Способ получения производных этиленмочевины и этилентиомочевины

Способ получения производных этиленмочевины и этилентиомочевины

Реферат

Изобретение относится к области основного органического синтеза, а именно к способу получения производных циклической этиленмочевины и этилентиомочевины, которые могут быть применены в химической, фармацевтической и текстильной промышленностях.

Наиболее близким способом по технической сущности и достигаемому результату является способ получения производных этиленмочевины или этилентиомочевины взаимодействием N,N'-бис(пиперазиноэтил)этилендиамина (ПЭЭ) с мочевиной или тиомочевиной [Журнал «Химия гетероциклических соединений», 1991, №3, с.381-385, Рига, изд. «Знание».] в среде полярного растворителя, причем в качестве полярного растворителя используют этиловый или бутиловый спирты, а взаимодействие ПЭЭ с мочевиной или тиомочевиной проводят при температуре 45-100ºС в среде растворителя в течение 8 ч при мольном соотношении реагентов ПЭЭ:мочевина (ПЭЭ:тиомочевина), равном 1:1, затем реакционную смесь выдерживают при 240ºС в течение 0,5-1 ч, продукт выделяют кристаллизацией из ацетона. Способ позволяет получить циклическое производное этиленмочевины - N,N'-бис(пиперазиноэтил)имидазолидин-2-он и циклическое производное этилентиомочевины - N,N'-бис(пиперазиноэтил)имидазолидин-2-тион с выходом 88-94%.

Недостатками известного способа получения производных этиленмочевины или этилентиомочевины являются взрывоопасность процесса синтеза из-за применения горючих или легковоспламеняющихся жидкостей в качестве полярного растворителя и в процессе кристаллизации целевого продукта, продолжительность процесса синтеза (более 9 ч).

Задача изобретения - усовершенствование способа получения производных этиленмочевины или этилентиомочевины.

Поставленная задача достигается в предлагаемом способе получения производных этиленмочевины и этилентиомочевины путем взаимодействия ПЭЭ с мочевиной или тиомочевиной в среде полярного растворителя при мольном соотношении реагентов, равном 1:1, причем в качестве полярного растворителя используют воду, осуществляют подачу 40-50%-ного водного раствора мочевины или тиомочевины к предварительно нагретому до 95-100ºС 60-70%-ному водному раствору ПЭЭ с последующей выдержкой реакционной смеси при 101-110ºС в течение 3-4 ч и при 245-249ºС в течение 0,5-1 ч, целевой продукт выделяют фильтрацией или центрифугированием и сушат.

Синтез производных этиленмочевины и этилентиомочевины описывается формулой:

где соединение 1: N,N'-бис(пиперазиноэтил)этилендиамина (ПЭЭ),

соединение 2: N,N'-бис(пиперазиноэтил)имидазолидин-2-он,

соединение 3: N,N'-бис(пиперазиноэтил)имидазолидин-2-тион.

Применение мочевины в виде 40-50%-ного раствора, ПЭЭ - 60-70%-ного водного раствора, предварительно нагретого до 95-100ºС, проведение взаимодействия реагентов в водной среде при температуре 101-110ºС в течение 3-4 ч и при 245-249ºС в течение 0,5-1 ч обеспечивает высокий выход целевого продукта и сокращение продолжительности процесса синтеза.

Преимуществом предложенного способа является безопасность технологического процесса в результате проведения синтеза в водной среде без применения горючих и легковоспламеняющихся растворителей, а также повышение выхода продукта.

Способ поясняется следующими примерами:

Пример 1. В реактор, снабженный механическим устройством, термометром, капельной воронкой загружают 28,4 г (0,1 моль) N,N'-бис(пиперазиноэтил)этилендиамина (ПЭЭ) в виде 70%-ного водного раствора, нагревают до 95-100ºС и при этой температуре дозируют 6,0 г (0,1 моль) мочевины в виде 40%-ного водного раствора. После окончания дозировки мочевины смесь нагревают при 101-105ºС в течение 4 ч. Происходит интенсивное выделение аммиака. Затем температуру реакционной смеси повышают до 249ºС и выдерживают в течение 1 ч. Продукт выделяют центрифугированием. Получают 29,76 г продукта - соединения 2, выход продукта - 96%. Продукт характеризуется температурой плавления. 179-181ºС (литературные: 178-181ºС), ИК-спектр: полоса поглощения 1645 см^-1 (СО).

Пример 2. В условиях примера 1 в раствор загружают 28,4 г (0,1 моль) ПЭЭ в виде 65%-ного водного раствора, дозируют 7,6 г (0,1 моль) тиомочевины в виде 45%-ного водного раствора и нагревают при 105-110ºС в течение 4 ч, выдерживают при 245ºС в течение 1 ч. Получают 30,5 г продукта - соединение 3, выход продукта 93,6%. Т.пл. 139-140ºС, ИК-спектр: 1640 (СО).

Пример 3. В условиях примера 1 в реактор загружают 28,4 (0,1 моль) ПЭЭ в виде 50%-ного водного раствора, дозируют 6,0 г (0,1 моль) мочевины в виде 60%-ного водного раствора. Смесь нагревают при 90-95ºС в течение 6 ч, выдерживают при 230-235ºС 1,5 ч. Получают 24,18 г продукта - соединение 2. Выход продукта 78%. Температура плавления 175-177ºС.

Пример 4. В условиях примера 1 в реактор загружают 28,4 г (1 моль) ПЭЭ в виде 80%-ного водного раствора, дозируют 7,6 г (0,1 моль) тиомочевины в виде 30%-ного водного раствора. Смесь нагревают при 115-120ºС (сильное выделение аммиака, повышается давление), синтез вели при 115-120ºC в течение 4 ч, выдерживали при 265-270ºС в течение 0,5 ч. Получают 23,6 г продукта - соединение 3, выход 72,4%. Температура плавления 136-137ºC.

Примеры 1-2 при условии выдерживания заявляемых параметров процесса получения производных этиленмочевины или этилентиомочевины подтверждают повышенный выход продукта на уровне 93,6-96,5%.

В примерах 3 и 4 при условии отклонения от заявляемых параметров процесса получения производных этиленмочевины и этилентиомочевины снижается выход целевого продукта, который составляет 72,4 и 78% и качество продукта (см. температуру плавления целевого продукта).

Проводили испытания по изучению экстракционной способности производных этиленмочевины и этилентиомочевины по отношению солей металлов. В испытаниях по извлечению солей металлов из активированного угля использовали 3%-ные растворы соединений 2 и 3 в количестве 10 г. Результаты испытаний приведены в таблице 1.

Таблица1
Извлечение солей металлов производными этиленмочевины и этилентиомочевины
Наименование солей металлов, нанесенных на активированный уголь	Содержание солей металлов в активированном угле, %	Содержание солей металлов в активированном угле после обработки соединениями 2 и 3, %
Соединение 2	Соединение 3
CoCl2	5,90	0,0004	0,0005
CuSO4·5H2O	4,1	0,0006	0,0007
BaCl2	3,2	0,0008	0,0007
FeCl3·6H2O	2,6	0,0005	0,0006
NiCl2·6H2O	3,8	0,0006	0,0007
MnCl2	3,9	0,0002	0,003
HgCl2	5,2	0,0002	0,0002
CaCl2	2,2	0,004	0,005

Как видно из полученных результатов, производные этиленмочевины и этилентиомочевины обладают высокими комплексообразующими свойствами.

Технический результат при использовании заявляемого способа выражается в получении продукта в безопасном режиме (в водной среде) технологического процесса, уменьшении продолжительности синтеза, повышении выхода продукта.

Способ получения производных этиленмочевины и этилентиомочевины путем взаимодействия N,N'-бис(пиперазиноэтил)этилендиамина (ПЭЭ) с мочевиной или тиомочевиной в среде полярного растворителя при мольном соотношении реагентов, равном 1:1, отличающийся тем, что в качестве полярного растворителя используют воду, осуществляют подачу 40-50%-ного водного раствора мочевины или тиомочевины к предварительно нагретому до 95-100°С 60-70%-ному водному раствору ПЭЭ с последующей выдержкой реакционной смеси при 101-110°С в течение 3-4 ч и при 245-249°С в течение 0,5-1 ч, далее целевой продукт выделяют фильтрацией или центрифугированием и сушат.