СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ N-НИТРО-5-ХЛОРМЕТИЛОКСАЗОЛИДИНА-1,3
METHOD OF PRODUCING N-NITRO-5-CHLOROMETHYLOXAZOLIDINE-1,3

Изобретение относится к области химии и технологии получения гетероциклических соединений оксазолидинового ряда, а именно N-нитро-5-хлорметилоксазолидина-1,3, который применяется в качестве исходного вещества для синтеза энергетических пластификаторов - N-нитро-5-нитроксиметил- и N-нитро-5-азидометилоксазолидинов-1,3, а также может найти применение для синтеза биологически активных веществ.
Известен способ получения N-нитро-5-хлорметилоксазолидина-1,3 [патент РФ №2181719 и статья в журнале Изв. РАН. - Сер. хим., 2001. - №5, 872-874] взаимодействием N-(3-хлор-2-гидроксипропил)-сульфамата калия с формальдегидом в водной или водно-спиртовой среде с последующим нитрованием образующегося N-(5-хлорметилоксазолидин-1,3)-сульфамата калия нитрующим агентом.
Синтез N-нитро-5-хлорметилоксазолидина-1,3 проводят следующим образом: к раствору N-(3-хлор-2-гидроксипропил)-сульфамата калия в воде или смеси воды со спиртом добавляют 30%-ный водный раствор формальдегида и полученный раствор упаривают под вакуумом при высокой температуре. Получают в остатке твердый N-(5-хлорметилоксазолидин-1,3)-сульфамат калия, который извлекают из аппарата и нитруют путем добавления его к смеси азотной кислоты и уксусного ангидрида при температуре минус 10°С. После выдержки реакционную массу выливают в смесь воды со льдом и экстрагируют этилацетатом. Экстракт последовательно промывают водой, содой, водой, упаривают и получают N-нитро-5-хлорметилоксазолидин-1,3, который очищают перегонкой под глубоким вакуумом (~1-1,2 мм рт.ст.).
Исходный N-(3-хлор-2-гидроксипропил)-сульфамат калия получают по методике, описанной в работе [П.В.Булатов «Синтез функциональных сульфаматов и аминов на основе реакции производных сульфаминовой кислоты с оксиранами», канд. диссертация, ИОХ им. Н.Д. Зелинского РАН, 1999], сущность которой заключается в следующем. Водно-спиртовой раствор сульфамата калия и эпихлоргидрина, взятых в мольном соотношении 1:1,1, перемешивают при температуре 70…75°С в течение 25 ч. Раствор упаривают в вакууме, остаток промывают горячим этанолом и экстрагируют двумя порциями по 100 мл 95% водного метанола. Объединенные метанольные экстракты упаривают, остаток обрабатывают ацетоном и получают с выходом 82% N-(3-хлор-2-гидроксипропил)-сульфамат калия.
Недостатками указанного способа являются:
- необходимость проведения отдельной стадии синтеза N-(3-хлор-2-гидроксипропил)-сульфамата калия и сложность его выделения;
- необходимость упаривания водно-спиртового раствора под вакуумом и извлечения N-(5-хлорметилоксазолидин-1,3)-сульфамата калия из аппарата после упаривания, который образуется в процессе отгонки растворителя в виде прилипшей к стенкам аппарата твердой массы;
- использование низкой температуры при реакции нитрования;
- необходимость глубоковакуумной перегонки для очистки N-нитро-5-хлорметилоксазолидина-1,3.
Известен способ получения N-нитро-5-хлорметилоксазолидина-1,3 [патент РФ №2404168 от 20.11.10.], согласно которому эпихлоргидрин обрабатывают трехкратным избытком сульфамата калия в водно-спиртовой среде при температуре 50…53°С и времени выдержки 50…55 часов. Затем реакционную массу разбавляют спиртом, охлаждают и отфильтровывают выпавший избыток сульфамата калия. Фильтрат, содержащий N-(3-хлор-2-гидроксипропил)-сульфамат калия, обрабатывают 30%-ным водным раствором формальдегида и отгоняют спирт и воду под вакуумом при 100°С. К твердому остатку N-(5-хлорметилоксазолидин-1,3)-сульфамата калия добавляют уксусный ангидрид, перемешивают до образования суспензии и нитруют азотной кислотой при температуре 10…25°С. По истечении 30 мин реакционную массу разбавляют водой, N-нитро-5-хлорметилоксазолидин-1,3 экстрагируют хлорорганическими растворителями (дихлорэтаном, или хлороформом, или хлористым метиленом) и очищают после отгонки растворителя путем обработки его 5%-ным раствором гидроксида натрия при температуре 70…75°С. При этом удаляются такие примеси, как тринитротриазациклогексан и нитрат монохлоргидрина глицерина.
Указанный выше способ принят нами в качестве наиболее близкого аналога.
Недостатками аналога являются:
- использование большого избытка сульфамата калия и необходимость удаления его избытка путем фильтрации после добавления спирта;
- использование водно-спиртовой среды для реакции взаимодействия сульфамата калия с эпихлоргидрином;
- использование водного раствора формальдегида для реакции циклизации N-(3-хлор-2-гидроксипропил)-сульфамата калия;
- сложность выделения N-(5-хлорметилоксазолидин-1,3)-сульфамата калия путем упаривания воды и спирта из его раствора в вакууме при высокой температуре.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа получения N-нитро-5-хлорметилоксазолидина-1,3, лишенного вышеуказанных недостатков.
Технический результат достигается тем, что в качестве соли сульфаминовой кислоты используют растворимую в эпихлоргидрине триэтиламмониевую соль сульфаминовой кислоты, взаимодействие которой с эпихлоргидрином осуществляют при эквимолярных соотношениях реагентов без использования растворителя. Для реакции циклизации образующегося триэтиламмоний N-(3-хлор-2-гидроксипропил)-сульфамата используют спиртовой раствор формальдегида, полученный деполимеризацией параформа в среде спирта в присутствии гидроксида натрия. Полученный триэтиламмоний N-(5-хлорметилоксазолидин-1,3)-сульфамат обрабатывают спиртовым раствором гидроксида калия и выпавший N-(5-хлорметилоксазолидин-1,3)-сульфамат калия отфильтровывают, промывают ацетоном. После сушки продукт растворяют в ледяной уксусной кислоте и нитруют азотной кислотой в присутствии уксусного ангидрида при температуре 20…25°С.
Отличительными признаками предлагаемого изобретения являются:
- использование растворимой в эпихлоргидрине триэтиламмониевой соли сульфаминовой кислоты вместо сульфамата калия;
- использование сульфамата триэтиламмония и эпихлоргидрина в эквимолярных соотношениях;
- проведение реакции взаимодействия сульфамата триэтиламмония с эпихлоргидрином без растворителя;
- использование в качестве источника формальдегида спиртового раствора формальдегида вместо водного раствора;
- осаждение N-(5-хлорметилоксазолидин-1,3)-сульфамата калия путем обработки триэтиламмоний N-(5-хлорметилоксазолидин-1,3)-сульфамата спиртовым раствором гидроксида калия и его фильтрация вместо трудно осуществляемой в производственных условиях вакуумной отгонки растворителя при высоких температурах;
- использование для нитрования N-(5-хлорметилоксазолидин-1,3)-сульфамата калия ледяной уксусной кислоты в качестве растворителя, позволяющего снизить расход дефицитного уксусного ангидрида.
Способ получения N-нитро-5-хлорметилоксазолидина-1,3 иллюстрируется следующими примерами.
1. Получение триэтиламмоний N-(3-хлор-2-гидроксипропил)-сульфамата
К 52,64 г (0,26 моль) триэтиламмониевой соли сульфаминовой кислоты добавляют 24,22 г (20,5 мл, 0,26 моль) эпихлоргидрина. Раствор перемешивают при температуре 60…63°С в течение 16 часов и получают 76,86 г (100%) триэтиламмоний N-(3-хлор-2-гидроксипропил)-сульфамата.
2. Получение триэтиламмоний N-(5-хлорметилоксазолидин-1,3)-сульфамата
К полученному по вышеописанной методике триэтиламмоний N-(3-xлop-2-гидроксипропил)-сульфамату добавляют спиртовой раствор формальдегида, полученный деполимеризацией 9,66 г (0,32 моль) параформа в 50 мл спирта в присутствии 0,42 г гидроксида натрия при 80°С в течение двух часов. Реакционную массу перемешивают 3 часа при температуре 40…42°С и получают спиртовой раствор триэтиламмоний N-(5-хлорметилоксазолидин-1,3)-сульфамата.
3. Получение N-(5-хлорметилоксазолидин-1,3)-сульфамата калия
К охлажденной до 30°С реакционной массе, полученной по вышеописанной методике, при интенсивном перемешивании добавляют раствор 24,7 г (0,62 моль) гидроксида калия в 400 мл спирта, выдерживают 30 мин и охлаждают. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают на фильтре 100 мл ацетона, сушат в вакуум-эксикаторе и получают 40 г (64%) N-(5-хлорметилоксазолидин-1,3)-сульфамата калия.
4. Получение N-нитро-5-хлорметилоксазолидина-1,3
40 г N-(5-хлорметилоксазолидин-1,3)-сульфамата калия растворяют в 274 мл ледяной уксусной кислоты, добавляют 84 мл уксусного ангидрида и при перемешивании и температуре 20…25°С дозируют 55 мл концентрированной азотной кислоты. Массу перемешивают при температуре ~25°С 1 час, затем выливают в смесь 1500 мл воды со льдом и 55 г гидроксида натрия. Продукт реакции экстрагируют хлороформом (3×200 мл). Объединенные экстракты промывают водой (200 мл), 5%-ным раствором соды (200 мл), водой (2×200 мл) и упаривают. Получают 14,79 г (34% в расчете на эпихлоргидрин) N-нитро-5-хлорметилоксазолидина-1,3 с содержанием основного вещества 89,6%.
После очистки 5%-ным раствором гидроксида натрия по методике, описанной в патенте РФ №2404168 от 20.11.2010 г., выход целевого продукта составляет 13,5 г (30,9% в расчете на эпихлоргидрин), а чистота 98,5%.