Синтез ациламидных производных янтарной кислоты

По физическим свойствам янтарная кислота – твердое, кристаллическое вещество белого цвета. Она хорошо растворима в воде: ее растворимость при 20 ^оС составляет 6,8 г/100 г воды; при 100 ^оС – 121 г/100 г воды. Также она хорошо растворяется в спирте, эфире. В неполярных растворителях, таких, как гексан, петролейный эфир, бензин, бензол и др. она нерастворима. Легко возгоняется при температуре 130–140 ^оС. Имеет типичный кислый вкус. Не ядовита: при оральном исследовании LD 50 составляет 2260 мг / кг (крыса). Используется как регулятор кислотности в пищевой промышленности: добавка Е-363 [1].

Янтарная кислота, подобно другим органическим веществам, является слабым электролитом. Будучи двухосновной, она имеет две константы диссоциации: Ка1=7,4∙10-5; Ка2=4,5∙10-6. Это соответствует двум ступеням диссоциации этого довольно слабого электролита:

1-ая ступень: НООС-(СН 2 ) 2 -СООН ^ Н⁺ + НООС-(СН 2 ) 2 -СОО^-;

2-ая ступень: НООС-(СН 2 ) 2 -СОО^- ^ Н⁺ + ^-ООС-(СН 2 )₂-СОО^-.

Вначале нами были изучены реакции янтарной кислоты с соединениями, содержащими первичную аминогруппу, при комнатной температуре. По своей химической природе эти вещества – типичные первичные амины [3]. В качестве таких реагентов использовали гетерофункциональные соединения трис(гидроксиметил)аминометан и глицин. Как и следовало ожидать, продуктами этих реакций явились соли аммония – аммонийные производные янтарной кислоты – сукцинаты.

Синтез сукцината трис(гидроксиметил)метиламмония. В два небольших химических стакана (объем 30–50 мл) помещали навески исходных веществ: 1,18 г (0,01 моль) янтарной кислоты и 2,42 г (0,02 моль) аминополиола и добавляли к ним по 5 мл горячей дистиллированной воды. Растворы объединяли, охлаждали, а выпавшие кристаллы продукта отфильтровывали, промывали ацетоном, сушили.

(HOCH2)3C-NH2 + HOOC-CH2CH2-COOH + H2N-C(CH2OH)3 →

^ [(HOCH 2 )₃C-NH 3 ]⁺ — OOC- CH 2 CH 2 -COO^{- +}[H 3 N-C(CH 2 OH)₃]

Выход 2,4 г (66,7%). Соль представляет собой кристаллы белого цвета, хорошо растворимые в воде, достаточно устойчивые при хранении; т. пл. 140–142 °C. При нагревании выше температуры плавления соль разлагается.

Синтез сукцината глицина. Это соединение получали аналогично описанному выше. Для этого смешивали водные насыщенные растворы, содержащие 1,18 г (0,01 моль) янтарной кислоты и 1,5 г (0,02 моль) глицина. После охлаждения смеси выпадали кристаллы, которые отделяли фильтрованием, промывали ацетоном и сушили.

HOОC-CН2-NH2 + HOOC-CH2CH2-COOH + H2N-CH2 -СОOH →

^ [(H00C-CH 2 -NH 3 ]⁺ — OOC- CH 2 CH 2 -COO^{- +}[H 3 N- CH 2 -C00H]

Выход сукцината глициламмония равен 1,9 г (71%). Соль представляет собой кристаллы белого цвета, хорошо растворимые в воде, достаточно устойчивые при хранении; т. пл. 158–160 °C. При нагревании выше температуры плавления соль разлагается.

Затем было исследовано взаимодействие янтарной кислоты с указанными веществами – трис(гидроксиметил)аминометаном и глицином – при нагревании. Выяснилось, что маршруты реакций с этими реагентами не всегда были одинаковы. Все определялось количественным соотношением реагирующих веществ. Кроме того, это было связано и с тем, что аминополиол (трис(гидроксиметил) аминометан) будучи в избытке реагировал с янтарной кислотой двумя своими функциями – аминогруппой NH2 и гидроксильной группой ОН, тогда как глицин (аминоуксусная кислота) задействовал в реакции с янтарной кислотой только аминогруппу NH2. Эти обстоятельства послужили причиной различного направления указанных реакций.

Исследование взаимодействия янтарной кислоты с трис(гидрокси-метил)аминомета-ном. Исследования проводили при различных мольных количествах янтарной кислоты и аминополиола. А . Мольные соотношения 1:1. В фарфоровой чашке смешивали 2,36 г (0,02 моль) янтарной кислоты и 2,42 г (0,02 моль) трис(гидроксиметил)аминометана. Смесь нагревали на песчаной бане при 170–180 °C при перемешивании в течение 2,5–3 часов. Затем смесь охлаждали до комнатной температуры, а продукт очищали перекристаллизацией из изопропилового спирта.

Выход трис(гидроксиметил)метиламида янтарной кислоты достигал 3 г (75%), т. пл. 136–137 °C. Продукт реакции представлял собой кристаллы белого цвета, растворимые в воде и устойчивые при хранении.

Б. Мольные соотношения янтарной кислоты и аминополиола 1:2. В фарфоровой чашке смешивали 2,36 г (0,02 моль) янтарной кислоты и 4,84 г (0,04 моль) трис(гидроксиметил)аминометана. Смесь нагревали на песчаной бане при 170–180 °C при перемешивании в течение 2,5–3 часов. Затем смесь охлаждали до комнатной температуры, а продукт – замещенный бис(оксазолин) – очищали перекристаллизацией из ацетона. Продукт реакции способен обесцвечивать раствор брома в четыреххлористом углероде (ЧХУ). Это говорит о том, что он содержит в своем составе кратные связи и является непредельным соединением. Этот факт позволил однозначно предложить действительный маршрут реакции.

Выход бис(оксазолина) – 3,92 г (68%), т. пл. 181–182 °C. Продукт реакции представлял собой кристаллы белого цвета, растворимые в воде и относительно устойчивые при хранении (при длительном хранении вещество приобретало желтоватый оттенок).

Исследование взаимодействия янтарной кислоты с глицином (аминоуксусной кислотой). Исследования проводили при мольных соотношениях янтарной кислоты и глицина равных 1:1. Методика аналогична описанной выше. В фарфоровой чашке смешивали 2,36 г (0,02 моль) янтарной кислоты и 1,5 г (0,02 моль) аминоуксусной кислоты (глицина). Смесь нагревали на песчаной бане при 170–180 °C при перемешивании в течение 2,5–3 часов. Затем смесь охлаждали до комнатной температуры, а продукт – глициламид янтарной кислоты – очищали перекристаллизацией из изопропилового спирта.

Выход глициламида янтарной кислоты составил 2,42 г (77%). Продукт реакции представлял собой сиропообразную вязкую жидкость желтоватого цвета, умеренно растворимую в воде и относительно устойчивую при хранении.

Синтезированные вещества – важные производные янтарной кислоты. Они могут оказаться полезными в различных биологических испытаниях. Так, соли – сукцинаты – потенциальные активаторы роста и развития растений и их применение для соответствующих исследований непременно будет иметь положительные результаты. Амиды и амидоэфиры, учитывая то, что в составе их молекул есть свободные функциональные группы – гидроксильные ОН и карбоксильные группы СООН – могут быть исходными соединениями в синтезе более сложных аналогов природных биологически активных соединений, например, липидов [2].

Результаты полученных научных исследований также могут быть использованы в учебнометодической работе с учащимися средних учебных заведений и студентами вузов: в работе кружков и факультативов, НИРС и других видов занятий.