиламіну приводить до утворення N-метилнафталіміду (ІІІм) (схема 2).
Схема 2
Альтернативним напрямком реакції є атака атомом кисню амідної групи атома вуглецю карбоксильної групи в інтермедіаті (ІV) з наступним відщепленням молекул води і метиламіну, що призводить до утворення відповідного ізонафталіміду (VІI).
Конкурентна реакція циклізації солі (ІІм), що в кінцевому рахунку приводить до утворення нафталевого ангідриду (Ia), відбувається в дві стадії. На першій стадії карбоксилатний аніон кисню атакує атом вуглецю амідної групи з утворенням нестійкого інтермедіату (IX). Далі проходить синхронне відщеплення двох молекул аміну і одержується нафталевий ангідрид (Ia).
Міграція протону від метиламонійного катіона солі (ІІм) до кисню карбоксилат-аніона приводить до екзотермічної реакції утворення N-метилнафталамової кислоти (VIII) і метиламіну (схема 2). Однак розрахунки методом РМ3 наступної стадії –атаки азотом амідної групи вуглецю карбоксильної групи не дозволяють локалізувати перехідний стан даного процесу, що ймовірно пов’язано з відносно низькою нуклеофільністю азоту N-метиламідної групи кислоти (VIII) для атаки неактивованої карбоксильної групи.
Згідно проведеним розрахункам, термодинамічний контроль процесу перетворення солі (IІм) повинен приводити до утворення N-метилнафталіміду як найбільш енергетично вигідної системи (рис. 2), що підтверджується експериментальними даними.
2. конецформыначалоформыКлянусь Аллахом ты в опасности Диалог в тюрьме между Шейхом Абу Мухаммадом АльМ.html
3. Ограниченные вещные права в гражданском праве1
4. Лекція 1 ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА підцарства найпростiших До найпростiших належать дрiбнi органiзми в а
5. Сокол 1 Преступление гдето было
6. тематическое обеспечение программное обеспечение информационное обеспечение лингвистическое обе.html
7. Елабужский автомобильный завод
8. на тему- ldquo;Реалізація контролера семисегментного дисплею
9. Предмет и содержание анатомии
10. реферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата економічних наук Київ ~ Ди.html
11. Методы мозгового штурма Модификации метода мозгового штурма
12. ВЛОМОНОСОВА ИСТОРИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кривичская пр
13. Тема- Кондуктометр.
14. Личностные особенности матери ребенка с отклонениями в развитии и их влияние на детско-родительские отношения
15. О дивный новый мир
16. моменты или периоды времени наступление или истечение которых влечет определенные правовые последствия
17. Амортизация ~ процесс постепенного переноса стоимости основных фондов на стоимость готовой продукции
18. Тематика Программное содержание Тематика
19. Тема- Единицы измерения информации
20. Война и мир Андрея Болконского