Химические превращения метилфеофорбида (а). Реакция Даффа

Механизм и субстраты реакции Даффа. Хроматографическое исследование синтезированных соединений. Получение метилфеофорбида (а), выделение метилового эфира 13(2)-гидроксифеофорбида (а) в ходе реакции Даффа. Анализ полученных результатов превращений.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУ ВПО «СЫКТЫВКАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ХИМИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ХИМИИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

«Химические превращения метилфеофорбида (а).

Реакция Даффа»

СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ
• 1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
• 1.1 Механизм реакции Даффа
• 1.2 Уротропин C₆H₁₂N₄
• 1.3 Субстраты в реакции Даффа
• 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
• 2.1 Приборы и материалы
• 2.2 Хроматографическое исследование синтезированных соединений
• 2.3 Получение метилфеофорбида (а)
• 2.3.1 Выделение метилового эфира 13(2)-гидроксифеофорбида (а)
• 2.4 Реакция Даффа
• 3. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
• 3.1 Получение метилфеофорбида (а)
• 3.2 Превращения метилфеофорбида (а) в условиях реакции Даффа
• ВЫВОДЫ
• Список использованной литературы
• ВВЕДЕНИЕ
• Порфирины представляют большой интерес для химии, в связи с их повышенной биологической активностью и относительно низкой стабильностью. Их актуальность возрастает с каждым годом, исследование в этой области (присоединение различных заместителей к порфиринам) дает все новые и новые соединения, с уникальными наборами физических и химических свойств. Применение, которых, захватывает все больший круг интересов: на основе порфиринов создаются катализаторы, сенсоры, лекарственные средства, органические полупроводники, жидкие кристаллы и материалы для нелинейной оптики.
• Прежде всего, уникальным представителем этого класса являются хлорофилл - важнейший природный порфирин, участвующий в процессе фотосинтеза в зеленых растениях, и гем крови - красный пигмент, осуществляющий транспортировку кислорода в живом организме. Известны также пирропорфирины -синтетические пиррольные соединения и их модификации, простейшим представителем которых является тетрафенилпорфирин, по применению не уступающий природным порфиринам.
• Большой практический интерес составляют модификации хлорофилла. В ходе установления его строения было получено большое количество хлоринов: феофетины, феофорбиды, хлорин е₆ феопорфирины и др. Изучение свойств этих модельных соединений способствовало исследованию механизмов фотосинтеза и позволило выявить новые области применения.
• В настоящее время одной из интенсивно развивающихся областей медицины является фотодинамическая терапия (ФДТ) различных заболеваний: хлорин е₆ и его ближайшие аналоги представляют собой хорошую основу для синтеза противоопухолевых фотосенсибилизаторов (ФС). Известно, что в качестве исходных веществ, для синтеза ФС для ФДТ используют метилфеофорбид (а) и пурпурин 18. Эти же производные хлорофилла представляют интерес как лиганды для синтеза металлокомплексов производных хлорофилла с переходными металлами, которые могут быть эффективными катализаторами различных процессов.
• Цель работы: Получить метилфеофорбид (а) и провести его модификацию в условиях реакции Даффа (формилирования).
• Задачи работы:
• 1) Получить метилфеофорбид (а) из сухой спирулины;
• 2) Провести химическое превращение метилфеофорбида (а) в условиях реакции Даффа.
• 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Механизм реакции Даффа

Реакция Даффа - замена протона в ароматических соединениях на формильную группу CHO (формилирование). Формилирование фенолов, либо любых ароматических структур проводят обычно при нагревании с уротропином (гексаметилентетраамином), в присутствии кислотного катализатора. Замещение протона происходит в п-положение, однако в присутствии безводной трифторуксусной кислоты наблюдается п- и с-замещение. В реакцию Даффа вступают различные соединения, имеющие циклические сопряженные структуры и содержащие подвижный атом водорода при атоме углерода, стоящего по соседству с функциональной группой: фенолы и его производные (алкилфенолы. хлорфенолы) и ароматические амины.

В органической химии важную роль играют реакции, приводящие к образованию новой углерод-углеродной связи, так как они позволяют проводить построение углеродного скелета молекулы, еще важнее реакции, которые одновременно с образованием новой углерод-углеродной связи позволяют ввести в структуру синтезируемой молекулы какую-либо функциональную группу. Реакция Даффа является реакцией такого типа, в связи с этим она занимает важное место в синтетической органической химии, причем реакция отличается высокой селективностью.

В общем виде реакцию Даффа можно записать так:

Сама реакция была открыта английским химиком Джемсом Даффом в 1932 году и состояла из нескольких этапов - взаимодействие ароматической компоненты с катионом формальдимина и последующий кислотный гидролиз:

Как видно из обобщенной схемы, в реакции Даффа участвуют обычно два компонента. Это субстрат -- ароматическое соединение, подвергаемое формалированию и катион формалъдимина CH₂=NH₂⁺ образуется при разложении уротропина. Реакцию проводят в органической кислоте (уксусной, трифторуксусной), иногда дополнительно подкисляя борной кислотой Н₃ВО₃. В результате реакции Даффа образуется продукт формилирования или так называемый ароматический имин.

Механизм реакции Даффа состоит в первоначальном образовании высокореакционной промежуточной частицы - катиона формальдимина CH₂=NH₂⁺ образуется при кислотном разложении уротропина:

Катион формальдимина CH₂=NH₂⁺ выступает в качестве электрофильного формилирующего реагента, который присоединяется к ароматическому кольцу в о-положение и далее после модификации кислотным гидролизом (с катализатором - уксусной или трифторуксусной кислотой) превращается в кето-ароматический соединение.

1.2 Уротропин C₆H₁₂N₄

Уротропин был впервые синтезирован Бутлеровым А.М. в 1860 г. из аммиака и формальдегида:

Формальдегид сильный восстановитель и довольно легко вступает в реакцию с аммиаком, поэтому выход уротропина довольно хороший.

Физические свойства

Уротропин - бесцветные кристаллы или белый кристаллический порошок жгучего и сладкого, а затем горьковатого вкуса, без запаха. Легко растворим в воде (1:1,5) и спирте (1:10). Также растворим в хлороформе, метаноле. Плохо растворим в бензоле, эфире, четыреххлористом углероде. При нагревании уротропин улетучивается не плавясь. Горит бледным пламенем. Водные растворы имеют щелочную реакцию (рН 40 % раствора 7,8 - 8,2).

Химические свойства

Уротропин - довольно слабый нуклеофил, содержащий только NCH₂-связи. Со слабыми кислотами дает малоустойчивые соли, сильными кислотами разлагается на соли аммония и формальдегид, к действию щелочей устойчив. Со спиртовым раствором азотной кислоты дает мононитрат. С водной 60% азотной кислотой дает осадок динитрата. При действии бензил-, аллил- и фенацилгалогенидов образует монозамещенные гексаминиевые соли; последние при алкоголизе превращаются в первичные амины (Делепина реакция), а при кислотном гидролизе - в альдегиды (Сомле реакция). Раствор уротропина в уксусной кислоте - мягкий окисляющий агент, используемый для превращения аминов в альдегиды или кетоны. С фенолом реагирует в присутствии глицеринборной кислоты с образованием орто- или, если орто-положение занято, пара-гидроксибензальдегида (Даффа реакция). Ароматические углеводороды при нагревании с уротропином в присутствии трифторуксусной кислоты превращаются в альдегиды. При нитровании уротропина дымящей азотной кислотой в присутствии нитрата аммония и уксусного ангидрида образуется гексоген. Реагирует с перекисью водорода в присутствии лимонной или азотной кислот с образованием гексаметилентрипероксиддиамина. С бромом и иодом дает комплексы содержащие 2 молекулы галогена (одна отщепляется при нагревании).

Строение уротропина

Уротропин представляет симметричный ромбоэдр, состоящий из С-N и C-H связей, представленный фрагментом -NCH₂-:

Фармакологические свойства и применение в медицине

Уротропин (Гексаметилентетрамин) - одно из очень немногих синтетических лекарственных средств, используемых в настоящее время, с более чем 100-летней историей: он начал применяться еще в 1884...