Способ получения 2-амино-2-цианоадамантана или его производных

Способ получения 2-амино-2-цианоадамантана или его производных

Реферат

Изобретение относится к химии производных адамантана, а именно к новому способу получения 2-амино-2-цианоадамантана и его производных общей формулы

R=-NH₂, -NHCH₂CH₂OH, -NHCH₂C₆H₅, -NHNHC₆H₃(NO₂)₂, -NHNH₂, -NHNHC₆H₅, -NHCH₂СН₂NH₂.

, , .

которые представляют собой полупродукты в синтезе вероятных биологически активных веществ. В литературе сведения о методах получения соединений заявляемой формулы отсутствуют.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения аминодиэтилуксусной кислоты, причем исходным соединением является диэтилкетон, который вводят в реакцию с цианистым натрием в присутствии хлористого аммония с получением циангидрина кетона, который по реакции с концентрированным гидроксидом аммония в среде метанола при 60°С или с метанольным раствором аммиака и при небольшом давлении превращается в нитрил α-аминодиэтиламиноуксусной кислоты [Robert E. Steiger. Organic synthesis, СV3, 66. Tiemann and Friedländer, Ber., 14, 1973 (1881)].

Данный метод не приводит к получению веществ заявляемой структурной формулы. Кроме этого, среди недостатков этого метода можно отметить использование метанола и токсичного цианистого натрия.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка технологичного малостадийного метода синтеза 2-амино-2-цианоадамантана или его производных различного строения, протекающего с высоким выходом по исходному 2-гидрокси-2-цианоадамантану.

Техническим результатом является расширение ассортимента производных адамантана, а именно полупродуктов в синтезе вероятных биологически активных соединений, разработка метода синтеза новых производных адамантана с высоким выходом.

Поставленный технический результат достигается в новом способе получения 2-амино-2-цианоадамантана или его производных общей формулы

R=-NH₂, -NHCH₂CH₂OH, -NHCH₂C₆H₅, -NHNHC₆H₃(NO₂)₂, -NHNH₂, -NHNHC₆H₅, -NHCH₂СН₂NH₂.

, , .

путем взаимодействия 2-гидрокси-2-цианоадамантана с аммиаком или его производными из ряда: пиперидин, морфолин, пиперазин, 1,2-диаминоэтан, моноэтаноламин, бензиламин, гидразин, фенилгидразин, 2,4-динитрофенилгидразин в среде технического этанола при мольных соотношениях реагентов, равном 1:2.35-4 соответственно, при температуре 20-80°С в течение 8-72 часов.

Сущностью метода является реакция получения 2-амино-2-цианоадамантана или его производных по реакции 2-гидрокси-2-цианоадамантана с аммиаком или его производными

R=-NH₂, -NHCH₂CH₂OH, -NHCH₂C₆H₅, -NHNHC₆H₃(NO₂)₂, -NHNH₂, -NHNHC₆H₅, -NHCH₂СН₂NH₂.

, , .

Способ осуществляется следующим образом.

Смесь 2-гидрокси-2-цианоадамантана и аммиака или его производных из ряда: пиперидин, морфолин, пиперазин, 1,2-диаминоэтан, моноэтаноламин, бензиламин, гидразин, фенилгидразин, 2,4-динитрофенилгидразин в соотношении 1:2.35-4 в среде технического этанола запаивают в ампулу или нагревают в колбе с обратным холодильником в течение 8 часов или выдерживают 24-72 часа при комнатной температуре. По окончании реакции этанол, воду и непрореагировавший аммиак или его производное удаляют в вакууме водоструйного насоса. После перегонки в вакууме или перекристаллизации из этанола получают соответствующие 2-амино-2-цианоадамантан или его производные. Выход данных продуктов составляет 55-76%.

Как показали проведенные исследования, наиболее удобным способом проведения реакции является ее осуществление в среде технического этанола в присутствии 2.35-4-х кратного избытка аммиака или его производного. Меньший избыток приводил к некоторому снижению выхода целевых продуктов за счет неполной конверсии 2-гидрокси-2-цианоадамантана, в случае использования в качестве производных аммиака диаминов - к возможному образованию побочных продуктов дизамещения. Дальнейшее увеличение избытка аммиака или его производного не влияло на выход целевых продуктов и являлось нецелесообразным. Возможно проведение реакции как при кипячении реакционной смеси при 78-80°С в течение 8 часов, так и выдерживание реакционной смеси при комнатной температуре (20°С) в течение 8-72 часов.

Определено, что низкоосновные производные аммиака, такие как производные анилина, в том числе 4-толуидин и N-этиланилин, не взаимодействуют с 2-гидрокси-2-цианоадамантаном даже при длительном кипячении, что накладывает ограничения на выбор исходных реагентов.

Обнаружено, что такие производные аммиака, как трет.-бутиламин, диэтиламин, дибутиламин, также не вступают в реакцию с 2-гидрокси-2-цианоадамантаном или образуют продукты с незначительным выходом, что может объясняться стерическими препятствиями, создаваемыми заместителями у аминогруппы. С другой стороны, пиперидин, морфолин и пиперазин, имеющие у аминогруппы заместители, связанные в цикл и не допускающие свободного вращения алкильных групп у атома азота, реагируют с 2-гидрокси-2-цианоадамантаном, образуя целевые продукты.

Строение синтезированных соединений подтверждено ЯМР¹H-спектроскопией и элементным анализом.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами:

Пример 1

2-Амино-2-цианоадамантан

2 г (0.0113 моль) 2-гидрокси-2-цианоадамантана, 4 мл (0.235 моль) 25% раствора водного аммиака (мольное соотношение 1:3), 20 мл технического этанола нагревают в запаянной стеклянной ампуле до 40°С в течение 8 часов. По окончании реакции ампулу вскрывают, спирт и аммиак удаляют в вакууме водоструйного насоса (при этом частично кристаллизуется продукт реакции), остаток сублимируют в вакууме. Получают 1.17 г (0.0067 моль) 2-амино-2-цианоадамантана, Т_пл>200°С. Выход 55%. Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д.: 1.70, 1.83, 1.87, 1.96, 2.404 5с (14Н, _2,2-Ad, 2H, NH₂). Найдено, %: С 74.91, Н 9.17, N 15.92, C₁₁H₁₆N₂. Вычислено, %: С 74.96, Н 9.15, N 15.89.

Пример 2

2-N-Пиперидино-2-цианоадамантан

1,5 г (0.0085 моль) 2-гидрокси-2-цианоадамантана, 3 г (0.035 моль) пиперидина (мольное соотношение 1:4) в 10 мл технического этанола нагревают в колбе с обратным холодильником при 78°С в течение 4 часов, после чего реакционную смесь выдерживают при комнатной температуре еще 4 часа. По окончании реакции спирт и пиперидин отгоняют, продукт перегоняют в вакууме водоструйного насоса. Т кип.=240-242°С/20 мм рт.ст. Получают 1.41 г (0.00578 моль) 2-N-пиперидино-2-цианоадамантана, выход продукта 68%. Т_пл=77-78°С. Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д.: 1.35-1.45 (6Н, 3 -CH₂-); 1.65-2.34 (14Н, _2,2-Ad); 2.59 (4Н, 2-CH₂N-). Найдено, %: С 78.64, Н 9.82, N 11.51. C₁₆H₂₄N₂. Вычислено, %: С 78.69, Н 9.83, N 11.48.

Пример 3

2-N-Пиперазино-2-цианоадамантан

1,8 г (0,0102 моль) 2-гидрокси-2-цианоадамантана, 3,5 г (0,0407 моль) пиперазина (мольное соотношение 1:4) в 10 мл технического этанола нагревают до 80°С в течение 4 часов, после чего реакционную смесь выдерживают при комнатной температуре еще 4 часа (при этом выпадает в осадок продукт реакции и избыток пиперазина). По окончании реакции спирт и пиперазин отгоняют. Продукт перегоняют в вакууме водоструйного насоса, Т _кип=259-262°С/ 20 мм рт.ст. Получают 1.55 г (0.0063 моль) 2-N-пиперазино-2-цианоадамантана, выход 62%. Т_пл=117-118°С. Спектр ЯМР ¹H, δ, м.д.: 1.67-2.35 (14Н, _2,2-Ad, 1H, NH); 2.805 т (4Н, (CH₂)₂N); 2.95 т (4Н, (CH₂)₂N). Найдено, %: С 73.49, Н 9.39, N 11.12. С₁₅H₂₃N₃. Вычислено, %: С 73.47, Н 9.39, N 17.14.

Пример 4

2-N-Морфолино-2-цианоадамантан

5 г (0,0282 моль) 2-гидрокси-2-цианоадамантана, 8 г (0,092 моль) осушенного морфолина (мольное соотношение 1: 3.26) в 30 мл технического этанола нагревают до 78-80°С в течение 4 часов. После чего реакционную смесь выдерживают при комнатной температуре 4 часа. По окончании реакции спирт и морфолин отгоняют, продукт перегоняют в вакууме водоструйного насоса. Т _кип=249-250°С/20 мм рт.ст. Получают 5.27 г (0.0214 моль) 2-N-морфолино-2-цианоадамантана, выход 76%. Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д.: 1.35-2.20 (14Н, _2,2-Ad); 2.58 т (4Н, (CH₂)₂О); 3.72 т (4Н, (CH₂)₂N). Найдено, %: С 73.20, Н 8.92, N 11.42. C₁₅H₂₂N₂O. Вычислено, %: С 73.17, Н 8.94, N 11.38.

Пример 5

2-(β-Гидроксиэтиламино)-2-цианоадамантан

4,5 г (0,025 моль) 2-гидрокси-2-цианоадамантана, 6.1 г ( 0,1 моль) моноэтаноламинана (мольное соотношение 1:4) в 25 мл технического этанола нагревают до 78-80°С в течение 4 часов, после чего реакционную смесь выдерживают при комнатной температуре еще 4 часа. По окончании реакции спирт и морфолин отгоняют. Продукт перегоняют в вакууме водоструйного насоса. Т _кип=278-280°С/12 мм рт.ст. Получают 3.854 г (0.0175 моль) 2-(β-гидроксиэтиламино)-2-цианоадамантана, выход 70%. Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д.: 1.21 с (1Н, NH); 1.45-2.25 (14Н, _2,2-Ad); 2.67 с (1Н, ОН); 2.99 с (2Н, CH₂N), 3.58 т (2Н,СН₂O). Найдено, %: С 70.89, Н 9.08, N 12.71. C₁₃H₂₀N₂O. Вычислено, %: С 70.91, Н 9.09, N 12.73.

Пример 6

2-Бензиламино-2-цианоадамантан

Смешивают при комнатной температуре 3 г (0.017 моль) 2-гидрокси-2-цианоадамантана, 4.5 г (0.042 моль) бензиламина (мольное соотношение 1:2.5) и 25 мл технического этанола до полного растворения и оставляют реакционную смесь на 24-48 ч при комнатной температуре (20°С). Из реакционной смеси кристаллизуется продукт реакции в виде светло-желтых кристаллов, которые отфильтровывают и перекристаллизовывают из водного этанола. Получают 3.46 г (0.013 моль) 2-бензиламино-2-цианоадамантана, выход 75%. Т_пл=104-105°С. Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д.: 1.11 с (1Н, NH); 1.43 -2.29 (14Н, _2,2-Ad); 3.73 с (2Н, СН₂); 7.11-7.28 м (5Н, Ph). Найдено, %: С 81.23, Н 10.41, N 11.16. C₁₈H₂₂N₂. Вычислено, %: С 81.16, Н 8.32, N 10.52.

Пример 7

2-Гидразино-2-цианоадамантан

Смешивают 1,5 г (0.0085 моль) 2-гидрокси-2-цианоадамантана, 1.5 г (0.0255 моль) гидразина в виде гидразингидрата (мольное соотношение 1:3) и 15 мл технического этанола до полного растворения и оставляют реакционную смесь на 72 ч при комнатной температуре (20°С). Из реакционной смеси кристаллизуется продукт реакции в виде бесцветных кристаллов, которые отфильтровывают и перекристаллизовывают из водного этанола. Получают 1.15 г (0.006 моль) 2-гидразино-2-цианоадамантана, выход 70%. Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д.: 1.44-2.50 (14Н, _2,2-Ad); 2.93 с (1Н, NH); 4.48 с (2Н, NH₂). Найдено, %: С 69.30, Н 9.03, N 22.08. С₁₁H₁₇N₃. Вычислено, %: С 69.07, Н 8.96, N 21.97.

Пример 8

2-(1-(2-Фенил)гидразино)-2-цианоадамантан

Смешивают при комнатной температуре 1.5 г (0.0085 моль) 2-гидрокси-2-цианоадамантана, 2.16 г (0.02 моль) свежеперегнанного фенилгидразина (мольное соотношение 1: 2.35) и 25 мл технического этанола и оставляют реакционную смесь на 12-16 ч. Из реакционной смеси кристаллизуется продукт реакции в виде светло-желтых кристаллов, которые отфильтровывают и перекристаллизовывают из водного этанола. Получают 1.68 г (0.0063 моль) 2-(1-(2-фенил)гидразино)-2-цианоадамантана, бесцв. кристаллы, выход 74%. Т_пл=152-153°С. Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д.: 1.47-2.28 (14Н, _2,2-Ad); 3.48 с (1Н, NH); 5.17 с (1Н, NH); 6.41, 6.81, 7.04 3 м (1+2+2Н, Ph). Найдено, %: С 76.39, Н 7.97, N 15.69. С₁₇Н₂₁N₃. Вычислено, %: С 76.37, Н 7.92, N 15.72.

Пример 9

2-(β-Аминоэтил)амино-2-цианоадамантан

4,5 г (0,025 моль) 2-гидрокси-2-цианоадамантана, 5.8 г (0,1 моль) 1,2-диаминоэтана (мольное соотношение 1:4) в 30 мл технического этанола нагревают до 78-80°С в течение 4 часов, после чего реакционную смесь выдерживают при комнатной температуре еще 4 часа. По окончании реакции отгоняют приблизительно половину растворителя, реакционную смесь охлаждают. Продукт выпадает в осадок, образуя белые кристаллы, которые отфильтровывают, промывают небольшим количеством холодного этанола и получают 4.16 г (0.019 моль) 2-(β-аминоэтил)амино-2-цианоадамантана, выход 76%. Спектр ЯМР ¹H δ, м.д.: 1. 25 ш.с. (3Н, NH, NH₂); 1.45-2.12 (14H, 2,2-Ad); 2.16 с (2Н, CH₂-N); 2.82 с (2Н, СН₂-N). Найдено, %: С 71.25, Н 9.56, N 19.21. C₁₃H₂₁N₃. Вычислено, %: С 71.23, Н 9.59, N 19.18.

Пример 10

2-(2-(2,4-Динитрофенил)гидразино)-2-цианоадамантан

Смешивают при комнатной температуре 1.5 г (0.0085 моль) 2-гидрокси-2-цианоадамантана, 3.68 г (0.02 моль) 2,4-динитрофенилгидразина (мольное соотношение 1: 2.35) и 65 мл технического этанола (до полного растворения 2,4-динитрофенилгидразина) и реакционную смесь кипятят 8 часов. После частичной отгонки растворителя и охлаждения из реакционной смеси кристаллизуется продукт реакции в виде желто-оранжевых кристаллов, которые отфильтровывают. Получают 1.87 г (0.0054 моль) 2-(2-(2,4-динитрофенил)гидразино)-2-цианоадамантана, Т_пл=183-185°С, выход 64%. Спектр ЯМР ¹H, δ, м.д.: 1.8-2.25 (14Н, _2,2-Ad); 3.13 с (1Н, NH); 7.89, 8.19, 8.99 3 м (1+1+1Н, С₆Н₃); 11.1 с (1Н, NH). Найдено, %: С 59.52, Н 5.54, N 16.29. C₁₇H₁₉N₄O₄. Вычислено, %: С 59.48, Н 5.54, N 16.33.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для применения в различных отраслях промышленности;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".

Выводы

Разработан технологически малостадийный метод синтеза 2-амино-2-цианоадамантана или его производных, позволяющий получать широкий ряд соединений с высоким выходом. Структура синтезированных соединений подтверждена ЯМР¹H-спектроскопией и элементным анализом.

Способ получения 2-амино-2-цианоадамантана или его производных общей формулы

R=-NH₂, -NHCH₂CH₂OH, -NHCH₂C₆H₅, -NHNHC₆H₃(NO₂)₂, -NHNH₂, -NHNHC₆H₅, -NHCH₂СН₂NH₂,

заключающийся во взаимодействии 2-гидрокси-2-цианоадамантана с аммиаком или его производными из ряда: пиперидин, морфолин, пиперазин, 1,2-диаминоэтан, моноэтаноламин, бензиламин, гидразин, фенилгидразин, 2,4-динитрофенилгидразин в среде технического этанола при мольных соотношениях реагентов, равном соответственно 1:2.35-4, при температуре 20-80°С в течение 8-72 ч.