Способ получения N-(изопропоксикарбонил)этилендиамина
METHOD FOR PRODUCING N-(ISOPROPOXYCARBONYL) ETHYLENEDIAMINE

Изобретение относится к области химии пестицидов, более конкретно к способу получения N-(изопропоксикарбонил)этилендиамина (I) (регистрационный номер CAS [153598-21-1]), являющегося амино-аналогом известного регулятора роста растений оксикарбама (патент СССР №1769405).
С другой стороны, недавно были предложены новые перспективные синтетические аналоги природных цитокининов (патент РФ №2632466; Коваленко Л.В. и др., Бутлеровские сообщения, 2017, 50 (4), 146-152), в частности, N-R-N'-2-изопропоксикарбонил-аминоэтилмочевины (R=4-метилфенил-, 4-этоксикарбонилфенил-), для которых была найдена высокая рострегулирующая активность антистрессового типа и антидотная активность. Синтез последних осуществляют реакцией соединения I с подходящими ароматическими изоцианатами (Схема 1).
Несмотря на близкую к оксикарбаму структуру, синтез соединения I осложняется тем, что исходное вещество, 1,2-этилендиамин (II), содержит в своем составе две первичные аминогруппы с одинаковой реакционной способностью в реакции ацилирования в отличие от используемого при получении оксикарбама этаноламина, в котором активность аминогруппы гораздо выше таковой для спиртовой группы. Это приводит к тому, что реакция 1,2-этилендиамина (II) с изопропилхлорформиатом (III) (Схема 2) протекает неселективно, и наряду с целевым монокарбаматом I всегда образуется побочный симметричный бискарбамат IV, что приводит к снижению выхода продукта I и сложностям при его выделении из реакционных смесей и последующей очистке.
Известно два способа получения соединения I. Авторы патента КНР №106479519 используют реакцию десятикратного избытка II с III в среде тетрагидрофурана при температуре 0-25°С в течение 3 ч, после чего смесь разбавляют этилацетатом, тщательно промывают водой, и после отгонки растворителя и избытка II и колоночной хроматографии остатка получают соединение I с выходом 70%. Другой способ синтеза соединения I (Калистратова А.В. «Синтез новых регуляторов роста растений антистрессового действия в ряду замещенных мочевин и карбаматов», Дисс. канд. хим. наук. М: РХТУ, 2017) включает взаимодействие также десятикратного избытка диамина II с III в толуоле в качестве растворителя при температуре 0-25°С в течение 2 ч, после чего реакционную массу фильтруют, органический фильтрат промывают насыщенным раствором соли, и после отгонки растворителя и избытка диамина II и перегонки полученного остатка при пониженном давлении получают соединение I с выходом 56%.
Оба метода синтеза соединения I характеризуют следующие технологические недостатки: а) использование в синтезе токсичного и ограниченно стабильного при хранении и транспортировке изопропилхлорформиата (III) и б) большое количество водно-органических отходов, образующихся на стадии промывки растворов продукта I в органических растворителях водой или водным раствором соли.
Задачей предлагаемого технического решения является улучшение экологических и технико-экономических показателей технологического процесса производства N-(изопропоксикарбонил)этилен диамина (I).
Техническим результатом является способ синтеза N-(изопропоксикарбонил)этилендиамина (I) из 1,2-этилендиамина (II) и простого в обращении, нетоксичного изопропил-(N-сукцинимидил)карбоната (V) [кристаллическое вещество с т.пл. = 80-82°С при н.у.] в качестве ацилирующего агента (Схема 3), приводящий к улучшению экологических и технико-экономических показателей технологического процесса производства, заключающемуся в исключении использования в качестве ацилирующего агента токсичного и ограниченно стабильного при хранении и транспортировке изопропилхлорформиата (III), налагающего особые требования к организации труда и технике безопасности; сокращении количества жидких водно-органических отходов; возможности регенерации используемых органических растворителей. В результате использования предлагаемого способа синтеза выход целевого продукта повышен до 83%.
Технический результат достигается за счет использования способа получения N-(изопропоксикарбонил)этилендиамина (I), включающего взаимодействие десятикратного избытка этилендиамина (II) с изопропил-(N-сукцинимидил)карбонатом (V) в среде растворителя, фильтрацию образующегося осадка и выделение целевого продукта из полученного раствора подходящим способом, где в качестве растворителя используют безводный хлорсодержащий углеводород - дихлорметан, 1,2-дихлорэтан или хлорбензол. Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
В процессе используют избыток исходного этилендиамина II по отношению к изопропил-(N-сукцинимидил)карбонату V. Данные, представленные в таблице 1, указывают на непосредственное влияние этого фактора на селективность процесса ацилирования (соотношение соединений I и IV) и, как следствие, на выход продукта I. Было найдено, что использование десятикратного избытка этилендиамина II в указанных условиях приводит к соединению I с выходом 83%, при этом дальнейшее увеличение количества этилендиамина II является нецелесообразным, в то время как его уменьшение осложняет процесс выделения продукта I из реакционных смесей и снижает выход последнего (см. табл. 1).
Синтез одинаково эффективно можно осуществлять как в атмосфере инертного газа (азота или аргона), так и на воздухе без доступа влаги. Пример 1.
В реактор в атмосфере азота помещают этилендиамин II (100,0 г, 1,66 моль, 10 мол. экв.) и безводный дихлорметан. Полученный раствор охлаждают до температуры 0-5°С и к нему при интенсивном перемешивании медленно по каплям добавляют раствор изопропил-(N-сукцинимидил)карбоната V (33,4 г, 0,166 моль, 1 мол. экв.) в безводном дихлорметане, поддерживая температуру реакционной массы не выше 10°С. Прибавление осуществляют за 1,5-2 ч, после чего образовавшейся суспензии дают нагреться до комнатной температуры, перемешивают 2-3 ч (контроль ТСХ) и фильтруют. Осадок соли этилендиамина II с изопропил-(N-сукцинимидил)карбонатом V на фильтре промывают дихлорметаном, объединенные фильтраты упаривают. Оставшееся масло разбавляют толуолом и полученную смесь перемешивают при комнатной температуре в течение 0,5-1 ч, после чего аккуратно декантируют толуольный слой с тяжелого маслянистого остатка. Операцию повторяют дважды, после чего полученные толуольные вытяжки объединяют и растворитель отгоняют. Продукт очищают перегонкой в вакууме, получая 20,2 г (83% в расчете на V) соединения I в виде бесцветной подвижной жидкости с т.кип. 76-79°С (0,4 мбар) и чистотой 99,4% (ГЖХ).
1
+
3
3
2
2
2
2
3
2
Структура полученного соединения I подтверждена на основании комплекса спектральных данных. Н ЯМР-спектр (500 МГц, CDCl, δ, м.д.): 5,43 (уш. с, 1H, NH), 4,80 (септет, 1H, СН(СН), J=6,2 Гц), 3,07-3,13 (м, 2Н, CHN), 2,70 (т, 2Н, CHN, J=5,8 Гц), 1,16 (уш. с, 2Н, NH), 1,12 (д, 6Н, СН(СН), J=6,2 Гц). Масс-спектр (APCI+): [М+Н]: 147,2.
Пример 2.
Способ получения соединения I осуществлялся аналогично примеру 1. Отличие состояло в том, что использовали безводный 1,2-дихлорэтан в качестве растворителя. Получают 20,2 г (83%) продукта I в виде бесцветной жидкости.
Пример 3.
Способ получения соединения I осуществлялся аналогично примеру 1. Отличие состояло в том, что использовали безводный хлорбензол в качестве растворителя. Получают 20,0 г (82%) продукта I в виде бесцветной жидкости.
Пример 4.
Способ получения соединения I осуществлялся аналогично примеру 1. Отличие состояло в том, что реакцию вели на воздухе без доступа влаги. Получают 19,8 г (81%) продукта I в виде бесцветной жидкости.
В результате использования предложенного способа значительно улучшаются экологические и технико-экономические показатели технологического процесса производства. Исключается использование в процессе токсичного и ограниченно стабильного изопропилхлорформиата (III), за счет чего снижаются расходы на обеспечение требований техники безопасности и повышается удобство осуществления технологического процесса. Исключается образование жидких водно-органических отходов. Используемые органические растворители регенерируются и частично возвращаются в процесс. Выход целевого продукта N-(изопропоксикарбонил)этилендиамина составляет 81-83%.