авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Ацилирование -аминокислот, гетероциклических аминов и аммиака производными бензойной и бензолсульфоновой кислот в водном 1,4-диоксане

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Соколова Наталья Равильевна





ацилирование -аминокислот,

гетероциклических аминов и аммиака

производными бензойной и

бензолсульфоновой кислот

в водном 1,4-диоксане




02.00.03 – органическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

Иваново 2012

Работа выполнена на кафедре органической и физической химии Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ивановский государственный университет»

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор Кустова Татьяна Петровна

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Ломова Татьяна Николаевна, заведующая лабораторией Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института химии растворов им. Г.А. Крестова Российской академии наук, г. Иваново;

доктор химических наук, профессор Дорогов Михаил Владимирович, заведующий кафедрой органической химии и директор научно-образовательного центра «Инновационные исследования» ФГБОУ ВПО «Ярославский государственный педагогический университет им. К.Д. Ушинского», г. Ярославль.

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Марийский государственный университет», г. Йошкар-Ола.

Защита диссертации состоится 24 декабря 2012 г в ___ часов на заседании диссертационного совета Д 212.063.01 при ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет»

по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7.

Тел. (4932)32-54-33. Факс (4932)32-54-33, e-mail dissovet@isuct.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

Ивановского государственного химико-технологического университета

по адресу: 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 10.

Автореферат разослан «___» ноября 2012 года

Ученый секретарь

совета

Д 212.063.01 Кувшинова Е.М. 

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Интерес к исследованию кинетических закономерностей реакций ацильного переноса с участием аминосоединений разных классов диктуется исключительно широкими возможностями применения продуктов этих реакций. Так ациламинокислоты применяются в качестве действующих веществ многих лекарственных препаратов, являются ценным сырьем в производстве парфюмерно-косметических средств, обладают поверхностной активностью и выступают в качестве ингибиторов коррозии. Аренсульфонилирование аминокислот лежит в основе ингибирования целого ряда важных ферментов: карбоангидразы (EC 4.2.1.1.), коллагеназы (EC 3.4.24.7),  гистондеацетилазы ЕС 2.3.1.48) и др. Для выяснения механизма ингибирования безусловно важную информацию дают кинетические исследования модельных реакций в средах, близких по своим свойствам клеточному цитозолю. К таким средам, по мнению многих исследователей, относится водный 1,4-диоксан, использованный нами при изучении кинетики ацилирования аминосоединений производными бензойной и бензолсульфоновой кислот.



Практически не изученными в ацилировании до недавнего времени оставались гетероциклические амины, в том числе выбранные нами в качестве объектов исследования морфолин и пиперидин. Эти соединения, обладающие свойствами вторичных аминов, являются структурными фрагментами большого числа биологически активных веществ. Препараты на их основе, в том числе сульфонамиды, используются в качестве анестезирующих, бактерицидных средств, ветеринарных препаратов, пестицидов и т.д.

Для создания концепции реакционной способности аминов в реакциях ацильного переноса требуется пополнение банка кинетических данных по процессам ацилирования аминокислот, гетероциклических аминов и аммиака (родоначальника ряда аминов) производными ароматических карбоновых и сульфоновых кислот. Кроме того, знание кинетических закономерностей указанных процессов позволит проводить реакции в оптимальных условиях (температура, растворитель) уже на стадии создания комбинаторных библиотек потенциальных лекарств – амидов и сульфонамидов, а также в промышленных масштабах при реализации непрерывных технологических схем синтеза этих продуктов.

Настоящая работа выполнена в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ, проводимых ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный университет» по теме «Кинетика и механизм реакций в растворах», и имела финансовую поддержку Программы Министерства образования и науки РФ «Развитие механизмов интеграции Ивановского государственного университета и Института проблем химической физики РАН» (проект 2.2.1.1.2820 (2009–2010)), а также в рамках государственного задания Министерства образования и науки Российской Федерации «Научно-исследовательские работы ФГБОУ ВПО "Ивановский государственный университет"» (2012), вошла в число победителей Конкурса научных грантов ИвГУ «Развитие научно-исследовательской и инновационной деятельности молодых преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов на 2009-2010 гг.».

Цель работы: проведение исследования реакционной способности алифатических аминосоединений в ацилировании производными бензойной и бензолсульфоновой кислот в водном 1,4-диоксане.

Для достижения поставленной цели исследования в работе решались следующие задачи:

  • изучение кинетических закономерностей реакций трех алифатических аминокислот с моно-, ди- и тринитрозамещенными фениловыми эфирами бензойной кислоты в растворителе вода – 1,4диоксан в политермических условиях;
  • экспериментальное изучение влияния состава водно-диоксанового растворителя на кинетику реакций глицина, L-валина и L-пролина с 4-нитро- и 2,4,6-тринитрофенилбензоатами;
  • изучение кинетики взаимодействия аммиака, морфолина и пиперидина с 4-нитро- и 2,6-динитрофениловыми эфирами бензойной кислоты;
  • исследование кинетических закономерностей аренсульфонилирования аммиака, глицина и гетероциклических аминов в водном 1,4-диоксане;
  • сравнение экспериментальных данных по кинетике ацилирования аминокислот, гетероциклических аминов и аммиака производными бензойной и бензолсульфоновой кислот с полученными ранее кинетическими данными сходственных реакций.

Объекты исследования: алифатические -аминокислоты: глицин, Lвалин, L-пролин; гетероциклические амины: морфолин, пиперидин; аммиак; хлорангидриды: бензолсульфокислоты, 3-нитробензолсульфокислоты, птолуолсульфокислоты; эфиры бензойной кислоты: 4-нитрофениловый эфир бензойной кислоты (4-НФЭБК), 2,4-, 2,5-, 2,6-динитрофениловые эфиры бензойной кислоты (2,4-, 2,5-, 2,6-ДНФЭБК), 2,4,6-тринитрофениловый эфир бензойной кислоты (2,4,6-ТНФЭБК).

Метод исследования: спектрофотометрический (в видимой и УФ областях).

Научная новизна. Впервые проведено систематическое исследование реакционной способности алифатических -аминокислот, гетероциклических аминов и аммиака в бензоилировании и аренсульфонилировании в растворителе вода – 1,4-диоксан в политермических условиях. Выявлено влияние природы аминосоединений, структуры ацилирующих агентов и состава растворителя на константы скоростей изученных процессов. Получены значения кинетических и активационных параметров реакций, обнаружен компенсационный эффект. Близкие значения изокинетических температур позволяют высказать предположение о едином механизме ацилирования рассмотренных аминосоединений производными бензойной и бензолсульфоновой кислот.

Впервые исследована зависимость реакционной способности аминокислот в ацилировании эфирами бензойной кислоты от состава бинарного водно-диоксанового растворителя. Показано, что с ростом доли воды в растворителе активность аминокислот в ацилировании увеличивается.

Установлено, что в ряду изученных аминосоединений самым реакционноспособным является пиперидин, обладающий наибольшей основностью. Константы скорости реакций с участием аренсульфонилхлоридов выше констант скорости ацилирования эфирами бензойной кислоты.

Впервые были получены уравнения, адекватно описывающие взаимосвязь констант скорости ацилирования аминов с особенностями структуры ацилирующих агентов.

Показана возможность прогнозирования констант скорости ацилирования алифатических аминов на основе кинетических параметров реакций с участием глицина.

Практическая значимость. Результаты спектрофотометрического исследования взаимодействия алифатических аминосоединений с производными ароматических карбоновых и сульфоновых кислот пополнят банк кинетических данных по ацилированию аминов различного строения.

В связи с биологической активностью ацилпроизводных аминокислот и гетероциклических аминов, кинетические характеристики процессов с их участием будут полезны для совершенствования технологии синтеза практически важных продуктов: фармацевтических, парфюмерно-косметических препаратов и др. В ходе рассматриваемых процессов происходит образование амидных и сульфонамидных связей, которые в настоящее время являются предметом пристального внимания биохимиков в связи с созданием научных основ ингибирования ряда ферментов. Полученные кинетические данные могут быть использованы для разработки отдельных аспектов теории ферментативного катализа.

Апробация работы. Результаты исследований были доложены и обсуждены на XVI Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, МГУ, 2009); XIX Всероссийской молодежной научной конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, УрГУ, 2009); IV школе-семинаре молодых ученых «Квантово-химические расчеты: структура и реакционная способность органических и неорганических молекул» (Иваново, ИГХТУ, 2009); IV и V Региональных конференциях молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем» (Крестовские чтения) (Иваново, ИХР РАН, 2009, 2010); IX и X Фестивалях студентов, аспирантов и молодых учёных ИвГУ «Молодая наука в классическом университете» (Иваново, ИвГУ, 2010, 2011, 2012); Международной научно-практической конференции «Регионы в условиях неустойчивого развития» (Кострома, КГУ им. Н.А. Некрасова, 2010); Межвузовском научно-практическом семинаре «Молодая наука – пожарной безопасности XXI века» (Иваново, ГПС МЧС, 2010); 7й Всероссийской конференции «Молекулярное моделирование» (Москва, ГЕОХИ РАН, 2011); XI Международной конференции «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах» и VI Конференции молодых ученых «Теоретическая и экспериментальная химия жидкофазных систем» (Крестовские чтения) (Иваново, ИХР РАН, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 печатных работ, в том числе 10 статей (5 из них в журналах из перечня ВАК) и 10 тезисов докладов научных конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов и списка цитируемой литературы. Материалы работы изложены на 127 страницах машинописного текста и содержат 44 таблицы, 22 рисунка. Список цитируемой литературы включает 106 наименований отечественных и зарубежных источников.

Личный вклад автора заключался в проведении кинетического эксперимента лично или совместно со студентами-дипломниками ИвГУ под руководством и при участии д.х.н., проф. Т. П. Кустовой и к.х.н., доц. Н. В. Калининой; участии в обсуждении результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Автор выражает особую благодарность к.х.н., доц.  Н. В. Калининой за помощь и поддержку на всех этапах работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ включает в себя три раздела. В первом разделе проанализированы литературные источники, посвященные механизму нуклеофильного замещения у карбонильного атома углерода и на сульфонильном центре. Во втором разделе обсуждаются кинетические закономерности N-ацилирования аминокислот в водно-органических средах. В третьем разделе рассматривается кинетика реакций ряда аминосоединений с галогенангидридами ароматических сульфоновых кислот в органических и водно-органических растворителях.





Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ содержит описание методов синтеза и очистки реагентов и растворителей, методики кинетических измерений и уравнения для расчета констант скорости. В случае аренсульфонилирования константы скорости определяли спектрофотометрическим методом в УФ-области ( = 242 нм); за скоростью реакции следили по уменьшению концентрации сульфонилхлорида. В реакциях с эфирами контроль скорости осуществляли в видимой области при  = 400 нм (индикаторный метод) по концентрации нитрофенолят-ионов, выделяющихся в ходе реакций.

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ состоит из двух разделов и посвящена изучению кинетики ацилирования алифатических аминокислот, гетероциклических аминов и аммиака производными бензойной и бензолсульфоновой кислот в растворителе вода – 1,4диоксан.

Раздел 3.1. Реакционная способность аминокислот, алифатических аминов и аммиака в N-ацилировании эфирами бензойной кислоты в водном диоксане

Влияние растворителя вода-1,4-диоксан на кинетику реакций глицина, L-пролина и L-валина с 4-НФЭБК и 2,4,6-ТНФЭБК эфирами бензойной кислоты изучали при изменении содержания воды в системе 30 – 80 мас. %. Для исследования влияния строения ацилирующих агентов на скорость кинетику ацилирования тех же аминокислот в системе вода (40 мас. %)–1,4-диоксан были выбраны 4-НФЭБК, 2,4- 2,5-, 2,6-ДНФЭБК и 2,4,6-ТНФЭБК.

В ходе взаимодействия -аминокислот со сложными эфирами могут протекать реакции (1-5), как показано на примере глицина:

NH2CH2COOH + C6H5COOR C6H5CONHCH2COOH + ROH; (1)

NH2CH2COO + C6H5COORC6H5CONHCH2COO + RO; (2)

C6H5COOR + H2O C6H5COOH + ROH; (3)

C6H5COOR + OH C6H5COO + ROH; (4)

ROH + OH RO+ H2O. (5)

Здесь R – радикал соответствующего ацилирующего агента.

Скорость изменения концентрации эфира (cэф) описывается уравнениями:

(6)

kн = k0 c0 + k ацca + kH2OcH2O + kOH-cOH-, (7)

где k0, kац – константы скорости ацилирования нейтральной и анионной форм -аминокислоты соответственно, kH2O, kOH- – константы скорости гидролиза, kн – наблюдаемая константа скорости реакции, c0, ca, cH2O, cOH- – концентрации нейтральной, анионной форм -аминокислоты, воды и гидроксид-ионов.

Кинетику ацилирования изучали в щелочной среде при рН = 8–9, когда единственной реакционноспособной формой аминокислот являлись их анионы. Условия эксперимента подбирали таким образом, чтобы вклад реакций гидролиза эфира в наблюдаемую скорость реакции был пренебрежимо мал по сравнению со скоростью ацилирования. В этом случае константы скорости Nацилирования анионов -аминокислот kац можно рассчитать по формуле:

(8)

Значения констант скорости kац изученных реакций приведены в табл. 1.

Зависимости констант скорости от состава растворителя имеют сложный характер, зависящий как от природы -аминокислоты, так и от строения ацилирующего агента. Нелинейный вид зависимостей может быть связан с участием компонентов водно-органического растворителя в образовании молекулярных комплексов -аминокислота – растворитель разного состава. Концентрация этих комплексов и их роль в образовании переходного состояния изменяются с изменением состава и природы растворителя.

Таблица 1

Значения kац- реакций -аминокислот с эфирами бензойной кислоты в растворителе вода 1,4-диоксан



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.