способ получения 5-[орто-(пара-)-гидроксифенил]-1,3,5-дитиазинов

Формула изобретения

Способ получения 5-[орто-(пара-)-гидроксифенил]-1,3,5-дитиазинов общей формулы:

отличающийся тем, что насыщенный сероводородом водный раствор формальдегида подвергают взаимодействию со спиртовым раствором 5-орто-(пара-)-аминофенола в мольном соотношении аминофенол : формальдегид, равном 1 : 3, при комнатной температуре и перемешивании в течение 3 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к органической химии, в частности к способу получения 5-[орто-(пара-)-гидроксифенил]-1,3,5-дитиазинов общей формулы (1):

Соединения дитиазинового ряда могут найти применение в качестве селективных сорбентов, специальных реагентов для подавления жизнедеятельности бактерий в различных средах (от легкой промышленности до нефти), биологически активных веществ по отношению к сульфатредуцирующим бактериям.

Известны вещества дитиазинового ряда: 2-[1,3,5-дитиазин-5-ил]-1-этанол (2) (Патент РФ №2160233, БИ, №34, 2000) и 2-[1,3,5-дитиазин-5-ил]-уксусная кислота (3) (Патент РФ №2206726, БИ, №17, 2003), подавляющие развитие сульфатвосстанавливающих бактерий в различных технологических средах, в частности, в нефтяной промышленности.

Известен способ (By Dennis Collins, Jonn Graymore. The Action of Hydrogen Sulphide on Certain Aromatic Amines in the Presence of Formaldehyde. J. Chem. Soc., 1953, p.4089-4090) получения производных 1,3,5-дитиазина, в частности 5,6-дигидро-5-p-толил-1,3-дитиа-5-азина (4) и 5,6-дигидро-5-m-толил-1,3-дитиа-5-азина (5) взаимодействием соответственно p-толуидина и m-толуидина с сероводородом и формальдегидом по схеме:

Известный способ не позволяет получать 5-[орто-(пара-)-гидроксифенил]-1,3,5-дитиазины (1).

Известен способ (С.Р.Хафизова, В.Р.Ахметова, Р.В.Кунакова, У.М.Джемилев. Тиометилирование ароматических аминов - эффективный метод синтеза гетероциклических соединений. Изв.АН, сер.хим., 2003, №8, 1722-1726) получения производных 1,3,5-дитиазина, в частности 5-(3-метилфенил)пергидро-1,3,5-дитиазина (6а), 5-(4-метилфенил)пергидро-1,3,5-дитиазина (6b), 5-(3-метоксифенил)пергидро-1,3,5-дитиазина (6с), 5-(4-метоксифенил)пергидро-1,3,5-дитиазина (6d), 5-(2-метоксифенил)пергидро-1,3,5-дитиазина (6е), 5-(2,5-диметилфенил)пергидро-1,3,5-дитиазина (6f) взаимодействием сероводорода с m,p-толуидином, о,m,р-анизидином, р-ксилидином и формальдегидом по схеме:

R=m-СН₃ (а); р-СН₃ (b); m-ОСН₃ (с); р-ОСН₃ (d); о-ОСН₃ (е); 2,5-(СН₃)₂ (f).

Известным способом не могут быть получены 5-[орто-(пара-)-гидроксифенил]-1,3,5-дитиазины (1).

Известен способ (Fr.Pat. 1341792/1963, (Chem. Abs., 1964, 60, 5528d)) получения производных 1,3,5-дитиазина - эффективных сорбентов золота и серебра, в частности N-[p-гидроксифенил]пергидро-1,3,5-дитиазина (7), взаимодействием дорогостоящего гидросульфида натрия (NaHS) с р-аминофенолом и формальдегидом по схеме:

Известным способом не получен 5-[орто-гидроксифенил]-1,3,5-дитиазин (1). Данным способом получен 5-[пара-гидроксифенил]-1,3,5-дитиазин (1) на основе дорогостоящего и высокочистого гидросульфита натрия, который получают из сероводорода и этилата натрия.

Задачей изобретения являлась разработка методов синтеза пергидро-1,3,5-дитиазинов, в частности 5-[орто-(мета-, пара-)-гидроксифенил]-1,3,5-дитиазинов с применением реакции мультикомпонентной конденсации о-, м-, n-аминофенолов с H₂S и СН₂О, изучение влияния основности амино-группы изомерных аминофенолов на реакционную способность с H₂S и СН₂О. Поставленная задача синтеза 5-[орто-(пара-)-гидроксифенил]-1,3,5-дитиазинов (1) была решена взаимодействием наиболее основных о-, n-аминофенолов, H₂S и СН₂О (К_b 5.2·10 ^-10, К_b 32·10^-10), тогда как наименее основный м-аминофенол (К_b 1.5·10 ^-10) в реакции с H₂S и СН₂О не приводит к целевому 5-[-мета-гидроксифенил]-1,3,5-дитиазину.

С целью расширения областей использования техногенного, экологически опасного H₂S разработан новый способ синтеза 5-[орто-(пара-)-гидроксифенил]-1,3,5-дитиазинов (1).

Сущность метода заключается во взаимодействии насыщенного сероводородом водного раствора формальдегида (37%) с раствором орто-(пара-)-аминофенола в этаноле, взятыми в мольном соотношении аминофенол:формалин = 1:3, при комнатной температуре (20-21°С) и перемешивании в течение 3 часов. Образуются 5-[орто-(пара-)-гидроксифенил]-1,3,5-дитиазины (1). Реакция протекает по схеме:

Целевые продукты 5-[орто-(пара-)-гидроксифенил]-1,3,5-дитиазины (1) образуются только лишь с участием o,p-аминофенолов, формалина и сероводорода. В присутствии других производных анилина (например, мета-аминофенола, сульфаниловой кислоты, антраниловой кислоты), других альдегидов (например, уксусного, пропионового), других меркаптанов (например, этил- или амилмеркаптаны) целевые продукты (1) не образуются. Реакции проводили при комнатной температуре (20-21°С). При более высокой температуре не наблюдается существенного увеличения выхода целевых продуктов, а при меньшей температуре (например, 0°С) снижается скорость реакции.

Изменение соотношения исходных реагентов в сторону увеличения содержания формалина по отношению к аминофенолу не приводит к существенному повышению выхода целевых продуктов (1). Изменение природы аминофенола, в частности использование мета-аминофенола, не приводит к замещенному 1,3,5-дитиазину, так как образуются олигомерные продукты конденсации. По данному способу происходит образование 1,3,5-дитиазиновых циклов только с использованием о,p-аминофенолов.

Различие в реакционной способности изомерных аминофенолов во взаимодействии с Н₂S и СН₂ О можно объяснить изменением основности и кислотности амино- и гидроксигрупп, в зависимости от их расположения в ароматическом кольце. Таким образом, из трех аминофенолов лишь м-изомер, содержащий аминогруппу с наименьшей основностью, подвергается циклотиометилированию с помощью СН₂О и Н₂S, образуя олигомерные продукты. Наиболее основные о,p-аминофенолы вступают в циклизацию с образованием 1,3,5-дитиазиновых циклов.

Реакцию проводили с использованием этилового спирта в качестве растворителя. В других растворителях (например, алифатических или ароматических) снижается селективность реакции.

Существенные отличия предлагаемого способа.

В предлагаемом способе в качестве исходных соединений используются орто- и пара-аминофенолы, в известном способе в качестве исходного реагента применяют m,p-толуидин, о,m,p-анизидин, p-ксилидин. В известном способе применяют дорогостоящий и высокочистый гидросульфит натрия (NaHS), который как известно получают из сероводорода и этилата натрия.

Преимущества предлагаемого способа.

Способ позволяет получать с высокой региоселективностью 5-[орто-(пара-)-гидроксифенил]-1,3,5-дитиазины (1), синтез которых в литературе не описан. Разработанный нами метод отличается простотой проведения эксперимента и не требует применения дорогостоящего и высокоочищенного гидросульфида натрия.

Способ поясняется примерами.

ПРИМЕР 1. В стеклянный реактор, снабженный механической мешалкой, обратным холодильником, газоподводящей трубкой и капельной воронкой при комнатной (20-21°С) температуре помещают 3 моля формалина (37% водный раствор), барботированием насыщают раствор формалина сероводородом в течение 2 ч, прикапывают 1 моль орто-аминофенола в этиловом спирте, перемешивают 3 ч. При 20-21°С выделяют 5-[орто-гидроксифенил]-1,3,5-дитиазин (1) с выходом до 72%.

Спектральные характеристики*

5-[орто-гидроксифенил]-1,3,5-дитиазина (1):

Спектр ЯМР ¹Н ( , м.д, CDCl₃, J/Гц): 4.30 (уш.с, 2Н, Н₂ С(2); 4.7 (уш.с, 4Н₂С(4,6)); 6.10-6.25 (м, 1Н, НС(12)); 6.79-7.21 (м, 3Н, НС(9, 10, 11)); 8.35 (уш.с, НО(13)).

Спектр ЯМР ¹³С ( , м.д., CDCl₃): 33.79 (т, С(2)); 57.50 (т, С(4.6)); 115.03 (д, С(9, 10)); 119.98 (д, С(12)); 127.24 (д, С(11)); 134.73 (с, С(7)); 151.01 (с, С(8)).

ПРИМЕР 2. Аналогичным способом из пара-аминофенола получают 5-[пара-гидроксифенил]-1,3,5-дитиазин (1) с выходом до 71%.

Спектральные характеристики

5-[пара-гидроксифенил]-1,3,5-дитиазина (1):

Спектр ЯМР ¹Н ( , м.д., ДМСО-d, J/Гц): 4.25 (уш.с, 2Н, Н₂С(2)); 4.95 (уш.с, 4Н, Н₂С(4,6)); 6.82 (д., 2Н, НС(8, 12) 3J=8.8), 6.99 (д., 2Н, НС(9, 11) 3J=8.8), 9.00 (уш.c, 1H, HO(13)).

Спектр ЯМР ¹³C ( , м.д., ДМСО-d): 34.12 (т, C(2)); 55.29 (т, С(4, 6)); 115.52 (д, C(9, 11)); 118.85 (д, С(8, 12)); 137.53 (с, С(7)); 151.19 (с, С(10)).

* - Спектры ЯМР ¹³Н зарегистрированы на спектрометре "Bruker AM-300" (300 МГц) и "Tesla BS-487" (100 МГц), ЯМР ¹³С на спектрометре "Jeol FX 90Q" (89.55 и 22.50 МГц), внутренний стандарт ТМС, растворитель CDCl₃ и d-ДМСО.