СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛИЭФИРОВ НА ОСНОВЕ ПИРРОЛА КНОРРА И ЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ

Целенаправленный синтез новых соединений, обладающих различными видами биологической активности является одним из направлений современного тонкого органического синтеза. Также известно, что сочетанием различных химических структур в соединениях иногда удается достичь их синергического эффекта или получить вещества с новыми полезными свойствами.

Химическая модификация новых биологически активных соединений основана на влиянии химического строения на биологическое действие. Направленный синтез различных классов соединений может базироваться на аналогии в строении уже известных биологически активных веществ. Сохраняет свое значение и первичный отбор, связанный с необходимостью изучения большого числа впервые синтезированных соединений.

Наличие в молекулах органических соединений атомов азота и серы обуславливает их высокую физиологическую активность, зачастую приводя к снижению токсичности. Причем их гетероциклические производные, обычно характеризуются значительно более эффективным проявлением биологической активности, чем алифатические.

В настоящее время исследование свойств, а также синтез производных гетероциклических аминов, в частности производных пиррола является весьма перспективным благодаря широким возможностям химической модификации.

Пиррол Кнорра (2,4-диметил-3,5-диэтоксикарбонилпиррол) является представителем класса гетероциклических соединений, обладающий двумя сложноэфирными группами. Несмотря на простоту получения и достаточно простое химическое строение, пиррол Кнорра может быть системно изменен и модифицирован в интересные в практическом плане соединения [1].

Известно, что фармацевтическая индустрия широко и масштабно развивается в последние десятилетия и это, несомненно, связано с поиском новых препаратов, содержащих в своей структуре гетероциклический фрагмент. В этой связи необходимо отметить о возможности создания большого количества эффективных лекарственных средств нового поколения.

Нами была предпринята попытка исследовать гетероциклические соединения и в других интересных научных направлениях, в частности, в области синтеза новых полимерных материалов, содержащих в своей структуре гетероциклический фрагмент. В этом плане нами было выбрано производные пиррола, в частности, пиррол Кнорра, синтез которого осуществлялся по известной классической схеме на основе 1,3-дикарбонильного ацетоуксусного эфира.

Схема 1. Синтез пиррола Кнорра

Структура пиррола Кнорра доказана сравнением с температурой плавления со справочными данными 138-139 °С, а также данными ИК-спектра. Чистота продукта доказана данными газо-жидкостной хроматограммы и равна 98 %.

Являясь привлекательным продуктом, применяемым в различных отраслях промышленности, производные пиррола представляет особый интерес для всевозможных реакций модификаций. Однако сведения о пространственном строении и реакционной способности данного класса соединений ограниченны.

Присутствие в молекуле пиррола Кнорра протона у атома азота цикла позволяет предположить возможность использования его в реакциях депротонирования, что позволило бы выйти к самым разнообразным функциональным производным, интересным с различных точек зрения.

Другой интересной реакцией является реакция гидролиза сложного эфира. В результате этой реакции можно синтезировать пирролсодержащую дикислоту (2,4-диметил-3,5-пирролдикарбоновая кислота), которая может представлять значительный интерес в качестве потенциального объекта в синтезе различных полиэфиров, полиамидов и полиуретанов.

Известно, что реакция гидролиза в щелочной среде является необратимой и очень удобной для синтеза соответствующих кислот [2]. В соответствии с этим нами проведен щелочной гидролиз пиррола Кнорра. Для этого определены оптимальные условия, которыми являются: водно-спиртовая среда, которая позволяет полностью растворить пиррол Кнорра. Затем добавили рассчитанное количество раствора едкого натрия. Реакция заканчивается в течение 1-1,5 часа. Для выделения свободной кислоты обработали реакционную смесь раствором соляной кислоты. При этом наблюдали мгновенное выпадение нерастворимой в воде дикислоты. Образовавшийся целевой продукт отфильтровывали и перекристаллизовывали из водного спирта. Чистую свободную кислоту высушили и определили т.пл., которая соответствует 205°C.

Чистота продукта также определена методом ВЭЖХ. Степень чистоты равна 95 %.

Схема 2. 2,4-диметил-3,5-пирролдикарбоновая кислота

Представлялось интересным провести поликонденсацию синтезированной кислоты с этиленгликолем. Нами была проведена реакция полиэтерификации 2,4-диметилпиррол-3,5-дикарбоновой кислоты с этиленгликолем в эквимолярных соотношениях. Процесс длился в пределах двух часов и окончание реакции определяли по количеству воды в сосуде Дина-Старка и на основании ИК-спектра полученного продукта. Предполагаем,что получение полиэфира протекает по следующей схеме:

Схема 3. Получение полиэфира

Далее для нас было интересным изучение какими свойствами обладает полученный полиэфир. Для оценки средне весовой молекулярной массы полиэфира был использован метод Дебая (светорассеяния). Определение мутности растворов полимера проводилось турбидиметрическим методом с помощью нефелометра марки 2100 AN фирмы HACH при λ=5460 Å [4].

Для оценки средневесовой молекулярной массы полиэфира был использован метод Дебая (светорассеяния). Определение мутности растворов полимера проводилось турбидиметрическим методом с помощью нефелометра марки 2100 AN фирмы HACH при λ=5460 Å. Данный метод является наиболее надежным и удобным из немногих абсолютных методов определения молекулярной массы полимеров, притом охватывающим исключительно широкий интервал молекулярных масс. Кроме того, это прямой метод измерения размеров макромолекул в растворе, используемый для апробации и калибровки других, косвенных методов (в частности, гидродинамических).

Концентрация исходного раствора для определения молекулярной массы полимера в области длины волны 10⁵–10⁷ имеет порядок 2·10^-3 г/мл (0,2 г/дл). Для этого, навеску ненасыщенной полиэфирной смолы массой 0,1 г (с точностью до 0,0001) помещали в заранее взвешенную мерную колбу (~50 мл) с притертой пробкой. Далее растворяли в увеличивающемся объеме тщательно очищенного и многократно перегнанного растворителя, доводили до метки и взвешивали. Концентрацию раствора С₁ (г/см³) вычисляли по формуле [5]:

С₁=m_пρ/m_р                                                                                       (1)

где: т_п – масса полимера, г;

        ρ – плотность растворителя, г/см³;

т_р – масса растворителя, г.

Затем 30 мл приготовленного раствора переносили в кювету прибора, определяли мутность раствора в единицах NEPH и показатель преломления до полной воспроизводимости. Из имеющегося раствора получали серию растворов путем последовательного разведения аликвоты (~30 мл) каждого предыдущего раствора до 50 мл в мерной колбе, снимали мутность и показатели преломления. Концентрацию последующих растворов вычисляли по вышеуказанной формуле.

В продолжение исследований была определена цена деления шкалы нефелометра (β).

                        β =                                                                                      (2)

Далее рассчитывали приведенную интенсивность растворов полимера (), подставив значения в формулу. Постоянную величину (Н) вычисляли по формуле:

                        = β (                                                           (3)

                                                                                        (4)

Таблица 1.

Вычисленные значения по методу нефелометра.

По вычисленным значениям был построен график зависимости  [3].

Рисунок 1. График зависимости

Экстраполяцией получили отрезок, который соответствует предельному значению HC/=1/М_W. Молекулярная масса полученного полиэфира равна 5263.

По итогам проведенной работы, заключавшейся в целенаправленном синтезе, химической модификации синтезированных производных замещенных пирролов.

В результате проведенной работы можно сделать следующие выводы:

- разработаны научные основы целенаправленного синтеза производных пиррола Кнорра, содержащих реакционноспособные функциональные группы.

- проведены реакции функционализации пиррола Кнорра, содержащего в своей структуре электроноакцепторные сложно-эфирные группы.

- структура и чистота синтезированных соединений доказана широким спектром физико-химических методов анализа, таких как ИК-спектроскопия, а также ВЭЖХ-анализа.

- установлены состав и структура с привлечением комплекса современных методов исследования, как ИК и ЯМР-спектрометрия, а также ВЭЖХ-анализ;

Список литературы:

1. Оудиан Дж. Основы химии полимеров. Москва, Мир, 2003 – 39 с.
2. Ohta M.,Yoshida K. and Sato S. The Reaction of the Exo-cyclic Imino Group of “4-Thiazone Imine” // Bull. Chem. Soc. Japan, - 2009.- 39.- 1269p.
3. Ереван: Изд-во АН Армянской ССР, Синтезы герероциклических соединений, 2003. – Вып. IX. - 88 с.
4. Кравченко А.Н., Сигачев А.С., Максарева Е.Ю., Газиева Г.А. Синтез новых хиральных моно-,ди-, три- и тетраалкилгликолурилов // Изв. Акад. Наук. Серия «Химическая». – 2005. - №3. - С. 680-692.
5. Комарова Л.И., Лапина Н.Н., Локшин Б.В., Бахмутов В.И., Маркова Г.Д., Васнев В.А. Исследование межмолекулярных взаимодействий в системе равновесной каталитической переэтерификации сложных эфиров. Сообщение // Изв.АН СССР.Сер.хим. – 2001.