ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

470 

 

carbonate under microwave irradiation  have been founded.  Comparative  activity of phenol  and 

its    methyl-  and  halogensubstituted  derivatives  in  carboxylation  reaction  with  sodium  ethyl 

carbonate under microwave irradiation have been determined. 

Keywords: Carbon dioxide, phenol, sodium ethyl carbonate, hydroxybenzoic acids 

 

Введение 

 

Продукты  карбоксилирования  фенолов  –  гидроксибензойные  кислоты  и  их 

производные,  находят  широкое  практическое  применение.  Многие  из  них  (салициловая 

кислота, п-гидроксибензойная кислота и др.) обладают широким спектром биологической 

активности    и  применяются  в  производстве  фармацевтических  препаратов  [1,  2].  п-

Гидроксибензойная  кислота  и  ее  производные    находят  применение  в  качестве 

антиоксидантов и консервантов [3, 4], а также  для  производства полимерных  материалов 

[5]. 

В  последнее  время  вызывает  большой  интерес  проблема  использования  диоксида 

углерода в качестве источника углерода в органическом синтезе. Об этом свидетельствует 

возрастающие темпы роста научных публикации по данной тематике [6-10]. Утилизация 

диоксида углерода в химическом синтезе имеет также важное природоохранное значение, 

так как является одним из путей снижения антропогенных выбросов диоксида углерода – 

главного компонента парниковых газов, в атмосферу [6]. 

О  карбоксилировании  гидроксиаренов  щелочными  солями  алкилугольных  кислот  

сообщалось  в  работах    [11,  12].  Следует  отметить,  что  в  вышеуказанных    работах    в 

качестве  субстратов  в  реакции  карбоксилирования  с  щелочными  солями  алкилугольных 

кислот изучены, главным образом, феноляты щелочных металлов, а реакция проводилась 

в среде растворителей. Ранее нами  исследовано карбоксилирование фенолов и нафтолов 

натрий- и калийалкилкарбонатами [13, 14]. Показано, что последние могут быть успешно 

использованы  для  карбоксилирования  непосредственно    фенолов  (нафтолов)  без 

предварительного перевода их в феноляты (нафтоляты) и без  применения  растворителей, 

что соответствует  принципам  «зеленой химии» [15]. 

Химический синтез  в условиях микроволнового облучения (сверхвысокочастотного 

облучения)  в    настоящее  время  является    динамично  развивающимся  методом  

органического синтеза [16-18]. Применение микроволнового облучения  (МВ-облучения) 

в химическом синтезе связано на его способности в десятки и сотни раз ускорять многие 

химические  реакции,  вызывать  быстрый  объемный  нагрев  жидких  и  твердых  образцов. 

Это  свойство  МВ-облучения  соответствует  принципам  «зеленой  химии»  -  научного 

направления  в  химии,  к  которому  можно  отнести  любое    усовершенствование   

химических  процессов,  которое  положительно    влияет  на  окружающую    среду  [15]. 

Широкие возможности,  которые  открывает применение МВ-облучения в химии, вызвали 

большой интерес к изучению   и прикладному использованию эффектов МВ-воздействия. 

В  настоящей  работе  в  продолжение  наших  исследований  в  области 

карбоксилирования гидроксиаренов щелочными солями алкилугольных кислот [13, 14, 19, 

20] проведено сравнение активности в реакции карбоксилирования натрийэтилкарбонатом 

фенола и его различных производных, найдены оптимальные условия проведения реакции 

карбоксилирования фенола натрийэтилкарбонатом в условиях микроволнового облучения 

и 

определена 

сравнительная 

активность 

в 

реакции 

карбоксилирования 

натрийэтилкарбонатом  фенола  и  ряда  его  метил-  и  галоидпроизводных  в  условиях 

микроволнового облучения.  

 

Эксперимент 

 

В  качестве  реагентов  использовали  о-,  м-,  п-крезолы,  о-,  м-,  п-хлорфенолы,  п-

бромфенол, 

п-фторфенол, 

2,4-дихлорфенол 

фирмы 

SIGMA-ALDRICH, 

сухой 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

471 

 

натрийэтилкарбонат,  синтезированный  взаимодействием  диоксида  углерода  с  этилатом 

натрия,  и  очищенные  перегонкой  фенол  и  2,6-диметилфенол.  Опыты  проводили  в 

лабораторной  автоклавной  установке,  изготовленной  из  нержавеющей  стали,  без 

применения  растворителей  в  среде  газообразного  диоксида  углерода.  Опыты  в  условиях 

МВ-облучения  проводили  без  применения  растворителей  на  бытовой  СВЧ-печи  фирмы 

SAMSUNG  (модель  МЕ73AR,  частота  2,45  ГГц).  Индивидуальность  синтезированных 

продуктов    определяли  по  физико-химической  константе  (т.  пл.),  смешанной  пробе 

(отсутствие  депрессии температуры плавления) с их чистыми реактивными образцами и 

данными ИК- и ПМР-спектроскопии. ИК – спектры сняты на однолучевом инфракрасном 

спектрометре «Nicolet 5700» корпорации «Thermo Electron Corporation» (США) в области 

400-4000 см

-1

. ЯМР

1

Н-спектры сняты на приборе «Brucker DPX 400», рабочая частота 300 

МГц. В качестве эталона был взят тетраметилсилан. 

5-метил-2-гидроксибензойная  кислота.  В  стеклянный  реактор,  помещенный  в 

стальной автоклав, снабженный мешалкой, электрическим обогревом и вводом (выводом) 

газообразного  диоксида  углерода,  загружают  4.33  г  (0.04  моль)  п-крезола  и  2.24  г  (0.02 

моль) 

натрийэтилкарбоната 

(соотношения 

реагентов 

[п-

крезол]:[натрийэтилкарбонат]=2:1),  автоклав  герметизируют,  дважды  продувают 

диоксидом  углерода  для  удаления  воздуха,  а  затем  наполняют  диоксидом  углерода  до 

давления 10 атм, включают перемешивание и обогрев. Температуру реакционной cмеcи в 

течение  4  чаcов  поднимают  до  185ºC  (скорость  подъема  температуры  40ºC/час)  и 

выдерживают  при  этой  температуре  и  давлении  диоксида  углерода  10  атм  в  течение  3 

чаcов.  После  этого  прекращают  перемешивание  и  обогрев,  автоклав  охлаждают  до 

комнатной  температуры.  Реакционную  cмеcь  обрабатывают  водой.  Полученный  водный 

раствор  экcтрагируют  эфиром  для  отделения  непрореагировавшего  п-крезола.  Из 

эфирного слоя возвращают 2.2 г непревращенного п-крезола. Продукт реакции (5-метил-

2-гидроксибензойная  кислота)  выделяют  подкислением  водной  фазы  соляной  кислотой. 

Получают 2.67 г (88,1%) 5-метил-2-гидроксибензойной кислоты; выход на вступивший в 

реакцию п-крезола составляет 97.3 %. т.пл 149-150ºC (150 ºC  [21]).  

5-хлор-2-гидроксибензойная кислота. В стеклянную емкость помещают 1,93 г (0,015 

моль)  п-хлорфенола и 1,12 г  (0,01 моль) натрийэтилкарбоната. Соотношение реагентов 

[п-хлорфенол]:[натрийэтилкарбонат]=1,5:1. 

Реакционную 

смесь 

облучают 

сверхвысокочастотным  облучением  (частота  2,45  ГГц)  мощностью  450  Вт  в  течение  9 

мин.  После  этого  прекращают  облучение,  реакционную  смесь  охлаждают  до  комнатной 

температуры.  Реакционную  смесь  обрабатывают  водой.  Полученный  водный  раствор 

экстрагируют  толуолом  для  отделения  непрореагировавшего  п-хлорфенола.  Продукт 

реакции  (5-хлор-2-гидроксибензойная  кислота)  выделяют  подкислением  водной  фазы 

соляной  кислотой.  Получают  0,68  г  (39,5%)  5-хлор-2-гидроксибензойной  кислоты.  т.пл 

172,5-173

0

С (173

0

С [21]).  

 

Результаты и их обсуждение  

 

В  работах  [13,  19,  20]  нами  установлена  высокая  эффективность  метода  синтеза 

гидроксибензойных  кислот  и  их  производных  карбоксилированием  щелочными  солями 

алкилугольных 

кислот 

(легкодоступные 

производные 

диоксида 

углерода) 

непосредственно  фенола  и  его  производных  (без  перевода  их  в  феноляты)  и  без 

применения  растворителей,  что  соответствует  принципам  зеленой  химии  [15].  В 

найденных  оптимальных  условиях  карбоксилирования  п-крезола  натрийэтилкарбонатом 

([п-крезол]:  [натрийэтилкарбонат]=2:1,  Т=185

0

С,  Рсо

2

=10  атм,  τ=7ч.)  выход  целевого 

продукта (5-метил-2-гидроксибензойная кислота) достигает 88,0%; выход на вступивший 

в реакцию п-крезола 97,3% [20]. 

 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

472 

 

OH

+

NaOCOEt

O

-EtOH

OH

HCl

-NaCl

OH

NaOOC

HOOC

X=CH

3

, Cl, Br, F

X

X

X

 

Для  определения  влияния  природы  и  местоположения  заместителей  в  фенильном 

кольце на ход протекания реакции карбоксилирования натрийэтилкарбонатом проведено 

сравнение активности в данной реакции фенола и его различных производных фенола. В 

таблице  1  приведены  выходы  продуктов  карбоксилирования  натрийэтилкарбонатом 

фенола и его производных в оптимальных условиях проведения процесса, найденных для 

карбоксилирования 

п-крезола 

натрийэтилкарбонатом 

[20] 

([п-крезол]: 

[натрийэтилкарбонат]=2:1, Т=185

0

С, Рсо

2

=10 атм, τ=7ч.).  

 

Таблица  1  –  Сравнительная  активность  фенола  и  его  производных  в  реакции 

карбоксилирования  натрийэтилкарбонатом  ([субстрата]:  [натрийэтилкарбонат]=2:1, 

Т=185

0

С, Рсо

2

=10 атм, τ=7ч.) 

 

№

п. 

п. 

Субстрат 

Продукты 

реакции 

Выход, 

% 

(масс.) 

№ 

п. 

п. 

Субстрат  Продукты 

реакции 

Выход, 

% (масс.) 

1 

Фенол  

2-

Гидрокисбензойна

я кислота 

76,3 

6 

м-

Хлорфен

ол 

4-хлор-2-

гидрокисбензойна

я кислота 

67,8 

2 

о-Крезол 

3-Метил-2-

гидрокисбензойна

я кислота 

34,2 

7 

п-

Хлорфен

ол 

5-Хлор-2-

гидрокисбензойна

я кислота 

77,1 

3 

м-Крезол 

4-Метил-2-

гидрокисбензойна

я кислота 

74,6 

8 

п-

Бромфен

ол 

5-Бром-2-

гидрокисбензойна

я кислота 

62,4 

4 

п-Крезол 

5-Метил-2-

гидрокисбензойна

я кислота 

88,1 

9 

п-

Фторфен

ол 

5-Фтор-2-

гидрокисбензойна

я кислота 

71,1 

5 

о-

Хлорфенол 

3-хлор-2-

гидрокисбензойна

я кислота 

31,5 

10 

2,4-

дихлорфе

нол 

- 

- 

 

Как видно из полученных данных (табл. 1), карбоксилирование производных фенола 

натрийэтилкарбонатом  протекает  согласно  закономерностям  реакции  электрофильного 

замещения  ароматического  кольца.  Наиболее  высокую  активность  в  данной  реакции 

проявляют  п-крезол,  п-хлорфенол,  фенол,  м-крезол,  п-фторфенол,  п-бромфенол  и  м-

хлорфенол. Умеренную активность проявили о-крезол и о-хлорфенол, 2,4-дихлорфенол в 

данную реакцию не вступает.  

 

OH

+

NaOCOEt

O

-EtOH

OH

COONa

HCl

-NaCl

OH

COOH

hv

 

 

Показана 

возможность 

использования 

МВ-облучения 

для 

синтеза 

гидроксибензойных  кислот  и  их  производных  реакцией  карбоксилирования 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

473 

 

натрийэтилкарбонатом  фенола  и  его  производных.  С  целью  нахождения  оптимальных 

условий  проведения  реакции  карбоксилирования  фенола  натрийэтилкарбонатом  в 

условиях  МВ-облучения  изучено  влияние  различных  условий  проведения  процесса 

(мощность  МВ-излучения,  продолжительность,  мольное  соотношение  исходных 

реагентов)  на  выход  целевых  продуктов  (табл.  2).  Установлено,  что  реакция  протекает 

региоселективно  с  образованием  лишь  салициловой  кислоты.  Как  видно  из  данных 

таблицы  2,  наиболее  оптимальными  условиями  проведения  реакции  являются  мощность 

МВ-излучения  450  Вт  (табл.  2,  п.1-4),  продолжительность  9  мин  (табл.  2,  п.3,  5-8), 

соотношение исходных реагентов [фенол]:[натрийэтилкарбонат]=1,5:1 (табл.2, п.3, 9-11).  

 

Таблица  2  –  Карбоксилирования  фенола  натрийэтилкарбонатом  в  условиях 

микроволнового облучения 

 

№ 

 

 

Соотношение исходных 

реагентов 

[C

6

H

5

OH]:[NaOC(O)OC

2

H

5

] 

Мощность  

МВ-облучения, 

Вт 

Продолжитель-

ность, мин 

Выход 

салициловой 

кислоты, % 

 

1 

1,5 : 1 

180 

9 

3,5 

2 

1,5 : 1 

300 

9 

12,8 

3 

1,5 : 1 

600 

9 

16,8 

4 

1,5 :1 

450 

6 

11,7 

5 

1,5 : 1 

450 

7 

22,7 

6 

1,5 : 1 

450 

8 

24,8 

7 

1,5 : 1 

450 

9 

27,6 

8 

1,5 : 1 

450 

10 

25,1 

9 

1,25 : 1 

450 

9 

26,1 

10 

2,0 : 1 

450 

9 

20,3 

11 

2,5 : 1 

450 

9 

16,8 

 

Для  определения  влияния  природы  и  местоположения  заместителей  в  фенильном 

кольце  на  выход  продуктов  реакции  карбоксилирования  в  условиях  микроволнового 

облучения  проведено  сравнение  активности  в  данной  реакции  различных  метил-  и 

галоидзамещенных  производных  фенола.  В  таблице  3    приведены  выходы  продуктов 

карбоксилирования  фенола  и  его  9  метил-  и  галоидзамещенных  производных 

натрийэтилкарбонатом  в  условиях  МВ-облучения  в  оптимальных  условиях,  найденных 

для карбоксилирования фенола натрийэтилкарбонатом (мощность МВ-излучения 450 Вт, 

τ=9 мин., [C

6

H

5

OH]:[NaOC(O)OC

2

H

5

] = 1,5:1).  

Как  видно  из  данных  таблицы  2,  в  соответствии  с  закономерностями 

электрофильного  замещения  ароматического  кольца  реакция  во  всех  случаях  идет 

селективно 

в 

о-положение 

с 

образованием 

соответствующих 

производных 

фенолкарбоновых  кислот  с  выходами    6,8-39,5%.  о-Крезол,  о-хлорфенол  и  2,6-

диметилфенол в данную реакцию не вступают.  

Идентифицикация  синтезированных  соединений  проведена  по  физико-химической 

константе  (Т

пл

),  по  отсутствию  депрессии  температуры  плавления  смешанной  пробы 

продуктов с их чистыми реактивными образцами и данными ИК- и ЯМР

1

Н-спектров.  

 

Заключение 

 

Показана  возможность  эффективного  использования  для  синтеза  практически 

ценных гидроксибензойных кислот и их производных метода карбоксилирования фенола 

и его производных щелочными солями алкилугольных кислот.  

 

ХИМИЯ ЖӘНЕ ХИМИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯ БОЙЫНША IX ХАЛЫҚАРАЛЫҚ БІРІМЖАНОВ СЪЕЗІНІҢ ЕҢБЕКТЕРІ

 

 

474 

 

Таблица  3  –  Сравнительная  активность  фенола  и  его  производных  в  реакции 

карбоксилирования  натрийэтилкарбонатом  в  условиях  микроволнового  облучения 

(мощность МВ-облучения: 450 Вт, τ = 9 мин, [субстрат]:[натрийэтилкарбонат] = 1,5:1) 

 

№  Субстрат 

Продукты 

реакции 

Выход, 

% (мас.) 

№ 

Субстрат 

Продукты 

реакции 

Выход, 

% (мас.) 

1 

Фенол 

 

Салициловая 

кислота 

 

27,6 

6 

п-Хлорфенол 

5-хлор-2-

гидроксибензойн

ая кислота 

39,5 

2 

м-Крезол 

4-Метил-2-

гидроксибензойн

ая кислота 

38,3 

7 

о-Хлорфенол 

__ 

__ 

3 

п-Крезол 

5-Метил-2-

гидроксибензойн

ая кислота 

36,9 

8 

п-Бромфенол 

 

5-бром-2-

гидроксибензойн

ая кислота 

26,6 

4 

о-Крезол 

__ 

__ 

9 

п-Фторфенол 

5-фтор-2-

гидроксибензойн

ая кислота 

6,8 

 

5 

м-

Хлорфен

ол 

4-хлор-2-

гидроксибензойн

ая кислота 

14.5 

10 

2,6-

Диметилфенол 

__ 

__ 

 

Установлена  возможность  применения  микроволнового  облучения  для  реакции 

карбоксилирования фенола и его производных натрийэтилкарбонатом. 

Определена  сравнительная  активность  фенола  и  его  ряда  метил-  и 

галоидзамещенных 

производных 

в 

изученных 

реакциях 

карбоксилирования 

натрийэтилкарбонатом.  Разработанные  методы  получения  гидроксибензойных  кислот  и 

их  производных  могут  быть  использованы  для  их  лабораторного  и  промышленного 

синтеза. 

  

Список литературы 

 

1

 

Brel A.K., Lisina S.V., Budaeva Yu.N. Derivatives of hydroxybenzoic acids and their 

salts:  Synthesis  and  pharmacological  activity  //  Russ.  J.  Gen.  Chem.  –  2015.  Vol.85,  Is.  2.  – 

P.387-391. 

2

 

Cashman  A.L.,  Warshaw  E.M.  Parabens:  a  review  of  epidemiology,  structure, 

allergenicity, and hormonal properties // Dermatitis. – 2005. Vol.16, Is.2. – P.57-66.  

3

 

Farhoosh  R.,  Johnny  S.,  Asnaashari  M.,  Molaahmadibahraseman  N.,  Sharif  A. 

Structure-antioxidant activity relationships of o-hydroxyl, o-methoxy, and alkyl ester derivatives 

of p-hydroxybenzoic acid // Food Chemistry. – 2016. Vol. 194. – P. 128-134.  

4

 

Koroleva O., Torkova A., Nikolaev I., Khrameeva E., Fedorova T., Tsentalovich M., 

Amarowicz  R.  Evaluation  of  the  Antiradical  Properties  of  Phenolic  Acids  //  Int.  J.  Mol.  Sci.  – 

2014. Vol.15, Is.9. – P.16351-16380.  

5

 

Dong  D.,  Jiang  Sh.,  Ni  Yu.,  Jiang  B.  Syntheses  and  properties  of  thermotropic 

copolyesters of p-hydroxybenzoic acid // Eur. Polym. J. – 2001. Vol.37. – P.611-617. 

6

 

Aresta M.  Carbon  Dioxide: Recovery  and Utilization; Kluwer  Academic Publishers: 

Dordrecht, The  Netherlands, 2003, 408р.  

7

 

Riduan  S.N.,  Zhang  Y.G.  Recent  developments  in  carbon  dioxide  utilization  under 

mild conditions // Dalton Transactions. – 2010. Vol.39, Is.14. – P.3347-3357.   

жүктеу/скачать 31,15 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: