Description

Получение полимеров и материалов на их основе с заданными свойствами из природного сырья – критически важная задача для химической промышленности. В целом, переход на возобновляемые и независимые от углеводородов источники сырья обеспечит переход на новый уровень всего человечества. Возобновляемая солнечная энергии посредством растений преобразуется в энергию химических связей и, в конечном счете, в ценные химические соединения. Многие такие соединения используются напрямую, но их список довольно скромный. Модификация природных соединений позволит получать более широкий спектр необходимых компонентов. Однако, это сложная задача, поскольку многие природные соединения обладают нетривиальным строением (в сравнении с более простыми углеводородами). Разработка подходов к модификации природных соединений позволит решить глобальную проблему – тотальную зависимость сегодняшнего химического производства от углеводородного сырья. Поэтому решение обозначенной проблемы (разработка научных подходов к модификации природных соединений) является научно значимым.

Key findings for the stage (in detail)

1. Были разработаны подходы к селективному винилированию ненасыщенных терпеновых спиртов.
Для реализации проекта были использованы как коммерческие терпеновые спирты, так и синтезированные из имеющихся в продаже предшественников – миртенол, карвеол, иониловый спирт. Винилирование ненасыщенных природных спиртов ацетиленом, генерируемым in situ гидролизом карбида кальция, является сложной и нетривиальной задачей. Синтез виниловых эфиров практически всегда сопровождается образованием побочного продукта отщепления – диена. При выполнении этой части работы были подобраны условия винилирования ненасыщенных терпенолов, обеспечивающие максимально возможные выходы эфиров и минимизировать образование побочных продуктов. На ряде субстратов показано, что уменьшение основности реакционной среды посредством использования 1,4-диоксана как сорастворителя препятствует протеканию побочных процессов. Однако в большинстве случаев конверсия субстрата также снижается.
2. На примере геранил- и нопилвиниловых эфиров показано, что эти соединения неустойчивы в суперосновных условиях. Так в течение 3 ч в системе ДМСО-КОН при 100 °С геранил- и нопил виниловые эфиры практически полностью разлагались до соответствующих диенов. На основании полученных данных по оптимизации условий синтеза и опыта по разложению можно предположить, что скорости процессов винилирования и девинилирования имеют близкие значения, что объясняет низкие выходы этих эфиров. Этот эксперимент был важен и показал, почему выходы виниловых эфиров для алифатических субстратов и циклических субстратов с С2-алифатическими заместителями не удается повысить.
3. Полученные непредельные терпенолы, виниловые эфиры и продукты их девинилирования были охарактеризованы с использованием таких методов исследования как ЯМР, ESI-HRMS (для доказательства структуры), ГХ-МС (для определения чистоты продуктов и анализа реакционных смесей).
4. Были наработаны миртенил-, карвеил-, геранил-, периллил виниловые эфиры в количестве 1-5 г с целью их дальнейшей полимеризации и разработки способов селективного гидрирования.
5. Разработан эффективный атом-экономичный способ синтеза дважды меченных соединений путем введения двух изотопных меток – дейтерия (D) и 13С в одну стадию с использованием 13С-меченного карбида кальция и тяжелой воды (D2O). Эта работа является критически важной, поскольку дейтерий и связанные с ним атомы углерода в спектрах ЯМР не идентифицируются. Введение дополнительной метки 13С позволяет достоверно установить структуру синтезированного соединения и определить точное положение дейтериевой метки в молекуле по характерному расщеплению сигнала связанного с дейтерием атома углерода. Изменение характера спектров ЯМР 13С в зависимости от включенной в соединение метки показано для фенилвинилового тиоэфира, миртенил- и периллилвиниловых эфиров.

Key findings for the stage (summarized)

При выполнении НИР впервые были разработаны подходы к селективному винилированию ненасыщенных терпеновых спиртов. в качестве источника ацетилена был использован карбид кальция, в качестве субстратов коммерчески доступные и полусинтетические ненасыщенные терпеновые и алифатические спирты. Подобраны оптимальные режимы винилирования, обеспечивающие максимально возможные выходы виниловых эфиров и минимизировали протекание побочных процессов. На примере геранил- и нопилвиниловых эфиров показано, что эти соединения неустойчивы в суперосновных условиях и превращаются в соответствующие диены с отщеплением винильной функции.
Разработан эффективный атом-экономичный способ синтеза дважды меченных соединений с применением меченного карбида кальция (Са13С2) и тяжелой воды (D2O). Введение дополнительной метки 13С позволило достоверно установить структуру синтезированного соединения и определить точное положение дейтериевой метки в молекуле по характерному расщеплению сигнала связанного с дейтерием атома углерода.

Academic ownership of participants (text description)

Потороченко А.Н. Наработка миртенола и карвеола, очистка продуктов реакции.
Гырдымова Ю.В. Разработка методик винилирования ненасыщенных терпенолов, подбор условий реакций, проведение синтетических процедур, наработка скоупа, характеризация продуктов, выявление направлений протекания реакций.

Transfer of the full copy of the report to third parties for non-commercial use: permitted/not permitted

неразрешается

Check of the report for improper borrowing in external sources (plagiarism): permitted/not permitted

разрешается
AcronymRSF_MOL_2022 - 2
StatusFinished
Effective start/end date1/07/2330/06/24

ID: 107180258