СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛИЛКАРБАМАТОВ
METHOD FOR PRODUCING SILYLCARBAMATES

Изобретение относится к способу получения кремнийорганических карбаматов общей формулы
n
2
4-n
1
RSi(OOCNR)
1
где R - низший алкил или арил; R - алкил; n=1, 2 или 3.
Силилкарбаматы представляют собой кремниевые производные N-замещенных карбаминовых кислот. Данные вещества применяются в качестве эффективных силилирующих агентов в реакциях со спиртами, фенолами, карбоновыми кислотами и их ангидридами и хлорангидридами, промежуточных соединений в синтезе изоцианатов и пептидов [Knausz, D. Trimethylsilylated N-alkyl-substitutedcarbamates: II. Alcoholysis of trimethylsilyl N,N-dimethylcarbamate / D. Knausz, M. Aranka, B.C. L'aszl'oSzak'acs // J. Organomet. Chem. - 1984. - Vol. 268. - №3. - P. 207-211; Bruce H. Lipshutz, Young-Jun Shin. A new silyl linker for reverse-direction solid-phase peptide synthesis // Tetrahedron Let - 2001 - Vol. 42 - P. 5629-5633]. Известно их применение в качестве пролекарственных противоопухолевых препаратов, способных к проникновению через гематоэнцефалический барьер вследствие своей высокой липофильности [Chiu, F.T. Synthesis, hydrolytic reactivity, and anticancer evaluation of N-and O-triorganosilylated compounds as new types of potential prodrugs / F.T. Chiu, Y.H. Chang, G. Ozkan, G.F. Zon, C. Kenneth et al. // J. Pharm. Sci - 1982. - Vol. 71. - №5. - P. 542-551].
Известен способ получения силилкарбаматов по реакции органомоногидроксисиланов с изоцианатами [Астахин, В.В. О реакции органомоногидроксисиланов с изоцианатами (синтез кремнеорганических уретанов) / В.В. Астахин, И.П. Лосев, К.А. Андрианов // Журнал органической химии. - 1958. - Т. 29. - №3. - С. 904-907]. Однако продукты реакции получают с низкими выходами (30-36%) и метод требует применения токсичных изоцианатов и неустойчивых органомоногидроксисиланов.
Также известен способ получения силилкарбаматов взаимодействием смеси N,N'-бис-(триметилсилил)карбодиимида и амина с углекислым газом при 55°C в течение 2 часов [А.Д. Кирилин, А.В. Гаврилова. Новый метод получения O-силилуретанов / ЖОХ. - 2009. - Т. 79. - №11. - С. 1932]. При этом силилкарбаматы образуются с хорошим выходом, однако метод требует применения дорогостоящих реагентов (N,N'-бис-(триметилсилил)карбодиимида).
Известен способ получения силилкарбаматов взаимодействием аминосиланов с углекислым газом. Например, был осуществлен синтез силилкарбаматов из соответствующих аминосиланов при давлении в 125 бар при различных температурах в течение 18 часов. Взаимодействие протекает с высокими выходами продукта (до 95% для трет-бутилдипропилсилилдиэтилкарбамата) [Fuchter, M.J. Clean and efficient synthesis of O-silylcarbamates and ureas in supercritical carbon dioxide. / M.J. Fuchter, C.J. Smith, M. Tsang, A. Boyer, S. Saubern // Chem. Commun. (Camb). - 2008. - №1. - P. 2152-2154]. Удобство метода заключается в отсутствии необходимости удаления растворителя при выделении продукта, однако при его использовании значительно увеличивается время синтеза и требуется применение специального оборудования для создания повышенного давления.
Известна двухстадийная методика получения силилкарбаматов силилированием карбаминовых кислот и их производных [Knausz, D. Trimethylsilylated N-alkyl-substituted carbamatesl.preparation and some reactions / D. Knausz, M. Aranka, B.C.L'aszl'oSzak'acs // J. Organomet. Chem.- 1983. - Vol. 256. - №1 - P. 11-21]. На первой стадии взаимодействием первичного или вторичного амина с углекислым газом получают диалкиламмониевую соль соответствующей карбаминовой кислоты. Затем полученную соль обрабатывают эквивалентным количеством триметилхлорсилана с образованием силилкарбамата. Осадок хлорида диалкиламмония отфильтровывают, растворитель упаривают, остаток перегоняют в вакууме. Силилкарбаматы при этом получают с высоким выходом, однако к недостаткам этого метода следует отнести длительность процесса взаимодействия амина с углекислым газом.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению является способ получения силилкарбаматов взаимодействием органохлорсиланов с моно- и дикарбаматамиорганоолова [Komarov, N.V. Reactions of stannyl carbamates with organochlorosilanes / N.V. Komarov, N.A. Ryzhkova, A.A. Andreev // Russ. Chem. Bull - 1994. - Vol. 43. - №2. - P. 293-294]. Реакция протекает в абсолютном эфире за 10 минут при комнатной температуре с выходом 46-86%. После взаимодействия растворитель упаривают, а образовавшиеся силилкарбамат и хлорид органоолова разделяют перегонкой в вакууме.
Однако данный способ имеет ряд недостатков: высокая токсичность карбаматов ди- и триалкилолова и образующихся хлоридов ди- и триалкилолова; а в некоторых случаях полученные силилкарбамат и хлорид органоолова имеют близкие температуры кипения, что затрудняет их разделение.
Техническим результатом предлагаемого способа является упрощение способа получения силилкарбаматов, снижение токсичности за счет используемых реагентов и уменьшение расхода реагента за счет увеличения доли карбамоильных фрагментов по отношению к массе молекулы реагента.
Для достижения технического результата предлагается проводить взаимодействие органохлорсиланов с тетракарбаматом олова в среде углеводородного растворителя при температуре кипения растворителя в присутствии третичного амина. Реакция протекает по схеме:
1
2
где R - алкил, арил, R, R - алкил, n=1-3.
По окончании реакции осадок отфильтровывают, растворитель упаривают, а образовавшиеся силилкарбамат очищают перегонкой в вакууме. Образующийся в ходе реакции тетрахлорид олова связывается в комплекс с амином и отделяется фильтрованием, что существенно облегчает очистку целевого силилкарбамата методом перегонки.
Тетракарбаматы олова являются доступными веществами и могут быть получены реакцией аминокарбоксилирования тетрахлорида олова [Abis, L.N. N-Dialkylcarbamato complexes as precursors for the chemical implantation of metal cations on a silicasupport. Part I. Tin / L. Abis, D. B. Dell' Amico, F. Calderazzo, R. Caminiti, F. Garbassi et al. // Journal of Molecular Catalysis A. - 1996. - Vol. 108. - P. 113-117]. Введение в реакцию всех четырех карбамоильных фрагментов делают тетракарбаматы олова гораздо более выгодными реагентами по сравнению с карбаматами ди- и триалкилолова за счет увеличения доли карбамоильных фрагментов по отношению к массе молекулы реагента. Кроме того, тетракарбаматы олова и образующийся тетрахлорид олова имеют значительно меньшую токсичность по сравнению с карбаматами и хлоридами ди- и триорганоолова.
Пример 1. Получение триметилсилил(N,N-диэтил)карбамата.
кип
В колбу на 25 мл, снабженную обратным холодильником и шариком с аргоном, помещают 5 ммоль (2,9 г) тетра(N,N-диэтил)карбамата олова и 10 мл гексана. При перемешивании на магнитной мешалке прибавляют 20 ммоль (2,2 г) триметилхлорсилана и 5 ммоль (0,58 г) тетраметилэтилендиамина. Нагревают в течение 10 мин при кипении растворителя (69°C), затем осадок отфильтровывают, фильтрат упаривают на ротационном испарителе, остаток перегоняют в вакууме. Получают 3,3 г триметилсилил(N,N-диэтил)карбамата (87,2%) с Т 56°C / 6 мм рт.ст.
1
ЯМР H: 3,13 (к.) 4Н; 1,57 (т.) 6Н; 0,16 9Н.
13
ЯМР C: 154,77; 41,51; 13,62; 0,07.
29
ЯМР Si: 111,20.
Пример 2. Получение триметилсилил(N,N-диэтил)карбамата.
кип
В колбу на 25 мл, снабженную обратным холодильником и шариком с аргоном, помещают 5 ммоль (2,9 г) тетра(N,N-диэтил)карбамата олова и 10 мл гептана. При перемешивании на магнитной мешалке прибавляют 20 ммоль (2,2 г) триметилхлорсилана и 5 ммоль (0,58 г) тетраметилэтилендиамина. Нагревают в течение 10 мин при кипении растворителя (98°C), затем осадок отфильтровывают, фильтрат упаривают на ротационном испарителе, остаток перегоняют в вакууме. Получают 2,9 г триметилсилил(N,N-диэтил)карбамата (75,8%) с Т 56°C / 6 мм рт.ст.
1
ЯМР H: 3,13 (к.) 4Н; 1,57 (т.) 6Н; 0,16 9Н.
13
ЯМР C: 154,77; 41,51; 13,62; 0,07.
29
ЯМР Si: 111,20.
Пример 3. Получение триметилсилил(N,N-диэтил)карбамата.
кип
В колбу на 25 мл, снабженную обратным холодильником и шариком с аргоном, помещают 5 ммоль (2,9 г) тетра(N,N-диэтил)карбамата олова и 10 мл гексана. При перемешивании на магнитной мешалке прибавляют 20 ммоль (2,2 г) триметилхлорсилана и 5 ммоль (0,58 г) тетраметилэтилендиамина. Перемешивают в течение 60 мин без нагревания, затем осадок отфильтровывают, фильтрат упаривают на ротационном испарителе, остаток перегоняют в вакууме. Получают 0,8 г триметилсилил(N,N-диэтил)карбамата (21,5%) с Т 56°C / 6 мм рт.ст.
1
ЯМР H: 3,13 (к.) 4Н; 1,57 (т.) 6Н; 0,16 9Н.
13
ЯМР C: 154,77; 41,51; 13,62; 0,07.
29
ЯМР Si: 111,20.
Пример 4. Получение триметилсилил(N,N-диэтил)карбамата.
кип
В колбу на 25 мл, снабженную обратным холодильником и шариком с аргоном, помещают 5 ммоль (2,9 г) тетра(N,N-диэтил)карбамата олова и 10 мл гексана. При перемешивании на магнитной мешалке прибавляют 20 ммоль (2,2 г) триметилхлорсилана и 10 ммоль (0,79 г) пиридина. Нагревают в течение 10 мин при кипении растворителя (69°C), затем осадок отфильтровывают, фильтрат упаривают на ротационном испарителе, остаток перегоняют в вакууме. Получают 2,7 г триметилсилил(N,N-диэтил)карбамата (71,5%) с Т 56°C / 6 мм рт.ст.
1
ЯМР H: 3,13 (к.) 4Н; 1,57 (т.) 6Н; 0,16 9Н.
13
ЯМР C: 154,77; 41,51; 13,62; 0,07.
29
ЯМР Si: 111,20.
Пример 5. Получение триметилсилил(N,N-дипропил)карбамата.
кип
В колбу на 25 мл, снабженную обратным холодильником и шариком с аргоном, помещают 5 ммоль (3,5 г) тетра(N,N-дипропил)карбамата олова и 10 мл гексана. При перемешивании на магнитной мешалке прибавляют 20 ммоль (2,2 г) триметилхлорсилана и 5 ммоль (0,58 г) тетраметилэтилендиамина. Нагревают в течение 10 мин при кипении растворителя (69°C), затем осадок отфильтровывают, фильтрат упаривают на ротационном испарителе, остаток перегоняют в вакууме. Получают 3,4 г триметилсилил(N,N-дипропил)карбамата (77,3%) с Т 87°C / 8 мм рт.ст.
1
ЯМР H: 3,06 (к.) 4Н; 1,44 (м.) 4Н; 0,77 (т.) 6Н; 0,17 9Н.
13
ЯМР C: 155,31; 48.95; 21,54; 11,16; 0,09.
29
ЯМР Si: 110,98.
Пример 6. Получение бис(N,N-диэтилкарбамоилокси)диметилсилана.
кип
В колбу на 25 мл, снабженную обратным холодильником и шариком с аргоном, помещают 5 ммоль (2,9 г) тетра(N,N-диэтил)карбамата олова и 10 мл гексана. При перемешивании на магнитной мешалке прибавляют 10 ммоль (1,4 г) диметилдихлорсилана и 5 ммоль (0,58 г) тетраметилэтилендиамина. Нагревают в течение 10 мин при кипении растворителя (69°C), затем осадок отфильтровывают, фильтрат упаривают на ротационном испарителе, остаток перегоняют в вакууме. Получают 2,0 г бис(N,N-диэтилкарбамоилокси)диметилсилана (69,5%) с Т 134°C / 5 мм рт.ст.
1
ЯМР H: 3,14 (к.) 8Н; 0,99 (т.) 12Н; 0,38 6Н.
13
ЯМР C: 153,60; 41,78; 13,56; 1,06.
29
ЯМР Si: 112,42.
Пример 7. Получение бис(N,N-диэтилкарбамоилокси)диэтилсилана.
кип
В колбу на 25 мл, снабженную обратным холодильником и шариком с аргоном, помещают 5 ммоль (2,9 г) тетра(N,N-диэтил)карбамата олова и 10 мл гексана. При перемешивании на магнитной мешалке прибавляют 20 ммоль (1,7 г) диэтилдихлорсилана и 5 ммоль (0,58 г) тетраметилэтилендиамина. Нагревают в течение 60 мин при кипении растворителя (69°C), затем осадок отфильтровывают, фильтрат упаривают на ротационном испарителе, остаток перегоняют в вакууме. Получают 2,1 г бис(N,N-диэтилкарбамоилокси)диэтилсилана (66,7%) с Т 115°C / 2 мм рт.ст.
1
ЯМР H: 3.17 (к.) 8Н; 1,02 (т.) 12Н; 0,93 (к.) 4Н; 0,90 (т.) 6Н.
13
ЯМР C: 153,53; 41,92; 13,60; 5,92; 5,68.
29
ЯМР Si: 111,22.
Пример 8. Получение трис(N,N-диэтилкарбамоилокси)фенилсилана.
В колбу на 25 мл, снабженную обратным холодильником и шариком с аргоном, помещают 5 ммоль (2,9 г) тетра(N,N-диэтил)карбамата олова и 10 мл гексана. При перемешивании на магнитной мешалке прибавляют 7,3 ммоль (1,6 г) фенилтрихлорсилана и 5 ммоль (0,58 г) тетраметилэтилендиамина. Нагревают в течение 120 мин при кипении растворителя (69°C), затем осадок отфильтровывают, фильтрат упаривают на ротационном испарителе, остаток перегоняют в вакууме. Получают 2,9 г трис(N,N-диэтилкарбамоилокси)фенилсилана (74,5%).
1
ЯМР H: 7,93 (д.) 1Н; 7,90 (д.) 2Н, 7,39 (д.) 2Н; 3,29 (к.) 12Н; 1,13 (т.) 18Н.
13
ЯМР C: 152,06; 135,98; 135,11; 127,97; 127,75; 42,31; 13,67.
29
ЯМР Si: 111,22.
Как показали примеры конкретного выполнения, наилучшие выходы достигаются при нагревании реакционной смеси до температуры кипения растворителя (примеры 1-2, 4-8). При комнатной температуре реакция протекает медленно и с плохим выходом (пример 3). Использование гексана в качестве растворителя преимущественно, поскольку при температуре кипения гептана выход целевого продукта немного снижается (примеры 1-2). Наилучший результат достигается при использовании в качестве третичного амина тетраметилэтилендиамина (примеры 1, 4). Примеры 5-8 иллюстрируют возможность достижения технического результата для различных тетракарбаматов олова и органохлорсиланов. При этом, в случае использования малореакционноспособных диэтилдихлорсилана и фенилтрихлорсилана, время реакции должно быть увеличено до 60 минут (примеры 7, 8).
На основании изложенного делаем вывод, что предлагаемое техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем и промышленно применимо, т.е. является изобретением.