научная статья по теме ЭПОКСИДНЫЕ ОЛИГОМЕРЫ НА ОСНОВЕ ЭВГЕНОЛЬНЫХ ЦИКЛОТРИФОСФАЗЕНОВЫХ ПРОИЗВОДНЫХ Физика

Текст научной статьи на тему «ЭПОКСИДНЫЕ ОЛИГОМЕРЫ НА ОСНОВЕ ЭВГЕНОЛЬНЫХ ЦИКЛОТРИФОСФАЗЕНОВЫХ ПРОИЗВОДНЫХ»

ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, Серия А, 2008, том 50, № 6, с. 951-958

СИНТЕЗ

УДК 541.64:547(241+422-31)

ЭПОКСИДНЫЕ ОЛИГОМЕРЫ НА ОСНОВЕ ЭВГЕНОЛЬНЫХ ЦИКЛОТРИФОСФАЗЕНОВЫХ ПРОИЗВОДНЫХ

© 2008 г. В. В. Киреев*, Н. С. Бредов*, Ю. В. Биличенко*, К. Ä. Лысенко**, Р. С. Борисов***, В. П. Чуев****

*Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева 125047 Москва, Миусская пл., 9 **Институт элементоорганических соединений имени А Н. Несмеянова Российской академии наук 119991 Москва, ул. Вавилова, 28 ***Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук 119991 Москва, Ленинский пр., 29 ****3акрытое акционерное общество "ВладМиВа" 308002 Белгород, ул. Мичурина, 39а Поступила в редакцию 13.12.2007 г. Принята в печать 16.01.2008 г.

Методом рентгенодифракционного анализа оценена структура молекулы гексакис-(4-аллил-2-ме-токсифенокси)циклотрифосфазена, установлена непланарность фосфазенового цикла с варьированием длины связи P-N и валентных углов N-P-N в достаточно узких пределах (1.5771-1.5894 А и 117.80°-118.37° соответственно). При эпоксидировании гексакис-(4-аллил-2-метоксифенокси)цик-лотрифосфазена м-хлорнадбензойной или надуксусной кислотами наряду с гексаэпоксидным производным происходит образование соответствующего димера за счет частичного межмолекулярного взаимодействия эпоксидных групп.

Олигомерные и полимерные фосфазены являются предметом постоянного внимания исследователей и представляют все возрастающий интерес для получения полимерных материалов различного назначения [1, 2].

Одним из направлений является использование циклических олигофосфазенов для модификации органических полимеров [3, 4]. Другая перспективная возможность, выявившаяся в последнее время, - применение циклофосфазенов как матриц для синтеза полиаминокислотных звездообразных и колончатых полимерных структур [5-7]. В качестве таких циклофосфазеновых тем-платов представляют интерес функциональные арилоксифосфазены и продукты их эпоксидиро-вания [8]. Однако в работе [8] указанные соединения охарактеризованы недостаточно полно, поэтому с целью оптимизации метода их синтеза и последующего использования для получения различных полимерных структур в настоящей работе исследованы реакция 4-аллил-2-метоксифено-ла (эвгенола) с гексахлорциклотрифосфазеном

E-mail: kireev@muctr.edu.ru (Киреев Вячеслав Васильевич).

(ГХФ) и эпоксидирование образующихся эвге-нольных производных

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ГХФ получали реакцией частичного аммоно-лиза PCl5 в среде пиридина [9]; хлорфосфазены выделяли экстракцией кипящим бензолом, осаждали маслообразные олигомеры петролейным эфиром и после отгонки летучих ГХФ очищали перекристаллизацией из гексана, Гпл = 113°С; спектр ЯМР 31Р - синглет с 5P = 19.8 м.д.

Эвгенол (4-аллил-2-метоксифенол) - продукт фирмы "Acros Organics" применяли в свежепере-гнанном виде. Чистоту контролировали с помощью спектроскопии ЯМР 1Н и по температуре кипения, равной 254°С, при атмосферном давлении.

Растворители, высушенные по стандартным методикам, использовали в свежеперегнанном виде. Константы растворителей отвечали данным, приведенным в литературе [10].

ж-Хлорнадбензойную кислоту с содержанием основного вещества 70-75% (продукт фирмы "Acros Organics" ) использовали без очистки.

Надуксусную кислоту получали по следующей методике. В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником и термометром, заливали 15 мл свежеперегнанного уксусного ангидрида и нагревали на масляной бане до 100°С. По достижении этой температуры небольшими порциями через холодильник присыпали 3.29 г борной кислоты (ч.д.а.) до полного ее растворения. Смесь охлаждали до комнатной температуры и выделяли кристаллы образовавшегося боруксус-ного ангидрида. К полученным кристаллам на ледяной бане прикапывали 4.6 мл 85%-ной перекиси водорода, отфильтровывали смесь надуксусной и уксусной кислот от борной кислоты и использовали указанную смесь для дальнейшего эпоксидирования.

Синтез гексакис-(4-аллил-2-метоксифенок-си)циклотрифосфазена (ГЭФ) осуществляли следующим образом. К раствору 11.81 г эвгенола в 35 мл ТГФ при перемешивании и комнатной температуре небольшими порциями вводили 1.66 г тонких пластинок металлического Na. После образования суспензии фенолята к ней добавляли раствор 3.13 г ГХФ в 25 мл ТГФ (мольное соотношение ГХФ : фенолят Na = 1 : 8) и нагревали при 50°С в течение 11 ч. Для удаления образовавшегося NaCl и избытка фенолята к реакционной смеси добавляли избыток дистиллированной воды, образовавшийся на стенках колбы вязкий

продукт светло-коричневого цвета растворяли в CH2Cl2, промывали несколько раз дистиллированной водой и сушили раствор безводным сульфатом натрия. После удаления растворителя продукт многократно перекристаллизовывали из смеси метиленхлорида и этонола (1 : 1 по объему) и получали белые моноклинные кристаллы ГЭФ с температурой плавления 82 ± 1°С, 5Р = 9.2 м.д. Спектр ЯМР 1Н этого соединения (рис. 1а) полностью соответствует его строению и содержит сигналы 5Н, м.д.: 3.3 (с, СН2-арил), 3.6-3.7 (т, СН3О), 5.1 (д, CH2=), 5.9 (т, CH=), 6.5-7.0 (м, ароматические протоны).

Эпоксидирование гексакис- (4-аллил-2-меток-сифенокси)циклотрифосфазена проводили в 20%-ном (относительно массы реагентов) растворе метиленхлорида избытком ж-хлорнадбензой-ной или надуксусной кислот при комнатной температуре и перемешивании в течение 70 ч. Полученный раствор эпоксидных производных в CH2Cl2 промывали водным раствором сульфита натрия, соды, затем дистиллированной водой и сушили прокаленным сульфатом натрия. После отгонки метиленхлорида и сушки при 40°С и остаточном давлении 1.3 кПа получали вязкий слабо окрашенный продукт с характерным для трифосфазенового цикла синглетным сигналом 5Р = 9.2 м.д., что свидетельствует о сохранении при эпоксидировании неизменного фосфазеново-го цикла. Спектр ЯМР ХН эпоксидного производного ГЭФ (рис. 16) полностью соответствовал предполагаемой формуле; 5Н , м.д.: 2.5 (с, СН-О), 2.7(с, СН2-О), 3.1 (с, СН2-арил), 3.6-3.7 (т, СН3О), 6.5-7.0 (м, протоны ароматических колец). Отсутствие на спектре сигналов протонов аллиль-ных групп (5Н = 5.1 и 5.9 м.д.) указывает на полноту реакции эпоксидирования. Однако продукт эпоксидирования ГЭФ не является индивидуальным соединением с приведенной на рис. 16 формулой. Возможные причины обсуждены ниже.

Рентгенодифракционный анализ кристаллов ГЭФ проводили при 100 К на автоматическом трехкружном дифрактометре "Smart APEX2 CCD" (MoA^-излучение, графитовый монохрома-тор, ю-сканирование, 26max < 58°).

Кристаллы при 100 К моноклинные: a = = 11.1918(9)1, b = 11.2271(8), с = 24.812(2) А, а =

1 Здесь, далее по тексту и в табл. 1 и 2 цифры в скобках указывают на точность определения.

(а)

п-1-1-1-Г

7 6 5 4 3

(б)

п-1-1-1-1-г

7 6 5 4 3 2

8и, м.д.

Рис. 1. Спектры ЯМР 1Н ГЭФ (а) и продукта его эпоксидирования (опыт 3 в табл. 3) (б). ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ Серия А том 50 № 6 2008

Таблица 1. Длина связей в ГЭФ

Связь Длина связи, A Связь Длина связи,A

P(1)-N(1) 1.5825(16) O(4)-C(32) 1.409(2)

P(1)-N(2) 1.5867(16) O(5)-C(41) 1.409(2)

P(1)-O(2) 1.5880(14) O(6)-C(51) 1.397(2)

P(1)-O(1) 1.5894(13) O(7)-C(2) 1.359(2)

P(2)-N(2) 1.5771(15) O(7)-C(10) 1.432(2)

P(2)-N(3) 1.5849(15) O(8)-C(12) 1.361(2)

P(2)-O(4) 1.5920(13) O(8)-C(20) 1.432(3)

P(2)-O(3) 1.5926(14) O(9)-C(22) 1.360(2)

P(3)-N(1) 1.5814(16) O(9)-C(30) 1.431(2)

P(3)-N(3) 1.5834(15) O(10)-C(31) 1.362(2)

P(3)-O(6) 1.5846(13) O(10)-C(40) 1.436(3)

P(3)-O(5) 1.5911(14) O(11)-C(42) 1.359(2)

O(1)-C(1) 1.398(2) O(11)-C(50) 1.434(2)

O(2)-C(11) 1.400(2) O(12)-C(52) 1.363(2)

O(3)-C(21) 1.387(2) O(12)-C(60) 1.431(2)

= 78.902(2)°, в = 84.846(2)°, у = 83.038(2)°, V = = 3029.8(4) А3, ёвыч = 1.316 г/см-3, М = 1201.03, ^(000) = 1264, | = 2.50 см1, г = 2 (г = 1), пространственная группа Р Вгикег 1. Из общего числа 39844 измеренных отражений (^¡п1 = 0.0331) в дальнейших расчетах и уточнении использовали

17610 независимых отражений. Учет поглощения проводили полуэмпирически по эквивалентным отражениям. Структуру расшифровывали прямым методом и уточняли методом наименьших квадратов в анизотропном полноматричном при-2

ближении по Fhkl. Анализ разностных Фурье-синтезов показал, что атомы углерода одной из ал-лильных групп разупорядочены по двум положениям с заселенностями, равными 0.3 и 0.7. Атомы водорода для упорядоченной части молекулы локализованы из разностных Фурье-синтезов электронной плотности и включены в уточнение в изотропном приближении. Окончательные факторы расходимости: R = 0.0511 по 12891 отражениям с I > 2a(I), wR2 = 0.1457 и GOF = 0.957 по всем отражениям.

Все расчеты проводили по комплексу программ SHELXTL PLUS". (G.M. Sheldrick, SHELXTL-97, Version 5.10, Bruker AXS Inc., Madison, WI-53719, USA.)

Содержание эпоксидных групп находили мер-куриметрическим методом [11].

Спектры ЯМР 31Р и ЯМР ХН снимали на спектрометре "Bruker CXP-200" при частоте 145 и 200 МГц соответственно [12].

Таблица 2. Валентные углы в ГЭФ

Угол Величина Угол Величина

угла, град угла, град

N(1)-P(1)-N(2) 117.80(8) O(6)-P(3)-O(5) 98.92(7)

N(1)-P(1)-O(2) 104.42(8) P(3)-N(1)-P(1) 120.63(10)

N(2)-P(1)-O(2) 112.71(8) P(2)-N(2)-P(1) 121.63(10)

N(1)-P(1)-O(1) 113.57(8) P(3)-N(3)-P(2) 120.76(9)

N(2)-P(1)-O(1) 102.94(8) C(1)-O(1)-P(1) 126.65(11)

O(2)-P(1)-O(1) 104.91(7) C(11)-O(2)-P(1) 122.06(12)

N(2)-P(2)-N(3) 117.96(8) C(21)-O(3)-P(2) 124.72(12)

N(2)-P(2)-O(4) 111.96(8) C(32)-O(4)-P(2) 118.57(11)

N(3)-P(2)-O(4) 106.33(7) C(41)-O(5)-P(3) 122.41(11)

N(2)-P(2)-O(3) 110.16(8) C(51)-O(6)-P(3) 124.91(11)

N(3)-P(2)-O(3) 110.43(8) C(2)-O(7)-C(10) 117.03(15)

O(4)-P(2)-O(3) 98.16(7) C(12)-O(8)-C(20) 116.95(17)

N(1)-P(3)-N(3) 118.37(8) C(22)-O(9)-C(30) 116.19(16)

N(1)-P(3)-O(6) 109.68(8) C(31)-O(10)-C(40) 116.59(18)

N(3)-P(3)-O(6) 110.25(8) C(42)-O(11)-C(50) 117.05(15)

N(1)-P(3)-O(5) 112.20(8) C(52)-O(12)-C(60) 116.89(16)

N(3)-P(3)-O(5) 105.64(8)

Масс-спектры MALDI-TOF получали на приборе "Bruker Auto Flex II".

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Гексаэвгенольные производные циклотри-фосфазена упоминаются в

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком