Способ получения 5,8-(бис(метилен(N,N-диметил-N-додециламмоний))-2-этил-4H-[1,3]диоксино[4,5-c]пиридиний дихлорида
METHOD OF PRODUCING 5,8-(BIS(METHYLENE(N,N-DIMETHYL-N-DODECYLAMMONIUM))-2-ETHYL-4H-[1,3]DIOXINO[4,5-C]PYRIDINIUM DICHLORIDE

Изобретение относится к химии органических гетероциклических соединений, а именно - к способу получения четвертичной аммониевой соли 5,8-(бис(метилен(N,N-диметил-N-додециламмоний))-2-этил-4H-[1,3]диоксино[4,5-c]пиридиний дихлорида формулы (I), проявляющей антибактериальные, противогрибковые, противовирусные и антипротозойные свойства. Соединение может найти применение в медицине и ветеринарии.
Четвертичные аммониевые соединения являются одним из важнейших классов антисептических средств и уже более 100 лет применяются в лечебной практике. Современные четвертичные аммониевые соединения характеризуются широким спектром противомикробной активности по отношению к грамположительным и грамотрицательным микроорганизмам, грибам, вирусам и простейшим [McDonnell G., Russell A.D. Antiseptics and Disinfectants: Activity, Action, and Resistance. Clinical Microbiology Reviews. - 1999 – V. 12(1). - P. 147-179].
Четвертичное аммониевое соединение на основе природного соединения витамина В6 - 5,8-(бис(метилен(N,N-диметил-N-додециламмоний))-2-этил-4H-[1,3]диоксино[4,5-c]пиридиний дихлорид, впервые описано в изобретении по патенту [Антисептическое лекарственное средство. Патент РФ №2641309 от 17.01.2018, дата приоритета от 24.07.2017 / Ю.Г. Штырлин, Н.В. Штырлин, С.В.  Сапожников, А.Г. Иксанова, Р.Р. Казакова, М.Н. Агафонова, А.Д. Стрельник]. Представленный в данном изобретении 7-стадийный способ получения (схема 1)  включает первоначальное взаимодействие пиридоксина гидрохлорида 1 с пропионовым альдегидом с образованием шестичленного ацеталя 2. Далее осуществляется ацилирование гидроксиметильной группы в соединении 2 под действием хлористого ацетила. Полученный ацетат 3 под действием м-хлорпербензойной кислоты переводится в N-оксид 4, который далее перегруппировывается в среде уксусного ангидрида в диацетоксипроизводное 5. Последующее снятие ацетатных групп в щелочной среде приводит к получению диола 6, хлорированием которого под действием хлористого тионила получают дихлорпроизводное 7. На последней стадии взаимодействием дихлорида 7 с двукратным мольным избытком N,N-диметилдодециламина получают целевой продукт I.
Схема 1
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в разработке нового, более простого и малоотходного способа синтеза I без использования уксусного ангидрида, который входит в список прекурсоров, в отношении которых в РФ вводятся особые меры контроля, обеспечивающего высокие выходы целевого продукта при сохранении его чистоты не менее 99 %.
Существенными недостатками известного способа получения 5,8-(бис(метилен(N,N-диметил-N-додециламмоний))-2-этил-4H-[1,3]диоксино[4,5-c]пиридиний дихлорида I по сравнению с заявленным техническим решением являются:
- высокая трудоемкость, вызванная большим количеством стадий необходимых для получения целевого продукта, а именно 7 стадий против 4 в заявленном техническом решении;
- низкий общий выход продукта (13 %) в сравнении с 22 % в заявленном техническом решении;
- необходимость использования уксусного ангидрида, который входит в список прекурсоров, в отношении которых в РФ вводятся особые меры контроля;
- значительное количество отходов. Так, при получении соединения I описанным способом, на 1 кг получаемого продукта образуется около 600 кг отходов в сравнении с 120 кг в заявленном техническом решении, что не маловажно для решения экологических проблем.
Техническим результатом заявленного технического решения
является  способ получения 5,8-(бис(метилен(N,N-диметил-N-додециламмоний))-2-этил-4H-[1,3]диоксино [4,5-c]пиридиний дихлорида I с выходом не менее 22 %  при сохранении чистоты не менее 99 %, при одновременном снижении трудоемкости и количества отходов, что не является очевидным для специалиста в данной области техники.
Технический результат достигается заявляемым способом получения 5,8-(бис(метилен(N,N-диметил-N-додециламмоний))-2-этил-4H-[1,3]диоксино[4,5-c]пиридиний дихлорида I, включающем следующие действия над материальными объектами с использованием материальных средств (схема 2):
- пиридоксин гидрохлорид, п-толуолсульфокислоту и пропионовый альдегид с молярным соотношением реагентов 1 : 1.07 : 1.42 кипятят в толуоле 6 часов с выделением 5-(гидроксиметил)-2-этил-8-метил-4H-[1,3]диоксино[4,5-c]пиридина формулы 2;
- соединение 2 хлорируют хлористым тионилом с молярным соотношением реагентов 1 : 1.9 в толуоле при 50°C в течение 4 часов с выделением 5-(хлорметил)-2-этил-8-метил-4H-[1,3]диоксино[4,5-c]пиридиний хлорида 8;
- раствор соединения 8 в хлористом метилене нейтрализуют водным раствором гидрокарбоната натрия с молярным соотношением реагентов 1 : 1, с дальнейшим отделением органической части и ее взаимодействием при кипячении в хлороформе с трихлоризоциануровой кислотой с молярным соотношением реагентов 1 : 1.05, с последующим фильтрованием осадка и обработкой фильтрата хлороводородом с выделением 5,8-бис(хлорметил)-2-этил-4H-[1,3]диоксино[4,5-c]пиридин гидрохлорида 7;
- соединение 7 нейтрализуют водным раствором гидрокарбоната натрия с молярным соотношением реагентов 1 : 1.1, выделенный осадок нагревают в ацетоне при 55°C с N,N–диметилдодециламином с молярным соотношением реагентов 1 : 2, отфильтровывают и перекристаллизовывают  из смеси этилацетат : этанол.
Схема 2
Заявленное техническое решение иллюстрируется Фиг.1, Фиг.2.
На Фиг.1 приведена хроматограмма соединения I;
На Фиг.2 приведено содержание основного вещества и примесей соединения I.
1
13
1
13
Заявленное техническое решение иллюстрируется примером конкретного выполнения. Структуры полученных соединений  подтверждены методами масс-спектрометрии, Н и С ЯМР-спектроскопии. Спектры ЯМР регистрировали на приборе AVANCE-400 (Bruker, Германия). Химический сдвиг определялся относительно сигналов остаточных протонов дейтерированных растворителей (H и С). Температуры плавления определялись с помощью прибора Stanford Research Systems MPA-100 OptiMelt. Контроль за ходом реакций и чистотой соединений проводили методом ТСХ на пластинах Sorbfil Plates. HRMS-эксперимент был проведен с использованием масс-спектрометра TripleTOF 5600, AB Sciex (Германия) из раствора в метаноле методом ионизации – турбоионный спрей (TIS) – при энергии столкновения с молекулами азота 10 еВ.
Пример реализации способа получения 5,8-(бис(метилен(N,N-диметил-N-додециламмоний))-2-этил-4H-[1,3]диоксино[4,5-c]пиридиний дихлорида (I)
Стадия 1: Получение 5-(гидроксиметил)-2-этил-8-метил--4H-[1,3]диоксино[4,5-c]пиридина (2)
Через загрузочный люк в 15 л стеклянный реактор загружают 0.805 кг (4.18 моль) моногидрата п-толуолсульфокислоты и 10 л толуола. Реакционную смесь нагревают до кипения и выдерживают в течение 4 часов до прекращения накопления воды в насадке Дина-Старка.
Далее в реактор добавляют 0.805 кг (3.92 моль) пиридоксин гидрохлорида 1, нагревают реакционную смесь до кипения и выдерживают в течение 2 часов до прекращения выделения хлористого водорода.
Реакционную смесь охлаждают до комнатной температуры и добавляют 0.400 л (5.57 моль) пропионового альдегида. Реакционную смесь нагревают до кипения и выдерживают в течение 6 часов для завершения реакции образования шестичленного ацеталя.
Далее растворитель упаривают досуха на роторном испарителе при пониженном давлении в 50-100 мбар и температуре 40±1°С в течение 2 ч. Полученный остаток растворяют в 4 л дихлорметана и  добавляют раствор 0.210 кг (5.25 моль) гидроксида натрия в 4 л воды. Включают интенсивное перемешивание и выдерживают 1 час при 25±1°C. После этого перемешивание отключают и оставляют раствор до четкого разделения на две фазы. Органический слой сливают через нижний клапан в круглодонную колбу и упаривают досуха на роторном испарителе при пониженном давлении в 1-3 мбар и температуре 60±1°С в течение 1.5 ч.
К осадку добавляют 2 л толуола и нагревают при 90±2°C до полного растворения осадка. После растворения остатка колбу снимают с роторного испарителя и оставляют на 1 день при температуре 5±1°С для выпадения осадка.
Массу из колбы переносят на нутч-фильтр, где отфильтровывают от маточного раствора. После фильтрации осадок промывают 0.25 л толуола и высушивают на роторном испарителе  при пониженном давлении в 1-3 мбар и температуре 80±1°С в течение 1.5 ч.
Выход 0.449 кг (55%), светло-желтое кристаллическое вещество, т.пл. 110-111°С.
1
3
3
3
3
3
3
6
H-H
3
2
H-H
H-H
3
2
3
H-H
2
2
H-H
2
5
H-H
2
пир
СH
CH
CH
CH
OH
Спектр ЯМР H (400 МГц, ДМСО-d) δ, м.д.: 1.00 т (3H, J = 7.5 Гц, CH), 1.77-1.83 кв д (2H, J = 7.5 Гц, J = 5.0 Гц, СH), 2.30 c (3H, CH), 4.38 д (2H, J = 4.3 Гц, OH),  4.95 c (2H, CHO), 5.06 т (1H, J = 5.0 Гц, CH), 5.18 т (1H, J = 4.3 Гц, CH), 7.93 с (1H, CH).
13
6
3
2
3
3
2
2
2
2
5
пир
пир
пир
пир
пир
СH
CH
CH
Спектр ЯМР С (100 МГц, ДМСО-d) δ, м.д.: 7.78 c (CH), 18.16 с (CH), 27.06 c (СH), 58.21 с (CHO), 63.43 с (CHO), 100.02 с (CH), 126.88 c (C), 130.94 c (C), 138.95 c (CH), 145.09 c (C), 146.91 c (C).
+
+
11
16
3
Масс-спектр (HRMS-ESI): Найдено [М+H] 210.1125, CHNO. Вычислено [М+H]210.1130.
Стадия 2: Получение 5-(хлорметил)-2-этил-8-метил-4H-[1,3]диоксино[4,5-c]пиридиний хлорида (8)
Через загрузочный люк в 15 л стеклянный реактор загружают  0.449 кг (2.14 моль) соединения 2 и 4 л толуола, после чего в реактор из мерника самотеком подается 0.300 л (4.13 моль) хлористого тионила в течение 20 минут. Реакционную смесь перемешивают при 50±2°C в течение 4 часов.
Суспензию из реактора с помощью вакуума переносят на нутч-фильтр. После фильтрации осадок промывают 0.5 л толуола, переносят в колбу и высушивают на роторном испарителе при пониженном давлении в 1-3 мбар и температуре 80±1°С в течение 1.5 ч. Выход 0.536 кг (95%), белое кристаллическое вещество, т.пл. 144-149°С.
1
3
3
3
3
6
HH
3
2
HH
HH
3
2
3
2
HH
2
5
2
Pyr
СH
CH
СH
Спектр ЯМР H (400 МГц, ДМСО-d) δ, м.д.: 1.09 т (3H, J = 7.5 Гц, CH), 1.94 кв д (2H, J = 7.5 Гц, J = 4.8 Hz, СH), 2.79 с (3H, CH), 4.59 с (2Н, СН), 5.15 с (1H, J = 4.8 Hz, CH), 5.17 с (2Н, СН), 8.29 с (1H, CH), 17.97 уш с (1H, NH).
13
6
3
2
3
3
2
2
2
2
5
Pyr
Pyr
Pyr
Pyr
Pyr
С
C
С
Спектр ЯМР С (100 МГц, ДМСО-d) δ, м.д.: 7.58 c (HCH), 14.14 с (CH), 27.25 с (СHH), 38.57 с (CHCl), 63.92 с (СHO), 102.61 с (HCH), 130.98 с (C), 131.49 с (C), 136.38 с (C), 144.14 с (C), 150.63 с (C).
+
+
11
15
2
Масс-спектр (HRMS-ESI): Найдено [М-Cl] 228.0768, CHNO. Вычислено [М-Cl]228.0768.
Стадия 3: Получение 5-(хлорметил)-2-этил-8-метил-4H-[1,3]диоксино[4,5-c]пиридина (7).
Через загрузочный люк в 15 л стеклянный реактор загружают 0.536 кг (2.03 моль) соединения 8 и 4 л хлористого метилена. После из емкости добавляют раствор 0.171 кг (2.03 моль) гидрокарбоната натрия  в 4 л воды. Включают интенсивное перемешивание и выдерживают 1 час при 25±1°C.
Суспензию из реактора с помощью вакуума переносят на нутч-фильтр. После фильтрации осадок промывают 0.5 л хлористого метилена, переносят в колбу и высушивают на роторном испарителе при пониженном давлении в 50-100 мбар и температуре 40±1°С в течение 2 ч.
Полученный осадок переносят через загрузочный люк в 15 л стеклянный реактор, добавляют 0.487 кг (2.10 моль) трихлоризоциануровой кислоты и 3 л хлороформа, после чего реакционную смесь выдерживают в течение 4 часов при кипячении. Суспензию из реактора с помощью вакуума переносят на нутч-фильтр. После фильтрации осадок промывают 1 л хлороформа.
К фильтрату добавляют 8 л  петролейного эфира  и при перемешивании добавляют 0.365  кг (10 моль) хлороводорода в течение 20 минут. Выпавший осадок переносят на нутч-фильтр, промывают 1 л смеси петролейного эфира с хлороформом (2/1 по объему), переносят в колбу и высушивают на роторном испарителе при пониженном давлении в 1-3 мбар и температуре 80±1°С в течение 1.5 ч. Выход 0.382 кг (64%), белое кристаллическое вещество, т.пл. 100-110°С (разл).
1
1
3
2
2
3
+
6
6
H-H
3
2
3
2
2
H-H
2
H-H
2
H-H
2
5
пир
Спектр ЯМР H (400 МГц, ДМСО-d) Спектр ЯМР H (400 МГц, ДМСО-d) δ, м.д.: 1.01 т (3H, J= 7.5 Гц, СHCH), 1.80-1.88 м (2H, СHCH), 4.77 c (2H, CH), 4.77, 4.87 AB-система (2H, J= 11.6 Гц, CH), 5.12, 5.20 AB-система (2H, J= 16.4 Гц, CH), 5.27 т (1H, J= 4.8 Гц, CHCH), 8.32 с (1H, CH), 8.69 c (1H, NH).
13
6
3
2
3
2
2
2
2
5
пир
пир
пир
пир
пир
Спектр ЯМР С (100 МГц, ДМСО-d) δ, м.д.: 7.23 c (СHCH), 26.86 c (СHCH), 39.77 с (CHCl) 63.36 с (CHO), 101.07 с (CHCH), 131.14 c (C), 132.32 c (CH), 138.87 c (C), 142.64 c (C), 148.33 c (C).
Стадия 4: Получение 5,8-(Бис(метилен(N,N-диметил-N-додециламмоний))-2-этил-4H-[1,3]диоксино[4,5-c]пиридиний дихлорида (I).
Через загрузочный люк в 15 л стеклянный реактор вносят раствор 0.110 кг (1.31 моль) гидрокарбоната натрия в 4 л воды и при перемешивании добавляют 0.382 кг (1.28 моль) соединения 7. Включают интенсивное перемешивание и выдерживают 1 час при 25±1°C.  Суспензию из реактора с помощью вакуума переносят на нутч-фильтр. После фильтрации осадок промывают 0.5 л воды, переносят в колбу и высушивают на роторном испарителе при пониженном давлении в 1-3 мбар и температуре 80±1°С в течение 1.5 ч.
Полученный осадок через загрузочный люк помещают в 15 л стеклянный реактор, добавляют 4 л ацетона и 0.69 л (2.56 моль) N,N–диметилдодециламина 9. Реакционную смесь перемешивают при 55±1°C в течение 6 часов, после чего охлаждают до 5±1°С и оставляют на 24 часа для выпадения осадка.
Суспензию из реактора с помощью вакуума переносят на нутч-фильтр. После фильтрации осадок промывают 0.5 л ацетона, переносят в колбу и высушивают на роторном испарителе при пониженном давлении. Сухой осадок переносят в емкость для перекристаллизации, куда самотеком подается 1.65 л этилацетата и 0.15 л этанола.
Реакционную смесь кипятят до растворения осадка,  после чего охлаждают до 5±1°С и оставляют на 24 часа для выпадения осадка. Полученный осадок отфильтровывают от маточного раствора на нутч-фильтре и промывают 0.4 л смеси этилацетата с этанолом 10/1 по объему. Осадок переносят в колбу и высушивают на роторном испарителе при пониженном давлении в 1-3 мбар и температуре 80±1°С в течение 1.5 ч. Выход 0.572 кг (65%) соединения I, белое кристаллическое вещество, т.пл. 180-190°С (разл). Чистота не менее 99 % (ВЭЖХ).
1
3
3
+
+
2
2
2
3
HH
3
11
22
H-H
3
2
2
2
2
3
2
HH
2
HH
2
HH
2
пир
CH
СH
СпектрЯМР H (400 МГц, CDCl) δ, м.д.: 0.84 т (6H, J= 6.7 Гц, 2CH), 1.00 т (3H, J = 7.5 Гц, CH), 1.22-1.33 м (32H, 16CH), 1.70-1.84 м (6H, 3CH), 2.96 м (2H, CH), 3.29-3.32 м (12H, 4CHN), 3.50-3.83 м (4H, 2CHN), 4.69, 4.74 (AB-система, 2H, J= - 13.6 Гц, CH), 5.10, 5.55 (AB-система, 2H, J= - 16.7 Гц, CH), 5.11, 5.21 (AB-система, 2H, J= - 13.6 Гц, CH), 8.60 с (1H, CH).
13
+
+
+
+
+
+
3
3
3
3
2
2
2
3
2
2
2
2
2
3
3
3
3
2
2
2
2
2
3
2
пир
пир
пир
пир
пир
C
СпектрЯМР C (100 МГц, CDCl) δ, м.д.: 8.01 с (СH), 14.21 с (СH), 22.77 c (CH), 23.18 c (CH), 26.46 c (CH), 27.57 c (CH), 29.43 c (CH), 29.46 c (CH), 29.53 c (CH), 29.62 c (CH), 29.70 (c, CH), 31.99 c (CH), 49.60 c (CHN), 49.76 c (CHN), 51.11 c (CHN), 51.34 c (CHN), 61.94 c (CH), c 62.26 (CH), 65.60 c (CH), 65.66 c (CHN), 66.34 c (CHN), 102.04 c ((CH)), 122.92 c (C), 134.60 c (C), 136.87 c (C), 146.54 c (C), 150.88 c (C).
2+
2+
39
75
2
3
2
2
Масс-спектр (HRMS-ESI): Найдено [М-2Cl] 308.7924. CHClNOСl. Вычислено [М-2Cl] 308.7924. Чистота 99.57 % (ВЭЖХ).
Определение чистоты соединения I проводили методом обращенно-фазовой ВЭЖХ, с использованием высокоэффективного жидкостного хроматографа Agilent 1220 (США), с УФ-детектром на колонке Zorbax RX-SIL (размер 250×4,6 мм, 5 мкм). Температура термостата колонки – 40°С, скорость потока 1.6 мл/мин, объем вводимой пробы 2.5 мкл. УФ-детектирование осуществляли при аналитической длине волны 295 нм. Подвижная фаза: смесь ацетонитрил - буферный раствор 0.1 М аммоний ацетат (84:16, об. %). Буферный раствор состоит из 7.7 г аммония ацетата в 1000 мл воды после фильтрования через фильтр 0.22 мкм (0.1 М раствор аммония ацетата).
Хроматограмма образца соединения I приведена на Фиг. 1, содержание основного вещества и примесей соединения I приведено на Фиг. 2.
достигнут заявленный технический результат
Таким образом, заявителем  - разработан  способ получения 5,8-(бис(метилен(N,N-диметил-N-додециламмоний))-2-этил-4H-[1,3]диоксино [4,5-c]пиридиний дихлорида I, проявляющего антибактериальные, антимикотические, противовирусные и антипротозойные свойства, с выходом не менее 22%  при сохранении чистоты не менее 99 %, при одновременном снижении трудоемкости и количества отходов, что не является очевидным для специалиста в данной области техники.
Заявляемый способ получения по сравнению с прототипом позволяет:
- получить 5,8-(бис(метилен(N,N-диметил-N-додециламмоний))-2-этил-4H-[1,3]диоксино[4,5-c]пиридиний дихлорид в четыре стадии вместо семи;
- увеличить выход целевого продукта до 22 % при сохранении его чистоты не менее 99%;
- избежать использования уксусного ангидрида, который входит в список прекурсоров, в отношении которых в РФ вводятся особые меры контроля;
- в пять раз уменьшить количество отходов (при производстве 1 кг получаемого продукта образуется 120 кг отходов вместо 600 кг), что делает его более экологически безопасным.
Заявленное техническое решение соответствует критерию «новизна», предъявляемому к изобретениям, так как из исследованного уровня техники не выявлены технические решения, обладающие заявленной совокупностью отличительных признаков, обеспечивающих достижение заявленных результатов.
Заявленное техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», предъявляемому к изобретениям, так как не является очевидным для специалиста в данной области науки и техники.
Заявленное техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость», т.к. может быть реализовано на любом специализированном предприятии с использованием стандартного оборудования, известных отечественных материалов и технологий.