Родионов, Владимир Михайлович

Ещё в первые годы своей научной деятельности, в период работы за границей, Родионов провёл ряд выдающихся исследований в области химии красителей и промежуточных продуктов их синтеза. Оригинальный синтез тиоиндиго из монохлорацетона и тиосалициловой кислоты, синтез прочных к хлору и свету красителей, получаемых конденсацией так называемого прямого жёлтого с моноазокрасителями, ряд очень интересных исследований по химии нафталина и его производных, главным образом по аминонафтолам и их сульфопроизводным. Разработанные в ту пору Родионовым методы и синтезированные им красители до сих пор имеют промышленное значение и в России и за границей, а исследования в области нафталинового ряда имеют не меньший теоретический и практический интерес.

В период 1910—1920 гг. Родионов опубликовал ряд статей по вопросам синтеза, технологии и организации производства органических красителей и полупродуктов, а также фармацевтических препаратов. В 1920—1946 гг. появилось в печати ещё несколько его работ на ту же тему.
Целая серия исследований Родионова и его сотрудников касается реакции диазотирования и свойств диазосоединений, реакции диспропорционирования ароматических и гетероциклических альдегидов, реакции ацилирования и переацилирования ароматических и других аминов, синтеза оксиарилкарбоновых кислот, свойств некоторых производных р-сульфобензойной кислоты, синтеза и свойств ряда других производных ароматических соединений. все эти чисто теоретические работы тесно связаны с тем направлением научной деятельности Родионова, которое соприкасалось главным образом с его практической работой в анилинокрасочной промышленности. Многие из этих исследований представляли непосредственный практический интерес. В то же время они внесли много ценного, нового и оригинального в познание перечисленных разделов органической химии.

Для примера рассмотрим реакцию диазотирования азотистой кислотой замещённых фенолов (о- и р-фенолсульфокислот, а также салициловой кислоты). Было установлено, что азотистая кислота, по-видимому, сначала нитрозирует замещённый фенол, а затем превращает промежуточно образующееся нитрозопроизводное в соответствующее диазосоединение. В случае же салициловой кислоты одновременно имеет место и декарбоксилирование, так что нитрозо-, а затем и диазогруппа вступает на место карбоксильной группы. При соблюдении определённых условий этот оригинальный путь введения диазогруппы в бензольное кольцо позволяет получать соответствующие диазосоединения с довольно хорошим выходом.

Значительную долю внимания уделил Родионов и реакции Канницаро. Отметив, что в присутствии формальдегида бензальдегид под влиянием спиртового раствора щёлочи превращается целиком в бензиловый спирт, он разработал общий метод, дающий возможность изменять течение реакции Канницаро в сторону исключительного образования спиртов. Эта реакция была проведена на ряде ароматических и гетероциклических альдегидов, содержащих самые различные заместители.

Ещё одним примером исследований Родионова является реакция карбоксилирования фенолов углекислотой в присутствии поташа под давлением. Этот приём, предложенный ещё в 1893 г. Марассе для синтеза салициловой кислоты из фенола, был с успехом распространён Родионовым на α- и β-нафтолы и алкоксифенолы. Во всех случаях были получены соответствующие 1,2-оксикарбоновые кислоты. В отношении выхода и чистоты получающихся продуктов метод имеет много препаративных преимуществ по сравнению с широко известным способом Кольбе-Шмитта.

Другой круг вопросов, неизменно интересовавший Родионова на протяжении свыше 25 лет, — это реакции алкилирования, главным образом метилирования, имеющие большое значение в анилинокрасочной и особенно в фармацевтической и алкалоидной промышленности. Столкнувшись с этим вопросом на частном случае метилирования некоторых алкалоидов при промышленном их изготовлении (получение кодеина из морфина, нарцеина из наркотина), Родионов впервые ещё в 1920 г. использовал для этой цели отходы производства сахарина — толуолсульфохлорид. Развивая эти работы, он опубликовал новый метод алкилирования, нашедший широчайшее применение как в России, так и за границей. Продолжая углублять и расширять свои теоретические исследования по реакции метилирования вообще, Родионов с сотрудниками пришёл к целому ряду ценных наблюдений, опубликованных им в серии статей.

В своём методе алкилированпя Родионов в качестве алкилирующих средств использует различные эфиры р-толуолсульфокислоты, которые получаются с большой лёгкостью и с прекрасным выходом при действии спиртов и щёлочи на р-толуолсульфохлорид. В случае алкилирования фенолов процесс протекает лучше в присутствии щелочей, в случае же аминов обычно достаточно простого сплавления реагирующих веществ. Метод Родионова применим для самых разнообразных фенолов и аминов как бензольного, так и нафталинового ряда. Этим путём возможно алкилирование не только первичных, но и вторичных, а также третичных аминов. Большое значение имеет этот метод в гетероциклическом ряду, особенно при алкилировании различных алкалоидов, например группы опия. Этот способ позволяет алкилировать и ряд других типов органических молекул. Метод Родионова во многих случаях имеет неоспоримые преимущества по сравнению со всеми другими способами алкилирования. Помимо исключительной доступности алкилирующих средств и простоты проведения процесса, что имеет существенное значение в технологии, этот метод характеризуется мягкими условиями реакции, что особенно важно в случаях, когда алкилируемое вещество неустойчиво и легко претерпевает нежелательные побочные превращения в жёстких условиях алкилирования другими методами. Именно поэтому во многих случаях метод Родионова обеспечивает несравненно лучшие выходы и чистоту продуктов по сравнению с другими методами алкилирования.

В тесной связи с этими исследованиями стоят работы Родионова, касающиеся реакции взаимодействия диалкиланилинов с ароматическими альдегидокислотами, ароматическими карбоновыми, дикарбоновыми и оксикарбоновыми кислотами, арилакриловыми кислотами, моно-, ди- и трихлоруксусной кислотами. Они дали очень много нового для понимания происходящих при этом процессов, которые были разъяснены Родионовым во всех деталях и привели к установлению весьма ценных зависимостей. Здесь он впервые отметил возможность алкилирования карбоксильной группы карбоновых кислот диалкиланилинами. Эта реакция часто конкурирует с реакцией декарбоксилирования, причём в зависимости от строения исходной кислоты один из этих процессов становится преобладающим или даже единственным. Иногда наблюдаются одновременно и другие реакции, особенно в случаях, когда исходная кислота содержит альдегидную группу.

Обширный круг исследований, проведённых Родионовым с рядом учеников и сотрудников, касается изучения класса альдегидокислот, главным образом на примере 2,3-диметокси-альдегидо-бензойной, или так называемой опиановой кислоты, являющейся побочным продуктом производства опийных алкалоидов. Эти исследования, начатые с целью изыскания путей практического использования опиановой кислоты, привели к серии прекрасных работ в области альдегидокислот. В результате был вскрыт ряд любопытных закономерностей и всесторонне изучен один из интересных классов органических соединений.

Благодаря этим многочисленным экспериментальным работам Родионова химическая характеристика класса ароматических о-альдегидокислот в значительной степени завершена. Изучение этих вопросов привело к серии работ в этой области ряда его учеников и сотрудников (С. И. Каневской, М. М. Шемякина, Б. М. Богословского, В. В. Левченко, С. И. Михайлова и др.), а также некоторых исследователей за границей (Кирпаля и других). Помимо своей теоретической значимости, работы эти характеризуются уклоном в сторону практического использования опиановой кислоты (работы Родионова по синтезу из опиановой кислоты изованилина, диметоксиантраниловых кислот, аналогов алкалоида дамасценина, метоксилированных гетероциклических соединений ряда хинолина, нзохинолина, хиназолона, метоксилированных производных индиго и тиоиндиго и др.).

Выбрав в качестве типичных представителей ароматических о-альдегидокислот о-альдегидобензойную и опиановую кислоты, Родионов вместе со своими сотрудниками изучил многие превращения этих соединений и их взаимодействие с рядом органических и неорганических реагентов. Так, были подробно изучены реакции конденсации опиановой кислоты с нитрометаном, с малоновой кислотой и малоновым эфиром в присутствии аммиака, взаимодействие опиановой кислоты с синильной кислотой и диалкиланилинами, реакция декарбоксилированпя опиановой кислоты при её нагревании с водой в автоклаве, процесс электролиза солей опиановой кислоты. Частично эти исследования были распространены и на о-альдегидобензойную кислоту (электролиз её солей, конденсация с диметиланилином и с малоновой кислотой в присутствии аммиака).

Родионовым были проведены исследования с некоторыми производными опиановой кислоты, в частности с её хлоридом и эфирами. Изучение свойств последних привело его к выяснению механизма изомеризации α-эфиров о-альдегидокислот в ψ-эфиры, безупречно доказанного экспериментально. Эти работы имели большое значение для понимания путей такого рода превращений. Поскольку опиановая кислота могла являться источником для получения диметоксифталевой (гемипиновой) кислоты и диметоксифталида (меконина), эти соединения также привлекали внимание Родионова. Им были разработаны наиболее рациональные способы их получения из опиановой кислоты и изучены некоторые их свойства и превращения — взаимодействие меконина с цианистым калием, реакция меркурирования гемипиновой кислоты, электролиз её солей и кислых эфиров, превращение гемипинимида реакцией Гофмана в две изомерные диметоксиантраниловые кислоты.

В результате этих исследований Родионов синтезировал много новых диметоксилировшяых прооизводных ряда бензола. Последние в свою очередь явились исходными продуктами для синтеза интересных типов соединений; некоторые из них могут иметь и практическое значение. Одновременно были выяснены и специфические особенности такого рода диметоксилированных ароматических соединений, которые иногда проявляли довольно неожиданные свойства. Таким образом, исследования Родионова в области альдегидокислот значительно расширили знания и по группе диметоксилированных ароматических соединений, сделав многие из них вполне доступными.

Изучение процессов, наблюдающихся при электролизе солей опиановой кислоты, привело к развитию ещё одного направления исследований Родионова. Им были обстоятельно выяснены процессы электролиза солей различных ароматических карбоновых кислот: альдегидобензойной, фталевой, гемипиновой и кислых эфиров двух последних соединений. Эти исследования привели к выяснению путей и механизма превращений карбоновых кислот при электролизе и были затем продолжены его учениками и сотрудниками (В. В. Левченко и В. К. Зворыкиной).

Одним из научных достижений Родионова является метод синтеза β-аминокислот, разработанный им ещё в 1926 г. Своими работами периода 1926—1930 гг. и более поздними (1942—1946 гг.) Родионов показал общность найденного им метода, установив возможность получения этим путём и арил-, и алкил-β-аминокислот самого различного строения. В результате этот ранее малодоступный тип органических соединений может быть в настоящее время синтезирован довольно просто. К преимуществам этого способа следует отнести и чрезвычайную доступность исходных продуктов, лёгкость выделения β-аминокислот и получение их в чистом виде в большинстве случаев с достаточно удовлетворительным выходом. Принцип метода заключается в конденсации различных жирных и ароматических альдегидов с малоновой кислотой в присутствии спиртового раствора аммиака. Если вместо малоновой кислоты берётся её кислый эфир, то вместо свободных β-аминокислот получаются их эфиры.

Как уже отмечалось выше, до исследований Родионова β-аминокислоты были весьма мало доступными соединениями. По этой причине их свойства и превращения были почти не изучены. Однако интерес к ним проявлялся не только со стороны химиков, но также биохимиков и биологов, поскольку уже давно было установлено, что β-аминокислоты входят в состав многих биологически важных веществ (пиримидинов, нуклеопротеидов, некоторых пептидов) и могут участвовать в обмене веществ в различных организмах. Особенный интерес к β-аминокислотам возник с того момента, когда было установлено, что β-аланин входит в состав пантотеновой кислоты — одного из важнейших витаминов, необходимого для роста и жизнедеятельности очень многих организмов. Отсутствие простого достаточно общего метода синтеза β-аминокислот и недостаточная изученность их свойств, естественно, тормозили развитие и биохимических и чисто биологических исследований в этой области. Именно поэтому значение предложенного и своевременно разработанного Родионовым общего метода синтеза β-аминокислот особенно велико, так как он открывает широкие перспективы не только перед химиками, но и перед представителями различных биологических дисциплин. Родионов разработал оригинальный способ получения одной из важнейших β-аминокислот — β-аланина, синтезированного конденсацией акриловой кислоты или её эфиров с фталимидом в присутствии триметилфениламмония в качестве катализатора. После омыления продуктов конденсаций образуется β-аланин или его эфиры с очень хорошим выходом.[6].

Не ограничиваясь синтетическими исследованиями в группе β-аминокислот, Родионов с рядом сотрудников развернул обширные работы (1942—1947) по изучению химических свойств и превращений синтезированных им β-аминокислот. Помимо расширения наших знаний по химии β-аминокислот вообще, эти работы имеют серьёзное общетеоретическое значение. Достаточно упомянуть, что в результате их был неоспоримо доказан механизм одной из важнейших реакций органической химии — реакции Гофмана. Они же привели к разработке новых и усовершенствованию ранее предложенных путей синтеза различных типов гетероциклических соединений — разнообразных производных ряда ди-, тетра- и гекса-гидропиримидинов, а также глиоксилидонов. Эти типы соединений особенно интересны тем, что некоторые из их производных обладают высокоценными физиологическими свойствами. Так, синтезированные Родионовым производные ряда дигидропиримидина открывают простой путь к получению новых аналогов сульфодиазина — одного из лучших сульфамидов. Намеченный Родионовым путь синтеза глиоксилидонов привёл его к получению новых своеобразных аналогов дестиобиотина, среди которых оказались обладающие биотинным действием. В результате наметился очень интересный круг вопросов по изучению связи между строением органических молекул и их биологическим действием. Родионов предпринял систематическое изучение зависимостей между строением β-аминокислот и их стимулирующим действием на рост низших организмов (дрожжей).

Таким образом, исследования Родионова в группе β-аминокислот, захватили область, далеко выходящую за рамки этого типа соединений. Это особенно относится к его последним работам по химии витаминов. Родионовым был найден новый тип соединений, обладающих биотинным действием. Выявленные им зависимости между строением и биологической активностью в этой группе веществ значительно расширяют круг соединений, обладающих биотинным действием.

Родионов изучал и другой витамин — пантотеновую кислоту, в состав которой входит одна из β-аминокислот, а именно β-аланин. Последний, подобно пантотеновой кислоте, оказывает стимулирующее действие на рост низших организмов. В связи с этим представляло несомненный интерес испытание стимулирующего действия и других β-аминокислот. Это и было осуществлено Родионовым, показавшим, что аналогичным действием обладает не только β-аланин, но и β-аминопеларгоновая кислота. Ещё более примечателен тот факт, что и антраниловая кислота оказалась также обладающей заметным стимулирующим действием на рост дрожжей. Таким образом, наметились совершенно неожиданные и оригинальные направления дальнейших работ в этой области.

Ещё в 1936 г. Родионов провёл ряд исследований в группе витамина С, касающихся разработки практически важного метода синтеза заменителя витамина С — нзоаскорбиновой кислоты. Одновременно с этими работами Родионов опубликовал данные о связи между строением и биологическим действием в группе витамина С, показав, что аналоги изоаскорбиновой кислоты, не имеющие лактонного кольца, также обладают биологической активностью.

Интерес к ряду гетероциклических соединений последним возник у Родионова ещё в начале 1920-х годов в связи с его практической деятельностью в области фармацевтической химии и химии алкалоидов. К этим вопросам он неоднократно возвращается на протяжении последующих 25 лет. В данной области им сделано и опубликовано много интересных ситезов гетероциклических соединений, относящихся к самым различным типам. Например, уже упомянутые ранее пути синтеза различных замещённых ди-, тетра-и гекса-гидропиримидинов, а также глиоксилидонов, синтез ряда производных хинолина, изохинолина и хиназолона, в особенности разработанный метод получения малодоступных альдегидов и карбинолов хинолинового ряда. Первые из них получаются, по Родионову, окислением метилхинолинов диоксидом селена, а вторые — реакцией диспропорционирования альдегидов в присутствии формальдегида.[7].

Родионов распространил этот метод получения гетероциклических альдегидов на соединения ароматического ряда. Оказалось, что диоксид селена окисляет метильные группы не только у гомологов хинолина, но и у гомологов бензола и нафталина. Было выяснено, что в ряду бензола увеличение числа метильных групп в молекуле углеводорода облегчает процесс окисления. Особенно же хорошо он протекает у гомологов нафталина. Этим путём из толуола был получен бензальдегид, из изомерных ксилолов — соответствующие толуиловые альдегиды, а из α- и β-метилна-фталинов — α- и β-нафтальдегиды. Благодаря этим работам был значительно расширен круг соединений, окисляемых диоксидом селена.[6].

Таким образом, круг вопросов, охваченных исследованиями В. М. Родионова на протяжении свыше 45 лет его научной деятельности, чрезвычайно велик. В каждую затронутую им область Родионов внес оригинальные идеи, создал ряд ценнейших методов.

Его исследования распространяются на самые разнообразные соединения жирного, ароматического и гетероциклического рядов, касаются витаминов, алкалоидов, фармацевтических препаратов, душистых веществ, красителей. Число оригинальных научных работ Родионова достигает 100, не считая серии неопубликованных.