Synthesis of Cyclohex-3-ene(ane)-, 1-Methylcyclohex-3-ene(ane)-, and 5-Alkylphenyl-Substituted Dodecacarboxylic Acids

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Среди гетероциклических соединений азотсодержащие производные имеют большое значение благодаря широкому спектру применения и ценным практическим свойствам. Амидные соединения карбоновых кислот проявляют биологическую активность и широко используются в медицинской практике в качестве лекарственных средств, стимуляторов роста сельскохозяйственных растений, ингибиторов для защиты металлов от коррозии в технике.

Лекарственные препараты салициламид, фенацетин, парацетамол, изониазид, никодин, оксафенамид, кардиамин содержат в своем составе амидный фрагмент различных карбоновых кислот.

Азотсодержащие гетероциклические органические соединения с различными функциональными группами, нуклеиновые кислоты, пигменты, витамины, белки с пептидными аминокислотными связями широко распространены в природе и выполняют важные физиологические функции в живом организме. На биологическую активность азотсодержащих органических соединений существенное влияние оказывают положение и природа других функциональных групп в их молекуле.

Целью представленной работы являлся синтез различных функционально замещенных моно- и диамидов, гетероциклических азотсодержащих органических соединений на основе хлорангидридов функционально замещенных циклических, ациклических карбоновых и нафтеновых кислот.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Изучены электрофильные реакции алициклических карбоновых кислот и их функционально замещенных производных с хлорангидридами и ароматическими, алифатическими, циклическими аминами различного строения [1–5]. Карбоновые кислоты циклогексенового ряда [6] получали конденсацией диеновых углеводородов, в частности, бутадиена-1,3 с диенофилами, акриловой и метакриловой кислотами по реакции Дильса–Альдера (схема 1).

Схема 1

Циклогексан- (3) и 1-метилциклогексанкарбоновые (4) кислоты были получены гидрированием [7] ненасыщенных кислот 1, 2 в присутствии катализатора (никель–кизельгур) (схема 2).

Схема 2

Фенил- и алкилфенилзамещенные циклогексан-, 1-метилциклогексанкарбоновые кислоты 6a, b синтезированы алкилированием бензола и алкилбензола [8] бициклическим g-лактоном 5 (полученным по методу из литературы [9]) и циклогексен-3-карбоновой кислотой (1) в условиях реакции Фриделя–Крафтса, протекающей по схеме 3.

Схема 3

Как видно из схемы 3, реакция протекает при избыточном количестве изопропилбензола по сравнению с γ-лактоном (5), т.е. изопропилбензол используется и как реагент, и как растворитель.

При взаимодействии синтезированных кислот 1–4, 6a, b с трихлорированным фосфором в среде бензола с высокими выходами были получены их хлорангидриды 7–10, 10a, 11. Состав и строение кислоты 6b подтверждены данными ИК спектроскопии и рентгеноструктурного анализа (РСА) (рисунок).

Что касается бициклических лактонов, то при алкилировании бензола и его производных моноциклическими лактонами [9] получают алкилфенилзамещенные алифатические карбоновые кислоты.

Для этого 2-гептилвалеролактон (12) был получен окислением 2-гептилциклопентана в жидкой фазе по методу из литературы [10]. Реакцию проводили в присутствии комплекса карбамида с пероксидом водорода. Алкилированием бензола и различных его производных в условиях реакции Фриделя–Крафтса с использованием 2-гептилвалеролактона в качестве алкилирующего реагента синтезированы соответствующие алкилфенилзамещенные алифатические карбоновые кислоты 13a, b, c, d. Реакция протекает по схеме 4.

Схема 4

Состав и строение синтезированных лактона 12 и кислот 13a–d подтверждены физико-химическими методами и данными ИК-спектроскопии. Интенсивная полоса поглощения 1750 см^–1 в ИК спектре лактона 12 характерна для d-лактонов и подтверждает его структуру. ИК спектр кислоты 13b (ν, см^–1): 2850 (СООН, связанный), 1710 (СООН, димер), 1600, 1500, 1480 (С=С_аром.), 760, 700 (Ar_{монозам.}). Обнаруженные в ИК спектре полосы поглощения подтверждают структуру синтезированного соединения 13b.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Чистоту исходных материалов, растворителей и выделенных из реакционной смеси веществ контролировали с помощью газожидкостной хроматографии (ГЖХ) и тонкослойной хроматографии (ТСХ). Анализ методом ГЖХ проводили на хроматографе “Хром-3” (детектор-катарометр), медная колонка (диаметр 6 мм, длина 3 м), фаза “Айрезон-Л”, “Хромосорб Ж”, носитель N2, температура 110–1800°С, на хроматографе “ЛОМ-7А” (детектор пламенно-ионизационный), медная колонка (диаметр 6 мм, длина 3 м), фаза – силиконовое масло, носитель N2 в “Цеолите-545”, температура колонки 150–200°С.

ИК-спектр синтезированных веществ регистрировали на приборе “UR-20”, “Nicolet IS-10” (США) в тонком слое или в суспензии в вазелиновом масле.

Циклогекс-3-енкарбоновая кислота (1). Смесь 216 г (3 моль) акриловой кислоты и 165 г (3 моль) дивинила в 200 мл толуола и 2 г гидрохинона нагревали при температуре 180–200°С во вращающемся автоклаве в течение 2 ч. После перегонки получали 358.6 г (94%) аддукта. Т. кип. 229.8–232°С (760 мм рт.ст.) (230–232°С [11]), $n_D^{20}$ 1.4819 ($n_D^{20}$ 1.4820 [11]). Брутто-формула –C₇H₁₀O_2.

Метилциклогекс-3-енкарбоновая кислота (2). К смеси 260 г (3 моль) метакриловой кислоты, 165 г (3 моль) бутадиена и 200 мл толуола добавляли 2 г гидрохинона и нагревали в автоклаве при температуре 180–200°С в течение 2 ч. После перегонки получали 360 г (86%) аддукта. Т. кип. 230–232°С/атм. После перегонки аддукт кристаллизовался; т. пл. 78°С (EtOH–H₂O). Т. пл. 77.5–78°С [11]. Брутто-формула –C₈H₁₂O₂.

Циклогексанкарбоновая кислота ( 3). Гидрировали 378 г (3 моль) циклогекс-3-енкарбоновой кислоты (1) водородом при давлении 125–130 атм и температуре 180–200°С в автоклаве по методу, описанному в работе [12] в присутствии никелевого катализатора, пропитанного кизельгуром. Выход 376.32 г (98%). Т. кип. 197–199°С/атм, $n_D^{20}$ 1.4870. Физико-химические характеристики аналогичны приведенным в литературе [12].

Метилциклогексанкарбоновая кислота (4). Гидрировали 320 г (3 моль) 1-метилциклогекс-3-енкарбоновой кислоты (2) Аналогично гидрированию соединения 3. Выход 317.52 г (97.4%). Т. кип. 230–232°С/атм, $n_D^{20}$ 1.4920 физико-химические характеристики аналогичны приведенным в литературе [12].

1-Метил-6-оксабицикло [3.2.1.]октан-7-он (5). Смесь 35 г (0.25 моль) 1-метилциклогекс-3-енкарбоновой кислоты (2) и 0.25 моль ZnCl₂ в 100 мл нитрометана нагревали при 75–80°С в течение 5 ч. Реакционную массу разлагали ледяной водой, подкисленной HCl, водную часть экстрагировали эфиром, экстракт добавляли к органической части и сушили. После отгонки растворителя при нормальных условиях остаток перегоняли в вакууме. Выход 33.8 г (96.5%). Т. кип. 97–98°С/8 мм рт.ст. После дистилляции продукт кристаллизовался. Т. пл. 32.5–34°С (EtOH–H₂O). Эти физико-химические характеристики, полученные экспериментально, совпадают с приведенными в литературе [13].

3-(4-Изопропилфенил)-1-метилциклогексанкарбоновая кислота (6a) и 4-фенилциклогексанкарбоновая кислота (6b). Смешивали 0.25 моль δ-лактона (18.5 г) и 80 мл изопропилбензола, прибавляли к полученной смеси 0.25 моль AlCl₃(33.33 г). Температура реакционной массы повышалась до 60°С. После добавления AlCl₃ реакционную массу перемешивали при комнатной температуре в течение 6 ч. Затем к реакционной смеси добавляли 20 мл изопропилбензола и нагревали на водяной бане в течение 1 ч. После охлаждения реакционную массу, подкисленную соляной кислотой, разлагали ледяной водой. После отделения водной части ее экстрагировали эфиром, экстракт смешивали с органической частью и сушили. После отгонки растворителя при нормальных условиях остаток перегоняли в вакууме. Выход 40.5 г (62.3%). Т кип. 228–231°С/5 мм рт.ст., $n_D^{20}$ 1.6228, $d_4^{20}$ 1.0438. ИК спектр, ν, см^–1: 1700 (С=О), 1600–1500 (С=C_ар), 880, 860, 800 (С=C_ар, 1,4-замещенный).

По этому же методу из 6.3 г (0.05 моль) кислоты 1 в 60 мл бензола в присутствии 6.68 г (0.05 моль) AlCl₃ было получено 6.12 г (60%) 4-фенилциклогексанкарбоновой кислоты (6b). Т пл. 203–204°С (EtOH–H₂O). ИК спектр, ν, см^–1: 1700 (С=O), 1600, 1580, 1500 (С=C_ар.), 850, 830 (Ar, 1,4-замещенный). Данные РСА представлены на рисунке.

D-Гептил-D-валеролактон (12). Из смеси 1 л (30%) перекиси водорода и 400 г метилмочевины получали комплекс мочевины и к нему при перемешивании прибавляли 400 мл (90–94%) муравьиной кислоты. Затем в течение 30 мин. перемешивали и по каплям прибавляли 1 моль 2-гептилциклогептанона-1 (210 г), поддерживая температуру реакции 20–25°С. Комплекс кетон–мочевина готовили в мольном соотношении 1 : 1.2. Реакционную массу перемешивали 1 ч, затем орга-ническую часть отделяли в делительной воронке и промывали водой до получения нейтральной среды. Водную часть экстрагировали толуолом, экстракт смешивали с органической частью и сушили. После отгонки растворителя при нормальных условиях остаток перегоняли в вакууме. Выход 170.30 г (88%). Т. кип. 155–160°С/6 мм рт.ст.,  1.4625. Эти (Т. кип., Т пл.) характеристики, полученные экспериментально, совпадают с приведенными в литературе [14].

5-Фенилдодекакарбоновая кислота (13а). Лактон 12 (19.8 г, 0.1 моль) и 80 мл бензола смешивали и добавляли 13.35 г (0.1 моль) AlCl₃. Температура реакционной массы повышалась до 45°С. После перемешивания в течение 5 ч при комнатной температуре добавляли 30 мл бензола и нагревали при температуре 65–70°С в течение 50–55 мин. После охлаждения реакционную массу разлагали ледяной водой, подкисленной соляной кислотой. Водную часть экстрагировали эфиром. Экстракт добавляли к органической части и сушили. После отгонки растворителя при нормальных условиях остаток перегоняли в вакууме. Выход 26.12 г (94.65%). T кип. = 198–201°С/8 мм рт.ст., $n_D^{20}$ 1.4880, $d_4^{20}$ 0.9583. ИК спектр, ν, см^–1 (рисунок): 2850 (–СООН, связанная), 1710 (–СООН, димер), 1600, 1500, 1480 (С=С_ар.), 760, 700 (С=С_ар. однозамещенный).

ИК-спектр 5-фенилдодекакарбоновой кислоты 13a. ИК-спектр соединения 13а полностью подтверждает его структуру.

Натриевые соли синтезированных кислот 13a–d являются поверхностно-активными веществами и обладают хорошими пенообразующими свойствами. Они обладают высокой растворимостью в дистиллированной, обычной и морской воде при любых температурных условиях.

5-Толилдодекакарбоновая кислота (13b). Алки-лировали толуол (120 мл) лактоном 12 (19.8 г, 0.1 моль) в присутствии 13.35 г (0.1 моль) AlCl₃. Выход 27.56 г (95.12%). T кип. = 212–215°С/6 мм рт.ст., $n_D^{20}$ 1.4860, $d_4^{20}$ 0.9425. ИК спектр, ν, см^–1: 2900–2860 ш. (–OH), 1705 (–C–O), 1300–1150 (C–OH), 1580, 1510, 1470 (C=C_ar.), 760, 720 (Ar – однозамещенный).

5-(р-Этилфенил)додекакарбоновая кислота (13c) получена по указанному выше методу с использованием 19.8 г (0.1 моль) лактона 12 в присутствии 13.35 г (0.1 моль) AlCl3 и 120 мл этилбензола. Выход 26.41 г (86.87%). T кип. 245–248°С/25 мм рт.ст.,  1.4820,  0.9397. ИК спектр, ν, см^–1: 2800 (СООН), 1709 (С=О), 1610, 1580, 1500 (С=С_ар), 860, 840, 810 (С=С_ар, 1,4-дизамещенный).

5-(2,5-Диметилфенил)додекакарбоновая кислота (13d) получена аналогично в присутствии 13.35 г (0.1 моль) AlCl₃ взаимодействием 19.8 г (0.1 моль) лактона 12 с п-ксилолом (120 мл). Выход 26.26 г (86.4%). Т кип. 247–250°/25 мм рт.ст., $n_D^{20}$ 1.4816, $d_4^{20}$ 0.9383. ИК спектр, ν, см^–1: 2680 (СООН), 1710 (С=О), 1610, 1560, 1500 (С=С_ар), 880, 850, 810 (Ar., 1,2,5-тризамещенный).

Таким образом, на основе хлорангидридов циклогекс-3-ен(ан), 1-метилциклогекс-3-ен(ан), алкилфенилзамещенной додекакарбоновой кислот синтезированы биологически активные производные бензимидазола, индола, бензоксазола. Ингибирующие свойства нескольких карбоксамидных соединений были исследованы на примере N,N(1,4-фенилен)диалкилкарбоксамида, 4-(алкилкарбоксамид)бензоата и N-(алкилкарбонил)бензамида. Установлено, что вышеуказанные соединения обладают более высокими антикоррозионными свойствами по сравнению с известными аналогами (алифатические меркаптаны, дибензилсульфоксид) и могут быть использованы в качестве ингибиторов коррозии металлов в промышленности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Конденсацией диеновых углеводородов и некоторых диенофилов (акриловой, метакриловой кислот) синтезированы циклогекс-3-ен-, 1-метилциклогекс-3-ен-, 1,3-диметилциклогекс-3-енкарбоновые кислоты в условиях реакции Дильса–Альдера. Гидрированием полученных ненасыщенных кислот синтезированы соответствующие насыщенные циклогексан- и 1-метилциклогексанкарбоновые кислоты.

Алкилированием бензимидазола 3-(4-хлорфенил)-1-метилциклогексан- и 3-хлор-1,3-диметилциклогексанкарбоновыми кислотами получены N-циклоалкилпроизводные, содержащие в своей молекуле карбоксильную группу.

Синтезированы соответствующие С-алкилпроизводные бензимидазола ацилированием о-фенилендиамина хлорангидридами циклогексан-, 1-метилциклогексанкарбоновых, ациклических и нафтеновых кислот.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

About the authors

G. A. Mirzoyeva

Author for correspondence.
Email: iradam@rambler.ru
Azerbaijan, 25, H. Javid Ave., Baku, 1073

Sh. M. Eyvazova

Email: iradam@rambler.ru
ORCID iD: 0009-0005-9848-5919
Azerbaijan, 25, H. Javid Ave., Baku, 1073

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Scheme 1

Download (19KB)

Indexing metadata

3. Scheme 2

Download (29KB)

Indexing metadata

4. Scheme 3

Download (41KB)

Indexing metadata

5. Scheme 4

Download (62KB)

Indexing metadata