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

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

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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 реакции
Т, °С	Соотношение NH4OH:СН2О:H2S	Выход продуктов реакции, %
6	7	8
15	1:2:1	4	29	44
40	1:3:2	5	42	19
70	1:3:2	9	20	39

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, °С	Соотношение 1,4-диаминобутан: CH2O:H2S:Bu(OH), моль	Выход продуктов реакции, %
1	2
1	0	1:6:4:0	54	12
2	20	1:6:4:0	37	34
3	80	1:6:4:0	-	20
4	0	1:6:4:5	68	25
5	20	1:6:4:5	8	71
6	80	1:6:4:5	-	82

Спектральные характеристики 3-тиа-1,5-диазабицикло[4.3.1]декана (2):
	Выход 68%. Rf 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, На-7, На-8), 2.22-2.39 (м, 2Н, Hб-7, Hб-8), 2.92-3.10 (м, 4Н, Н2С-6, Н2С-9), 3.94 (д.д., 2Н, He-2, He-4, 2J=13.0 Hz, 4J=1.8 Гц), 4.01 (1Н, д.м, Нб-10, 2J=14.4 Гц, 4J=1.8 Гц), 4.18 (д, 1Н, На-10, 2J=14.4 Гц), 4.97 (д, 2Н, На-2, На-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 (Iотн. (%)): 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, Rf 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 (Iотн (%)): 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)

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.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью преимущественного получения соединения 1, процесс проводят при температуре 0°С.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью преимущественного получения соединения 2, процесс проводят при температуре 20-80°С.