СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ 2-(3-НИТРОБЕНЗИЛИДЕН) ЦИКЛОГЕКСАНОНА

SYNTHESIS AND RESEARCH OF PROPERTIES OF 2-(3-NITROBENZYLIDENE) CYCLOHEXANONE

Mikhail Kulikov

Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Chemical Technology and Ecology of the Berezniki Branch of Perm National Research Polytechnic University,

Russia, Berezniki

АННОТАЦИЯ

Представленный материал является продолжением исследований в области синтеза и изучения свойств a,b-ненасыщенных кетонов. Объектом исследования выбран 2-(3-нитробензилиден)циклогексанон, полученный конденсацией 3-нитробензальдегида с циклогексаноном в условиях реакции Кляйзена-Шмидта. Для синтезированного соединения получен и интерпретирован колебательный спектр, проведен дифференциальный термический анализ. С использованием полуэмпирического метода РМ3 выполнен расчет геометрического и электронного строения.

ABSTRACT

The presented material is a continuation of research in the field of synthesis and study of the properties of a,b-unsaturated ketones. The object of the study was 2-(3-nitrobenzylidene)cyclohexanone obtained by condensation of 3-nitrobenzaldehyde with cyclohexanone under the conditions of the Claisen-Schmidt reaction. For the synthesized compound, the vibrational spectrum was obtained and interpreted, and differential thermal analysis was performed. Using the semi-empirical PM3 method, geometric and electronic structures were calculated.

Ключевые слова: реакция Кляйзена-Шмидта; a, b-ненасыщенные кетоны; ИК-Фурье спектроскопия; дифференциальный термический анализ (ДТА); геометрическое и электронное строение.

Keywords: Kleisen-Schmidt reaction; a,b-unsaturated ketones; IR Fourier spectroscopy; differential thermal analysis (DTA); geometric and electronic structure.

Представленный материал является продолжением исследований в области синтеза и изучения свойств a,b-ненасыщенных кетонов [1-3]. Интерес к рассматриваемым соединениям продиктован тем, что они обладают комплексом ценных свойств [4,5]. Объектом исследования выступает 2-(3-нитробензилиден)циклогексанон (I), полученный щелочной конденсацией 3-нитробензальдегида с циклогексаноном, взятым с 10 %-ным избытком от стехиометрии.

Синтез (I) проводили по реакции Кляйзена-Шмидта в среде водного этилового спирта. Продукт представляет собой порошок ярко-желтого цвета, не растворимый в воде. Средний выход продукта составил 78 %.

ИК спектр: 3089, 3065 см^-1 (st CH бензольных колец); 2927, 2943, 2958 см^-1 (st CH метиленовых групп); 1664 см^-1 (st C=O); 1580, 1611 см^-1 (ar C–C); 1532 см^-1 (st as NO₂); 1453 см^-1 (d as CH₂); 1347, 1307 см^-1 (st sy NO₂).

Изучение термодеструкции соединения (I) проводили на установке Термоскан-2. На первом этапе исследованию подвергли образец соединения, высушенный на воздухе. На термограмме такого образца, полученной при скорости нагрева 20 градусов в минуту, обнаружен пик при температуре 120 °С (рис. 1). Было высказано предположение, что при этой температуре происходит удаление сорбированного растворителя. Предположение подтвердилось на образцах, высушенных при температуре 90 °С в течение двух часов, у которых данный пик отсутствует.

Рисунок 1. Термограммы: 1 – воздушно-сухой образец, 20 град/мин; 2 – высушенный образец, 20 град/мин; 3 – высушенный образец, 10 град/мин; 4 – высушенный образец, 5 град/мин

Далее было исследовано влияние скорости нагрева на процесс термодеструкции, масса исследуемых образцов составила в среднем 70 мг. При анализе термограмм установлено, что их общий характер сохраняется (рис.1). Интенсивность первого пика, отвечающего плавлению пробы, примерно одинакова, но при снижении скорости нагрева пик смещается в область меньших температур (таблица 1).

Иная картина наблюдается в проявлении второго пика, отвечающего окислению соединения под действием нитро-групп. При снижении скорости нагрева также наблюдается его смещение в область меньших температур, а также снижается интенсивность данного пика.

Таблица 1.

Результаты ДТА

На следующем этапе изучены особенности строения молекулы по результатам квантовохимических расчетов, выполненных полуэмпирическим методом РМ3. Моделирование в формате 3D выявило некоторые стерические искажения молекулы и вызванные этим особенности распределения электронной плотности (рис.2).

Рисунок 2. Моделирование по результатам квантовохимических расчетов

Таким образом, взаимодействием 3-нитробензальдегида с циклогексаноном синтезирован соответствующий a,b-ненасыщенный кетон в виде порошка ярко-желтого цвета. Получены и интерпретированы данные колебательного спектра синтезированного соединения, а также изучено его поведение в условиях программируемого нагрева. Показано влияние скорости нагрева на характер термограмм. По результатам квантовохимических расчетов изучено геометрическое и электронное строение молекулы.

Список литературы:

1. Куликов М.А. Конденсация 4-диметиламинобензальдегида с циклогексаноном в условиях реакции Кляйзена-Шмидта // Вестник технологического университета. 2020. Т. 23. № 1. С. 5-8.
2. Куликов М.А. Исследование свойств замещенных алкилстирилкетонов и их азометиновых производных методом дифференциального термического анализа // Вестник технологического университета. 2019. Т. 22. № 12. С. 12-14.
3. Куликов М.А. Конденсация 4-диметиламинобензальдегида с несимметричными метилалкилкетонами // Norwegian Journal of development of the International Science. 2019. № 35. Vol.2. P. 6-11.
4. C.C. Wang, P. Zheng, P.C. Chen Construction of synthetic pathways for raspberry ketone production in engineered Escherichia coli // Applied Microbiology and Biotechnology. 2019.Vol.103. № 9.P.3715-3725.
5. Singh N., Chauhan I.S. MicroRNA expression profiling of dibenzalacetone (DBA) treated intracellular a mastigotes of Leishmania donovani // Experimental Parasitology. 2018. Vol. 193. P. 5 – 19.