ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ 3,3'-ДИНИТРОХАЛКОНА

STUDY OF THE PROPERTIES OF 3,3¢-DINITROCHALCONE

Kulikov Mikhail Alexandrovich

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. В условиях реакции Кляйзена-Шмидта синтезирован 3,3¢-динитрохалкон в виде твердого вещества оливкового цвета. В качестве реагентов использованы 3-нитробензальдегид и 3-нитроацетофенон. Строение соединения подтверждено данными ИК Фурье и Uv-Vis спектроскопии. По результатам дифференциально-термического анализа определены пределы термической устойчивости 3,3¢-динитрохалкона.

Abstract. 3,3¢-Dinitrochalcone was synthesized as an olive-colored solid under Claisen-Schmidt reaction conditions. 3-Nitrobenzaldehyde and 3-nitroacetophenone were used as reactants. The structure of the compound was confirmed by FTIR and UV-Vis spectroscopy. The thermal stability limits of 3,3¢-dinitrochalcone were determined using differential thermal analysis.

Ключевые слова: халкон, реакция Кляйзена-Шмидта, спектральные методы исследования, ДТА-ТГА.

Keywords: chalcone, Claisen-Schmidt reaction, spectral research methods, DTA-TGA.

Халконы играют важную роль в процессах жизнедеятельности растений. Они участвуют в трансформации и накоплении биологически активных веществ, придают окраску и запах цветкам и плодам [1]. Природные халконы не отличаются многообразием природы и расположения заместителей. Заместительный состав представлен, в основном, гидрокси- и метокси-группами. Доступность синтетических методов позволила получить халконы с очень широким набором заместителей. Особенный интерес представляют халконы, имеющие в своей структуре нитро-группы [3, 5, 6].

Цель представленной работы заключается в изучении некоторых свойств 3,3¢-динитрохалкона (I), химизм его образования представлен следующей схемой.

Данное соединение достаточно известно и может быть получено несколькими методами. Согласно работе [2] конденсацию исходных компонентов проводили в среде этанола в присутствии KOH, выход продукта при этом составил 41 %. Авторы [4] синтезировали 3,3¢-динитрохалкон в среде метанола в присутствии циклогексана и поташа в условиях ультразвуковой обработки. Выход продукта по этой методике составляет 88 %. К недостаткам данного метода можно отнести использование токсичного метанола и сложность лабораторной установки. При этом, несмотря на известность, свойства 3,3¢-динитрохалкона исследованы недостаточно.

Изучаемый 3,3¢-динитрохалкон получили по реакции Кляйзена-Шмидта из 3-нитроацетофенона и 3-нитробензальдегида в среде водного этилового спирта. В качестве конденсирующего средства использовали NaOH. Синтезированный продукт представляет собой твердое вещество оливкового цвета, его выход составил 87 %.

Строение 3,3¢-динитрохалкона определили, проанализировав данные ИК спектра. Анализ позволил выделить ряд характеристических полос (см^–1) для данного соединения. При их соотнесении с литературными источниками получены следующие результаты: 3086 (n ar C–H), 3034 (n =CH), 1672 (n C=О), 1613, 1575, 1475 (g ar), 1522 (n as NO₂), 1348 (n sy NO₂), 1086. 1049. 1029 (d ip C–H 1,3-замещение), 982 (оор d –CH=CH– транс-), 895, 855, 803 (d oop C–H 1,3-замещение).

На следующем этапе исследования были изучены оптические свойства 3,3¢-динитрохалкона методом Uv-Vis спектроскопии в таких растворителях, как хлороформ и уксусная кислота. Внешний вид спектров представлен на рис. 1.

Рисунок 1. Uv-Vis спектры 3,3¢-динитрохалкона:

1 – CHCl₃, 2 – CH₃COOH

В обоих случаях наблюдается интенсивное поглощение в коротковолновой области (281 нм в CHCl₃, 305 нм в СН₃СООН), обусловленное p®p* электронными переходами с участием карбонильного хромофора. На правильность отнесения данной полосы указывает батохромное смещение максимума поглощения при увеличении полярности растворителя. Поглощение в области 400 нм, характерное для халконового хромофора, в исследованных растворителях не проявляется, что, вероятно, связано с низкой поляризацией связей в халконовом фрагменте. Авторы [2] приводят положение максимума поглощения при 291 нм, но не указывают использованный растворитель.

Для определения пределов термической устойчивости 3,3¢-динитрохалкона был проведен дифференциально-термический и термогравиметрический анализ в температурном интервале 25-600 °С, скорость нагрева образца составила 10 °С/мин. На термограмме можно выделить два основных процесса (рис. 2, табл. 1). Первый процесс наблюдается при температурах около 210 °С и имеет малый эндотермический эффект. Его следует отнести к плавлению образца. Изменение массы в этом процессе отсутствует. Это позволяет сделать вывод, что вещество в точке плавления не разлагается. Вывод относительно температуры плавления подтверждается и литературными данными – для 3,3¢-динитрохалкона авторы [2] указывают температуру плавления 210-211 °С, а авторы [4] – 214-216 °С.

Рисунок 2. Термограмма 3,3¢-динитрохалкона

Таблица 1.

Результаты ДТА-ТГА 3,3¢-динитрохалкона

Второй процесс носит экзотермический характер и достигает своего максимума при температуре 307 °С. Он связан с самоокислением вещества, поскольку в его структуре присутствует нитро-группа, обладающая окислительными свойствами. При дальнейшем нагревании на термограмме проявляется слабо выраженный экзотермический переход в области 400 °С, связанный с выгоранием продуктов деструкции 3,3¢-динитрохалкона.

Таким образом, конденсация 3-нитроацетофенона и 3-нитробензальдегида в среде этилового спирта в присутствии гидроксида натрия приводит к образованию 3,3¢-динитрохалкона с хорошим выходом. Для синтезированного соединения получены данные ИК Фурье и Uv-Vis спектроскопии. Результаты ДТА-ТГА показали, что разложение 3,3¢-динитрохалкона начинается при температурах выше 250 °С.