ет-бутил-0-бензохинона)
Актуальность проблемы. Еще в начале двадцатого столетия фотохимия вызывала значительный интерес как новое направление в синтетической органической химии. Наибольшее практическое значение эта отрасль науки имеет сейчас в области регистрации информации. Возрастает ее роль как лабораторного и промышленного метода синтеза неорганических и органических соединений и полимерных материалов.
Возможности фотохимического синтеза широко раскрываются в органической химии и особенно в фотореакциях молекул ненасыщенных соединений, содержащих карбонильные группы, где может происходить эффективное поглощение УФи видимого света и возбуждение в реакционноспособные состояния.
Некоторые из фотохимических реакций хинонов (в частности, их фотовосстановление) являются составной частью таких важных процессов, как фотосинтез зеленых растений и фотодеструкция окрашенных кубовыми красителями материалов и получение высокомолекулярных соединений. Другие инициированные светом реакции хинонов также могут представлять значительный теоретический интерес, поскольку многие из них аналогий в темновой химии не имеют. Основная масса исследований, связанных с фотохимическими превращениями хинонов, направлена на изучение процессов их фотовозбуждения и влияния растворителя на маршруты трансформации возбужденной молекулы. Между работами, посвященными природе первичных фотопроцессов, с одной стороны, и синтетическими — с другой, ощущается определенный разрыв. В первом случае не всегда идентифицируются конечные продукты, а при синтезе для достижения максимального выхода продуктов реакции условия проведения процесса подбираются эмпирически. Особенно малочисленны данные о детальном механизме и кинетических закономерностях фотохимических реакций хинонов. В то же время, знания о реакционной способности этих соединений являются крайне необходимыми для прогнозирования поведения подобных веществ в условиях фотоинициируемой полимеризации, а также для получения высокомолекулярных соединений с заданными свойствами и характеристиками.
Объекты исследования: системы на основе производных ортои гс<2/?а-хинонов и насыщенных углеводородов.
Методы исследования: спектроскопия электронного поглощения, ИК-, ЯМР-спектроскопия, методы классической аналитической химии, газовая хроматография, хромато-масс-спектрометрия, метод рентгеновского малого угла, рентгеноструктурный анализ, системный подход к кинетическому анализу.
Научная новизна и практическая ценность работы:
Впервые, на основе систематического изучения реакционной способности ряда ортои пара-хшкжоъ различного строения в растворах насыщенных углеводородов предложена и обоснована детальная схема их фотолитического превращения.
Найденная корреляционная зависимость величин констант скорости реакции декарбонилирования <9/?/но-бензохинонов от констант Гаммета соответствующих заместителей в кольце подтверждает общность предложенной кинетической схемы для этих соединений.
Впервые полученные в диссертационном исследовании значения констант скоростей фотолиза орто-хинонов необходимы для целенаправленного выбора инициаторов полимеризующихся систем и условий синтеза металлокомплексов, обладающих свойством редокс-изомерии.
Для композиций полиядерный орто-шнст — насыщенный углеводород наблюдается экстремальная зависимость величины эффективного квантового выхода расхода карбонильного соединения от доли поглощенного им излучения.
Апробация работы. Результаты выполненных исследований были представлены на VIII, IX конференции молодых ученых-химиков (Нижний Новгород, 2005;2006 г), Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2005» (Москва, 2005 г), молодежной школе-конференции «Координационные и металлоорганические соединения: перспективы в катализе и получении новых материалов» (Нижний Новгород, 2007 г), XII, XIII Нижегородской сессии молодых ученых «Татинец» (Нижний Новгород, 2007;2008 г), Международной конференции по металлоорганической и координационной химии (Нижний Новгород, 2008 г), одна статья находится в печати в «Журнале общей химии».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано в соавторстве 5 статей в «Журнале общей химии», б тезисов докладов конференций всероссийского и международного уровня.
Структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 98 страницах, состоит из введения, трех глав и выводов, содержит 18 рисунков и 5 таблиц. Список цитируемой литературы включает 107 наименований.
Выводы:
1. Установлена корреляционная зависимость величин констант скорости фотолитического декарбонилирования о-бензохинонов от констант Гаммета соответствующих заместителей в хиноидном кольце. В качестве стандартного соединения для ее построения был выбран 3,5-ди-/?г/?ст-бутил-с>-бензохинон.
2. Показано, что при облучении ди-о-хинона светом с А=313 нм происходит декарбонилирование и восстановление одного хиноидного кольцавоздействие света с длиной волны 405 нм приводит к трансформации по аналогичным направлениям обоих фрагментов.
3. Установлено, что наличие в структуре молекул о-хинонов сульфидных групп не влияет на механизм их фотолитического превращения.
4. Показано, что при фотооблучении жидкофазной системы, состоящей из 5-гидрокси-3,6-ди-т/?еш-бутил-2,3-эпокси-1,4-бензохинона и углеводорода, имеет место отрыв от молекулы субстрата как монотак и диоксида углерода. Третьим направлением процесса является трансформация исходной молекулы, приводящая к образованию пиранового цикла.
5. Обнаружено, что для систем, состоящих из полиядерного о-хинона с развитой ароматической системой и насыщенного углеводорода, наблюдается экстремальная зависимость величины эффективного квантового выхода фотораспада карбонильного соединения от интенсивности поглощенного им излучения. Одной из вероятных гипотез, объясняющих полученные данные, может быть наличие в композициях фрагментов кристаллической решетки, в которых и протекают превращения под действием света.