СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СМЕСИ 3-ТИА-1,5-ДИАЗАБИЦИКЛО[4.3.1]ДЕКАНА И 5-[4-(1,3,5-ДИТИАЗИНАН-5-ИЛ)БУТИЛ]1,3,5-ДИТИАЗИНАНА Российский патент 2008 года по МПК C07D285/12 

Предлагаемое изобретение относится к органической химии, в частности, к способу получения смеси 3-тиа-1,5-диазабицикло[4.3.1]декана (1), 5-[4-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)бутил]1,3,5-дитиазинана (2), имеющих формулу:

Известен способ (Fr. Pat. 1341792/1963, (Chem. Abs., 1964, 60, 5528d)) получения производных 1,3,5-дитиазина - эффективных сорбентов золота и серебра, в частности 5-[2-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)этил]1,3,5-дитиазинан (3), взаимодействием дорогостоящего гидросульфида натрия (NaHS) с 1,2-этилендиамином и формальдегидом по схеме:

Известен способ (С.Р.Хафизова, В.Р.Ахметова, Л.Ф.Коржова, и д.р. Многокомпонентная конденсация алифатических аминов с формальдегидом и сероводородом. Изв. АН. Сер. хим. 2005, 2, 423.) получения 5-[2-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)этил]1,3,5-дитиазинана (3) барботированием сероводорода через смесь формальдегида с этилендиамином (в соотношении исходных реагентов этилендиамин : формальдегид : сероводород 1:6:4). Выход соединения (3) составляет 24.4% при 60°С, 44.1% при 80°С.

Наряду с низким выходом соединения (3) в данной реакции наблюдается образование побочного соединения 3-(2-метиленаминоэтилен)-1,3-оксазетидина с выходом 10%. Известный способ не позволяет получить 3-тиа-1,5-диазабицикло[4.3.1]декан (1) и селективно получить 5-[4-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)бутил] 1,3,5-дитиазинан (2).

Известны вещества дитиазинового ряда: 2-[1,3,5-дитиазин-5-ил]-1-этанол (4) (Патент РФ №2160233; БИ, 2000, №34) и 2-[1,3,5-дитиазин-5-ил]-уксусная кислота (5) (Патент РФ №2206726; БИ, 2003, №17),

подавляющие развитие сульфатвосстанавливающих бактерий в различных технологических средах, в частности в нефтяной промышленности.

Известен способ (В.Р.Ахметова, Г.Р.Надыргулова и др. Циклотиометилирование аминоспиртов с помощью СН₂О и H₂S. // Ж. Ор. Х. - 2007. - С.919-926) вовлечения в конденсацию с СН₂О и H₂S водного аммиака (NH₄OH) при различных соотношениях реагентов и температуре 15-70°С с образованием 1,3,5-дитиазинана (6), уротропина (7) и 3,7-дитиа-1,5-диазабицикло[3.3.1]нонана (8). Зависимость выхода продуктов реакции от соотношения исходных реагентов и температуры реакции приведены в таблице 1.

Таблица 1.Зависимость выхода продуктов реакции NH₄OH от соотношения исходных реагентов и температуры реакцииТ, °ССоотношение NH₄OH:СН₂О:H₂SВыход продуктов реакции, %678151:2:142944401:3:254219701:3:292039

Недостатком данного способа является низкий выход соединения (8).

Задачей данного изобретения являлась разработка селективного метода синтеза 3-тиа-1,5-диазабицикло[4.3.1]декана (1) и 5-[4-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)бутил]1,3,5-дитиазинана (2) - перспективных в качестве сорбентов золота и серебра и реагентов, подавляющих развитие сульфатвосстанавливающих бактерий в различных технологических средах, в частности, в нефтяной промышленности, с применением реакции мультикомпонентной конденсации 1,4-бутандиамина с H₂S и СН₂О.

Авторами предлагается решить данную задачу взаимодействием насыщенного сероводородом водного раствора формальдегида (37%) с раствором 1,4-диаминобутана в бутаноле при температуре 0-80°С и перемешивании в течение 3 часов. При 80°С в присутствии растворителя бутанола селективно образуется 5-[4-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)бутил] 1,3,5-дитиазинан (2) с выходом 82%. Для получения 3-тиа-1,5-диазабицикло[4.3.1]декана (1) с выходом 63% реакцию проводят в растворе бутанола при 0°С. В отсутствие бутанола выход соединений (1) и (2) значительно меньше и наблюдается протекание побочных реакции с образованием производных тиазетидинов 3-[4-метилиденаминобутил]-1,3-тиазетидина и 5-[4-[1,3-тиазетидин-3-ил]бутил]-1,3,5-дитиазинана.

Существенные отличия предлагаемого способа:

В предлагаемом способе для увеличения выхода соединений (1) и (2) реакцию проводят в растворе бутанола. В качестве исходного соединения используется 1,4-диаминобутан, в известных способах 1,4-диаминобутан, а также растворитель - бутанол не используется.

Преимущества предлагаемого способа:

В предлагаемом способе благодаря использованию растворителя - бутанола даже при комнатной температуре удается получить 5-[4-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)бутил]1,3,5-дитиазинан (2) с выходом 71% (при 20°С), увеличение температуры до 80°С позволяет селективно получить соединение 2 до 82%. В отсутствие бутанола выход соединения (2) значительно меньше (при 20°С - 34%, при 80°С - 20%) и наблюдается протекание побочных реакций с образованием производных тиазетидина. Выход 3-тиа-1,5-диазабицикло[4.3.1]декана (1) увеличивается за счет снижения температуры до 0°С в растворе бутанола. Синтез соединений 3-тиа-1,5-диазабицикло[4.3.1]декана (1) и 5-[4-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)бутил] 1,3,5-дитиазинана (2) в литературе не описан.

Способ поясняется примером.

В стеклянный реактор, снабженный магнитной мешалкой, газоподводящей трубкой и капельной воронкой, помещают 8.84 мл (0.12 моль) формалина (37% водный раствор), барботированием насыщают раствор формалина сероводородом в течение 30 мин, прикапывают при температуре 20°С 1,76 г (0.02 моль) 1,4-диаминобутана, растворенного в 9.2 мл (0.1 моль) BuOH, перемешивают 3 часа. С помощью колоночной хроматографии на силикагеле (элюент этилацетат : гексан, 3:4) выделяют 3-тиа-1,5-диазабицикло[4.3.1]декан (1) с выходом 8% и 5-[4-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)бутил]1,3,5-дитиазинан (2) с выходом 71%. Конверсия исходного 1,4-диаминобутана 100%-ная, однако оставшиеся 21% продуктов представляют собой нерастворимый олигомерный продукт неустановленного строения, который не выделяется из колонки. Аналогичный продукт наблюдается в примерах 4 и 6 с выходом 7% и 18% соответственно. Увеличения селективности образования 5-[4-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)бутил] 1,3,5-дитиазинана (2) удается достичь при 80°С.

Таблица 2.Зависимость выхода продуктов реакции тиометилирования 1,4-диаминобутана от условий реакции№ пр.Т, °ССоотношение 1,4-диаминобутан: CH₂O:H₂S:Bu(OH), мольВыход продуктов реакции, %12101:6:4:054122201:6:4:037343801:6:4:0-20401:6:4:568255201:6:4:58716801:6:4:5-82

Спектральные характеристики 3-тиа-1,5-диазабицикло[4.3.1]декана (2):Выход 68%. R_f 0.27 (элюент гексан : этилацетат, 2:1); ИК (вазелиновое масло) ν 750 (C-S), 1150 (C-N) см^-1; ЯМР ¹H(CDCl₃) δ 1.68-1.71 (м, 2Н, Н_а-7, Н_а-8), 2.22-2.39 (м, 2Н, H_б-7, H_б-8), 2.92-3.10 (м, 4Н, Н₂С-6, Н₂С-9), 3.94 (д.д., 2Н, H_e-2, H_e-4, ²J=13.0 Hz, ⁴J=1.8 Гц), 4.01 (1Н, д.м, Н_б-10, ²J=14.4 Гц, ⁴J=1.8 Гц), 4.18 (д, 1Н, Н_а-10, ²J=14.4 Гц), 4.97 (д, 2Н, Н_а-2, Н_а-4, ²J=13.0 Гц). ЯМР ¹³С (CDCl₃): δ 28.72 (т, С(7,8)); 49.31 (т, С(6,9)); 58.95 (т, С(2,4)); 67.77 (т, С(10)). Масс-спектр, m/z (I_отн. (%)): 158 (98) [M]⁺, 125 (100) [M-SH]⁺ 97 (89) [M-(CH₂)₂SH]⁺, 84 (90) [М-CH₂SCH₂N]⁺, 70 (81) [(CH₂)₄N]⁺, 42 (92) [(СН₂)₃]⁺.Вычислено: S, 20.26; Н, 8.92; С, 53.12; N, 17.70. C₇H₁₄N₂S. Найдено: S, 21.3; H, 8.54; С, 50.95; N, 16.95%.¹ Спектры ЯМР ¹Н зарегистрированы на спектрометре "Bruker АМ-300" (300 МГц), ЯМР ¹³С на спектрометре "Jeol FX 90Q" (89.55 и 22.50 МГц), внутренний стандарт ТМС, растворитель CDCl₃ и d₆-ДМСО. Хромато-масс-спектральный анализ соединений проводили на приборе Finigan 4021.

Спектральные характеристики 5-[4-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)бутил]1,3,5-дитиазинана (2):Выход 82%, т.пл. 134-135°С, R_f 0.75 (элюент гексан : этилацетат, 2:1). ИК (ваз. масло) ν 750 (C-S), 1150(C-N)см^-1.ЯМР ¹H (CDCl₃): δ 1.45 (м, 4Н, Н(8,9)); 3.01 (т, 4Н, С(7,10) ³J=6.3 Гц); 4.17 (с, 4Н, Н(2,14); 4.47 (с, 8Н, Н(4,6,12,16)).¹³C NMR (CDCl₃): δ 24.44 (т, С(8,9)); 33.92 (т, С(2,14)); 48.44 (т, С(7,10)); 58.21 (т, С(4,6,12,16)).Масс-спектр, m/z (I_отн (%)): 296 [M]⁺ (12), 263 [М-SH]⁺ (29), 249 [M-CH₂SH]⁺ (53), 217 [M-SCH₂SH]⁺ (75), 139 [(CH₂)₂N(CH₂)₄NCH₂CH]⁺(43), 125 [CHN(CH₂)₄N(CH₂)₂]⁺ (30), 98 [CH₂N(CH₂)₄N]⁺ (30), 84 [N(CH₂)₄N]⁺ (100), 70 [N(CH₂)₄]⁺ (17), 42 [N(CH₂)₂]⁺ (53). Вычислено: S, 43.25; H, 6.80; С, 40.50; N, 9.45. C₁₀H₂₀N₂S₄. Найдено: S, 44.09; H, 6.52; С, 38.44; N, 9.09%.

На чертеже приведен общий вид молекулярной структуры соединения по данным РСА (проведен на дифрактометре CAD 4 Enraf - Nonius)

Изобретение относится к области органической химии, конкретно к способу получения смеси 3-тиа-1,5-диазабицикло[4.3.1]декана (1) и 5-[4-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)бутил]1,3,5-дитиазинана (2), имеющих формулу

Сущность способа заключается во взаимодействии насыщенного сероводородом водного раствора формальдегида (37%) с раствором 1,4-диаминобутан в бутаноле (в соотношении 1:5) при температуре 0-80°С и перемешивании в течение 3 часов. Полученные предлагаемым способом вещества могут найти применение в качестве селективных сорбентов и экстрагентов драгметаллов, специальных реагентов для подавления жизнедеятельности бактерий в различных средах. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 1 ил.

1. Способ получения смеси 3-тиа-1,5-диазабицикло[4.3.1]декана (1) и 5-[4-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)бутил]1,3,5-дитиазинана (2), имеющих формулу:

заключающийся в том, что насыщенный сероводородом водный раствор формальдегида подвергают взаимодействию с 1,4-диаминобутаном в среде бутанола в мольном соотношении диамин : формальдегид : сероводород : бутанол, равном 1:6:4:5, в течение 3 ч с последующим, в случае необходимости, выделением из реакционной смеси соединений 1 и 2.