СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОИЗВОДНЫХ ЭТИЛЕНМОЧЕВИНЫ И ЭТИЛЕНТИОМОЧЕВИНЫ
METHOD OF PRODUCING DERIVATIVES OF ETHYLENE UREA AND ETHYLENE THIOUREA

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:
-1
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 (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
CoCl<sub>2</sub>
5,90
0,0004
0,0005
CuSO<sub>4</sub>·5H<sub>2</sub>O
4,1
0,0006
0,0007
BaCl<sub>2</sub>
3,2
0,0008
0,0007
FeCl<sub>3</sub>·6H<sub>2</sub>O
2,6
0,0005
0,0006
NiCl<sub>2</sub>·6H<sub>2</sub>O
3,8
0,0006
0,0007
MnCl<sub>2</sub>
3,9
0,0002
0,003
HgCl<sub>2</sub>
5,2
0,0002
0,0002
CaCl<sub>2</sub>
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.