Синтез новых полифункциональных антиоксидантов на основе пространственно затрудненных фенолов

Барсукова, Татьяна Александровна

Синтез новых полифункциональных антиоксидантов на основе пространственно затрудненных фенолов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

Барсукова, Татьяна Александровна АВТОР

кандидата химических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Казань МЕСТО ЗАЩИТЫ

2012 ГОД ЗАЩИТЫ

02.00.03 КОД ВАК РФ

Диссертация по химии на тему «Синтез новых полифункциональных антиоксидантов на основе пространственно затрудненных фенолов»

Автореферат диссертации на тему "Синтез новых полифункциональных антиоксидантов на основе пространственно затрудненных фенолов"

На правах рукописи

005020264

БАРСУКОВА ТАТЬЯНА АЛЕКСАНДРОВНА

СИНТЕЗ НОВЫХ ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ АНТИОКСИДАНТОВ НА ОСНОВЕ ПРОСТРАНСТВЕННО ЗАТРУДНЕННЫХ ФЕНОЛОВ

02.00.03 - органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

5 ДПР Ин2

Казань-2012

005020264

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Бухаров Сергей Владимирович

Официальные оппоненты: Гаврилова Елена Леонидовна

доктор химических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет», профессор кафедры органической химии

Зиганшина Альбина Юлдузовна кандидат химических наук,

ФГБУН Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН, с.н.с. лаборатории химии каликсаренов

Ведущая организация: ФГБУН Институт органического синтеза

им. И.Я. Постовского Уральского отделения РАН, г. Екатеринбург

Защита диссертации состоится «20» апреля 2012 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.080.07 при ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» по адресу: 420015, Казань, ул. К.Маркса, 68, зал заседаний Ученого совета, А-330.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет».

Автореферат разослан «16» марта 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Нугуманова Гульнара Наиловна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Пространственно затрудненные фенолы составляют специфическую группу органических соединений, основной областью практического применения которых является ингибирование радикально-цепных окислительных процессов. Благодаря этой способности они находят широкое применение в качестве стабилизаторов-антиоксидантов различных полимеров, смазочных масел, топлив и других углеводородных, а также биологических сред. Последнее обусловливает возможность использования пространственно затрудненных фенолов в качестве биологически активных веществ, подавляющих свободно-радикальное окисление липидов под действием активных форм кислорода.

Одним из наиболее перспективных подходов к совершенствованию фенольных антиоксидантов является разработка на их основе полифункциональных стабилизаторов или «гибридных структур», способных ингибировать радикально-цепные окислительные процессы по различным механизмам. Аналогичный принцип реализуется и при создании новых лекарственных препаратов, когда получают «гибридные структуры» на основе двух соединений, содержащих разные фармакофорные группы. По этой причине синтез и изучение подобных структур на основе пространственно затрудненных фенолов является актуальным направлением как в области совершенствования стабилизаторов полимеров, смазочных масел и топлив, так и в области разработки новых более эффективных и менее токсичных лекарственных препаратов.

Целью настоящей работы является синтез, изучение строения и свойств новых полифункциональных пространственно затрудненных фенольных антиоксидантов, в том числе макроциклической структуры, перспективных для применения в качестве стабилизаторов полимеров и органических сред, а также в качестве биологически активных веществ.

Поставленная цель достигалась решением следующих задач:

- повышение функциональности известных полифенольных антиоксидантов, таких как пентаэритрил-тетракис-3-(3 ',5 '-ди-/ире/м-бутил-4'-гидроксифенил> пропионата (1^апох 1010), трисфенольных производных бензола и симметричного триазина, введением в их молекулы сульфидных фрагментов;

получение макроциклических полифенольных антиоксидантов каликсареновой структуры по реакции конденсации резорцинов с альдегидами, аминоацеталями и фосфонатами, содержащими пространственно затрудненные фенольные фрагменты;

- модификация каликсаренов фрагментами пространственно затрудненных

фенолов.

Научная новизна работы. Разработан метод синтеза 2,2-6ис(3 ',5 '-т-трет-бутил-4'-гидроксифенилтиоэтаноилоксиметил)-пропилен-1,3-бис(3 ',5 '-ди-трет-бутил-4'-гидроксифенилтиоэтаноата) являющегося серосодержащим аналогом антиоксиданта Ь^апох 1010.

В руководстве работой принимала участие к.х.н. Г.Н. Нугуманова

Синтезированы новые симметричные и несимметричные производные флороглюцина, содержащие фрагменты ацилгидразонов пространственно затрудненных гидроксибензальдегидов.

Исследована конденсация резорцина и его производных с гидроксибензальдегидами, винилфосфонатами и аминоацеталями. Впервые осуществлен синтез каликс[4]резорцинов с пространственно затрудненными фенольными фрагментами на нижнем ободе макроцикла.

Реакцией дезаминирования аминометилированных каликс[4]резорцинов 3,5-ди-/и/?еш-бутил-4-гидроксифенилмеркаптаном получены новые каликс[4]резор-цины с серосодержащими пространственно затрудненными фенольными фрагментами на верхнем ободе макроцикла.

Впервые синтезированы тиакаликс[4]арены с фрагментами ацилгидразонов пространственно затрудненных гидроксибензальдегидов на нижнем ободе макроцикла в стереоизомерных формах «конус» и «1,3-апьтернат».

Практическая значимость заключается в разработке простых в реализации и эффективных методов синтеза новых полифункциональных пространственно затрудненных фенольных антиоксидантов на основе пентаэритрита, бензола, 1,3,5-триазина, производных флороглюцина, а также каликсареновых макроциклов. Выявлена высокая антиокислительная активность синтезированных соединений на примере термоокисления полиэтилена, вазелинового масла и в модельной реакции инициированного окисления стирола.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: третьей Санкт-Петербургской конференции молодых ученых с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах» (С.Петербург, 2007), Международной конференции «Техническая химия. Ог теории к практике» (Пермь, 2008), 12 Международной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений - IV Кирпичниковские чтения» (Казань, 2008), XIII Международной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений - V Кирпичниковские чтения» (Казань, 2009), Всероссийской научной школе для молодежи «Проведение научных исследований в области инноваций и высоких технологий нефтехимического комплекса» (Казань, 2010), Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Актуальные проблемы органической химии» (Казань, 2010), XXI Российской молодежной научной конференции, посвященной 150-легию со дня рождения академика Н.Д. Зелинского «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 2011), International conference «Current Topics in Organic Chemistry» (CTOC-2011) (Новосибирск, 2011), XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011), International Congress on Organic Chemistry dedicated to the 150-th anniversary of the Butlerov's Theory of Chemical Structure of Organic Compounds (Казань, 2011), Молодежной конференции «Международный год химии» (Казань, 2011).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 18 научных публикациях, в том числе 7 статьях в изданиях, рекомендованных для размещения материалов диссертаций, и 11 тезисах докладов.

Личный вклад автора. Автор принимал участие в постановке цели и задач исследования, проведении экспериментов, обработке и интерпретации полученных результатов, формулировке научных выводов, написании и оформлении статей.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 115 ссылок на отечественные и зарубежные работы. Общий объем диссертации составляет 152 страницы, содержит 12 таблиц, 35 рисунков и 37 схем. В первой главе приведен обзор литературы по полифенольным и полифункциональным стабилизаторам, в частности симметричным соединениям на основе пентаэритрита, бензола и 1,3,5-триазина, сульфидам пространственно затрудненных фенолов, ацилгидразонам, содержащим пространственно затрудненные фенольные фрагменты, а также макроциклическим соединениям как перспективным ингибиторам радикально-цепных окислительных процессов. Во второй главе представлены результаты собственных исследований по синтезу и свойствам новых полифункциональных антиоксидантов с пространственно затрудненными фенольными фрагментами. Третья глава включает описание экспериментов.

Автор выражает благодарность и признательность д.х.н., проф. H.A. Мукменевой, Д.Х.Н., проф. А.Р. Бурилову, д.х.н., проф. X. Э. Харлампиди, к.х.н. С.Н. Подьячеву, к.х.н. С.Н. Судаковой, к.х.н. Л.И. Вагаповой, к.х.н. И.З. Илалдинову, асп. Н.Е. Бурмакиной, сотрудникам лаборатории дифракционных методов исследования Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова за проведение рентгеноструктурного анализа (РСА): д.х.н. НА. Литвинову, д.х.н. А.Т. Губайдуллину, к.х.н. Д.Б. Криволапову, асп. Б.М. Габадуллину; сотруднику лаборатории ЯМР спектороскопии к.х.н. В.В. Сякаеву.

Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, ГК №П837.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Синтез и антиокислительная активность симметричных сульфидов пространственно затрудненных фенолов на основе пентаэритрита, бензола и 1,3,5-триазина

Сульфиды пространственно затрудненных фенолов известны как эффективные полифункциональные антиоксиданты, способные ингибировать радикально-цепные окислительные процессы по механизмам акцептирования пероксидных радикалов и безрадикального разрушения гидропероксидов.

Синтез 2,2-бис(3',5'-ди-/?7/7е/и-бугил-4'-гидроксифенилтиозтаношіоксиме-тил)-пропилен-1,3-бис(3 ',5 '-ди-/яреот-бутил-4 '-гидроксифенилтиоэтаноата) - серосодержащего аналога известного антиоксиданта Irganox 1010 осуществлен нами впервые в результате взаимодействия 3,5-ди-/яре/и-бутил-4-гидроксифенил-меркаптана 1а с пентаэритрилтетрахлорацетатом 2 в присутствии триэтиламина (схема 1).

Í-Bo 4 Et3N, /-Bu

ацетон, 20°С, 2ч t ,

Э-Ч'_7-SH + С[СН20С(0)СН2С1Ь-НО-Г у—SCH2C(0)0CH2-i—С

)—' 4 -4 Et3N'HCl 1 У^ '4

/-Bu . I- Bu

ja 2 3(85%)

Схема 1

Строение соединения 3 установлено с помощью методов РСА (рис.1), одно- и двумерной спектроскопии ЯМР 'Н и 13С, ИК спектроскопии.

4 но-

рме. 1. Геометрия молекулы соединения 3 в кристалле

Исследование термической устойчивости соединения 3 методом термогравиметрического анализа показало, что, несмотря на наличие сульфидных фрагментов, соединение 3 обладает высокой термической стабильностью (температура начала разложения составляет 298 °С), сопоставимой с термостойкостью 1г§апох 1010 (309 °С).

Индукционный период окисления образца ПЭНД в присутствии соединения 3 превосходит аналогичный показатель для образца, стабилизированного Ь^апох 1010 (85мин и 60 мин соответственно, при р(Ог) = 250 мм рт. ст.; 200 °С).

Композиции ПЭВД марки 15313-003 и ПЭНД марки 80Б, содержащие соединение 3, удовлетворяют требованиям ГОСТ 16336-77 и ТУ 3-046-002035212004 соответственно по физико-механическим показателям после вальцевания этих композиций при 110 °С в течение 8ч.

Серосодержащие пространственно затрудненные фенольные производные симметричного триазина известны как стабилизаторы полимеров, в том числе и термостойких. Соединения 5а,б описаны в литературе. Известные методы их получения основаны на циклотримеризации соответствующих тиоцианатов, а также на взаимодействии соответствующего меркаптида калия с цианурхлоридом (соединение 5а) и 2,4,6-тримеркапто-1,3,5-триазина с 2,6-ди-/ире/и-бутилфенолом

(соединение 56). Однако эти методы синтеза соединений 5а,б имеют ряд существенных недостатков, а именно невысокий выход целевых продуктов и необходимость использования труднодоступных тиоцианатов и 2,4,6-тримеркапто-1,3,5-триазина, а также меркаптида калия, весьма чувствительного к действию кислорода воздуха.

'Нами разработан универсальный подход к синтезу соединений 5а,б, а также к синтезу серосодержащих трисфенолов 7а,б, близких по структуре к промышленному антиоксиданту 2,4,6-трис(3',5'-ди-трет-бутил-4'-гидрокси-бензил)мезитилену (Агидол-40), заключающийся во взаимодействии меркаптанов 1а,б с цианурхлоридом 6а или 1,3,5-трибромметилбензолом 66 в присутствии триэтиламина (схема 2).

н Т

С1 6а

/-Ви 3

іцстон, 30-10°С, 2-4ч

Ы) 1а,б

Гп=0(»)Л (6))

-3EljN.ua

тфґ*

СН2Вг 66

/Ви _.'-В»

/-Ви' '-Ви

(ск

5а,б (83-88%)

-ЗЕї^-НВг

/Ви. НО' /-Ви

Л С":

/В

/-Ви

ОН /-Ви

К").

-Д

он

7а,6 (76-82%)

Схема 2

Строение соединений 5а,б и 7а,б доказано методами спектроскопии ЯМР 'Н, ИК спектроскопии, состав подтвержден данными элементного анализа. Структура соединений 5а и 7а установлена методом РСА (рис.2).

Рис.2. Геометрия молекул соединений 5а и 7а в кристалле

Соединения 5а,б и 7а,б оказались более эффективными ингибиторами термоокисления вазелинового масла по сравнению с трисфенольным антиоксидангом Агидол-40 и серосодержащим стабилизатором бис-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензил)сульфидом (ТБ-3).

2. Ацилгидразоны пространственно затрудненных гвдрокси-бензальдегидов на основе флороглюцина

Перспективным классом полифункциональных стабилизаторов являются гибридные структуры на основе пространственно затрудненных фенолов и гидразонов. Последние обладают свойствами термо- и светостабилизаторов и способны выступать в качестве ловушек пероксидных радикалов, образовывать комплексы с переходными металлами, разрушать гидропероксиды по молекулярному механизму. Кроме того, представляет интерес изучение биологической активности подобных соединений, поскольку они содержат разные фармакофорные фрагменты: пространственно затрудненный фенольный и гидразонный.

Нами осуществлен синтез симметричных 11а,б и несимметричных 15а,б производных флороглюцина, содержащих ацилгидразонные фрагменты пространственно затрудненных гидроксибензальдегидов по схеме 3.

но-

1-Вй

о^ос,н5

9 ^гГ"

ті \1^>-он

с,в5 осгн, 13 (68%)

V V

ОС

Г^-ІЧН-НгО ДМФА, 100'С, 2ч

-З С,НІОН

(-Вн._

НО-0

Ой-ИНІЧ^ ' Г-Ви

її :і

-'«у уГ

РШГШі N^N[12 14(81%)

Строение соединений lia,б и 15а,б доказано с привлечением методов спектроскопии ЯМР 'Н, ИК спектроскопии и масс-спектрометрии (MALDITOF).

Спектр ЯМР 'Н 11а (130 °С, (CD3)2SO, 5, м.д.): 1-44 с (54Н, СМе3), 4.80 уш.с (6Н, 0СН2С=0), 6.32 с (ЗН, ОН), 6.79 с (ЗН, АгН), 7.47 с (6Н, АгН), 8.17 уш.с (ЗН, CH=N), 10.79с (ЗН, NH).

Спектр ЯМР 'Н 15а (130 "С, (CD3)2SO, 5, м.д.): 1.30 с (36Н, СМе3), 1.42 с (36Н, СМе3), 1.44 с (18Н, СМе3), 4.00 с (4Н, АгСН2Аг), 4.25 уш.с (2Н, 0СН2С=0), 4.81 уш.с (4Н, 0СН2С=0), 5.94 уш.с (2Н, ОН), 6.70 с (1Н, АгН), 6.77 с (ЗН, ОН), 7.03 с (4Н, АгН), 7.44 с (4Н, АгН), 8.05 уш.с (1Н, CH=N), 8.15 с (2Н, CH=N), 10.49 ш.с (ЗН, NH).

Попытки ввести три 3,5-ди-/ире/и-бутил-4-гидроксибензильных фрагмента в ароматическое кольцо соединения 8 (схема 3) не привели к успеху, что, по-видимому, объясняется влиянием стерических факторов.

3. Синтез каликс[4]аренов, модифицированных пространственно затрудненными фенольными фрагментами

Для создания потенциально эффективных полифункциональных стабилизаторов большой интерес представляет капиксареновая платформа с широкими возможностями для ее модификации. На ее основе могут быть получены полифункциональные антиоксиданты с различным гидрофильно-липофильным балансом, совместимые с разными по полярности средами. «Предорганизация» пространственно затрудненных фенольных групп, закрепленных на каликсареновой платформе, может способствовать их кооперативному действию, приводящему к увеличению антиокислительной активности стабилизатора.

В работе использовано два основных подхода к функционализации каликсаренов по нижнему и верхнему ободу:

- использование готовой каликсареновой матрицы для введения пространственно затрудненных фенольных групп;

- получение модифицированных пространственно затрудненными фенолами каликсаренов на стадии синтеза макроцикла.

3.1. Модификация нижнего обода тиакаликс[4]аренов фрагментами пространственно затрудненных фенолов

Особый интерес для синтеза потенциальных полифукциональных ингибиторов радикально-цепных окислительных процессов представляют тиакаликс[4]арены, имеющие в своем составе фенольные гидроксильные группы и сульфидные мостики. Дополнительная функционализация тиакаликсаренов введением гидразонных групп позволяет получить потенциальные биологически активные вещества и комплексообразователи.

Нами исследована конденсация гидразидов тиакаликс[4]аренов в стереоизомерных формах «конус» 16а,б и «1,3-альтернат» 19а,б с

гидроксибензальдегидами 10а,б. Результат этих взаимодействий зависит от пространственного строения и конформационной подвижности исходных гидразидов.

При конденсации гидразида 16а с гидроксибензальдегидами 10а,б получены тетрагидразонные производные 17а,б (схема 4).

17а,б (80-86%)

Схема 4

Строение соединений 17а,б доказано методами спектроскопии ЯМР 'Н, 13С, ИК спектроскопии, масс-спектрометрии (MALDI TOF), состав подтвержден данными элементного анализа. Пространственное строение соединения 17а установлено методом РСА (рис.3).

В то же время конформационно более жесткий гидразид 166 реагирует с образованием соединений 18а,б, содержащих только два ацилгидразонных фрагмента и один МДчС-диацетилгидразиновый мостик (схема 5).

-♦х-

^ - A0v

R, I-Bu

I C(0)H

Еюн, wc, н-гвч^ -2HjO,-NH2NH.

10a,б

HiN

166 "конус"

Ij ^ o^lß) | -

О Г Os. о

HN .>

R,»OII, R:-H("); Ri-H; Rj-OH (6)

4yf-Bu /-Bu

/-Bu QU

/- Bu "' '-Bu

18a,б (54-61%) "конус" МІ8Ц!=1409

Схема 5

Строение соединений 18а,б доказано методами спектроскопии ЯМР 'Н, 13С, ИК спектроскопии, масс-спектрометрии (MALDI TOF), состав подтвержден данными элементного анализа.

В масс-спектрах соединений 18а,б наблюдаются максимальные молекулярные пики с m/z 1410[М+Н]+, 1432 [M+Na]+, 1448 [М+К]\

О наличие гидразинового мостика соединения 18а свидетельствует появление в спектре ЯМР 'Н (рис.4) дополнительного сигнала протона в области 9.38 м.д., характерного для NH-группы, а также характер спектра в области резонанса ароматических и шре/и-бутильных протонов.

Рис.4. Спектр ЯМР 'Н (600 МГц, (CD,)¡SO, 9(fC) соединения 18а

Этот результат, по-видимому, обусловлен стерическими затруднениями, создаваемыми /ире/и-бутильными группами верхнего обода макроцикла.

Подтверждением этого объяснения является образование тетрагидразонных производных 20а-г (схема 6) при взаимодействии тиакапикс[4]аренов 19а,б в стереоизомерной форме «1,3-альтернат» с гидроксибензальдегидами 10а,б.

н2м н2ч

КН N4 Я,

Н2 Г-Ви

/Ч И '"Ви

'""Я Хк*1

і2

С(0)Н 10а,б

¡»¡-оци^щм.);

Ї*2=Н; И]«ОН (106)

19а,б "1,3-альтернат"

/Н N «П-Ви ' Ви

К,-Н; В^ЮН, Р,-Н <20.); К,-Нг-Н; Й^-ОН (206); К,-йВи; Н,-ОН, КуН (20.); К,ч-Ви; Н^Н, Нз-ОН (20г)

И,.>Н<19»; В,**-Ви (196)

20а-г (81-87%) "1,3-альтернат"

Схема 6

Строение соединений 20а-г доказано методами спектроскопии ЯМР 'Н, 13С, ИК спектроскопии, масс-спектрометрии (МА1ЛЭ1 ТОБ), состав подтвержден данными элементного анализа. Пространственное строение соединения 20в установлено методом РСА (рис.5).

Рис.5. Геометрия молекулы соединения 20в в кристалле

Соединение 8, а также гидразиды тиакаликсаренов, имеющие стереоизомерные формы «конус» 16а,б и «1,3-альтернат» 19а,б, были предоставлены старшим научным сотрудником лаборатории физико-химии супрамолекулярных систем ИОФХ им. А.Е.Арбузова КазНЦ РАН, к.х.н С.Н. Подъячевым.

Исследование комплексообразующей способности методом жидкостной экстракции, проведенное в Институте органической и физической химии им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН, показало, что соединения 17а и 20в являются селективными экстрагентами ионов серебра и ртути (рис.6).

Рис.6. Экстракция ионов металлов

3.2. Модификация верхнего обода каликс[4]резорцинов фрагментами сульфидов пространственно затрудненных фенолов

Дезаминированием диалкиламинометилированных каликс[4]резорцинов 21а-е под действием 3,5-ди-/яре/и-бутил-4-гидроксифенилмеркаптана 1а получены новые каликс[4]резорцины 22а,в,д,е в стереоизомерной форме «конус», модифицированные серосодержащими пространственно затрудненными фенольными фрагментами, с выходом 63-72 % (схема 7).

он

22а,вле (63-72%) "конус"

Строение каликс[4]резорцинов 22а,вд,е установлено методами спектроскопии ЯМР 'Н и 1 С, ИК спектроскопии, состав подтвержден данными элементного анализа.

Показано, что надмолекулярная организация диалкиламинометилированных каликс[4]резорцинов оказывает влияние на их реакционную способность в реакции с 3,5-ди-стре/я-бутил-4-гидроксифенилмеркаптаном Ха. Из литературы известно, что молекулы диметиламинометилкаликс[4]резорцина 21а в кристалле после удаления растворителя, а также после длительного хранения (по мере испарения захваченных каликсареновой матрицей молекул растворителя) образуют димеры, в которых диметиламинометильные группы соседних молекул входят в полости макроциклов друг друга и, следовательно, сгерически закрыты для нуклеофильной атаки.

Нами обнаружено, что каликс[4]резорцин 21а в процессе хранения в значительной степени теряет свою реакционную способность в реакции с 3,5-ди-тре/я-бутил-4-гидроксифенилмеркаптаном 1а. Промывание выдержанного длительное время образца каликс[4]резорцина 21а диметилсульфоксидом и затем водой восстанавливает его активность. Таким образом, введение молекул растворителя разрушает димерную структуру соединения 21а.

Применение диэтиламинометилкаликс[4]резорцина в реакции с 3,5-т-трет-бутил-4-гидроксифенилмеркаптаном 1а не сопряжено с проявлением вышеописанного эффекта, поскольку каликсарен 216, согласно литературным данным, имеет иную надмолекулярную организацию и не образует указанных димеров.

Антиокислительная активность каликс[4]резорцинов 22ад,е изучена в модельной реакции инициированного окисления стирола. В качестве инициатора использован 2,2'-азобисизобутиронитрил ([АИБН]=0.122 моль/л). Установлено, что соединение 22а в наибольшей степени ингибирует окисление стирола по сравнению с соединениями 22д,е и серосодержащим антиоксидантом бис-(3,5-ди-/ире/и-бутил-4-гвдроксибензил)сульфидом (ТБ-3) (рис.7, табл.1).

Таблица 1. Кинетические параметры инициированного окисления стирола, характеризующие антиокислительную активность ингибиторов

Ар, мм.рт.ст.

Время, мин

Рис. 7. Кинетические кривые поглощения кислорода при инициированном окислении стирола в присутствии ингибиторов: 1-без ингибитора, 2-ТБ-З, 3-соединение 22е, 4-соединение 22Ó, 5-соединение 22а

Ингибитор fVo-10\ моль-л/с г, сек Jk 7, л/моль-с

[1п]=0.002 моль/л, W¡= 1.38-10"° моль/л-с

Без ингибитора 24.31 - -

ТБ-3 5.80 702 4805

22а 2.52 1350 11040

22д 3.18 918 8764

22е 4.06 783 6864

3.3. Конденсация резорцинов с амнноацеталями, винилфосфонатами и альдегидами пространственно затрудненных фенолов

Из литературы известно, что синтез функциоанализированных каликс[4]резорцинов осуществляется в результате конденсации резорцина и его производных с аминоацеталями, винилфосфонатами и альдегидами в кислой среде.

С целью синтеза каликс[4]резорцинов, содержащих на нижнем ободе макроцикла пространственно затрудненные фенольные фрагменты, нами получены функционализированные аминоацетали 24а,б (схема 8) и исследована их конденсация с резорцином.

он

V _

он

/-В» .

СН20С(0)СН3 + 1ЧНСН2СН(ОСН3)2 R

12 23а,б

ацетон, 40°С, 4ч Ч ----!-N-CH2CH(OCH3)2

- CHjCOOH R

24а,б (86-90%)

f-B

R»CHj(246)

>Bu

OH (244; VBu

R-Il (23«); CHj(236)

Схема 8

Строение полученных соединений 24а,б установлено методами спектроскопии ЯМР 'Н, Ж спектроскопии, состав подтвержден данными

элементного анализа.

Взаимодействие аминоацеталя 24а с резорцином, катализируемое соляной или трифторметансульфакислотой, не привело к образованию соответствующего каликс[4]резорцина. По данным масс-спектрометрии (MALDI TOF) реакционная масса содержит линейные продукты конденсации одной молекулы аминоацеталя с двумя молекулами резорцина с m/z 698 и двух молекул аминоацеталя с тремя молекулами резорцина с m/z 1285.

Взаимодействие стерически менее загруженного аминоацеталя 246 с резорцином привело к образованию смеси неидентифицируемых продуктов. В масс-спектре (MALDI TOF) реакционной смеси присутствует пик молекулярного иона с m/z 1536, который можно соотнести со структурой 25.

/Ва сн2

HO-O-CHj-NH CFJSOJ AB/ CHJ

1М2ГМст^О,Я)>1536

Функционализированные винилфосфонаты 28а-в получены взаимодействием бисфенолов 26а-в с (р-этоксивинил)дихлорфосфонатом 27 согласно схеме 9.

он

R R

26а-в

С2Н50СН-СНР(0)С12 ■ ТІ

R-CHj, n»l (і); R=(-Bii, n-« (6); R=OCH3,n=0(.)

2 EljN, адетоя, 20°C, 5-7ч

-2 Et3N.HCI

ojf -с2н3

R R

28a-B (78-82%)

Схема 9

Строение винилфосфонатов 28а-в установлено методами спектроскопии ЯМР 'Н, 31Р и Ж спектроскопии.

Исследование реакционных смесей продуктов взаимодействия винилфосфонатов 28а,б с резорцином 29а методом масс-спектрометрии (МАЬБІ ТОБ) показало, что в реакции соединения 28а с резорцином 29а (схема 10) образуются циклические (с размером цикла от 4 до 9) и олигомерные продукты (линейные цепочки чередующихся звеньев фосфоната 28а от 4 до 9 и резорцина от 5 до 10).

Схема 10

При взаимодействии винилфосфоната 286 с резорцином 29а (схема 11) по данным масс-спектрометрии (MALDI TOF) образуется смесь каликс[4]резорцина 30 с m/z 2364 и капикс[5]резорцина 31 с m/z 2954 (рис.8). Разделить смесь продуктов нам не удалось.

зо 31

IMM+H|t23i4 |Mj]+Hj=2954

[М30+Н]

ііімм

03 УМ

[М..+НІ

Рис.8. Масс-спектр МАЮ1 ТОР смеси капикс[4]резорцина 30 и калике[5]резорцина 31

Наилучших результатов удалось достичь в реакциях конденсации резорцина 29а и его производных 29б-г с гидроксибензальдегидами 10а,б. Обнаружено, что в условиях катализа концентрированной соляной кислотой образуются новые каликс[4]резорцины 32а-з с выходом 36-50 % (схема 12).

и. к.

« V ^яРУ

ЕЮН, кипячение, 3-12ч

-4Н20

29а-г

ЯгН-^-СНзСб); Й1-СНз, Иі-іі (»); К,-ОН, Кі-Н (г)

С(0)Н 10а,б

( Кз-ОН.Вч'Н(а); ^ ( Ид-н. И^-ОЦ (6) )

32а-з (36-50%)

Схема 12

Проведение реакции в условиях катализа трифторметансульфакислотой в среде неполярного растворителя 1,4-диоксана позволило повысить выход

соединения 32а до 80 %. ! ,,

Строение соединений 32а-з доказано методами спектроскопии ЯМР Н, С, ИК спектроскопии, масс-спектрометрии (МАЫЛ ТОР), состав подтвержден данными элементного анализа. Пространственное строение соединений 32а (рис.9) и 326,г установлено методом РСА.

Рис.9. Геометрия молекулы соединения 32а в кристалле

Как видно из рис.9 соединение 32а находится в сгереоизомерной форме «кресло» (гей, С2ь-симмеггрия), что приводит к удвоению сигналов протонов На и Не в спектре ЯМР 'Н (рис. 10).

es в е

ая S s

W I I

ass ш s

« и

SI I Vi> I

ш I >Bb

он

Л/

OH 5 CH

_ILi

il d# &0 3.6

_lll

i ar

ЧЧ

Solv

CMtj

Solv

Ж_

13 " " >■' « «'» is io ' ' Vj ' ' V»' ' ' У/ ' ' ' ' ZJ ' ' 'zV и It

РисЛО. Спектр ЯМР 'H (600 МГц, (CDJ^O, 3(fC) соединения 32а

С помощью компьютерной программы PASS (Prediction of Activity Spectra for Substances) осуществлен прогноз биологической активности синтезированных соединений на основе их структурных формул. При анализе прогнозируемого списка активностей выбрана высокая вероятность: Ра>70%.

Анализ полученных данных показал, что все соединения потенциально обладают различными видами биологической активности: антиокислительной, антисеборрейной, противовоспалительной, а также способны выполнять функции ингибиторов липоксигеназы, фосфатазы и обладать лечебным действием против различных заболеваний сердца. Наиболее широким спектром биологической активности обладают соединения 3 и 7а.

Таким образом, все полученные соединения представляют интерес для дальнейшего изучения их биологической активности in vitro.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработаны методы синтеза новых полифункциональных ингибиторов радикально-цепных окислительных процессов на основе пространственно затрудненных фенолов: серосодержащего аналога известного промышленного антиоксиданта Ь^апох 1010; производных флороглюцина, содержащих

фрагменты ацилгидразонов пространственно затрудненных

гвдроксибензальдегидов; серосодержащих трисфенольных производных бензола.

2. Впервые реакцией дезаминирования диалкиламинометилтетраалкилкаликс-[4]резорцинов 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенилмеркаптаном синтезированы каликс[4]резорцины, содержащие фрагменты сульфида пространственно затрудненного фенола на верхнем ободе макроцикла. Установлено влияние надмолекулярной организации диалкиламинометилкаликс[4]резорцинов на их реакционную способность с 3,5-ди-тре/и-бутил-4-гидроксифенилмеркаптаном.

3. Конденсацией резорцина и его производных с гидроксибензальдегидами, винилфосфонатами и аминоацеталями впервые осуществлен синтез каликс[4]резорцинов с пространственно затрудненными фенольными фрагментами на нижнем ободе макроцикла.

4. Синтезированы первые представители тиакаликс[4]аренов в стереоизомерных формах «конус» и «1,3-альтернат», содержащие на нижнем ободе макроцикла фрагменты ацилгидразонов пространственно затрудненных гидрокси-бензальдегидов. Установлено, что эти каликсарены являются селективными экстрагентами ионов серебра и ртути.

5. Выявлена высокая антиокислительная активность синтезированных соединений на примере термоокисления полиэтилена, вазелинового масла и в модельной реакции инициированного окисления стирола.

Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных для размещения материалов диссертации:

1. Барсукова Т.А. Полифенольные стабилизаторы полимеров макроциклической структуры / Т.А. Барсукова, М.Н. Соден, H.A. Мукменева, Г.Н. Нугуманова, C.B. Бухаров, Э.М. Касымова, А.Р. Бурилов, М.А. Пудовик // Вестник Казанского технологического университета. -2007. -№3-4. - С.50-55.

2. Барсукова Т.А. Синтез и изучение свойств серосодержащих тетракисфенолов / Т.А. Барсукова, Нугуманова, C.B. Бухаров, H.A. Мукменева, H.H. Валиева, Е.Е. Бобрешова, Ч.Б. Медведева // Вестник Казанского технологического университета. - 2009. - №1. - С.45-50.

3. Нугуманова Г.Н. Синтез, структура и антиокислительная активность серосодержащего тетракисфенола / Г.Н. Нугуманова, Т.А. Барсукова, C.B. Бухаров, Д.Б. Криволапое, И.А. Литвинов, В.В. Сякаев, H.A. Мукменева, А.Р. Бурилов // Журнал общей химии. - 2010. - Т.80. - Вып.7. - С.1175-1178.

4. Нугуманова Г.Н. Синтез 3,5-ди-треот-бутил-4-гидроксифенилтиометилирован-ного тетраметилкаликс[4]резорцина / Г.Н. Нугуманова, Т.А. Барсукова, СВ. Бухаров, А.Р. Бурилов, В.В. Сякаев, H.A. Мукменева // Журнал органической химии. - 2010. - Т.46. - В. 7. - С.1096-1097.

5. Барсукова Т.А. Синтез, структура и антиокислительные свойства симметричных серосодержащих трисфенолов / Т.А. Барсукова, Г.Н. Нугуманова, C.B. Бухаров, А.Р. Габдрахманова, H.A. Мукменева, Д.Б. Криволапов, И.А. Литвинов // Бутлеровские сообщения. - 2011. - Т.26. №9. - С.19-25.

6. Бурмакина Н.Е. Селективные экстрагенты ионов серебра и ртути на основе гидразонных производных тиакаликс[4]арена / Н.Е. Бурмакина, Т.А. Барсукова, С.Н. Подъячев, С.Н. Судакова, C.B. Бухаров, А.И. Коновалов // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. - №11. - С.71 -73.

7. Барсукова Т.А. Новые каликс[4]резорцины с пространственно затрудненными фенольными фрагментами на нижнем ободе / Т.А. Барсукова, C.B. Бухаров, А.Р. Бурилов, Г.Н. Нугуманова, В.В. Сякаев, H.A. Мукменева // Бутлеровские сообщения. - 2011. -Т.28. -№17. - С.42-47.

Материалы конференций:

1. Барсукова Т.А. Антиокислительная стабилизация полимеров ароматическими полигидроксисоединениями / Т.А. Барсукова, М.В. Соден, C.B. Бухаров, Г.Н. Нугуманова, H.A. Мукменева, А.Р. Бурилов, М.А. Пудовик, Э.М. Касымова, А.И. Коновалов // Третья Санкт-Петербургская конференция молодых ученых с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах». Тез. докл. - С.-Петербург, 2007. - С. 194.

2. Барсукова Т.А. Синтез и антиокислительная активность некоторых сульфидов пространственно затрудненных фенолов / Т.А. Барсукова, Г.Н. Нугуманова, C.B. Бухаров, H.A. Мукменева // Международная конференция «Техническая химия. От теории к практике». Тез. докл. - Пермь, 2008. - С.48-50.

3. Барсукова Т.А. Изучение антиокислительной активности новых сульфидов пространственно затрудненных фенолов / Т.А. Барсукова, Г.Н. Нугуманова, C.B. Бухаров, H.A. Мукменева // 12 Международная конференция молодых ученых, студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений - IV Кирпичниковские чтения». Тез. докл. - Казань, 2008. - С.83.

4. Барсукова Т.А. Тиопроизводное схш-триазина с пространственно затрудненными фенольными фрагментми: синтез, строение и антиокислительные свойства / Т.А. Барсукова, C.B. Бухаров, Г.Н. Нугуманова, H.A. Мукменева // XIII Международная конференция молодых ученых, студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений - V Кирпичниковские чтения». Тез. докл. - Казань, 2009. - С.219.

5. Барсукова Т.А. Создание новых стабилизаторов для полимерных материалов на основе фосфонатов / Т.А. Барсукова, А.Р. Габдрахманова, C.B. Бухаров, H.A. Мукменева // Всероссийская научная школа для молодежи «Проведение научных исследований в области инноваций и высоких технологий нефтехимического комплекса». Малотоннажная химия 2010. Тез. докл. - Казань, 2010. - С.47.

6. Барсукова Т.А. Синтез новых каликс[4]резорцинов, содержащих пространственно затрудненные фенольные фрагменты на нижнем ободе молекулы / Т.А. Барсукова, C.B. Бухаров, Г.Н. Нугуманова, H.A. Мукменева // Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Актуальные проблемы органической химии». Тез. докл. - Казань, 2010. - С.9.

7. Барсукова Т.А. Новые каликс[4]резорцины с серосодержащими пространственно затрудненными фенольными фрагментами на верхнем ободе

молекулы / Т.А. Барсукова, С.В. Бухаров, Г.Н. Нугуманова, А.Р. Бурилов, Н.А. Мукменева II XXI Российская молодежная научная конференция, посвященная 150-летию со дня рождения академика Н.Д. Зелинского «Проблемы теоретической и экспериментальной химии». Тез. докл. - Екатеринбург, 2011. -

8'Barsukova Т. Synthesis of thiacalix[4]arenes fuctionalized by sterically hindered phenol fragments / T. Barsukova, S. Bukharov, S. Podyachev, S. Sudakova, N. Burmakina, G. Nugumanova // International conference «Current Topics in Organic Chemistry»(CTOC-2011). Abstracts - Novosibirsk, 2011. -P.98.

9 Барсукова T.A. Синтез каликс[4]резорщшов, содержащих пространственно затрудненные фенольные фрагменты / Т.А. Барсукова, Э.М. Гибадуллина, С.В. Бухаров А.Р. Бурилов, Г.Н. Нугуманова, Н.А. Мукменева // XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Тез. докл. - Волгоград, 2011. - Т.З. - С.27. _

10 Vagapova L.I. Antioxidation activity of some caIyx[4]resorcmols during the oxidation of styrene / Vagapova L.I., Barsukova T.A., Burilov A.R., Bukharov S.V., Kharlampidi Kh.E., Nugumanova G.N. // International Congress on Organic Chemistry dedicated to the 150-th anniversary of the Butlerov's Theory of Chemical Structure of Organic Compounds. Abstracts - Kazan, 2011. - P.128.

И Барсукова T.A. Новые каликс[4]резорцины с пространственно затрудненными фенольними фрагментами / Т.А. Барсукова, С.В. Бухаров, А.Р. Бурилов, Г.Н. Нугуманова, Н.А. Мукменева // Молодежная конференция «Международный год химии». Тез. докл. - Казань, 2011. - С.10.

Соискатель

Т.А. Барсукова

Отпечатано в ООО «Печатный двор», г. Казань, ул. Журналистов, 2А, оф. 022

Тел: 295-30-36, 541-76-41, 541-76-51. Лицензия ПД№7-0215 от 01.11.2001 г. Выдана Поволжским межрегиональным территориальным управлением МПТР РФ. Подписано в печать 15.03.2012г. Печ.л.1,0 Заказ № К-7130. Тираж 100 экз. Формат 60x841/16. Бумага офсетная. Печать - ризография.

Текст научной работы диссертации и автореферата по химии, кандидата химических наук, Барсукова, Татьяна Александровна, Казань

61 12-2/412

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет»

На правах рукописи

БАРСУКОВА ТАТЬЯНА АЛЕКСАНДРОВНА

СИНТЕЗ НОВЫХ ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ АНТИОКСИДАНТОВ НА ОСНОВЕ ПРОСТРАНСТВЕННО ЗАТРУДНЕННЫХ ФЕНОЛОВ

02.00.03 — органическая химия

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор

Бухаров Сергей Владимирович

Казань

-2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................. 4

Глава 1. ПОЛИФЕНОЛЬНЫЕ И ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ

____ о

АНТИОКСИДАНТЫ. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.............................. 9

1.1 Полифенольные антиоксиданты..................... ........................... 10

1.2 Полифункциональные стабилизаторы........................................ 21

1.2.1 Сульфиды пространственно затрудненных фенолов..................... 21

1.2.2 Гидразоны с пространственно затрудненными фенольными фрагментами............................................................................ 27

1.3 Макроциклические соединения как ингибиторы радикально-цепных окислительных процессов........................................................... 31

1.3.1 Каликс[п]арены как стабилизаторы полимерных материалов........ 32

1.3.2 Каликс[п]резорцины как стабилизаторы полимерных материалов .. 40 Глава 2. СИНТЕЗ И СВОЙСТВА ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ АНТИОКСИДАНТОВ (ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ)................... 47

2.1 Синтез 2,2-бис(3 ',5 '-ди-т/?ет-бутил-4'-гидроксифенилтио-этаноил-оксиметил)-пропилен-1,3-бис(3 ',5 '-ди-гарет-бутил-4 '-гидроксифенил- 48 тиоэтаноата).............................................................................

2.2 Синтез сульфидов пространственно затрудненных фенолов на основе 1,3,5-триазина и бензола.................................................... 54

2.3 Ацилгидразоны пространственно затрудненных гидрокси-бензальдегидов на основе флорогюцина......................................... 58

2.4 Синтез полифункциональных полифенольных антиоксидантов на основе каликсаренов.................................................................. 67

2.4.1 Модификация нижнего обода каликсаренов.............................. 67

2.4.2 Модификация верхнего обода каликсаренов............................. 76

2.4.3 Создание каликсареновой матрицы......................................... 85

2.4.3.1 Конденсация резорцина с пространственно затрудненными

фенольными аминоацеталями..............................................................................................................85

2.4.3.2 Конденсация резорцина с функционализированными винилфосфонатами........................................................................88

2.4.3.3 Синтез каликс[4]резорцинов в реакции резорцинов с

пространственно затрудненными гидроксибензальдегидами................................93

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ..........................................................................97

ВЫВОДЫ.......................................................................................................................130

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.................................................................................................131

ПРИЛОЖЕНИЕ. Прогноз биологической активности..................................................145

ВВЕДЕНИЕ

Поставленная цель достигалась решением следующих задач:

- повышение функциональности известных полифенольных антиоксидантов, таких как пентаэритрил-тетракис-3-(3',5'-ди-трет-бутил-4'-гидроксифенил)-пропионата (1^апох 1010), трисфенольных производных бензола и симметричного триазина, введением в их молекулы сульфидных фрагментов;

- получение макроциклических полифенольных антиоксидантов каликсареновой структуры по реакции конденсации резорцинов с альдегидами, аминоацеталями и фосфонатами, содержащими пространственно затрудненные фенольные фрагменты;

- модификация каликсаренов фрагментами пространственно затрудненных фенолов.

Научная новизна работы. Разработан метод синтеза 2,2-бис(3',5'-ди-трет-бутил-4'-гидроксифенилтиоэтаноилоксиметил)-пропилен-1,3-бис(3 ',5 ди-тре/и-бутил-4 '-гидроксифенилтиоэтаноата), являющегося серосодержащим аналогом полифенольного антиоксиданта Ь^апох 1010.

Исследована конденсация резорцина и его производных с гидроксибензальдегидами, винилфосфонатами и аминоацеталями. Впервые осуществлен синтез калике [4]резорцинов с пространственно затрудненными фенольными фрагментами на нижнем ободе макроцикла.

Реакцией дезаминирования аминометилированных калике[4]резорцинов 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенилмеркаптаном получены новые калике [4]резорцины с серосодержащими пространственно затрудненными фенольными фрагментами на верхнем ободе макроцикла.

2008), XIII Международной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений - V Кирпичниковские чтения» (Казань,

2009), Всероссийской научной школе для молодежи «Проведение научных исследований в области инноваций и высоких технологий нефтехимического комплекса» (Казань, 2010), Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Актуальные проблемы органической химии» (Казань, 2010), XXI Российской молодежной научной конференции, посвященной 150-летию со дня рождения академика Н.Д. Зелинского «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 2011), International conference «Current Topics in Organic Chemistry» (CTOC-2011) (Новосибирск, 2011), XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011), International Congress on Organic Chemistry dedicated to the 150-th anniversary of the Butlerov's Theory of

Chemical Structure of Organic Compounds (Казань, 2011), Молодежной конференции «Международный год химии» (Казань, 2011).

Автор выражает благодарность и признательность своему научному руководителю д.х.н., проф. C.B. Бухарову за постоянную поддержку и чуткое руководство, а также д.х.н., проф. H.A. Мукменевой, д.х.н., проф. А.Р. Бурилову, д.х.н., д.х.н., проф. X. Э. Харлампиди, к.х.н. Г.Н. Нугумановой, к.х.н. С.Н. Подьячеву, к.х.н. С.Н. Судаковой, к.х.н. Л.И. Вагаповой, к.х.н. И.З. Илалдинову, асп. Н.Е. Бурмакиной за помощь и

активное участие при обсуждении работы, сотрудникам лаборатории дифракционных методов исследования Института органической и физической химии им. А.Е. Арбузова за проведение рентгеноструктурного анализа (РСА): д.х.н. И.А. Литвинову, д.х.н. А.Т. Губайдуллину, к.х.н. Д.Б. Криволапову, асп. Б.М. Габидуллину; сотруднику лаборатории ЯМР спектроскопии к.х.н. В.В. Сякаеву.

Глава 1. ПОЛИФЕНОЛЬНЫЕ И ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ АНТИОКСИДАНТЫ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

Общие вопросы синтеза, строения, реакционной способности фенольных стабилизаторов, антиокислительных свойств достаточно подробно рассмотрены в обзорах [1-3] и монографиях [4-7]. Поэтому в данном литературном обзоре мы остановимся на наиболее важных моментах и современных данных, касающихся синтеза и свойств полифенольных и полифункциональных ингибиторов радикально-цепных окислительных процессов.

1.1 Полифенольные антиоксиданты

Из литературных данных известно [4], что полифенольные стабилизаторы являются более эффективными по сравнению с монофенольными. Это обусловлено рядом факторов.

На стадии зарождения цепи (1) или на стадии разложения гидропероксидов (3) образуется радикальная пара, которая имеет вероятность претерпевать рекомбинацию:

КН " Я + ООН (Ц

1Ю* +* он (3)

При использовании монофенольного антиоксиданта происходит дезактивация одного радикала, а второй гарантированно уходит из клетки растворителя или микрореактора в полимере и участвует в стадии передачи цепи.

Полифенольные антиоксиданты могут дезактивировать сразу пару радикалов. Более того, при взаимодействии феноксильного радикала с пероксидным образуются хинолидные перекиси, являющиеся эффективными инициаторами окисления. С этой точки зрения, полиядерные фенолы гораздо

более предпочтительны в качестве антиоксидантов полимеров, по сравнению с моноядерными, у которых имеется лишь один путь взаимодействия феноксильного радикала с пероксидным - образование хинолидной перекиси 1 (схема 1), в отличие от бисфенольного, который может реагировать уже с двумя пероксидными радикалами с последующей внутримолекулярной рекомбинацией и образованием нерадикальных продуктов 2 (схема 2), что значительно увеличивает его защитные свойства [6].

он

■ У

И ОСЖ'

Схема 1

¿-Ви

г-Ви ^ ^/-Ви он

/Ви у 7-Ви ОН

Схема 2

В тоже время константы скорости ингибирования к7 для полиядерных фенолов, как правило, мало отличаются от соответствующих величин их моноядерных аналогов.

Л7

РЬОН + ьюо

РЬО + иоон

Исключением являются бисфенолы, гидроксильные группы которых участвуют в образовании внутримолекулярной водородной связи. Антиокислительная активность таких фенолов снижается, если образуется водородная связь с участием протона атакуемой ОН-группы, и возрастает,

если водородная связь образуется при участии атома кислорода гидроксильной группы. Например, 2,2'-метиленбис(4-метил-6-третЪутилфенол) (Агидол-2) имеет две неэквивалентные ОН-группы, различающиеся по реакционной способности с пероксидными радикалами.

На эффективность бисфенольных стабилизаторов оказывает влияние также строение мостика, связывающего фенольные фрагменты. Наибольшей активностью обладает бисфенол с орто-орто-метиленовым мостиком (Агидол-2). Что касается трис- и полиядерных фенолов, то с ростом числа 2,6-ди-лтрет-бутилфенольных фрагментов в молекуле наблюдается аддитивное увеличение эффективности защитного действия [8].

Большое значение на эффективность антиоксидантов оказывают стерические факторы (пространственное сближение функциональных групп, ответственных за ингибирование радикально-цепных окислительных процессов). Так считается, что повышение эффективности 2,2'-метиленбис(4-метил-6-гаретбутилфенола) (Агидол-2) по сравнению с эффективностью соответствующего монофенола - 2,6-ди-т/?ет-бутил-4-метилфенола (ионол) обусловлено пространственным сближением двух гидроксильных групп, способных связать оба радикала, образующихся при распаде молекулы гидропероксида.

СН3 СН3 СН3

ионол Агидол-2

Замена в молекуле Агидол-2 СН3-группы, находящейся в пара-положении к гидроксилу, на группу С2Н5, сопровождается снижением антиокислительной активности. Рентгеноструктурное исследование Агидол-2 и 2,2'-метиленбис(4-этил-6-шрет-бутилфенола) (Агидол-7) показало, что в молекуле Агидол-2 реализуется цис-, а в молекуле Агидол-7 - транс-конформация: плоскости ароматических колец с ОН-группами развернуты на 180° по сравнению с Агидол-2 [9, 10].

сн3 сн3 С2Н5

Агидол-2 Агидол-7

Расстояние между ОН-группами в молекуле Агидол-2 в 1.5 раза меньше, чем в Агидол-7. Такое сближение существенно повышает вероятность одновременной дезактивации в клетке двух радикалов, образующихся, например, при распаде молекулы гидропероксида на двух реакционных центрах бисфенола. Этим можно объяснить более высокое защитное действие Агидол-2 по сравнению с Агидол-7 [11, 12].

Характерными особенностями пространственного строения можно также объяснить высокую активность известного стабилизатора 2,4,6-трис(3',5'-ди-трет-бутил-4'-гидроксибензил)мезитилена 3 (Агидол-40) и 2,4,6-трис(3 ',5 '-ди-трет-бутил-4'-гидроксибензил)резорцина 4. Молекулы этих соединений содержат четыре ароматических кольца. В пространстве они представляют собой как бы «корзинку», дном которой является плоскость мезитиленового или резорцинового кольца, а стенками - 3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксибензильные фрагменты (рис.1). «Корзинка» представляет собой ловушку - для захвата пероксидных радикалов и быстрой их дезактивации реакционными центрами - ОН-группами, расположенными по краям стенок «корзинки» [13, 14].

3 4

Рис.1. Геометрия молекул соединений 3 и 4 в кристалле

Интересно отметить, что по данным ИК спектроскопии такая же конформация бензилированного резорцина 4 сохраняется и в растворе [15].

В работе [16] изучено влияние стереохимических факторов на стабилизирующую способность эфиров Р-(3,5-ди-треш-бутил-4-гидрокси-фенил)пропионовой кислоты:

Г-Ви

|но

Термостабшшзирующую эффективность соединений 5-7 оценивали по продолжительности старения до разрушения образцов полипропилена, содержащих 0.2 % стабилизаторов. Наибольшей стабилизирующей эффективностью обладает соединение 6, содержащее в связующем мостике С=С двойную связь, которая обуславливает ограниченное плоскостью взаимное перемещение фенольных фрагментов. Наименьшей эффективностью характеризуется соединение 5, содержащее в связующем мостике простую С-�