Бахалова Є. А. Бензойні кислоти як протонодонорні нуклеофіли в реакції з 2-(хлорметил)оксираном в присутності основ

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії

Державний реєстраційний номер

0825U000139

Облікова картка дисертації

0825U000139.pdf

Здобувач

Спеціальність

  • 102 - Хімія

12-09-2024

Спеціалізована вчена рада

PhD 1935

Донецький національний університет імені Василя Стуса

Анотація

Дисертація присвячена дослідженню кінетичних і регіоселективних закономірностей реакції розкриття оксиранового циклу карбоновими (бензойними) кислотами в присутності основ іонної та молекулярної будови в апротонних розчинниках, а саме, вивчено вплив структури кислоти та каталізатору, зміни полярності розчинника, варіювання температури на нуклеофільне розкриття оксиранового циклу в реакційних серіях «2-(хлорметил)оксиран (епіхлоргідрин – ЕХГ)– карбонова кислота (протонвмісний нуклеофіл) – галогенід тетраалкіламонію» та «2-хлорметилоксиран – карбонова кислота (протонвмісний нуклеофіл) – N,N-диметиланілін» методами органічної і фізичної хімії: хімічної кінетики, комп’ютерного моделювання, спектроскопії інфрачервоної та ядерного магнітного резонансу, кореляційного (регресійного) аналізу. Об’єктами дослідження обрано: кислотний реагент (протонодонорний нуклеофіл)- бензойна, 3-метилбензойна та 2-метилбензойна кислоти, каталізатор - йодид і хлорид тетрабутиламонія, йодид і бромід тетраетиламонія, N,N-диметиланілін, субстрат (епоксид) – ЕХГ, який взято у значному надлишку. Дослідження проводилось в температурному інтервалі 313-353 К у середовищі епіхлоргідрину та його сумішах з тетрагідрофураном, вміст якого складав 50 об. %. та 30 об. %. Досліджено стан вихідних речовин та формальна кінетика реакції. Кінетичні закономірності реакції встановлено при варіюванні концентрації кислотного реагента (бензойних кислот та для порівняння гексанової кислоти) і каталізатора – галогеніди тетраалкіламонія / N,N-диметиланілін, в розчинниках, діелектрична проникність яких змінювалась в межах 15,1-22,6. За результатами впливу температури на швидкість реакції, оцінено активаційні параметри реакції, визначена ізокінетична температура реакції. Методами квантової хімії досліджено стерео- і регіоселективність розкриття оксиранового циклу в системі «2-(хлорметил)оксиран – бензоат аніон». Квантово-хімічні розрахунки проведені в рамках теорії функціонала густини (DFT) з використанням функціоналів B3LYP і базисних наборів атомних функцій 6-311+G за допомогою програмного комплексу Firefly 8.2.0. Визначено оптимальні геометричні та активаційні параметри перехідних станів на шляху реакції. Показано, що розкриття циклу оксирану відбувається за механізмом бімолекулярного нуклеофільного заміщення. Проведені експериментальні дослідження регіоселективності реакції ЕХГ з бензойною кислотою при каталізі галогенідами тетраалкіламонію та N,N-диметиланіліном. Вивчено електропровідність солей тетраалкіламонію у апротонних розчинниках. Деталізовано кінетичну схему та механізм каталізу досліджуваної реакції. Запропонована кінетична модель реакції застосована для дослідження каталізу ангідридного затвердіння епоксідіанової смоли в присутності нанокомпозита та без нього, що надає змогу оптимізувати склад композицій на основі епоксидів. В результаті дисертаційної роботи вперше використовуючи методи хімічної кінетики, спектральні, квантовохімічних досліджень, вивчено вплив температури, полярності розчинника, структурних чинників на кінетику та регіоселективність розкриття оксиранового циклу, деталізовано кінетичну схему реакції та її механізм, встановлені кореляційні залежності «структура – властивості» для аналізу даних експерименту та створення прогностичних моделей реакції.

Читати повністю

Публікації

Наукові праці, в яких опубліковані основні результати дисертації:

1. Yutilova K.S., Bakhalova E.A., Shved E.N., Kravchuk А. V., Marchuk L.S. Nucleophilic epoxide ring opening in the system “epichlorohydrin – carboxylic acids – tetrabutylammonium iodide – solvent (ɛ = 15.1 ÷ 28.7)”. Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii, 2023, 159-167. DOI: 10.32434/0321-4095-2023-147-2-159-167 (Видання входить до міжнародно наукометричної бази даних Scopus). Здобувачкою здійснено кінетичні дослідження реакції ацидолізу 2-(хлорметил)оксирану бензойними кислотами у присутності тетрабутиламоній йодиду розчиннику епіхлоргідрин та розчиннику епіхлоргідрин:тетрагідрофуран (1:1 та 7:3 об), обробку отриманих даних та взято участь у написанні та підготовці статті до друку.

2. Yutilova K.S., Bakhalova E.A., Shved E.N., Martseniuk N.S., Marchuk L.S. Structure effects and influence of solvent polarity on catalytic acidolysis of 2-(chloromethyl)oxirane. Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii, 2020, 2, pp. 148-154. DOI:10.32434/0321-4095-2020-129-2-148-154 (Видання входить до міжнародно наукометричної бази даних Scopus). Здобувачкою здійснено кінетичні дослідження, комп’ютерне моделювання для дослідження реакції ацидолізу 2-(хлорметил)оксирану бензойною кислотою у присутності тетрабутиламоній йодиду та тетраетиламоній броміду у розчиннику епіхлоргідрин:тетрагідрофуран (1:1 об), обробку отриманих даних та взято участь у написанні та підготовці статті до друку.

3. Bakhalova E.A., Kalinskyi O.M., Shved E.N., Yutilova K.S., Marchuk L.S., Zavydovskyi O.I., Didenko N.O. Carboxylic acids as proton-containing nucleophiles in the reaction with (chloromethyl)oxirane. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologi, 2019, 6. P. 17-23. – DOI:10.32434/0321-4095-2019-127-6-17-23. (Видання входить до міжнародно наукометричної бази даних Scopus). Здобувачкою здійснено кінетичні дослідження реакції ацидолізу 2-(хлорметил)оксирану гексановою кислотою у присутності тетрабутиламоній йодиду у розчиннику епіхлоргідрин, обробку отриманих даних та взято участь у написанні та підготовці статті до друку.

Наукові праці, які засвідчують апробацію матеріалів дисертації:

1. Бахалова Є. А., Казаков О. А., Швед О. М. Варіювання впливу полярності розчининка як метод дослідження механізму нуклеофільного розкриття циклу 2-(хлорметил)оксирану бензойною кислотою. Теоретичні та експериментальні аспекти сучасної хімії та матеріалів ТАСХ-2023: матеріали ІI Міжнародної наукової конференції, м. Дніпро 20 травня 2023 р., Дніпро, 2023. С 157

2. Казаков О.А., Бахалова Є. А., Швед О. М., Книжник І. А. Карбоксилати та галогеніди тетраалкіламонію як каталізатори ацидолізу епіхлогідрину. Теоретичні та експериментальні аспекти сучасної хімії та матеріалів ТАСХ-2023: матеріали ІI Міжнародної наукової конференції, м. Дніпро 20 травня 2023 р., Дніпро, 2023. С 156

3. Казаков О. А., Бахалова Є. А., Швед О. М., Діденко Н. О. Каталітичне розкриття циклу епіхлоргідрину бензойною кислотою при варіюванні полярності розчинника. Хімічні проблеми сьогодення (ХПС-2023): зб. тез доп. VІ Міжнар. (ХVІ Українській) наук. конф. студентів, аспірантів і молодих учених, м. Вінниця, 21-23 березня 2023 р. Вінниця, 2023. С. 54.

4. Доманський С. В., Швед О. М., Бахалова Є. А., Лісова Л. С. Феноліз епіхлоргідрину в умовах каталізу солями тетраалкіламонію. Хімічні проблеми сьогодення (ХПС-2023): зб. тез доп. VІ Міжнар. (ХVІ Українській) наук. конф. студентів, аспірантів і молодих учених, м. Вінниця, 21-23 березня 2023 р. Вінниця, 2023. С. 52.

5. Казаков О.А., Бахалова Є. А., Швед О. М. Вплив природи аніону тетраалкіламоніієвих солей у каталітичному ацидолізі хлорметилоксирану бензойною кислотою. Хімічні проблеми сьогодення (ХПС-2022): зб. тез доп. V Міжнар. (ХV Українській) наук. конф. студентів, аспірантів і молодих учених, м. Вінниця, 22-24 березня 2022 р. Вінниця, 2022. С. 66.

6. Evgeniia Bakhalova, Elena Shved, Anna Mishchenko, Liliia Lisova. Effect of structure of benzoic acids on catalytic acidolysis of 2-(chloromethyl) oxyrane. Open readings: March 15-18 Vilnius Lithuania. Vilnius University, 2022, P1-54, P. 158

7. Бахалова Є.А., Швед О.М., Марчук Л. С., Опанасюк Л.Ф. Вплив полярності розчинника на реакційну здатність епіхлоргідрину в реакції з бензойними кислотами. Секція "Всеукраїнський симпозіум з органічної та медичної хіміїї, присвячений 80-річчю проф. В.Д.Орлова": зб. тез доп. всекураїнської конференції наукових дослідників. м. Львів, вересень 19-25, 2021. Львів, 2021. С.54.

8. Євгенія Бахалова, Олександр Казаков, Юлія Вакулюк, Олена Швед Вплив природи каталізатора та полярності розчинника на швидкість ацидолізу хлорметилоксирану бензойною кислотою. Львівські хімічні читання – 2021: зб. тез доп. XVII наукової конференції, м. Львів, 31 травня - 2 червня, 2021, Львів, 2021. С. О20.

9. Гембарук В. В., Бахалова Є. А., Швед О. М., Янова К. В Вплив тетраетиламоній йодиду на реакцію бензойної кислоти з епіхлоргідрином в тетрагідрофурані. Хімічні проблеми сьогодення (ХПС-2021): зб. тез доп. ІV Міжнар. (ХІV Українській) наук. конф. студентів, аспірантів і молодих учених, м. Вінниця, 23-25 березня 2021 р. Вінниця, 2021. С. 76.

10. Марчук Л. С., Міщенко А. О., Бахалова Є. А., Швед О. М.В Ацидоліз хлорметилоксирану 3-метилбензойною кислотою в присутності тетрабутиламоній йодиду. Хімічні проблеми сьогодення (ХПС-2021): зб. тез доп. ІV Міжнар. (ХІV Українській) наук. конф. студентів, аспірантів і молодих учених, м. Вінниця, 23-25 березня 2021 р. Вінниця, 2021. С. 84.

11. Elena Shved, Yuliia Bespalko, Oksana Gorban, Kseniia Yutilova, Evgeniia Bakhalova. The Influence of Nanosized Zirconium (IV) Oxide on the Catalytic Curing of Epoxy Resin ED-20 with Isomethyltetrahydrophthalic Anhydride. IEEE International Conference on “Nanomaterials: Applications & Properties” (NAP-2020). Sumy, Ukraine, 9-13 Nov. 2020 DOI: 10.1109/NAP51477.2020.9309566 (Scopus)

12. Evgeniia Bakhalova, Yulia Bespalko, Elena Shved The regioselectivity of asymmetric oxirane ring-opening by benzoate anion. Open readings: March 17-20 Vilnius Lithuania. Vilnius University, 2020, P1-54, P. 158

13. Бахалова Є.А., Крисько Л.В., Вакулюк Ю.А., Швед О.М. Вплив полярності розчинника на каталітичну активність n,n-диметиланіліну і галогенидів тетраетиламонію у реакції хлорметилоксирану з бензойною кислотою. Проблеми та досягнення сучасної хімії: зб. тез доп. XXI наукової молодіжної конференції, м. Одеса, 7-8 травня 2020 р. Одеса, 2020. С.10

14. Bakhalova E., Hembaruk V., Kazakov O., Shved E. The influence of the solvent polarity on the catalytic activity of tetrabutylamony chloride in the system “benzoic acid – chloromethylorine”. Current chemical problems: book of abstracts of the III International (XIII Ukrainian) scientific conference for students and young scientists. March 25–27, 2020, Vinnytsia, 2020. Р. 70.

15. Бахалова Є. А., Волос О. Я., Міщенко А. О., Ситник Н. С., Швед О. М., Діденко Н. О. Вплив природи каталізатору на співвідношення продуктів розкриття циклу епіхлоргідрину бензойною кислотою. Хімічні проблеми сьогодення (ХПС-2020): зб. тез доп. IІІ Міжнародної (ХІІI Української) наукової конференції студентів, аспірантів і молодих учених, м. Вінниця, 25–27 березня 2020 р., Вінниця, 2020. С. 75.

16. Марчук Л. С., Дідух О. М., Бахалова Є. А., Кулібаба І. І., Швед О. М. Солі тетраалкіламонія як каталізатори нуклеофільного розкриття оксирану бензойною кислотою: вплив природи йонів. Хімічні проблеми сьогодення (ХПС-2020): зб. тез доп. IІІ Міжнародної (ХІІI Української) наукової конференції студентів, аспірантів і молодих учених, м. Вінниця 25–27 березня 2020 р., Вінниця, 2020. С. 91.

17. Бахалова Є.А., Швед О.М., Марчук Л.С. Сумісний вплив полярності розчинника та температури на каталітичний ацидоліз хлорметилоксирану бензойною кислотою. Українська конференція з органічної та біоорганічної хімії: матеріали ювілейної XXV української конференції з органічної та біоорганічної хімії, м. Луцьк, 16-20 вересня, 2019 р., Луцьк, 2019. С.85.

18. Марчук Л.С., Бахалова Є.А., Мальцева Т.Ю., Кулібаба І.І., Швед О.М. Ацидоліз хлорметилоксирану бензойною кислотою в присутності тетрабутиламоній йодиду. Хімічні проблеми сьогодення (ХПС-2019): зб. тез доп. IІ Міжнародної (ХІI Української) наукової конференції студентів, аспірантів і молодих учених, м. Вінниця ,19–21 березня 2019 р., Вінниця, 2019. С. 91

19. Бахалова Є.А., Швед О.М., Марчук Л.С. Бензойна кислота як протоновмісний нуклеофіл в реакції розкриття оксиранового циклу в присутності тетраалкіламонієвих солей. «Львівські хімічні читання – 2019»: XVII наукова конференція, м. Львів, 2-5 червня, 2019 р., Львів. 2019. С. О38.

20. Марчук Л. С., Бахалова Є.А., Калінський О. М., Швед О. М. Гексанова кислота як нуклеофільний реагент каталітичного розкриття циклу хлорметилоксирану. «Хімічні проблеми сьогодення» (ХПС 2018): зб. тез доп. І Міжнародної (ХІ Української) наукової конференції студентів, аспірантів і молодих учених, м. Вінниця, 27–29 березня, 2018 р., Вінниця, 2018. С. 154.

Читати повністю

Файли

autoreferat-Анотація дисертації Бахалова Є-А-.docx

evolution-Рішення Бахалова.PDF

Бахалова дисертація.pdf

Схожі дисертації

0825U000143

Бубела Галина Сергіївна

Функціоналізація полівініліденфлуоридних мембран

0825U000145

Бойко Юрій Сергійович

Синтез та властивості каліксареновмісних сорбентів для зв’язування Eu(III)

0825U000190

Кліпков Антон Анатолійович

Синтез, хімічні та біологічні властивості 2,3-дигідро-1Н-піролізинів та 5,6,7,8-тетрагідроіндолізинів на основі α,β-ненасичених флуороалкілкетонів

0825U000140

Дуванова Елла Сергіївна

Паравольфрамат-аніони в складі іонних пар з Mn2+, Co2+ та Cu2+ в розчині з низькою кислотністю та в складі солей

0825U000017

Чалик Богдан Анатолійович

Синтез функціоналізованих похідних 3-(аміноалкіл)ізоксазолів.