научная статья по теме СИНТЕЗ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ КОМПЛЕКСОВ ВКЛЮЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ?-ЦИКЛОДЕКСТРИНА И АЛКИЛАРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ КАРБОКСИЛИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСА ВКЛЮЧЕНИЯ ?-ЦИКЛОДЕКСТРИН–1-(4-ИЗОБУТИЛФЕНИЛ)ЭТИЛХЛОРИД НА СТЕКЛОУГЛЕРОДНОМ КАТОДЕ В БЕЗВОДНОМ ДИМЕТИЛФОРМАМИДЕ Химия

Текст научной статьи на тему «СИНТЕЗ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ КОМПЛЕКСОВ ВКЛЮЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ?-ЦИКЛОДЕКСТРИНА И АЛКИЛАРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ КАРБОКСИЛИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСА ВКЛЮЧЕНИЯ ?-ЦИКЛОДЕКСТРИН–1-(4-ИЗОБУТИЛФЕНИЛ)ЭТИЛХЛОРИД НА СТЕКЛОУГЛЕРОДНОМ КАТОДЕ В БЕЗВОДНОМ ДИМЕТИЛФОРМАМИДЕ»

ЭЛЕКТРОХИМИЯ, 2007, том 43, № 10, с. 1277-1284

УДК 541.138

СИНТЕЗ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ КОМПЛЕКСОВ ВКЛЮЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ Р-ЦИКЛОДЕКСТРИНА И АЛКИЛАРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ КАРБОКСИЛИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСА ВКЛЮЧЕНИЯ Р-ЦИКЛОДЕКСТРИН-1-(4-ИЗОБУТИЛФЕНИЛ)ЭТИЛХЛОРИД НА СТЕКЛОУГЛЕРОДНОМ КАТОДЕ В БЕЗВОДНОМ ДИМЕТИЛФОРМАМИДЕ

© 2007 г. А. А. Степанов*, М. К. Грачев**, Г. И. Курочкина**, С. В. Сипин**, В. А. Гринберг

Институт физической химии и электрохимии им. АН. Фрумкина РАН, Москва, Россия *Институт элементоорганических соединений им. Н А. Несмеянова РАН, Москва, Россия **Московский педагогический государственный университет, Москва, Россия Поступила в редакцию 10.05.2006 г.

Синтезированы, выделены и охарактеризованы комплексы включения в-циклодекстрина с алкила-роматическими соединениями, в частности Р-циклодекстрин-1-(4-изобутилфенил)этилхлорид в мольном соотношении "гость-хозяин" 1 : 2 и Р-циклодекстрин-метил-(4-изобутилфенил)кетон в мольном соотношении "гость-хозяин" 1 : 1. Показано, что препаративное электрокарбоксилирование комплекса включения Р-циклодекстрин-1-(4-изобутилфенил)этилхлорид на стеклоуглеродном катоде и магниевом растворяющемся аноде в диметилформамиде приводит к образованию с высоким энантио-мерным избытком (~97%) 8-формы 2-(4-изобутилфенил)пропионовой кислоты (8-ибупрофена). Наряду с кислотой наблюдается образование димера и гидрида из соответствующих промежуточно образующихся интермедиатов.

Ключевые слова: Р-циклодекстрин, комплексы включения, электрокарбоксилирование, 8-ибупрофен.

ВВЕДЕНИЕ

Ранее мы сообщали об одном из подходов в реализации асимметрического электрокарбок-силирования арилгалогенидов с целою синтеза важного лекарственного препарата ибупрофена (8-энантиомера) путем катодного карбоксилиро-вания 1-(4-изобутилфенил)этилхлорида. Этот подход заключался в создании мономолекулярной пленки хирального компонента - в-цикло-декстрина ф-ЦД) на поверхности электрода-катализатора и электровосстановления на этой модифицированной в-циклодекстрином поверхности алкилароматического соединения в присутствии диоксида углерода в безводном диметилформамиде. Оказалось, что в исследованной области потенциалов циклодекстрин действительно адсорбируется на поверхности платинового электрода, создавая возможность индукции оптической активности в образовавшихся продуктах. Однако, при хорошем общем выходе ибупрофена (~80%) выход энантиомерной 8-формы был невелик и составлял ~1.5% [1]. Целью настоящего исследования было изучение принципиальной возможности синтеза комплексов включения на ос-

нове Р-циклодекстрина с алкилароматическими соединениями - 1-(4-изобутилфенил)этилхлоридом и метил-(4-изобутилфенил)кетоном, их выделения, а также исследование электрохимического поведения и энантиоселективного электросинтеза на их основе важного нестероидного анальге-тика-8-формы ибупрофена.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Вольтамперометрические измерения проводили на потенциостате/гальваностате модели IPC (Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН). Условия: фоновый электролит 0.1 М тетрафторборат тетрабутиламмония в ДМФА, рабочий электрод - стеклоуглеродный диск площадью 0.0078 см2, вспомогательный электрод -платиновая пластина площадью 1 см2, электрод сравнения - насыщенный каломельный электрод.

Электрохимическая ячейка для препаративного электросинтеза представляла собой стеклянный сосуд с охлаждающей рубашкой емкостью 35 мл, снабженный магнитной мешалкой, газовым вводом, стеклоуглеродным катодом (площадь 6 см2), магниевым анодом (стержень диаметром 6 мм) и

двумя дополнительными входами для загрузки реагентов, отбора проб и т.п.

Очистка ДМФА заключалась в его двукратной фракционной перегонке сначала над пентаоксидом фосфора в вакууме водоструйного насоса, затем над гидридом кальция при атмосферном давлении. 1-(4-Изобутилфенил)этил-хлорид синтезирован по методике [2].

Электролизы проводились в гальваностатическом режиме при помощи потенциостата/гальва-ностата IPC при плотности тока 14.3 мА/см2, что соответствовало потенциалам восстановления комплексов включения ß-ЦД-арилгалогенид.

Электрокарбоксилирование комплексов включения 1-(4-изобутилфенил)этилхлорид^-ЦД. Типовой эксперимент. В ячейку помещали 25 мл ДМФА, 0.4 г тетрабутиламмоний бромида, 9.4 г (3.8 мМ) комплексов включения ß-циклодекстрин-1-(4-изобутилфенил)этилхлорид (мольные соотношения 2 : 1), 10 мин продували углекислым газом и проводили электролиз при пропускании в электролит углекислоты со скоростью около 10 мл/мин. Контроль за расходом исходных комплексов включения осуществлялся вольтамперометрически, потребление электричества до практически полной конверсии исходного соединения составляло 204 мА ч (2.0 F). После завершения электролиза электролит выливали в 70 мл 5 M HCl и трижды экстрагировали эфиром (50 мл). Эфир упаривали, к остатку прибавляли 1 M раствор NaOH до сильнощелочной реакции (6-12 мл) и экстрагировали 15 мл эфира. При упаривании эфирного слоя выделялись продукты димеризации и замены атома галогена на водород.

Для выделения карбоновой кислоты отделенный водный слой подкисляли 5 M HCl до сильнокислой реакции и экстрагировали эфиром (2 раза по 15 мл), упаривали эфир, остаток сушили в вакууме над пятиокисью фосфора 24-48 ч.

Идентификация продуктов электролиза

Для идентификации 2-фенилпропионовой кислоты методом масс-спектрометрии она была переведена по стандартной методике в метиловый эфир и идентифицирована по наличию молекулярного иона в масс-спектре m/z = 165 (M+).

2-(4-Изобутилфенил)пропионовая кислота была идентифицирована сравнением с заведомым образцом методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).

2,3-Дифенилбутан (продукт восстановительной димеризации) и 1-этил-4-изобутилбензол (продукт гидрирования) были идентифицированы по наличию молекулярных ионов в масс-спектрах: m/z = = 210 (M+) и m/z = 162 (M+) соответственно.

Идентификация продуктов осуществлялась с помощью следующих приборов: газожидкостного хроматографа ЛХМ-8МД (колонка 10% QF-1, Chromosorb-W, 3 м, ПИД), хромато-масс-спектро-метра Hewlett-Packard 5989A (ионизирующее излучение 70 эВ), поляриметра Perkin Elmer 141.

Спектры ЯМР на ядрах XH регистрировали на приборе Bruker AC-200 на частоте 200 МГц, внутренний стандарт - ТМС.

Для тонкослойной хроматографии использовали пластины Silufol UV-254 в системах пропа-нол-этилацетат-вода 7 : 1 : 2 (А), этилацетат-ук-сусная кислота-вода 3 : 1 : 3 (Б), этилацетат-пи-ридин-вода 2 : 1 : 2 (В).

Анализ энантиомерных форм кислот проводили методом ВЭЖХ на жидкостном хроматографе Varian 5000, колонка CHIRACEL OD 250 х 4.6 мм, элюэнт гексан-изопропанол-трифторуксусная кислота 100/1/0.1, расход элюэнта 1 мл/мин, УФ-де-тектор 254 нм.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Исследование возможности синтеза и выделения комплексов включения основы в-циклодекстрина с 1-(4-изобутилфенил)этилхлорид и метил-(4-изобутилфенил)кетоном

Важным свойством циклодекстринов и их производных, характеризующих их как полостные системы, является способность образования соединений включения типа "гость-хозяин" с различными веществами как органической, так и неорганической природы. Вследствие данной возможности, они нашли широкое применение в различных междисциплинарных прикладных областях [3, 4], а также как модельные системы для исследования нековалентных взаимодействий в изучении процесса комплексообразования [5].

Образование соединений включения на основе циклодекстринов подчиняется простой стехиометрии гость : хозяин - 1 : 1, 1 : 2, 2 : 1, 2 : 2 и т.д.

Существует несколько подходов к получению комплексов включения [4]. В настоящей работе синтез координационных соединений типа "гость-хозяин" осуществляли методом переосаждения из воды [6]. Для этого навеску в-цикло-декстрина (I) растворяли при 60°С в воде, получая при этом раствор примерно 10%-ной концентрации. Затем при перемешивании медленно добавляли рассчитанное количество "гостя", в качестве которых нами были выбраны: 1-(4-изобутил-фенил)этилхлорид (II) и метил-(4-изобутилфе-нил)кетон (III).

Реакционная масса медленно охлаждалась до комнатной температуры. Выпавший из раствора комплекс отфильтровывали и промывали ацетоном. Для осушки полученных комплексов были

подобраны условия: температура 45-50°С в бане, давление 1.5 мм рт. ст. Соединения были выделены и охарактеризованы методом ЯМР 1Н-спек-троскопии.

Г

(ОН)7

СН3 С1

(I) + (II)

(ОН ОН)7

(ОН ОН)7

(НО)7

и

(IV)

НзС О 3 \ //

С

(ОН)7

(I) + (III)

(ОН

ОН)7

(V)

Схема 1. Образование комплекса включения в-цик-

лодекстрин-1-(4-изобутилфенил)этилхлорида (IV).

При эквимолярном взаимодействии в-цикло-декстрина с (II) в спектре ЯМР 1Н фиксировались сигналы в-циклодекстрина и 1-(4-изобутилфе-нил)этилхлорида в интегральном отношении 2 : 1. При увеличении концентрации соединения (II) в 2 или 4 раза и проведении реакции в аналогичных условиях, по данным ЯМР 1Н, образовывалось соединение включения состава 1 : 2.

По-видимому, происходит образование диме-ра, в котором на две молекулы "хозяина" приходится одна молекула "гостя" (схема 1). Следует также отметить, что при образовании комплекса в спектре ПМР фиксировалось расхождение сигналов СН3-группы при асимметрическом атоме углерода, а также смещение на 0.1 м.д. в сильное поле сигналов протонов ароматической части. Эти данные также свидетельствовали в пользу образования соединения включения.

В спектре ЯМР ХН полученного соединения (V) (схема 2) наблюдалось смещение протонов положения 3 циклодекстринового остова на 0.2 м.д. в слабое поле. Для ароматической части соединения (III), по данным ЯМР Щ-спектроскопии, наблюдалось смещение сигналов протонов бензольного кольца в сильное поле на 0.1 м.д.

При анализе спектров ПМР соединения включения (I) с 1-(4-изобутилфенил)этилхлоридом (II) можно сделать вывод, что (II) образует комплекс включения с в-циклодекстрином в ином стехио-метрическом соотношении, чем (III).

Схема 2. Образование комплекса включения в-цик-лодекстрин-метил-(4-изобутилфенил)кетона (V).

Полученные комплексы представляли собой белые кристаллические вещ

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