Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634840)
Контекстум
Руконтекст антиплагиат система

Современные методы синтеза гетероциклических соединений (110,00 руб.)

0   0
АвторыШихалиев Хидмет Сафарович, Крысин Михаил Юрьевич, Столповская Надежда Владимировна, Зорина Анна Вячеславовна
ИздательствоИздательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета
Страниц22
ID238613
АннотацияУчебно-методическое пособие подготовлено на кафедре органической химии химического факультета Воронежского государственного университета.
Кому рекомендованоРекомендуется для студентов 3-го, 4-го курса дневного отделения химического факультета.
Современные методы синтеза гетероциклических соединений / Х. С. Шихалиев, М. Ю. Крысин, Н. В. Столповская, А. В. Зорина .— Воронеж : Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2012 .— 22 с. — 21 с. — URL: https://rucont.ru/efd/238613 (дата обращения: 26.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ СИНТЕЗА ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Учебно-методическое пособие для вузов Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета 2012 1 Утверждено научно-методическим советом химического факультета ВГУ 16 февраля 2012 г., протокол № 2 Составители: д-р хим. наук, проф. <...> В работе было показано, что для осуществления экологически безопасного и экономически выгодного производства необходимо выполнение следующих условий: интенсификация протекания процессов, изучение альтернативных путей проведения реакций, использование микрореакторов, суперкритических жидкостей, возобновимого сырья, энергонезависимых растворителей, катализа, проведение реакций без растворителей. <...> Было установлено, что 60–80 % затрат на проведение той или иной реакции тратится на разделение полученных продуктов вследствие неселективности использованного процесса. <...> Наиболее остро проблема разделения продуктов органического синтеза касается фармацевтического производства. <...> В связи с этим еще более актуальным становится вопрос разработки новых методов синтеза гетероциклических соединений, которые позволят сократить затраты, связанные с очисткой продуктов реакции и решить ряд экологических проблем на предприятиях химической и фармацевтической промышленности. <...> Кроме того, зачастую выбор новых методов проведения органических реакций решает вопросы регио-, диастерео- и энантиоселективности, помогает расширить возможности использования катализа. <...> В настоящий момент среди новых методов в синтезе гетероциклических соединений можно выделить следующие: • проведение реакций в отсутствии растворителя, • проведение реакций в воде, • проведение реакций в среде полиэтиленгликоля (ПЭГ), • проведение <...>
Современные_методы_синтеза_гетероциклических_соединений.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ СИНТЕЗА ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Учебно-методическое пособие для вузов Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета 2012 1
Стр.1
Современный ритм жизни ставит перед правительствами и общественными организациями разных стран необходимость уделять все больше внимания вопросам энергетики и природных ресурсов, призывает каждого человека к более ответственному использованию ресурсов в целом. Промышленность, а в особенности химические производства, нацелены на сокращение затрат потребления различных природных ресурсов и уменьшения негативного воздействия на окружающую среду. Если раньше главными параметрами при выборе пути технологического процесса были экономические затраты, то в настоящее время предпочтение отдается более экологичным схемам проведения реакций, сокращающим необходимость дополнительной переработки и утилизации отходов производства. Реакционная способность растворителей и вопросы разделения полученных продуктов – важные проблемы современной химии, нашедшие свое отображение в двенадцати принципах зеленой химии, описанных Анастасом и Уорнером. В работе было показано, что для осуществления экологически безопасного и экономически выгодного производства необходимо выполнение следующих условий: интенсификация протекания процессов, изучение альтернативных путей проведения реакций, использование микрореакторов, суперкритических жидкостей, возобновимого сырья, энергонезависимых растворителей, катализа, проведение реакций без растворителей. Было установлено, что 60–80 % затрат на проведение той или иной реакции тратится на разделение полученных продуктов вследствие неселективности использованного процесса. Наиболее остро проблема разделения продуктов органического синтеза касается фармацевтического производства. В связи с этим еще более актуальным становится вопрос разработки новых методов синтеза гетероциклических соединений, которые позволят сократить затраты, связанные с очисткой продуктов реакции и решить ряд экологических проблем на предприятиях химической и фармацевтической промышленности. Кроме того, зачастую выбор новых методов проведения органических реакций решает вопросы регио-, диастерео- и энантиоселективности, помогает расширить возможности использования катализа. В настоящий момент среди новых методов в синтезе гетероциклических соединений можно выделить следующие: • проведение реакций в отсутствии растворителя, • проведение реакций в воде, • проведение реакций в среде полиэтиленгликоля (ПЭГ), • проведение реакций в сверхкритическом СО2, • использование в качестве растворителей ионных и перфторированных жидкостей, • использование микроволновой активации химических превращений. 3
Стр.3
Схема 4 CF3 cat: CF3 N X=O,S + R NO2 r.t. Вода как растворитель Использование воды в качестве растворителя – не только дань экономическим, экологическим и химическим предпосылкам оптимизировать процессы проведения химических реакций, но и стремление людей быть еще ближе к природе, где вода выступает в роли основного растворителя. Исходя из этого, можно говорить о том, что вода – самый экономически выгодный и доступный растворитель. Кроме указанных преимуществ, предпочтительность использования воды в качестве растворителя проявляется еще и ее непосредственным участием во многих реакциях, протекающих в водной среде. Как бы это ни казалось противоречивым, вода не относится к самым экологически безопасным растворителям. Растворимость соединений в воде обычно выше, чем, например, в СО2. В результате увеличивается риск загрязнения окружающей среды в случае выброса такой загрязненной воды в атмосферу. Тем не менее, множество химических превращений протекает в воде, например, синтез арилбензтиазолов (схема 5). Схема 5 SH NH2 + R O kat water N S R Предложен новый one-pot метод синтеза 4-гидроксипирролов в результате трехкомпонентной реакции β-дикарбонильных соединений с арилглиоксалями и ацетатом аммония при комнатной температуре в воде (схема 6). При этом в течение 30–45 минут образуются чистые продукты с превосходными выходами. N R N H X N H CF3 NO2 CF3 6
Стр.6
Схема 6 O O R O + R1 O Ar NH4OAc вода, r.t. Ar HO N H R Установлено, что использование воды в качестве растворителя позволяет проводить реакцию Дильса–Альдера в несколько раз быстрее, чем в случае органических растворителей. При этом применение воды позволяет увеличить селективность протекания данной реакции. Положительный гидрофобный эффект на протекание органических реакций объясняется возможностью образования клатратов между водой и несмешивающимися с ней неполярными растворами участвующих в реакции соединений. Низкая растворимость кислорода в воде предопределяет проведение реакций, чувствительных к нежелательному воздействию О2, в водной среде. И не менее важно, что в отличие от органических растворителей отсутствует необходимость дополнительных трудностей, связанных с выделением продуктов реакции, которые, как правило, оказываются водонерастворимыми. Уникальные физические и химические свойства воды позволяют проводить в ней широкий спектр органических реакций: • реакции рециклизации; • гетеролитические реакции; • радикальные реакции; • реакции карбенов; • металлоорганические реакции; • реакции окисления и восстановления. Некоторые реакции, протекающие в воде, активируют при помощи микроволнового излучения (схема 7). Схема 7 O R1 Вода используется как растворитель для реагентов, которые в ней растворяются. Для нерастворимых в воде веществ предложена возможность проведения реакции на границе раздела фаз – реакции «на воде». Установлено, что такие процессы протекают гораздо быстрее по сравнению с аналогичными взаимодействиями с использованием органических растворителей (схема 8). На границе раздела фаз вода – органическое нерастворимое в воде соединение в каждых 4 граничных молекулах воды есть свободная ОН7
Стр.7
группа, которая за счет образования водородной связи с органическим соединением оказывает каталитическое влияние на протекание процесса, что и объясняет увеличение скорости реакции. Схема 8 Небольшой размер и высокая полярность молекулы воды в сочетании с трехмерной сеткой водородных связей дают воде уникальные свойства: высокая плотность энергии связи (около 550 кал/см3), высокое поверхностное натяжение (72 dyn/см) и высокая теплоемкость. Использование ПЭГ в качестве растворителя Полиэтиленгликоли (ПЭГ) HO-(CH2CH2O)n-H обладают характеристиками, которые обуславливают их широкое применение как экологически безвредных химических веществ. Вследствие практически полного отсутствия токсичности, данные полимеры входят в состав лекарственных форм, разрешенных к употреблению внутрь, косметических средств. По этой же причине составы на основе ПЭГ также используются в биотехнологии и медицинских исследованиях. Еще одним достоинством ПЭГ является легкая биоразлагаемость этих полимеров. ПЭГ доступны в широком диапазоне молекулярных масс от 200 до десятков тысяч. При комнатной температуре полимеры представляют собой вязкие малолетучие жидкости до М < 600, с большей молекулярной массой – воскоподобные твердые вещества. Жидкие ПЭГ неограниченно смешиваются с водой, высокая растворимость сохраняется и для твердых. Это дает возможность использовать ПЭГ с различной молекулярной массой, как в чистом виде, так и в композициях с водой или другими водорастворимыми растворителями. С другой стороны, несомненным преимуществом ПЭГ является их очень низкая цена и коммерческая доступность в больших количествах, что имеет существенное значение при проведении крупномасштабных синтезов. Следует также отметить, что при промышленном производстве полиэтиленгликолей какие-либо вредные и токсичные отходы отсутствуют. В органической химии ПЭГ применяются в течение последних 20 лет. До недавнего времени ПЭГ в основном использовались как реакционная среда, обладающая катион-сольватирующей способностью, т.е. в качестве альтернативы краун-эфирам и другим катализаторам межфазного переноса, причем это было также обусловлено благоприятными экологическими свойствами полимеров (нетоксичность, биоразлагаемость). С развитием ме8
Стр.8