Способ получения 1-(3-(триметоксисилил)пропил)бензимидазола Российский патент 2025 года по МПК C07F7/18 

Изобретение относится к кремнийорганической химии, а точнее к способам получения карбофункциональных триалкоксисиланов.

1-(3-(Триметоксисилил)пропил)бензимидазол (CAS 439694-77-6) относится к значимым кремнийорганическим соединениям, используемым, например, для синтеза иммобилизованных ионных жидкостей, проявляющих каталитические свойства в практически важных реакциях бензоиновой конденсации [Eugene Y.-X. Chen, Lu Wang, Eguchi Yuji. Supported catalyst for aldehyde coupling reaction, method for performing aldehyde coupling reaction, and method for regenerating supported catalyst for aldehyde coupling reaction. WO2016195115A1], для получения пленок на поверхности металлов [WO2023127679A1. Surface treatment liquid for metal], как полупродукт для синтеза биологически активных соединений (например, силатранов) [М.Г. Воронков, О.М. Трофимова, Ю.И. Болгова, Н.Ф. Чернов. Новые кремнийорганические производные азотсодержащих гетероциклов. Химия гетероциклических соединений, 2001, №11, с. 1487-1499].

Известен двухстадийный способ получения 1-(3-(триметоксисилил)пропил)бензимидазола 5: на первой стадии взаимодействием бензимидазола 1 с метилатом натрия 2, образующимся при растворении металлического натрия в метиловом спирте, получают натриевое производное 3, на второй – метанол отгоняют в вакууме, остаток растворяют в диметилформамиде, прибавляют 18-краун-6 и (3-хлорпропил)триметоксисилан 4. Целевой продукт 5 выделяют после вакуумной перегонки с выходом 65%. [М.Г. Воронков, О.М. Трофимова, Ю.И. Болгова, Н.Ф. Чернов. Новые кремнийорганические производные азотсодержащих гетероциклов. Химия гетероциклических соединений, 2001, №11, с. 1487-1499]:

Известен двухстадийный способ получения 1-(3-(триметоксисилил)пропил)бензимидазола 5: на первой стадии взаимодействием бензимидазола 1 с гидридом натрия 6 в среде тетрагидрофурана получают натриевое производное 3, на второй – прибавляют (3-хлорпропил)триметоксисилан 4 и реакционную массу выдерживают при кипении растворителя 24 ч. Последующее отделение фильтрованием образовавшегося хлорида натрия и отгонка растворителя позволяет получить целевой продукт 5 в виде бесцветного масла, которое дополнительно не очищают [G. Singh, S. Girdhar, S. Khullar, S.K. Mandal. 1.3-Diazolyl functionalized organopropylsilatranes: Synthesis and structural characterization. Inorganica Chimica Acta, 2014, Vol. 413, p. 203-207. doi: 10.1016/j.ica.2014.01.029]:

Аналогичный способ был реализован в научной статье и патенте [Wang, L., Chen, E. Y.-X. Recyclable supported carbene catalysts for high-yielding self-condensation of furaldehydes into C10 and C12 Furoins. ACS Catalysis, 2015, 5(11), 6907–6917. doi:10.1021/acscatal.5b01410. Eugene Y.-X. Chen, Lu Wang, Eguchi Yuji. Supported catalyst for aldehyde coupling reaction, method for performing aldehyde coupling reaction, and method for regenerating supported catalyst for aldehyde coupling reaction. WO2016195115A1] как первая стадия получения катализатора на основе иммобилизованной ионной жидкости.

Для реализации способа используются опасные в обращении реагенты, на первой стадии выделяется водород, что создает повышенную опасность при масштабировании, выход целевого продукта приводится на «сырое» вещество, не подвергавшееся очистке вакуумной перегонкой.

Задачей настоящего изобретения является расширение арсенала способов получения 1-(3-(триметоксисилил)пропил)бензимидазола с использованием доступных исходных реагентов и растворителя, обеспечивающих высокий выход целевого продукта.

Техническим результатом изобретения является реализация заявленного способа получения 1-(3-(триметоксисилил)пропил)бензимидазола.

Технический результат достигается проведением однореакторного двухстадийного процесса, включающего получение натриевой соли бензимидазола 3 при нагревании в среде толуола с водоотделением эквимольных количеств бензимидазола 1 и гидроокиси натрия 7, последующую отгонку половины использованного для реакции толуола, добавление в реакционную массу диметилформамида, и алкилирования (3-хлорпропил)триметоксисиланом 4 при нагревании в течение 3 ч при температуре кипения реакционной массы:

Экспериментально установлено, что введение в реакционную массу диметилформамида перед стадией алкилирования является ключевым моментом в реализации способа, реакция в чистом толуоле не протекает c существенной конверсией даже при нагревании реактантов в течение 24 ч.

Целевой продукт 5 выделяют из реакционной массы после отделения фильтрованием образовавшегося хлорида натрия и отгонки растворителей в вакууме, фракционированием остатка в вакууме. Реакция протекает с высоким выходом (77%). Чистота и строение 1-(3-(триметоксисилил)пропил)бензимидазола подтверждена совокупностью данных ¹H, ¹³C ЯМР спектроскопии, ИК-спектроскопии, масс-спектрометрии.

Таким образом, предложен однореакторный двухстадийный способ получения 1-(3-(триметоксисилил)пропил)бензимидазола, в котором используются доступные, недорогие исходные соединения.

Пример получения 1-(3-(триметоксисилил)пропил)бензимидазола. В круглодонную колбу, снабженную насадкой Дина-Старка со сливным краном и обратным холодильником, помещают 2,71 г (0,0677 моль) растертого в порошок гидроксида натрия, приливают 120 мл толуола и вносят 8,00 г (0,1 моль) бензимидазола. Реакционную массу кипятят при интенсивном перемешивании в течение 3 часов, за это время в насадке Дина-Старка выделяется расчётное количество воды. После этого из реакционной массы отгоняют 60 мл толуола, к остатку приливают 60 мл диметилформамида и 19,9 г (12,55 мл, 0,0677 моль) (3-хлорпропил)триметоксисилана. Выдерживают реакционную массу при интенсивном кипении и перемешивании 3 часа. Затем осадок отфильтровывают на фильтре Шотта, промывают его толуолом. Из фильтрата на ротационном испарителе отгоняют растворители (остаточное давление 5 Торр, температура нагревательной бани 90°С), остаток перегоняют в вакууме. Получают 14.6 г целевого вещества. Выход 77%. Бесцветная маслообразная жидкость. Ткип 155-160°С / 0,7 Торр.

ИК спектр (KBr), ν, см^-1: 3086, 3055, 3035 (Csp²-H), 2941, 2841 (Csp³-H), 1614, 1496, 1458, 1085 (Si-O).

Спектр ЯМР ¹Н (399.78 MГц, CDCl₃) δ, м.д.: 0.57 – 0.63 м (2H, CH₂), 1.95 – 2.02 м (2H, CH₂), 3.54 с (9H, CH₃), 4.16 т (J = 7.1 Гц, 2H, CH₂), 7.24-7.31 м (2Н, CH), 7.38-7.42 м (1Н, CH), 7.77-7.81 м (1Н, CH), 7.90 с (1Н, CH).

Спектр ЯМР ¹³C (100.5 MГц, CDCl₃, δ, м.д.): 6.3 (CH₂), 23.3 (CH₂), 47.1 (CH₂), 50.6 (CH₃), 109.6 (CH), 120.3 (CH), 122.0 (CH), 122.7 (CH), 133.7 (C), 143.1 (CH), 143.9 (C).

Масс-спектр (ЭУ, 70 eV), m/z (Iотн., %): 280 (26) [M]⁺, 251 (5), 239 (6), 145 (100), 131 (25), 121 (67), 118 (48), 91 (36).

Таким образом, предложенный способ позволяет получать 1-(3-(триметоксисилил)пропил)бензимидазол, который используется, например, для получения катализаторов бензоиновой конденсации [Eugene Y.-X. Chen, Lu Wang, Eguchi Yuji. Supported catalyst for aldehyde coupling reaction, method for performing aldehyde coupling reaction, and method for regenerating supported catalyst for aldehyde coupling reaction, WO 2016195115 A1], для получения пленок на поверхности металлов [WO 2023127679 A1, Surface treatment liquid for metal], как полупродукт для синтеза биологически активных соединений (например, силатранов) [М.Г. Воронков, О.М. Трофимова, Ю.И. Болгова, Н.Ф. Чернов. Новые кремнийорганические производные азотсодержащих гетероциклов. Химия гетероциклических соединений, 2001, №11, с. 1487-1499].

Изобретение относится к кремнийорганической химии и представляет собой способ получения 1-(3-(триметоксисилил)пропил)бензимидазола, используемого для синтеза иммобилизованных ионных жидкостей, получения пленок на поверхности металлов как полупродукт в синтезе биологически активных соединений. Способ осуществляют в одном реакторе в две стадии. На первой стадии получают натриевую соль бензимидазола при нагревании эквимольных количеств бензимидазола и гидроокиси натрия в среде толуола с водоотделением. Затем отгоняют половину использованного толуола, добавляют в реакционную массу диметилформамид и проводят алкилирование натриевой соли бензимидазола (3-хлорпропил)триметоксисиланом при нагревании в течение 3 ч при температуре кипения реакционной массы. Усовершенствование способа получения 1-(3-(триметоксисилил)пропил)бензимидазола с использованием доступных исходных реагентов и растворителя, обеспечивающего высокий выход целевого продукта. 1 пр.

Способ получения 1-(3-(триметоксисилил)пропил)бензимидазола алкилированием (3-галогенпропил)триметоксисиланом натриевой соли бензимидазола, отличающийся тем, что натриевую соль бензимидазола получают из эквимольных количеств бензимидазола и гидроксида натрия при нагревании с водоотделением в среде толуола, а алкилирование проводят (3-хлорпропил)триметоксисиланом при кипении реакционной массы в течение 3 часов, отгоняя, перед введением его в реакционную массу, половину взятого первоначально толуола и добавляя равное количество диметилформамида.