Способ получения 1-фенил-3-(4Н-1,2,4-триазол-4-ил)мочевины
METHOD FOR PRODUCING 1-PHENYL-3-(4H-1,2,4-TRIAZOL-4-YL) UREA

Изобретение относится к химии ассиметричных мочевин, а именно к 1-фенил-3-(4H-1,2,4-триазол-4-ил)мочевине (формула I)
Изобретение относится к способу получения соединения формулы I. Известно несколько способов синтеза соединения формулы I. Один из них основан на взаимодействии 4H-1,2,4-триазол-4-амина с бензоилазидом в безводном толуоле [RUSSIAN JOURNAL OF ORGANIC CHEMISTRY, Vol. 48, No. 4, 2012].
Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу получения соединения I является взаимодействие (4H-1,2,4-триазол-4-ил)амина с фенилизоцианатом. В качестве растворителя используют бензол, при этом выход заявленного соединения составляет 91% [Buelow, Chemische Berichte, vol. 42, (1909), p. 2717; Becker et al. Journal fuer Praktische Chemie (Leipzig), vol. 313, (1971), p. 795].
Недостатком данного способа является повышенное требование к степени безопасности, что увеличивает затраты на охрану окружающей среды и охрану труда. Изоцианаты обладают выраженным раздражающим эффектом, проникают через неповрежденную кожу, являются тератогенами [Вредные химические вещества. Азотсодержащие органические соединения. Арбузова Т.П. и др.]. Действие бензола характеризуется поражением ряда органов, нервной, сосудистой и др. систем, особенно характерны изменения в кроветворной системе - поражения костного мозга. Бензол поступает в организм в основном при вдыхании паров, способен проникать через неповрежденную кожу [Вредные вещества в промышленности: Справочник для химиков, инженеров и врачей. - 7-е изд., т. 1. - Л.: Химия, 1976].
В свою очередь, наиболее распространенным методом получения изоцианатов является фосгенирование аминов, что также обуславливает недостаток этого метода, так как синтез или транспортировка газообразных высокотоксичных соединений требует применения особых мер безопасности. Использование в синтезе фосгена увеличивает затраты на охрану окружающей среды и охрану труда и влечет за собой повышенную степень автоматизации производства, связанную с трудностями в хранении сильно действующих ядовитых веществ. Все это сказывается на стоимости и доступности изоцианатов.
Кроме того, при промышленном производстве целевого соединения через изоцианат возникает сложность его хранения и транспортировки, так как изоцианаты очень реакционноспособны и взаимодействуют с влагой воздуха с образованием соответствующей мочевины.
Соединение формулы I является синтетическим регулятором роста с цитокининоподобной активностью, используется как дефолиант для хлопчатника, синергическая добавка к гербицидам. Также может применяться для стимуляции роста различных культур и в качестве антистрессового препарата [Захарычев В.В. Гербициды и регуляторы роста растений. - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007].
Задачей изобретения является разработка экономически доступного, удобного, а также экологически безопасного способа синтеза 1-фенил-3-(4H-1,2,4-триазол-4-ил)мочевины I при сохранении хорошего выхода и чистоты получаемого продукта.
Поставленная задача решается способом получения 1-фенил-3-(4H-1,2,4-триазол-4-ил)мочевины, заключающемся во взаимодействии (4H-1,2,4-триазол-4-ил)амина и 1,3-дифенилмочевины в мольном соотношении от 3:1 до 4:1 при температуре 170-182°C под вакуумом с отгонкой анилина.
Отличия данного способа от известного заключаются в использовании нетоксичной 1,3-дифенилмочевины в качестве одного из исходных соединений. В отличие от фенилизоцианата дифенилмочевина не требует особых мер безопасности при работе, условий хранения и транспортировки. Также преимуществом является отказ от токсичного растворителя - бензола.
Новый способ синтеза 1-фенил-3-(4H-1,2,4-триазол-4-ил)мочевины заключается в проведении реакции без растворителя в расплаве (4H-1,2,4-триазол-4-ил)амина при температуре 170-182°C под вакуумом с отгонкой анилина для смещения равновесия. Для полной конверсии по 1,3-дифенилмочевине исходный амин используется в мольном избытке от 2:1 до 5:1. Непрореагировавший (4H-1,2,4-триазол-4-ил)амин можно выделить в качестве индивидуального вещества, таким образом возможна его рециклизация. Процесс взаимодействия описывается схемой 1. Пары анилина, образующиеся в ходе реакции, проходят через обогреваемый холодильник (2) (рис. 1), после чего конденсируются в холодильнике (5) и поступают в приемную колбу (7).
Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами синтеза целевого продукта:
Пример 1 (соотношение 2:1)
В одногорлую круглодонную колбу (1) (рис. 1), оборудованную магнитной мешалкой (8), масляной баней, обратным холодильником (2), насадкой Вюрца (3), термометром (4), прямым холодильником (5), алонжем с отводом (6), приемной колбой (7), помещают и расплавляют 16,8 г (0,2 моль) 4H-1,2,4-триазол-4-амина. К расплаву амина добавляют 21,2 (0,1 моль) г 1,3-дифенилмочевины. Установку подключают к вакууму водоструйного насоса через отвод алонжа. Реакционную массу нагревают до 174°C. Температура в холодильнике (2) 100°C. Отгоняют расчетное количество анилина (т.кип.=94°C, 30 мм рт.ст.), после чего систему отключают от вакуума, охлаждают до комнатной температуры. К остатку добавляют 85 мл изопропилового спирта, кипятят. Затем охлаждают до комнатной температуры, осадок отфильтровывают, промывают 1H раствора гидроксида натрия до полного растворения. Фильтрат нейтрализуют раствором соляной кислоты до pH 7. Выпавший осадок отфильтровывают. Получают 3,4 г 1-фенил-3-(4H-1,2,4-триазол-4-ил)мочевины с выходом 17%.
Пример 2 (соотношение 3:1)
В одногорлую круглодонную колбу (1) (рис. 1), оборудованную магнитной мешалкой (8), масляной баней, обратным холодильником (2), насадкой Вюрца (3), термометром (4), прямым холодильником (5), алонжем с отводом (6), приемной колбой (7), помещают и расплавляют 25,2 г (0,3 моль) 4H-1,2,4-триазол-4-амина. К расплаву амина добавляют 21,2 г (0,1 моль) 1,3-дифенилмочевины. Установку подключают к вакууму водоструйного насоса через отвод алонжа. Реакционную массу нагревают до 170°C. Температура в холодильнике (2) 100°C. Отгоняют расчетное количество анилина (т.кип.=94°C, 30 мм рт.ст.), после чего систему отключают от вакуума, охлаждают до комнатной температуры. К остатку добавляют 170 мл изопропилового спирта, кипятят. Затем охлаждают до комнатной температуры, осадок отфильтровывают, промывают 1H раствором гидроксида натрия до полного растворения. Фильтрат нейтрализуют раствором соляной кислоты до pH 7. Выпавший осадок отфильтровывают. Получают 11,01 г 1-фенил-3-(4H-1,2,4-триазол-4-ил)мочевины с выходом 54%.
Пример 3 (соотношение 4:1)
В одногорлую круглодонную колбу (1) (рис. 1), оборудованную магнитной мешалкой (8), масляной баней, обратным холодильником (2), насадкой Вюрца (3), термометром (4), прямым холодильником (5), алонжем с отводом (6), приемной колбой (7), помещают и расплавляют 33,6 г (0,4 моль) 4H-1,2,4-триазол-4-амина. К расплаву амина добавляют 21,2 г (0,1 моль) 1,3-дифенилмочевины. Установку подключают к вакууму водоструйного насоса через отвод алонжа. Реакционную массу нагревают до 182°C. Температура в холодильнике (2) 100°C. Отгоняют расчетное количество анилина (т.кип.=94°C, 30 мм рт.ст.), после чего систему отключают от вакуума, охлаждают до комнатной температуры. К остатку добавляют 250 мл изопропилового спирта, кипятят. Затем охлаждают до комнатной температуры, осадок отфильтровывают, промывают 1H раствором гидроксида натрия до полного растворения. Фильтрат нейтрализуют раствором соляной кислоты до pH 7. Выпавший осадок отфильтровывают. Получают 9,7 г 1-фенил-3-(4H-1,2,4-триазол-4-ил)мочевины с выходом 48%.
Пример 4 (соотношение 5:1)
В одногорлую круглодонную колбу (1) (рис. 1), оборудованную магнитной мешалкой (8), масляной баней, обратным холодильником (2), насадкой Вюрца (3), термометром (4), прямым холодильником (5), алонжем с отводом (6), приемной колбой (7), помещают и расплавляют 42,0 г (0,5 моль) 4H-1,2,4-триазол-4-амина. К расплаву амина добавляют 21,2 г (0,1 моль) 1,3-дифенилмочевины. Установку подключают к вакууму водоструйного насоса через отвод алонжа. Реакционную массу нагревают до 177°C. Температура в холодильнике (2) 100°C. Отгоняют расчетное количество анилина (т.кип.=94°C, 30 мм рт.ст.), после чего систему отключают от вакуума, охлаждают до комнатной температуры. К остатку добавляют 250 мл изопропилового спирта, кипятят. Затем охлаждают до комнатной температуры, осадок отфильтровывают, промывают 1H раствором гидроксида натрия до полного растворения. Фильтрат нейтрализуют раствором соляной кислоты до pH 7. Выпавший осадок отфильтровывают. Получают 2,1 г 1-фенил-3-(4H-1,2,4-триазол-4-ил)мочевины с выходом 10%.
Как видно из примеров, опыты с соотношением исходных веществ 2:1 и 5:1 дают низкий выход, 17% и 10% соответственно, что не отвечает поставленной задаче.
1
Чистота 1-фенил-3-(4H-1,2,4-триазол-4-ил)мочевины подтверждается посредством H-спектроскопии.
4
3,5
2,6
аром
аром
аром
Спектр ЯМР 1H (400 МГц, ДМСО-d6), δ, м.д. (J, Гц): 7.00 (1H, т, J=7.2, CH); 7.27 (2H, т, J=7.6, CH); 7.44 (2H, д, J=8.8, CH); 8.58 (2H, с, CH); 9.37 (1H, уш.с, NH), 9.74 (1H, уш.с, NH).