СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 1,7-ДИТИА-3,5-ДИАЗАЦИКЛОАЛКАН-4-(ТИ)ОНОВ
METHOD OF OBTAINING 1,7-DITHIA-3,5-DIASACYCLOALKAN-4-(THI)ONES

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, конкретно к способу получения 1,7-дитиа-3,5-диазациклоалкан-4-(ти)онов общей формулы (1):
, где Х=S, O; n=2-5
Азот и серосодержащие гетероциклы перспективны в качестве селективных сорбентов, экстрагентов благородных и драгоценных металлов [Муринов Ю.И., Майстренко В.И., Афзалетдинова Н.Г. Экстракция металлов S,N-органическими соединениями. Наука. М., 1993, с. 192].
Известен способ [Arya V.P., Shenoy Mrs. J. Synthesis of new heterocyclic: Part XV. Synthesis of novel cyclic and acyclic sulfamides. Indian J. Chem., 1976, 14B(10), p.766] получения 1,2,9-тиадиазонин-1,1-диоксида (2) взаимодействием сульфамида с 1,6-пентандиамином с выходом 55%.
Известным способом не могут быть получены 1,7-дитиа-3,5-диазациклоалкан-4-(ти)оны общей формулы (1).
Известен способ [Regainia Z. et al. General synthesis of n-membcred cyclic sulfamides. Tetrahedron, 2003, 59(32), p.6051] получения 1,2,9-тиадиазонана (3) внутримолекулярной циклизацией галогенсодержащего сульфамида с выходом 60%.
Известный способ не позволяет получать 1,7-дитиа-3,5-диазациклоалкан-4-(ти)оны общей формулы (1).
2
2
2
2
Известен способ [V.R. Akhmetova, R.R. Khairullina, I.S. Bushmarinov, T.V. Tyumkina, V.M. Janibin. Multicomponent reactions of urea and its derivatives with CHO and HS in the synthesis of 1,3,5-thiadiazinane-4-(thi)ones and macroheterocycles. ARKIVOC, 2011, 8, p.149] получения 1,3,5-тиадиазинан-4-(ти)онов (4) конденсацией (тио)карбамида с CHO и HS в присутствии четырехмольного избытка н-BuONa с выходами ~60%.
Известным способом не могут быть получены 1,7-дитиа-3,5-диазациклоалкан-4-(ти)оны общей формулы (1).
Таким образом, в литературе отсутствуют сведения о селективном получении 1,7-дитиа-3,5-диазациклоалкан-4-(ти)онов общей формулы (1).
Предлагается новый способ селективного получения 1,7-дитиа-3,5-диазациклоалкан-4-(ти)онов общей формулы (1).
2
2
2
2
2
n
2
n
Сущность способа заключается во взаимодействии N,N′-бис[диметиламинометил](тио)мочевины общей формулы (Me)NCHNHC(X)NHCHN(Me) (где X=S, О) с α,ω-алкандитиолом общей формулы HS(CH)SH (где n=2-5) в присутствии промотора н-BuONa, взятыми в мольном соотношении N,N′-бис[диметиламинометил](тио)мочевина:н-BuONa:HS(CH)SH=10:(5-15):10, предпочтительно 10:10:10, при температуре 60°C и атмосферном давлении в н-BuONa в качестве растворителя в течение 57 ч. Выход 1,7-дитиа-3,5-диазациклоалкан-4-(ти)онов (1) составляет 52-90%. Реакция протекает по схеме:
1,7-Дитиа-3,5-диазациклоалкан-4-(ти)оны (1) образуются только лишь с участием N,N′-бис[диметиламинометил](тио)мочевины и α,ω-алкандитиолов, взятых в стехиометрическом соотношении. При другом соотношении исходных реагентов снижается селективность реакции и выход целевого продукта (1).
Проведение указанной реакции в присутствии промотора н-BuONa больше 15 ммолей на 10 ммолей N,N′-бис[диметиламинометил](тио)мочевины не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1). Применение в реакции менее 5 ммолей промотора н-BuONa на 10 ммоль N,N′-бис[диметиламинометил](тио)мочевины снижает выход целевого продукта (1). В отсутствие промотора н-BuONa реакция не проходит.
Реакции проводили при температуре 55-65°C. При температуре выше 65°C (например, 90°C) снижается селективность реакции и увеличиваются энергозатраты, а при температуре ниже 55°C (например, 40°C) снижается скорость реакции. В качестве растворителя использовали н-BuONa, т.к. в нем хорошо растворяются исходные реагенты.
Существенные отличия предлагаемого способа.
В предлагаемом способе используются в качестве исходных реагентов N,N′-бис[диметиламинометил](тио)мочевина и α,ω-алкандитиолы. Реакция идет с селективным образованием 1,7-дитиа-3,5-диазациклоалкан-4-(ти)онов общей формулы (1).
2
2
В известном способе в качестве исходных реагентов применяются (тио)карбамид, CHO и HS. В данных условиях реакции целевые продукты (1) не образуются.
Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами.
Способ позволяет получать с высокой селективностью и выходами 1,7-дитиа-3,5-диазаниклоалкан-4-(ти)оны общей формулы (1).
Способ поясняется примерами.
Пример 1. В стеклянный реактор, установленный на магнитной мешалке, помещают 0.19 г (10 ммоль N,N′-бис[диметиламинометил]тиомочевины) и 0.096 г (10 ммоль) н-BuONa в 5 мл н-BuOH, перемешивают 0.5 ч при комнатной температуре (~20°C). Затем в реактор добавляют 0.094 г (10 ммоль) 1,2-этандитиола и перемешивают реакционную смесь 6 ч при температуре 60°C. Из реакционной массы выделяют 1,7-дитиа-3,5-диазонан-4-тион с выходом 85%.
Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в табл.1
Таблица 1
№ п/п
Исходная N,N′-бис[диметиламинометил](тио)мочевина
Исходный α,ω-алкандитиол
Соотношение N,N′-бис[диметиламинометил](тио)мочевина:дитиол:н-BuONa, ммоль
Время реакции, ч
Выход (1), %
1
N,N′-бис[диметиламинометил](тио)мочевина
1,2-этандитиол
10:10:10
6
85
2
-//-
-//-
10:10:15
6
90
3
-//-
-//-
10:10:5
6
52
4
-//-
-//-
10:10:10
7
88
5
-//-
-//-
10:10:10
5
75
6
-//-
1,3-пропандитиол
10:10:10
6
82
7
-//-
1,4-бутандитиол
10:10:10
6
76
8
N,N′-бис[диметиламинометил](тио)мочевина
1,2-этандитиол
10:10:10
6
84
-//-
1,3-пропандитиол
10:10:10
6
74
-//-
1,5-пентандитиол
10:10:10
6
69
Все опыты проводили в н-BuOH в качестве растворителя при температуре 60°C.
Спектральные характеристики 1,7-дитиа-3,5-диазациклоалкан-4-(ти)онов (1)
<img file="00000006.tif" he="34" wi="29" img-content="undefined" img-format="tif" />
1,7-дитиа-3,5-диазонан-4-тион
Т. пл. 98-100°C. Спектр ЯМР <sup>1</sup>Н (δ, м.д., DMSO-d<sub>6</sub>): 2.84 уш.c (4H, СН<sub>2</sub> (8,9)); 4.73 уш.с (4Н, СН<sub>2</sub> (2,6)); 8.29 уш.с (2Н, NH (3,5)). Спектр ЯМР <sup>13</sup>С, δ, м.д.: 31.57 (С<sup>8.9</sup>), 46.05 (С<sup>2.6</sup>), 183.00 (С<sup>4</sup>).
<img file="00000007.tif" he="34" wi="29" img-content="undefined" img-format="tif" />
1,7-дитиа-3,5-диазонан-4-он
Т. пл. 179-180°C. Спектр ЯМР <sup>1</sup>Н (δ, м.д., DMSO-d<sub>6</sub>): 2.76 с (4Н, СН<sub>2</sub> (8,9)); 4.28, 4.31 оба с (4Н, СН<sub>2</sub> (2,6)); 6.79 уш.с (211 NH (3,5)). Спектр ЯМР <sup>13</sup>С, δ, м.д.: 30.91 (С<sup>8.4</sup>), 42.15 (С<sup>2.6</sup>), 157.23 (С<sup>4</sup>).
<img file="00000008.tif" he="43" wi="25" img-content="undefined" img-format="tif" />
1,7-дитиа-3,5-диазенан-4-тион
Т. пл. 118-122°C. Спектр ЯМР <sup>1</sup>Н (δ, м.д., DMSO-d<sub>6</sub>): 1.84 м (2Н, СН<sub>2</sub> (9)); 2.62 м (4Н, СН<sub>2</sub> (8,10)); 4.66 уш.с (4H, СН<sub>2</sub> (2,6)); 8.24 уш.с (2H, NH (3,5)). Спектр ЯМР <sup>13</sup>С, δ, м.д.: 29.20 (С<sup>8.10</sup>), 29.71 (С<sup>9</sup>), 46.12 (С<sup>2.6</sup>), 183.01 (С<sup>4</sup>).
<img file="00000009.tif" he="43" wi="25" img-content="undefined" img-format="tif" />
1,7-дитиа-3,5-диазенан-4-он
Т. пл. 135-137°C. Спектр ЯМР <sup>1</sup>Н (δ, м.д., DMSO-d<sub>6</sub>): 1.81 м (2Н, СН<sub>2</sub> (9)); 2.58 м (414, CH<sub>2</sub> (8,10)); 4.26 уш.с (4H, СН<sub>2</sub> (2,6)); 6.66 уш.с (2Н, NH (3,5)). Спектр ЯМР <sup>13</sup>С, δ, м.д.: 30.09 (C<sup>8.10</sup>), 31.14 (С<sup>9</sup>), 42,18 (С<sup>2.6</sup>), 157,23 (С<sup>4</sup>).
<img file="00000010.tif" he="50" wi="25" img-content="undefined" img-format="tif" />
1,7-дитиа-3,5-диазациклоундекан-4-тион
Т. пл. 92-95°C. Спектр ЯМР <sup>1</sup>Н (δ, м.д., DMSO-d<sub>6</sub>): 1.62 с (4Н, СН<sub>2</sub> (9,10)), 2.58 с (4Н, CH<sub>2</sub> (8,11)), 4.67 с (4Н, СН<sub>2</sub> (2,6)), 8.07 уш.c (2H, NH (3,5)). Спектр ЯМР <sup>13</sup>С, δ, м.д.: 29.62 (С<sup>9.10</sup>), 30.20 (С<sup>8.11</sup>). 45.80 (C<sup>2.6</sup>), 182.57 (С<sup>4</sup>).
<img file="00000011.tif" he="54" wi="29" img-content="undefined" img-format="tif" />
1,7-дитиа-3,5-диазациклододекан-4-он
T. пл. 80-85°C. Спектр ЯМР <sup>1</sup>Н (δ, м.д., DMSO-d<sub>6</sub>): 0.87 м (2H. СН<sub>2</sub> (10)), 1.54 м (4Н, СН<sub>2</sub> (9,11)), 3.39 с (4H, CH<sub>2</sub> (8,12)), 4.25 уш.с (4H, CH<sub>2</sub> (2,6)), 6.93 уш.с (2Н, NH (3,5)). Спектр ЯМР <sup>13</sup>С, δ, м.д.: 28.14 (С<sup>10</sup>), 29.48 (С<sup>9.11</sup>), 30.33 (С<sup>8.12</sup>). 42.14 (С<sup>2.6</sup>), 157.60 (С<sup>4</sup>).