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

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, конкретно к способу получения 1,7-дитиа-3,5-диазациклоалкан-4-онов (1) общей формулы:
, где n=2-5
Азот и серасодержащие гетероциклы перспективны в качестве модифицированных селективных сорбентов, экстрагентов благородных и драгоценных металлов [Муринов Ю.И., Майстренко В.Н., 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 heterocycles: 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-оны общей формулы (1).
Известен способ [Regainia Z. et al. General synthesis of n-membered cyclic sulfamides. Tetrahedron, 2003, 59(32), p.6051] получения 1,2,9-тиадиазонана (3) внутримолекулярной циклизацией галогеносодержащего сульфамида с выходом 60%.
Известным способом не могут быть получены 1,7-дитиа-3,5-диазациклоалкан-4-оны общей формулы (1).
Таким образом, в литературе отсутствуют сведения о селективном получении 1,7-дитиа-3,5-диазациклоалкан-4-онов общей формулы (1).
Предлагается новый способ селективного получения 1,7-дитиа-3,5-диазациклоалкан-4-онов общей формулы (1).
2
n
2
2
2
n
2
2
2
Сущность способа заключается во взаимодействии α,ω-алкандитиолов общей формулы HS(CH)SH (где n=2-5) с формальдегидом (37%-ный водный раствор) при комнатной температуре ~20°C с последующим добавлением карбамида HNC(O)NH в присутствии промотора н-BuONa, взятыми в мольном соотношении HS(CH)SH:CHO:HNC(O)NH:н-BuONa=10:20:10:(5-15), предпочтительно 10:20:10:10, при температуре 60°C, атмосферном давлении в н-BuOH в качестве растворителя в течение 6-10 ч. Выход 1,7-дитиа-3,5-диазациклоалкан-4-онов (1) составляет 50-85%. Реакция протекает по схеме:
1,7-Дитиа-3,5-диазациклоалкан-4-оны (1) образуются только лишь с участием карбамидов 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 карбамида не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1). Применение менее 5 ммолей промотора н-BuONa на 10 ммоль карбамида снижает выход целевого продукта (1). В отсутствие промотора н-BuONa реакция не проходит.
Реакции проводили при температуре 60°C. При температуре выше 60°C (например, 80°C) снижается селективность реакции и увеличиваются энергозатраты, а при температуре ниже 60°C (например, 40°C) снижается скорость реакции. В качестве растворителя использовали н-BuOH, т.к. в нем хорошо растворяются исходные реагенты.
Существенные отличия предлагаемого способа.
В предлагаемом способе в реакцию с формальдегидом и α,ω-алкандитиолами вовлекается карбамид в присутствии эквимольного количества н-BuONa. Реакция идет с селективным образованием 1,7-дитиа-3,5-диазациклоалкан-4-онов общей формулы (1).
В известном способе 1,2,9-тиадиазонан общей формулы (3) получают внутримолекулярной циклизацией галогенсодержащего сульфамида.
Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами.
Способ позволяет получать с высокой селективностью и выходами 1,7-дитиа-3,5-диазациклоалкан-4-оны общей формулы (1).
Способ поясняется примерами.
Пример 1. В стеклянный реактор, установленный на магнитной мешалке, помещают 0.3 мл формалина (20 ммоль, 37%-ный водный раствор формальдегида) и 0.1 мл (10 ммоль) 1,2-этандитиола и перемешивают 0.5 ч при комнатной температуре (~20°C). Затем в реактор добавляют 0.06 г (10 ммоль) карбамида и 0.1 г (10 ммоль) н-BuONa в 5 мл н-BuOH, перемешивают реакционную смесь 8 ч при температуре 60°C. Из реакционной массы дробной кристаллизацией выделяют 1,7-дитиа-3,5-диазонан-4-он с выходом 80%.
Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в табл.1.
Таблица 1
№ п/п
Исходный карбамид
Исходный α,ω-алкандитиол
Соотношение карбамид : CH<sub>2</sub>O : дитиол : н-BuONa, ммоль
Время реакции, час
Выход (1), %
1
мочевина
1,2-этандитиол
10:20:10:10
8
80
2
-//-
-//-
10:20:10:15
8
85
3
-//-
-//-
10:20:10:5
8
50
4
-//-
-//-
10:20:10:10
10
82
5
-//-
-//-
10:20:10:10
6
57
6
-//-
1,3-пропандитиол
10:20:10:10
8
74
7
-//-
1,4-бутандитиол
10:20:10:10
8
68
8
-//-
1,5-пентандитиол
10:20:10:10
8
59
Все опыты проводили в н-BuOH в качестве растворителя при температуре 60°C.
Спектральные характеристики 1,7-дитиа-3,5-диазациклоалкан-4-онов (1)
<img file="00000005.tif" he="36" wi="27" img-content="undefined" img-format="tif" />
1,7-дитиа-3,5-диазонан-4-он
Т.пл. 179-181°C. Спектр ЯМР <sup>1</sup>H (δ, м.д., DMSO-d<sub>6</sub>): 2.76 с (4H, CH<sub>2</sub> (8,9)); 4.28, 4.31 оба с (4H, CH<sub>2</sub> (2,6)); 6.79 уш.с (2H, NH (3,5)). Спектр ЯМР <sup>13</sup>C, δ, м.д.: 30.91 (C<sup>8.9</sup>), 42.15 (C<sup>2.6</sup>), 157.23 (C<sup>4</sup>).
<img file="00000006.tif" he="42" wi="24" img-content="undefined" img-format="tif" />
1,7-дитиа-3,5-диазекан-4-он
Т.пл. 135-137°C. Спектр ЯМР <sup>1</sup>H (δ, м.д., DMSO-d<sub>6</sub>): 1.81 с (2H, CH<sub>2</sub> (9)); 2.58 м (4H, CH<sub>2</sub> (8,10)); 4.26 уш.с (4H, CH<sub>2</sub> (2,6)); 6.66 уш.с (2H, NH (3,5)). Спектр ЯМР <sup>13</sup>C, δ, м.д.: 30.09 (C<sup>8.10</sup>), 31.14 (C<sup>9</sup>), 42,18 (C<sup>2.6</sup>) 157,23 (C<sup>4</sup>).
<img file="00000007.tif" he="43" wi="25" img-content="undefined" img-format="tif" />
1,7-дитиа-3,5-диазациклоундекан-4-он
Т.пл. 260-263°C (разл). Спектр ЯМР <sup>1</sup>H (δ, м.д., DMSO-d<sub>6</sub>): 1.59 с (4H, CH<sub>2</sub> (9,10)), 2.515 с (4H, CH<sub>2</sub> (8,11)), 4.23 с (4H, CH<sub>2</sub> (2,6)), 6.79 уш.с (2H, NH (3,5)). Спектр ЯМР <sup>13</sup>C, δ, м.д.: 29.65 (C<sup>9.10</sup>), 31.76 (C<sup>8.11</sup>), 42.13 (C<sup>2.6</sup>) 157.74 (C<sup>4</sup>).
<img file="00000008.tif" he="46" wi="28" img-content="undefined" img-format="tif" />
1,7-дитиа-3,5-диазациклоундекан-4-он
Т.пл. 80-85°C. Спектр ЯМР <sup>1</sup>H (δ, м.д., DMSO-d<sub>6</sub>): 0.87 м (2H, CH<sub>2</sub> (10)), 1.54 м (4H, CH<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 (2H, NH (3,5)). Спектр ЯМР <sup>13</sup>C, δ, м.д.: 28.14 (C<sup>10</sup>), 29.48 (C<sup>9.11</sup>), 30.33 (C<sup>8.12</sup>), 42.14 (C<sup>2.6</sup>), 157.60 (C<sup>4</sup>).