СПОСОБ СИНТЕЗА N,N-ДИАРИЛЗАМЕЩЕННЫХ 2-ТРИХЛОРОМЕТИЛИМИДАЗОЛИДИНОВ
METHOD OF SYNTHESIS OF N,N-DIARYLSUBSTITUTED 2-TRICHLOROMETHYLIMIDAZOLIDINES

Изобретение относится к органической химии, в частности к технологии получения N,N-диарилзамещенных 2-трихлорометилимидазолидинов, которые широко используются в синтезе металлокомплексных катализаторов для реакций: метатезиса, карбонилирования, кросс-сочетания, полимеризации и др.
Известно несколько способов получения имидазолидинов данного типа.
Известен способ получения имидазолидинов, основанный на взаимодействии 1,3-бис-(2,4,6-триметилфенил)имидазолиний хлорида (SIMesCl), или 1,3-бис-(2,6-диизопропилфенил)имидазолиний хлорида (SIDipCl) с сильным основанием (гидридом натрия, гидридом калия, диизопропиламидом лития, трет-бутилатом калия, порошком гидроксида калия или гидроксида натрия и др.) в присутствии хлороформа в инертном растворителе или без него.
Реакция проводится при охлаждении или слабом нагреве, получается густая реакционная масса, которую обрабатывают водой, сушат и упаривают. Продукт выделяется кристаллизацией из гексана либо с использованием колоночной хроматографии. Выход продукта варьируется от 80 до 94% (Патенты США US 2003144437, US 2003100782).
Недостатком способа является использование труднодоступных оснований, либо, при использовании натриевой или калиевой щелочи, снижается чистота конечного продукта, при этом необходимо использование имидазолиний хлорида высокой чистоты.
Известен способ получения имидазолидинов, основанный на взаимодействии бис-мезитилэтилендиамина с хлоральдегидом в уксусной кислоте или метаноле:
Выход продукта составляет 74% (Hayati Turkmen, Bekir Cetinkaya - Journal of Organometallic Chemistry 691 (2006) 3749-3759).
Недостатком данного способа является высокое загрязнение конечного продукта примесями, что существенно снижает его качество и срок хранения.
Известен способ получения имидазолиний хлоридов взаимодействием формамидинов с 1,2-дигалогеналканами в присутствии N,N-диизопропилэтиламина (Патент США 2011087032).
Недостатком способа является наличие дополнительной стадии очистки от гидрохлорида N,N-диизопропилэтиламина, которая приводит к снижению выхода конечного продукта.
Известен способ получения N,N-диарилзамещенных 2-трихлорометилимидазолидинов, осуществляемый при последовательном взаимодействии замещенных анилинов с триэтилортоформиатом в присутствии уксусной кислоты и продуктов этих реакций с 1,2-дихлорэтаном, а затем с хлороформом в присутствии основания при комнатной температуре в инертной атмосфере (Патент РФ 2497810 С1).
Недостатком способа является загрязнение конечного продукта примесями, обусловленное использованием в качестве основания порошкообразной щелочи, активно взаимодействующей с хлороформом. Последнее приводит к загрязнению конечного продукта трудноудаляемыми побочными продуктами реакции и снижает его качество (получается продукт технической чистоты не выше 85%).
Задача, решаемая заявленным изобретением, заключается в разработке способа получения трихлорометилимидазолидинов высокой чистоты.
Технический результат изобретения состоит в повышении выхода и увеличении чистоты получаемых трихлорометилимидазолидинов до 95%.
Технический результат достигается тем, что осуществляют последовательное взаимодействие 2,4,6-триметиланилина или 2,6-диизопропиланилина или 2,6-диметиланилина с триэтилортоформиатом в присутствии уксусной кислоты и продуктов этих реакций с 1,2-дихлорэтаном, высушивание полученной смеси и введение ее в реакцию с хлороформом и основанием, причем в качестве основания используют гранулированный гидроксид натрия с диаметром гранул 0,5…2 мм, а хлороформ и основание вносят в смесь последовательно при температуре не выше 0°С, после чего смесь выдерживают до самопроизвольного подъема температуры не выше 20°С, по достижению которой смесь термостатируют, поддерживая температуру в пределах 18…20°С до окончания реакции, затем фильтруют, фильтрат упаривают, остаток последовательно обрабатывают ультразвуком в гексане и в метаноле, после чего высушивают в вакууме.
Указанные отличительные признаки существенны. Использование гранулированного гидроксида натрия с диаметром гранул не ниже 0,5 мм в сочетании с введением хлороформа и основания при нулевой температуре предотвращает бурное протекание реакции с быстрым подъемом температуры, при котором образуется много побочных продуктов, снижающих выход и чистоту целевого продукта. Использование гранул более 2 мм нецелесообразно, так как заметно снижает необходимую скорость протекания реакции без существенного снижения выхода побочных продуктов. Термостатирование реакционной смеси также понижает выход побочных продуктов, а обработка ультразвуком в разных растворителях повышает степень удаления примесей за счет дробления частиц продукта и лучшего экстрагирования побочных продуктов реакции. Применение гранулированного основания заданных размеров гранул в сочетании с последовательностью введения хлороформа и основания в смесь при заданной температуре с последующим термостатированием до окончания реакции дают эффект существенного снижения скорости побочной реакции гранулированного основания с хлороформом по сравнению с прототипом по патенту РФ 2497810, что позволяет снизить скорость образования побочных продуктов и, соответственно, их количество, повысить выход целевого продукта и его чистоту. Эта же отличительная совокупность признаков обеспечивает предотвращение спекания порошка основания с последующей неконтролируемой экзотермической реакцией в случае отложения осадка из-за плохого перемешивания или нештатной остановки последнего, а также при отфильтровывании осадка в процессе обработки реакционной смеси, что повышает безопасность технологического процесса. Кроме того, уменьшается гидравлическое сопротивление отфильтровываемого осадка (по сравнению с порошкообразным основанием, склонным к расплыванию и закупорке фильтра), что также повышает безопасность технологического процесса.
Способ осуществляют при последовательном взаимодействии 2,4,6-триметиланилина или 2,4-диизопропиланилина или 2,4-диметиланилина с триэтилортоформиатом в присутствии уксусной кислоты, далее продуктов этих реакций - с 1,2-дихлорэтаном при 120-140°С, а затем с хлороформом и гранулированным гидроксидом натрия с диаметром гранул 0,5-2 мм по следующей схеме:
Полученную суспензию фильтруют, фильтрат упаривают, остаток последовательно обрабатывают ультразвуком в гексане и метаноле и высушивают в вакууме. Выход N,N-диарилзамещенных 2-трихлорометилимидазолидинов достигает не менее 80% при чистоте 95%.
Изобретение поясняется следующими примерами.
Пример 1
1
3
Смесь 9,5 г 2,4,6-триметиланилина, 5,7 г триэтилортоформиата и 0,1 мл уксусной кислоты кипятят при температуре 120°С 5 часов. Охлаждают до комнатной температуры и упаривают досуха. Остаток высушивают в вакууме. Добавляют 20 мл 1,2-дихлорэтана, 7,3 мл диизопропилэтиламина, нагревают суспензию до 120°С и перемешивают при этой температуре 6 часов. Охлаждают образовавшийся раствор до комнатной температуры и упаривают досуха. К сухому остатку добавляют 270 мл хлороформа при 0°С. Добавляют 54 г гранулированного NaOH с диаметром гранул 0,5 мм той же температуры при интенсивном перемешивании. Смесь выдерживают до самопроизвольного достижения температуры 18°С, после чего термостатируют, поддерживая данную температуру 4 часа до окончания реакции и прекращения выделения тепла. Затем отфильтровывают осадок, промывают 2×30 мл хлороформа, затем 2×30 мл гексана. Фильтрат упаривают. К твердому остатку добавляют 54 мл гексана, обрабатывают в ультразвуковой бане 10 мин, выдерживают 24 час при температуре 4°С. Осадок отфильтровывают и промывают 4 раза 50 мл метанола, каждый раз обрабатывая в ультразвуковой бане по 2 мин, затем высушивают в вакууме. Масса осадка - 11,5 г. Общий выход в пересчете на 2,4,6-триметиланилин - 87%. Чистота 95%. Анализ чистоты продукта проводят с помощью метода ЯМР. Данные спектра Н ЯМР (CDCl): δН: 2,28 (с, 6Н); 2,48 (с, 6Н); 2,50 (с, 6Н); 3,34 (кв, J(H-H)=5,7 Гц, 8,3 Гц; 2Н); 3,94 (кв, J(H-H)=5,7 Гц, 8,3 Гц; 2Н); 5,60 (с, 1H); 6,86 (с, 2Н); 6,90 (с, 2Н).
Пример 2
Осуществляют синтез аналогично примеру 1, но используют натриевую щелочь с диаметром гранул 2 мм, а термостатированием поддерживают температуру 20°С. Общий выход в пересчете на 2,4,6- триметиланилин - 80%. Чистота 90%.
Пример 3
Осуществляют синтез аналогично примеру 1, но используют натриевую щелочь с диаметром гранул 1 мм, а термостатированием поддерживают температуру 19°С. Общий выход в пересчете на 2,4,6- триметиланилин - 85%. Чистота 92%.
Пример 4
Осуществляют синтез аналогично примеру 1, но используют 2,6-диметиланилин вместо 2,4,6-триметиланилина и гидроксид натрия с диаметром гранул 1,5 мм, а термостатированием поддерживают температуру 18°С. Общий выход в пересчете на 2,6-диметиланилин - 81%. Чистота 95%.
Пример 5
Осуществляют синтез аналогично примеру 1, но используют 2,6-диизопропиланилин вместо 2,4,6-триметиланилина. Общий выход в пересчете на 2,6-диизопропиланилин - 80%. Чистота 95%.
Способ позволяет получать трихлорометилимидазолидины высокой чистоты с хорошим выходом из недорогих и простых исходных компонентов: производных анилина, триэтилортоформиата, дихлорэтана с использованием стандартного оборудования.