ВИ&ЛИО'^ГК^ Советский патент 1973 года по МПК C07D239/52 

1

Изобретение относится к способу получений новых Ы-гетероцнкличеоких моно- или диспиртов, которые являются исходными соединениями для синтеза новых диглициловых эфиров Ы-гетероциклических соединений, обладающих ценными механическими и диэлектрическими свойствами.

Основанный на известной реакции взаимодействия алкеноксидов с азотсодержащими соединениями, сопровождающейся раскрытием окисного цикла, предлагаемый способ получения М-гетероциклических моно- или диспиртов общей формулы

С 0

с

N-(CH2-CH-0)H

ч/

YO

II

о

где YI и Ya - водород или метил;

Z - безазотный двухвалентный остаток, заверщающий пяти- или щестичленное, незамещенное или замещенное гетероциклическое кольцо;

тип - целое число от О до 30, преимущественно от О до 4, причем сумма тип равна по меньщей мере 1, заключается в том, что одноядерные N-гетероциклические соединения общей формулы

f Г«

HN Ш

С/

II

О

где Z имеет приведенные выще значения, обрабатывают алкилен- или алкеноксидами в присутствии катализатора. Целевой продукт выделяют известными приемами.

Остаток Z представляет собой группы, содержащие углерод и водород, углерод и кислород, например

R

I /R

С О, С , с(

// R

Кxj,,

.R

/

ч

C-R

С-R или I /R /.С(

к

в которых R, R, R и R - водород, алкил, алкенил, циклоалкил или замещенный фенил.

Реакцию обычно проводят в присутствии ката Л1И затор а.

В .качестве катализатора чаще всего используют кислоты Льюиса, преимущественно трехфтористый бор и четыреххлористое олово.

Для получения моно- и диспиртов ( или 2) чаще используют третичные амины, четвертичные аммониевые основания или их соли, например тетраэгиламмонийхлорид, галогениды щелочных металлов, например хлорид лития.

Для получения диспиртов (m-f ) обычно применяют кислые катализаторы.

В качестве алкилен- или алкеноксидов применяют окись этилена или окись пропилена.

Из исходных одноядерных N-гетероциклических соединений можно назвать пидантоин, барбитуровую кислоту, урацил, дигидроурацил и их производные, парабановую кислоту.

Среди производных гидантоина следует упомянуть 5-метилгидрантоин, 5-метил-5-этнлгидантонн, 5-«-пропилгидантоин, 5-изопропилгидантоин, 1,3-диазаспиро- (4,5) -декан-2,4-дион, 1,3-диазаспиро-(4,4)-нонан-2,4-дион и 5,5-диметилгидантоин.

Из производных барбитуровой кислоты можно упомянуть 5-ЭТИЛ-, 5,5-диэтил-, 5-этил5-бутил-, З-этил-б-вгор-булил, 5-этил-5-изопенТИЛ-, 5,5-диаллил-, 5-аллил-5-изопропил-, 5-аллил-5-87-о/9-бутил-, 5-ЭТИЛ-5-(1-метил-бутил)-, 5-аллил-5-(Г-метилбутил)-, 5-этил-5-фенил- и 5-этил-5-(Г-циклогексен-1-.ил) - барбитуровые кислоты.

К используемым производным урацила можно отнести 6-метиллурацил, тимин (5-метилурацил) и дигидроурацил или его производные, например 5,6-дигидроурацил, 5,6-диметил-5,6-дигидроурацил (2,4-диО|Ксо-5,5-диметилгексагидропиримидин) и 5,5-диметил-6-изопропил-5,6-дигидроурацил (2,4-диоксо-5,5-диметил-6-изопропилгвксагидропиримидин).

Пример 1. 1,3-Ди-(р-гидрокои-н-пропил)5,5-диметилгидантоин.

Смесь 217 г (1,695 моль) 5,5-диметилгидантоина, 3,61 г (5 мол. %) хлорида лития и 560 мл диметилформамида перемешивают при 50°С. К прозрачному раствору при 50-55°С прибавляют по каплям в течение 4 час 230 г (3,955 моль) окиси лропилена. Реакция слабо экзотермична. Затем постепенно повышают температуру до 90°С, выдерживают при этой температуре 5 час, отгоняют диметилформамид в вакууме, создаваемом водоструйным насосом, сушат при 100°С/0,1 мм до постоянного веса и получают 415г (100%) слабо-желтого, высоковязкого масла, которое перегоняют при 170-172°С/0,1-0,2 мм и выделяют 386,0 г (93,5%) чистого вещества. При охлаждении целевой продукт затвердевает в белые кристаллы, т. пл. 65-67°С.

Найдено, %: N 11,81; мол. вес 247.

Вычислено, %: N 11,47, мол. вес 244.

Молекулярный вес определен осмометрически.

В ПК-спектре отсутствуют частоты при 3,1-3,2 мк (N-Н- амида) и присутствуют частоты при 2,90 мк (С--ОН).

Пример 2. 1,3-Д«-(р-гидрокси-н-пропил)5,5-диэтилбарбитуровая кислота.

К смеси 55,3 г (0,3 моль) 5,5-диэтилбарбитуровой кислоты, 2,77 г (5 мол. %) тетраэтиламмонийхлорида и 400 мл диметилформамида прибавляют в течение 1 час по каплям при 35°С и перемешивании 40,7 г (0,7 моль) окиси пропилена, постепенно нагревают до 100°С, перемешивают 7 час при 100°С и обрабатывают, как в примере 1. Получают 92,5 г (99,5%) сырого целевого продукта, который перегоняют при 138-148°С/0,08 мм, и выделяют 75,2 г (80%) чистого продукта.

Найдено, %: С 55,98; Н 8,05; N 9,32. Вычислено, %: С 55,54; Н 8,03; N 9,44.

Судя по PIK- и ЯМР-спектра.м продукт имеет следующую структуру:

СНз

СН2-СН-ОН

I

СН2-СН-ОН , ,. СНз

Пример 3. 1,3-Ди-(р-гидроксиэтил)-5,5-диметилпидантоин.

К смеси 64,2 г (0,5 моль) 5,5-диметилгидантоина, 4,15 г тетраэтиламмонийхлорида и 100 мл диметилформамида прибавляют постепенно при комнатной температуре охлажденный до 5°С раствор 48,5 г (1,1 моль) окиси этилена в 200 мл диметилформамида и постепенно нагревают до 50-60°С. Реакция экзотермична. Затем перемешива-ют 3 час при 90°С, обрабатывают, как в примере 1, и получают 108,0г (99,7%) вязкого масла, которое перегоняют в вакууме. Т. кип. 185-186°С/ 0,3 мм. Выход 86,8%. Продукт затвердевает в бесцветные кристаллы, т. лл. 40°С. Найдено, %: С 49,54; Н 7,39; мол. вес. 216. Вычислено, %: С 49,99; Н 7,46; мол. вес 212. Пример 4. 1,3-Ди-(р-гидроксиэтил)-5-феиил-5-эт1Илбарбитуровая кислота.

Аналогично примеру 3 из 116,2 г (0,5 моль) 5-фенил-5-этилбарбитурОБОй кислоты, 4,14 г (5 мол. %) тетраэтиламмонийхлорида в зЬОмл диметилформамида и 54,9 г окиои этилена в 250 мл димет1илформамида получают 160,0 г (100%) сырого продукта. После перегонки получают 139 г (86,8%) чистого вещества, т. кип. 220-221°СуО,3 мм; т. пл. 107-109°С. Найдено, %: С 59,72; Н 6,41; N 9,03. Вычислено, %: С 59,99; Н 6,29; N 8,75. Пример 5. 3-(|3-Гидроксиэтил)-6-метил-. урацил.

Аналогично примеру 3 из 31,9 г окиси этилена в 200 мл диметилформамида, 37,8 г (0,3 моль) 6-метилурацила и 2,77 г тетраэтиламмонийхлорида в 100 M..I диметилформамида получают 57,6 г (100%) сырого кристаллического продукта. После перекристаллизации из смеси метанол-вода (1:3) выделяют бесцветные кристаллы, т. пл. 216-218°С.

Найдено, %: С 49,24; Н 5,98; N 17,14.

Вычислено, %: С 49,40; Н 5,92; N 16,46.

Пример 6. 1,3-Ди-(р-гидроксиэтоксиэтоксиэтил)-5,5-диметилгидантоип.

Из 108,1 г (0,5 моль} 1,3-ди-(р-лидроксиэтил)-5,5-диметилгидантоина, 500 мл диоксапа и 2 мл 47%-ного раствора эфирата трехфтористого бора в диэтиловом эфире при 60°С получают прозрачный бесцветный раствор, в который в течение 140 мин. подают 88,1 г (2 моль) окиси эт1илена, количество которой измеряют ротаметром. Реакция слабо экзотермична (после удаления внешнего источника тепла смесь нагревается на 10°С). После прекращения подачи окиси смесь охлаждают до 15°С, прибавляют 15 мл 50%-ного едкого натра, фильтруют, сгущают прозрачный желтый раствор в ротационном испарителе (60- 80°С/15 мм), высушивают до постоянного веса прн 80°С/0,1 мм и получают с количественным выходом масло, в ИК-спектре которого кроме поглощения, характерного для диметилгидантоина, имеется сильное поглощение при 2,92-3,02 мк (ОН) и очень сильное при 8,9-9,4: мк (С-О-С).

Найдено, %: С 51,7; Н 8,4; мол. вес 394.

Вычислено, %: С 52,0; Н 8,2; мол. вес. 392,5.

Пробу вещества растворяют в хлороформе, взбалтывают с небольшим количеством 10%ного едкого натра, хлороформный слой сушат над сульфатом магния, добавляют смесь петролейного эфира и циклогексана, получают светло-желтое масло и высущивают до постоянства веса при 60°С/0,1 мм. Очищенный продукт практически однороден (по данным тонкослойной хроматографии). В ЯМР-спектре обнаружепы 32 протона (брутто-формула СпНззОвМг), из них 6 метиловых протонов при 6 1,40, 2 С-ОН-протона при S 3,55 и 24 метиленовых протона при б - 3,65.

Поскольку окись этилена присоединяется статистически вероятно к обеим сторонам 1,3ди-(р-гидроксиэтил)-5,5 - диметилгидантоина, то можно предположить, что полученное соединение имеет следующую структуру:

СНз 1

сн,-- С-

I I Н-(0-СН2- H2)з-N N- (СН - бН2-0)з-Н

II О

пример 7. 1,3-Ди-(р-Г1ИДрокоиэтил)-5,5-диметил-6-изопропил-5,6-дигидроурацил.

К суспензии 548 г (3 моль) 2,4-диоксо-5,5диметил - 6 - изопропилгексагидропиримидина

(5,5-диметил-6-изопропил-5,6 -дигидроурацил) и 20,0 г хлорида лития в 3 .г технического диметилформамида прибавляют при 10°С и перемешивании раствор 440,5 г (10 моль) окиси

этилена в 500 мл диметилформамида, при перемешивании постепенно в течение 4,5 час нагревают до 90°С, перемешивают образующийся слабо-мутный темно-желтый раствор 12 час при 90°С и охлаждают. Раствор с рН 8

нейтрализуют 25%-ной серной кислотой и фильтруют. Прозрачный темный раствор сгущают в ротационном испарителе при 80°С в вакууме, создаваемым водоструйным насосом; при 80°С/0,1 мм удаляют легколетучие вещества и получают 810 г (100%) темного высоковязкого вещества, после перегонки -которого в глубоком вакууме получают 630,4 г. (77,8%) дистиллята, т. кип. 183-188°С/0,25-0,30 мм. По данным элементарного анализа ИК- и

ЯМР-спектров можно судить, что полученное вещество представляет собой 1,3-ди-(|3-гидроксиэтил) - 5,5-димет1ИЛ-6-изопропил-5,6-дигилроурацил.

Пример 8. 1,3-Ди-(р-гидроксипропил)-5,5диметил-6-изопропил-5,6-дигидроурацил.

Суспензию 548 г 2,4-диоксо-5,5-диметил-6изопропил-5,6-дигидроурацила и 20,0 г хлорида лития в 3,5 л технического диметилформамида, нагревают до 40°С и в течение 3 час

при постоянном перемещивании по каплям прибавляют 581,0 г (10 моль) окиси пропилена, нагревают 1 час до 80°С и при этой температуре перемещивают 6 час. После охлаждения фильтруют, слабо-желтый фильтрат

упаривают до небольшого объема при 100°С в вакууме, создаваемом водоструйным насосом, и сушат при 100°С/0,07 мм до постоянного веса. Получают 742 г (82,7%) вьгсоковязкого зещества бледно-оранжевого цвета.

ЯМР-спектр (60 мк, дейтерохлороформ): 6 0,70; 0,81 (оба расщепленные) и б 0,95; 1,07; 1,14; 1,25 и 1,38; мультиплет при б 1,60-2,20; 2,80-3,20 и 3,20-4,20.

В ИК-спектре отсутствуют частоты, характерные для NH-rpynn, и обнаружено поглощение при 2,97 мк (ОН).

Пример 9. 1,3-Ди- (р-гидроксиэтилполиэтоксиэтил)-5,5, димет1илгидантион.

Раствор 21,6 г (0,1 моль) 1,3-ди-(|3-гидроксиэтил)-5,5-диметилгидантоина в 600 г безводного дпоксана перемешивают при 65°С, прибавляют 1,6 мл 47%-ного эфирного раствора эфирата трехфтористого бора и в течение 4 час при перемешивании прибавляют

264,3 г (6,0 моль, или 134,4 л) газообразной окиси этилена. Реакция экзотермична. Для поддержания температуры 65°С иногда используют ледяную воду. Смесь выдерживают в течение ночи, нейтрализуют трехфтористый

бор 18 мл 1 и. едкого натра, фильтруют, выпаривают бесцветный фильтрат до небольшого объема в ротационном испарителе в вакууме (ниже 20 мм), при 80°С/0,08 мм. удаляют легколетучие компоненты и получают 218 г

бесцветного низковязкого масла. В ПМР-спектре (60 Me в дейтерохлороформе при 35°С) обнаружены только сигналы при б 1,30 (С-СНз) и очень интенсивный мультиплет при б 3,62 -(СНз-СНз-0)п.

Найдено, %: С 53,3; Н 8,9; N 1,6.

Таким образом, к каждому атому азота гидантоина присоединено 20-23 единицы окиси этилена. По данным гель-проникающей хроматографии функция распределения молекулярных весов имеет максимум примерно при 20-24 единицах окиси этилена у атома азота, что соответствует молекулярному весу 2000-2500.

Средний молекулярный вес 1100-1200, определенный осмометрически, подтверждается кривой распределения молекулярных весов, полученной методом гель-проникающей хроматографии.

Пример 10. 1,3-Ди-(р-шдрокси-н-пропил)5-изопропилгидантоин.

Смесь 995,0 г (7 моль) 5-изопропилгидантоина, 2000 мл диметилформамида и 14,8 г хлорида лития перемешивают при 50°С, в течение 6 час прибавляют по каплям 1220 г (21 моль) окиси пропилена, постепенно повыщают температуру до 70°С и выдерживают 15 час при комнатной температуре. После подкисления 2 н. серной кислотой до рН 7 фильтруют слабо-желтый раствор, высущивают его на ротационном испарителе в вакууме, создаваемом водоструйным насосом, и высущивают при 90°С/0,1 мм до постоянного веса. Получают 1654,5 г (91,7%) слабо-желтото, высоковязкого продукта, который перегоняют при 158°С/ 0,08-0,1 мм.

В ИК-спектре отсутствуют полосы поглощения, характерные для NH-rpynn и присутствуют очень сильные полосы поглощения при 2,93 мк (ОН), что свидетельствует о присутствии образовавщегося диола.

ПМР-спектр показывает, что образовавщийся продукт главным образом состоит из 1,3ди-(р-гидрокои-н-пропил)-5 - изопропилгидантоина.

Пример 11. 1,3-Ди-(|3-гидрокси-н-пропил)5,5-диметилгидантоин.

Смесь 128,1 г (1 моль) 5,5-диметилгидантоина, 1,0 г хлорида лития и 224 г 1,3-ди-(р-гид-; рокси-н-пропил) -5,5-диметилгидантоина перемешивают при 120°С, в образующийся прозрачный раствор в течение 1 час медленно при интенсивном перемешивании прибавляют по каплям 133,9 г (2,3 моль) окиси пропилена, перемешивают 6 час при 70°С и получают 461,1 г (98,3%) сырого целевого продукта, соответствующего описанному в примере I продукту.

Пример 12. 1,3-Ди-(р-гидрокоиэтил)-5,5диметилгидантоин.

Смесь 128,12 г 5,5-диметилгидантоина, 1,06 г хлорида лития и 193,73 г гликольэтилкарбоната нагревают при перемешивании в течение 5 час от 118°С до 190°С. Реакция слабо экзогична, и, начиная примерно с 130°С, начинается значительное выделение СОз. Перемешивают 1,1 час при 190°С и получают целевой продукт с количественным выходом. Т. кип. 174- 177°С/0,1 мм. В ЯМР-спектре отсутствуют сигналы, характерные для NH-rpynn. Пример 13. 1,3-Ди-(р-гидрокои-н-пропил)5,5-диэтилпидантоин.

Раствор 125,0 г (0,8 моль) 5,5-диэтилгидантоина и 2,0 г хлорида лития в 300,0 г диметилформамида перемещивают при 52°С, в течение 2,5 час прибавляют по каплям 128,0 г (2,2 моль) окиси пропилена, перемешивают 5 час при 85-90°С, подкисляют 2-3-мя каплями 25%-ной серной кислоты до рН 7 и фильтруют.

Прозрачный раствор упаривают до небольшого объема на ротационном испарителе в вакууме, создаваемом водоструйным насосом, при температуре бани 80°С и затем в высоком вакууме (0,1 мм) при 80°С до постоянного

веса.

Получают 206,0 г (95%) желтого вязкого продукта, который очищают дист1илляцией. При 179-181°С/0,15 мм перегоняется 80,0% продукта-сырца в виде бесцветной жидкости.

Строение полученного соединения подтверждено данными ИК- и ЯМР-спектров.

Пример 14. 1,3-Ди-(р-гидрокси-н-пропил)5-этил-5-метилгидантоин. Смесь 256,3 г (1,805 моль) 5-эт1ИЛ-5-мет1ИЛгидантоина, 675 мл диметилформамида и 4,51 хлорида лития перемешивают при 50°С, в течение 2 час прибавляют по каплям 288,0 г (4,96 моль) окиси пропилена, в течение 10 час повышают- температуру до 90°С, подкисляют

4-мя каплями 2 н. соляной кислоты до рН 7 и фильтруют. Фильтрат сушат на ротационном испарителе при температуре бани 90°С в вакууме, создаваемом водоструйным насосом, и затем при 90°С/0,1 мм до постоянного веса.

Получают 465 г (99,5%) прозрачного, слабожелтого продукта, который очищают дистилляцией в высоком вакууме. Получают целевой продукт в виде бесцветного высоковязкого вещества, перегоняющегося при 145-148°С/

0,06мм. Выход 78%.

Строение получениого соединения подтверждено данными элементарного анализа, ИК- и ЯМР-спектров. Пример 15. 3-(2-Гидрокси-н-пропил)-5,5диметилгидантоин.

Раствор 896 г (7 моль) 5,5-диметилгидантоина и 5,92 г хлорида лития в 900 мл диметилформамида перемешивают при 50°С, при слабом перемешивании в течение 1 час прибавляют 458 г (7,7 моль) окиси пропилена, перемешивают 3 час при 55°С и затем повышают температуру в нагревательной бане до 100°С (реакция слегка экзотермична и содержимое колбы нагревается до 112°С). Через 1 час

фильтруют, охлаждают до комнатной температуры и подкисляют 15 мл 20%-ной серной кислоты до рН 7.

В вакууме, создаваемом водоструйным насосом, отгоняют диметилформамид, остаток

высушивают при 95°С/0,1 мм и получают