Получение аминоспиртов на основе оксиранов с С10, С12 полициклическими мостиковыми фрагментами и их антимикробные свойства



Изучена реакция аминолизе эпоксидов С ₁₀ ,С ₁₂ полициклических мостиковых олефинов диэтиламином, морфолином и пиперидином. Исследованы биоцидные свойства синтезированных полициклических аминоспиртов в качестве антимикробных присадок к моторному маслу М-8 и установлена их эффективность.

Одним из развиваемых направлений нефтехимического синтеза является получение циклических аминоспиртов, поскольку наличие в их молекуле двух функциональных групп и циклического фрагмента создает реальные возможности целенаправленного получения различных, практически полезных продуктов. Аминоспирты, полученные на основе оксиранов с полициклическими мостиковыми фрагментами, могут быть использованы в качестве биологически активных и фармакологических препаратов [1–4], антимикробных, антикоррозийных материалов и антиоксидантов [5, 6]. В частности, аминоспирты и аминокислоты пинанового ряда, полученные из (+) и (-) α-пиненов по методике [7] могут быть базовыми веществами при конструировании новой группы противосудорожных препаратов [8].

Некоторые сведения о получении циклических аминоспиртов приведены в работах [3, 4, 9, 10], согласно которым аминолиз оксиранов существенно зависит от условия проведения реакций. Так, согласно [2], эпоксипроизводные норборнена в отличие от эпоксидов моноциклических непредельных углеводородов, при одинаковых условиях проявляют высокую устойчивость в реакциях аминолиза.

Известно, что в случае раскрытия оксиранового цикла О- и N- нуклеофилами соотношение первичного и вторичного (или вторичного и третичного) аминоспирта определяется правилом Красуского [9], согласно которой раскрытие оксиранового цикла в молекуле эпоксида осуществляется по связи между атомом кислорода и менее замещенным углеродным атомом. При этом выход основного продукта зависит от температуры и, особенно, полярности растворителя [10]. Так, при аминолизе фенилоксирана N,N-диалкилэтилендиамином реакция в отсутствии растворителя практически не протекает. С повышением полярности растворителя выход основного продукта увеличивается. Наибольший выход достигается при использовании изопропилового спирта.

В настоящей работе рассматриваются результаты исследований по аминолизу эпоксидов с три- и тетрациклическими фрагментами, синтезированнами на основе циклопентадиена и норборнена.

Экспериментальная часть

Исходные эпоксиды получены из С ₁₀ -С ₁₂ непредельных углеводородов, синтезированных димеризаций циклопентадиена с последующим гидрированием продукта реакции [11] и [4+2]-циклоприсоединением циклопентадиена с норборненом [12].

Аминолиз эпоксидов проводили в трехгорлом стеклянном реакторе в растворе изопропилового спирта при температуре 40–50° С и продолжительности 6–8 г. Амины были использованы в виде гидрохлоридов, которые под действием гидроксида калия «in situ» превращаются в амины и вступают в реакцию аминолиза. Выход транс-N-алкиламиноспиртов-экзо, эндо-гидрокси N-алкилтрициклодеканов и экзо, эндо- гидрокси-N-алкилтетрациклододеканов достигает 62–80 %.

Синтезированные соединения представляют собой желтоватого маслянистого вещества, которые были выделены в виде гидрохлоридов. Структура их подтверждена методами ИК-, ЯМР ¹ Н и ¹³ С спектроскопии.

4(3)-диэтиламинотрицикло [5.2.1.0 ^2.6 ] декан-3(4)-ол [или 5(6)-диэтиламино-1,4`-метаногексагидроиндан-6 (5)-ол]: ИК-спектр, ν, см ^-1 : 3496 (ν,ОН), 3321 (ν, CHN), 3256 (ν, CN), 1658 (ν, CN), 1380, 1340 (δ, CH), 1128, 1110 (δ, OH); ЯМР ¹ Н-спектр, δ, м.д.: 1,05 т (6Н, 2СН ₃ , J 8.1 Гу), 1.31–1.63 м (12Н, Н ^{1,2,5,6,7,7,8,9,10} ), 2.44 д (4Н, N(CH ₂ ) ₂ , J 8.2, 7.0 Гу), 2.68 т (1Н, HCN, J 9.8 Гу), 3.42 д (1Н, НСОН, J 8.2, 7.1 Гу), 3.73 у.с. (1Н, ОН); масс-спектр, отн. интенс., %; 177 [С ₁₂ Н ₁₉ N] ⁺ (1.8), 132 [С _{1 0} Н _{1 2} ] ^+· (6.2); 120 [C ₉ H ₁₂ ] ^+· (4.8), 118 [C ₉ H ₁₀ ] ^+· (4.3); 106 [C ₈ H ₁₀ ] ^+· (7.8); 104 [C ₈ H ₈ ] ^+· (10.2); 92 [C ₇ H ₈ ] ^+· (12.4); 81 [C ₆ H ₉ ] ⁺ (36.3); 80 [C ₆ H ₈ ] ^+· (100); 79 [C ₆ H ₇ ] ⁺ (21.4); 68 [C ₅ H ₈ ] ^+· (18.5); 66 [C ₅ H ₆ ] ^+· (23.7).

4(3)-морфолинилотрицикло [5.2.1.0 ^2.6 ] декан-3(4)-ол (смесь изомеров) (или 5(6)-морфолинилгексагидро-1,4-метаноиндан-6 (5)-ол). ИК-спектр, ν, см ^-1 : 3495 (ν,ОН), 3320, 3256 (ν, CHN), 1526 (CN), 1375, 1338 (δ, CН), 1240, 1123 (С-О-С), 1110, 1082 (δ, OH); ЯМР ¹ Н-спектр, δ, м.д.: 1,28–1,62 т (12Н, Н ^{1,2,5,6,7,8,9,10} ), 2.70 д (1Н, HCN, J 9.8, 7.2 Гу), 2.73 т (4Н, N(CH ₂ ) ₂ , J 7.2 Гу), 3.42 д (1Н, НСОН, J 9.8, 7.2 Гу), 3.58 у.с. (1Н, ОН), 3.63 т (4Н, О(CH ₂ ) ₂ , J 7.2 Гу); масс-спектр, отн. интекс., %; 219 [С ₁₄ Н ₂₁ NО] ⁺ (1.8), 203 [С ₁₄ Н ₂₁ N] ⁺ (2.6); 201 [С ₁₄ Н ₁₉ N] ⁺ (2.4), 189 [С ₁₃ Н ₁₉ N] ⁺ (2,6); 187 [С ₁₃ Н ₁₇ N] ⁺ (2.7); 175 [С ₁₂ Н ₁₇ N] ⁺ (2.7); 174 [С ₁₂ Н ₁₆ N] ⁺ (3.1); 173 [С ₁₂ Н ₁₅ N] ⁺ (1.6); 161 [С ₁₁ Н ₁₅ N] ⁺ (2.1); 159 [С ₁₁ Н ₁₃ N] ⁺ (2.8); 133 [С ₁₀ Н ₁₃ ] ⁺ (5.2); 132 [C ₁₀ H ₁₂ ] ^+· (5.6); 120 [C ₉ H ₁₂ ] ^+· (10.6); 106 [C ₈ H ₁₀ ] ^+· (7.6); 105 [C ₈ H ₉ ] ^+· (8.7); 93 [C ₇ H ₉ ] ^+· (9.2); 92 [C ₇ H ₈ ] ^+· (23.4); 81 [C ₆ H ₉ ] ^+· (37.4); 80 [C ₆ H ₈ ] ^+· (100); 79 [C ₆ H ₇ ] ^+· (21.4); 78 [C ₆ H ₆ ] ^+· (18.4); 66 [C ₅ H ₆ ] ^+· (23.1); 65 [C ₅ H ₅ ] ^+· (12.4).

4(5)-морфолинилтетрацикло [6.2.1 ^1.8 .1 ^3.6 .0 ^2.7 ] додекан-5(4)-ол (смесь изомеров) (или 7(6)-морфолинилдекагидро-1,4; 5,8-диметанонафт-6 (7)-ол). ИК-спектр, ν, см ^-1 : 3486 (ν,ОН), 3235 (ν, CHN), 1532 (ν, CN), 1465 (δ, CН ₂ ), 1382, 1364, 1347 (δ, СH), 1240, 1157 (С-О-С), 1097, 1087 (δ, ОH); ЯМР ¹ Н-спектр, δ, м.д.: 1,24–1,65 м (14Н, 6Н ^1,2,5,6,7,8 , 8Н ^9,10,11,12 ), 2.51 д (1Н, HCN, J 9.8, 7.2 Гу), 2.69 т (4Н, N(CH ₂ ) ₂ , J 7.2 Гу), 3.42 д (1Н, НСОН, J 9.8, 7.2 Гу), 3.81 у.с. (1Н, ОН), 3.64 т (4Н, О(CH ₂ ) ₂ , J 7.2 Гу); ЯМР 13С, δ, м. д.: 76,2 (С ⁵ ), 70.8 (С ⁴ ), 48.4 (С ⁷ ), 45.7 (С ² ), 45.4 (С ¹ ), 40.5 (С ⁸ ), 40.3 (С ⁶ ), 39.8 (С ³ ), 34.9 (С ^9,10 ), 30.8 (С ¹² ), 29.6 (С ¹¹ ), 67.4 (С ^3,5 ), 52.6 (С ^4,6 -морфолин).

Биоцидные свойства синтезированных аминоспиртов изучены в моторном масле М-8 в качестве антимикробных присадок. Результаты проведенных исследований приведены в таблице 1.

Таблица 1

Антимикробные свойства синтезированных С ₁₀ , С ₁₂ -полициклических аминоспиртов

Формула и название вещества	Концентрация, %	Зона угнетения роста микроорганизмов, мм
		Бактерии (МПА)	Грибы (СА)
3(4)-диэтиламинотрицикло [5.2.1.0 2.6 ] декан-4(3)ол (смесь изомеров)	1.0 0.5 0.25	+ + + + + +	1.3–1.5 1.2–1.3 + +
3(4)-морфолинилтрицикло [5.2.1.0 2.6 ] декан-4(3)ол (смесь изомеров)	1.0 0.5 0.25	1.3–1.4 0.9–1.0 + +	1.7–1.9 1.2–1.3 0.8–1.0
3(4)-пиперидинилтрицикло [5.2.1.0 2.6 ] декан-4(3)ол (смесь изомеров)	1.0 0.5 0.25	1.2 0.8–1.0 + +	1.4–1.6 1.2–1.4 0.8–1.0
4(5)-морфолинилтетрацикло [6.2.1 3.6 .1 1.8 .0 2.7 ] додекан-5(4)-ол (смесь изомеров)	1.0 0.5 0.25	1.5–1.6 1.2–1.4 ++	1.4–1.5 0.8–1.1 + +
Пентахлорфенолят натрия	1.0 0.5	1.3 0.7	1.4 0.7
Масло M-8 (без присадки)	-	+ +	+ +

Примечание: ++ сплошной рост микроорганизмов

Для испытаний использовали широко распространенные в нефтепродуктах и являющиеся их агрессивными разрушителями чистые культуры следующих видов микроорганизмов:

Бактерии: Mycobacterium lacticolium, Pseudomanas aeruginosa.

Грибы: Aspergillus niger, Cladosporium resinae, Penicillium chrosegenum, Chaetonium qolabosrum.

Указанные микроорганизмы выращивали при температуре 28±2°С в специально установленном термостате с 90–100 % влажностью: грибы — в течение 5–7 суток, а бактерии — в течение 2–3 суток. В качестве питательной среды для бактерий был использован мясо-пептонный агар (МПА), а для грибов — сусло-агар (СА 6 % по Блалингу).

Эффективность антимикробного действия оценивалась по величине диаметра зоны угнетения роста микроорганизмов вокруг лунки (в см) с присадкой и без нее: чем она больше, тем эффективнее антимикробное действие.

Результаты и их обсуждения

Аминолиз эпоксидов три- и тетрациклических непредельных углеводородов в отличие от эпоксидов бициклических углеводородов протекает без изменения их исходной структуры:

Аминолиз оксиранов существенно зависит от природы использованных растворителей, мольного соотношения реагентов (табл.2 и 3).

Синтезированные аминоспирты представляют собой трудноразделимую смесь экзо-эндо; экзо-экзо и эндо-эндо изомеров с преобладанием первых и проявляют высокую биоцидную эффективность.

Таблица 2

Зависимость реакции аминолиза 4-оксатетрацикло [6.2.1.0 ^2.7 .0 ^3.6 ] ундекана диетиламином ( I ) и морфолином ( II ) от природы растворителя

Растворитель	ε	Количество растворителя , моль	Выход , %
			I	II
Углерод-4-хлорид	2,3	1,0	-	-
Бензол	2,27	1,0	2,5	1,8
Толуол	2,38	1,0	3,8	4,0
Трех-бутанол	12,3	2,0	32,4	27,8
Пропанол-2	18,3	2,0	49,6	45,4
Етанол	25,2	2,0	62,3	55,8
Метанол	32,65	2,0	67,8	60,4
Пропанол-2+H 2 O (1:1)	-	3,0	79,3	76,4
Етанол+H 2 O (1:1)	-	3,0	80,5	82,3

Таблица 3

Влияния мольного соотношения реагентов на реакцию аминолиза 5-оксапентацикло [6.2.1.1 ^1.9 .1 ^3.7 . 0 ^2.8 .0 ^4.6 ] тридекана (Т=50°С, τ=8 ч., кат. К ₂ СО ₃ , растворитель-пропанол-2:Н ₂ О+1:1

Амин	Полученные соединения	Взятый , q		Соот. м оль I:II	Выход , %
		Епоксид, I	Амин II
Диэтиламин	4(5)-диэтильаминотрицикло [6.2.1 1.8 .1 3.6 .0 2.7 ]додекан-5 (4)-ол	8,8 8,8 8,8	7,3 11,0 14,6	1:2 1:3 1:4	51,6 67,3 82,4
Морфолин	4(5)- морфолинтетрацикло [6.2.1 1.8 .1 3.6 .0 2.7 ] додекан-5 (4)-ол	8,8 8,8 8,8	8,7 13,05 17,4	1:2 1:3 1:4	47,0 59,3 76,4
Пиперидин	4(5)-пиперидинилтетрацикло [6.2.1 1.8 .1 3.6 .0 2.7 ] додекан-5 (4)-ол	8,8 8,8 8,8	8,5 12,75 17,0	1:2 1:3 1:4	46,3 57,0 74,5

Литература:

1. Касьян Л. И., Касьян А. О., Оковитный С. И., Тарабара И. Н. Алициклические эпоксидные соединения. Реакционная способность. Днепропетровск, Изд. Днепропетровск нац. Унив. 2003, 516 с.
2. Касьян Л. И., Пальчиков В. А.// ЖорХ. 2010, т.46, Вып.1, с.7
3. Bergmeier S. C.//Tetrahedron, 2000, Vol. 56, № 17, p.2561
4. Karpf M., Trussardi R.//J.Org.Chem. 2001, Vol. 66, № 6, P.2044
5. Saiz C., Villamil V., Gonzalez M. M., rossi M. A., Martinez L., Suescun L., Vila A. J., Mahler G.// tetrahedron Asym.2017, Vol.28, № 1, P.110
6. Fernandes F. s., Fernandes T. s., suza da Silverira L., Caneschi W., et.al// Eur. J.Med. Chem.2016, Vol.108, p.203
7. Szakonyi Z., Martinek T., Hetenyi A.//Tetrahedron, 2000, V.11, p.4571–4579
8. Толстиков Т. Г., Морозова Е. А., Павлова А. В. и др. // Доклады Академии Наук., Химия, 2008, Т.422, № 4, с.490–492
9. Терней А. Современная органическая химия // М.: Мир, 1981, Т.1, с.439–445
10. Мохаммед А. Х., Борисова Е. Я., Угонова В. В., Крылов А. В., Борисова Н. Ю. // Вестник МИТХТ, 2011, № 5, с.140–142.