способ получения 3-тиа-1,5-диазабицикло[3.2.1]октана или 6-метил-3-тиа-1,5-диазабицикло[3.2.1]октана или 5-[2-[1,3,5-дитиазинан-5-ил]-1-метилэтил]1,3,5-дитиазинана

Формула изобретения

Способ получения 3-тиа-1,5-диазабицикло[3.2.1]октана (1б) или 6-метил-3-тиа-1,5-диазабицикло[3.2.1]октана (1а) или 5-[2-[1,3,5-дитиазинан-5-ил]-1-метилэтил]-1,3,5-дитиазинана (2а) формул 1а, б и 2а

заключающийся в том, что насыщенный сероводородом водный раствор формальдегида подвергают взаимодействию с 1,2-диаминопропаном или 1,2-диаминоэтаном в мольном соотношении 1,2-диаминопропан (1,2-диаминоэтан):формальдегид:сероводород, равном 1:6:4, при температуре 0°С в случае получения соединений 1а и 1б или 80°С в случае получения соединения 2а и перемешивании в течение 3 ч.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к органической химии, в частности к способу получения 6-метил-3-тиа-1,5-диазабицикло[3.2.1]октана (1а), 5-[2-[1,3,5-дитиазин-5-ил]-1-метилэтил]1,3,5-дитиазинана (2а), 3-тиа-1,5-диазабицикло[3.2.1]октана (1б) общей формулы соответственно (1а, б) и (2а):

Подобные N,S-содержащие соединения могут найти применение в качестве селективных сорбентов и экстрагентов, средств защиты кожи, меха, тканей от биоповреждений, биологически активных веществ по отношению к различным микроорганизмам и сульфатредуцирующим бактериям. Так, например, соединение 5-[2-(1,3,5-дитиазинан-5-ил) этил] 1,3,5-дитиазинан (26) используется в качестве селективного сорбента и экстрагента драгоценных металлов (Fr. Pat. 1963, 1,341,792; Chem. Abstr. 1964. V.60. №5. P.398)

Известны вещества дитиазинанового ряда, такие как 2-[1,3,5-дитиазинан-5-ил]-1-этанол (3) (Патент РФ №2160233; БИ №34, 2000,) и 2-[1,3,5-дитиазинан-5-ил]-уксусная кислота (4) (Патент РФ №2206726; БИ №17, 2003), которые способны подавлять развитие сульфатвосстанавливающих бактерий в различных технологических средах, в частности, в нефтяной промышленности.

Известен способ [С.Р.Хафизова, В.Р.Ахметова, Л.Ф.Коржова, Т.В.Хакимова, Г.Р.Надыргулова, Р.В.Кунакова, Э.А.Круглов, У.М.Джемилев. Многокомпонентная конденсация алифатических диаминов с формальдегидом и сероводородом (Изв. АН. Сер. хим. 2005, 2, 423)] с получением бис-1,3,5-дитиазина, в частности 5-[2-[1,3,5-дитиазин-5-ил]этил]1,3,5-дитиазинана (2б), взаимодействием 1,2-диаминоэтана с сероводородом и формальдегидом по схеме:

Известен способ [Deutsche Gold- und Silber-Scheideanstalt vormals Roessler. F.P. 1,341,792/1963 (Chem. Abs., 1964, 60, 5528d)] получения производных бис-1,3,5-дитиазина, в частности 5-[2-[1,3,5-дитиазин-5-ил]этил]1,3,5-дитиазина (2б), взаимодействием гидросульфида натрия (NaHS) с 1,2-диаминоэтаном и формальдегидом по схеме:

Таким образом, в литературе отсутствуют сведения о получении 6- метил-3-тиа-1,5-диазабицикло[3.2.1]октана (1а), 3-тиа-1.5-диазабицикло [3.2.1]октана (1б), 5-[2-[1,3,5-дитиазинан-5-ил]-1-метилэтил] 1,3,5-дитиазинана (2а).

Авторами предлагается способ получения 6-метил-3-тиа-1,5-диазабицикло[3.2.1]октана (1а), 5-[2-[1,3,5-дитиазин-5-ил]-1-метилэтил]1,3,5-дитиазинана (2а), 3-тиа-1,5-диазабицикло [3.2.1] октана (1б). Сущность способа заключается во взаимодействии насыщенного сероводородом водного раствора формальдегида (37%) с 1,2-диаминопропаном (5а) или 1,2-диаминоэтаном (5б), взятыми в мольном соотношении диамин:формальдегид:сероводород, равном 1:6:4 при температурах 0 или 80°С и перемешивании в течение 3 часов. При 0°С селективно образуется 6-метил-3-тиа-1,5-диазабицикло[3.2.1]октан (1а) (из 1,2-диаминопропана) с выходом 87% и 3-тиа-1,5-диазабицикло[3.2.1]октан (1б) (из 1,2-диаминоэтана) с выходом 85%. При 80°С селективно образуется 5-[2-[1,3,5-дитиазинан-5-ил]-1-метилэтил]-1,3,5-дитиазинан (2а) с выходом 73% (из 1,2-диаминопропана).

Реакция протекает по схеме:

Реакцию проводили при температурах 0°С или 80°С. При температуре 80°С из 1,2-диаминопропана образуется исключительно 5-[2-[1,3,5-дитиазинан-5-ил]-1-метилэтил]1,3,5-дитиазинан (2а) с выходом 73%. При температуре 0°С из 1,2-диаминопропана образуется селективно 6-метил-3-тиа-1,5-диазабицикло[3.2.1]октан (1а) с выходом 87%, а из 1,2-диаминоэтана образуется исключительно 3-тиа-1,5-диазабицикло[3.2.1]октан (1б) с выходом 85%.

Существенные отличия предлагаемого способа:

В предлагаемом способе в качестве исходного соединения используется 1,2-диаминопропан и 1,2-диаминоэтан. Данный способ позволяет селективно получить в зависимости от температуры реакции: при 0°С из 1,2-диаминоэтана 3-тиа-1.5-диазабицикло[3.2.1]октан (1б), при 0°С из 1,2-диаминопропана 6-метил-3-тиа-1.5-диазабицикло[3.2.1] октан (1а), при 80°С из 1,2-диаминопропана 5-[2-[1,3,5-дитиазинан-5-ил]-1-метилэтил]-1,3,5-дитиазинан (2а).

Преимущества предлагаемого способа:

Способ позволяет получать с высокой региоселективностью 6-метил-3-тиа-1,5-диазабицикло[3.2.1]октан (1а), 5-[2-[1,3,5-дитиазинан-5-ил]-1-метилэтил]-1,3,5-дитиазинан (2а), 3-тиа-1,5-диазабицикло[3.2.1]октан (1б), синтез которых в литературе не описан. Способ отличается простотой проведения эксперимента и не требует применения дорогостоящего и высокоочищенного гидросульфида натрия.

Способ поясняется примером:

Пример 1: В стеклянный реактор, снабженный магнитной мешалкой, газоподводящей трубкой и капельной воронкой, помещают 0,06 моль (4,42 мл) формалина (37% водный раствор), барботированием насыщают раствор формалина сероводородом 0,04 моля (0,896 л, 1,36 г) в течение 30 мин, прикапывают при температуре 80°С 0,01 моль (0,74 г) 1,2-диаминопропана, перемешивают 3 часа. Выделяют селективно 5-[2-[1,3,5-дитиазинан-5-ил]-1-метилэтил]-1,3,5-дитиазинан (2а) с выходом 73%. Соединение очищают методом колоночной хроматографии на SiO₂ (элюент гексан:этилацетат, 2:5) R_f 0.78 (проявитель I₂ ). Тпл=94-95°С. В качестве побочных продуктов образуется смесь тритиолана, тетратиепана и непрореагирующего исходного диамина, от которых избавляются с помощью колоночной хроматографии.

Пример 2: В стеклянный реактор, снабженный магнитной мешалкой, газоподводящей трубкой и капельной воронкой, помещают 0,06 моля (4,42 мл) формалина (37% водный раствор), барботированием насыщают раствор формалина сероводородом 0,04 моля (0,896 л, 1,36 г) в течение 30 мин, прикапывают при температуре 0°С 0,01 моль (0,74 г) 1,2-диаминоэтана, перемешивают 3 часа. Выделяют 3-тиа-1.5-диазабицикло [3.2.1]октан (1б) с выходом 85%. Соединение очищали методом колоночной хроматографии на SiO₂ (элюент гексан:этилацетат, 4:3) R_f 0.24 (проявитель I ₂). В качестве побочных продуктов образуется смесь тритиолана, тетратиепана и непрореагирующего исходного диамина, от которых избавляются с помощью колоночной хроматографии.

Пример 3: В стеклянный реактор, снабженный магнитной мешалкой, газоподводящей трубкой и капельной воронкой, помещают 0,06 моля (4,42 мл) формалина (37% водный раствор), барботированием насыщают раствор формалина сероводородом 0,04 моля (0,896 л, 1,36 г) в течение 30 мин, прикапывают при температуре 0°С 0,01 моль (0,74 г) 1,2-диаминопропана, перемешивают 3 часа. Выделяют селективно 6-метил-3-тиа-1,5-диазабицикло[3.2.1]октан (1а) с выходом 87%. Соединение очищали методом колоночной хроматографии на SiO₂ (элюент гексан:этилацетат, 2:5) R_f 0.17 (проявитель I₂ ). В качестве побочных продуктов образуется смесь тритиолана, тетратиепана и непрореагирующего исходного диамина, от которых избавляются с помощью колоночной хроматографии.

Идентификация соединений (1а, б и 2а) выполнена с помощью 1D и 2D ЯМР спектроскопии ¹Н и ¹³С, ГХ-МС и элементного анализа.

Физико-химические характеристики ¹(¹Спектры ЯМР ¹ Н 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 CDCl ₃ и d₆-ДМСО. Хромато-масс-спектральный анализ соединений проводили на приборе Finigan 4021.)

6-метил-3-тиа-1.5-диазабицикло [3.2.1] октана (1а):

Масло темно-желтого цвета, выход при 1:6:4 - 2.54 г (87%), R_f 0.17 (элюент гексан-этилацетат, 2:5). Найдено (%): S 23.17; Н 8.07; С 50.31; N 18.11. C ₆H₁₃N₂S. Вычислено (%): S 22.23; Н 8.39; С 49.96; N 19.42: ИК-спектр, /см^-1: 750, 1100, 1400, 1450, 2850, 2900. ¹Н NMR (CDCl₃ ) 0.91 (д, 3Н-9), ³J=6.8 Hz), 2.38 (дд, 1H, H-7_endo, ² J=12.0, ³J=4.8 Hz), 3.34-3.44 (м, 2Н, Н _а-8, Н-7_ехо), 3.48 (дд, 1H, Н _e-2, ²J=12.5, ⁴ J=1.4 Hz), 3.52 (дд, 1H, Н_е-4, ²J=12.5, ⁴J=1.4 Hz), 3.62 (м, 1Н, Н-6_endo), 3.90 (дт, Н_b -8, ²J=11.1, ⁴J=1.4 Hz), 4.59, 4.60 (д, 2Н, Н_а-2, H _а-4, ²J=12.5 Hz); ¹³C NMR (CDCl₃): 19.57 (С-9), 57.24 (С-6), 57.36 (С-4), 57.67 (С-2), 59.00 (С-7), 73.97 (С-8). Масс-спектр, m/z (I_отн (%)): 144 (64) [М]⁺, 111 (100) [M-SH] ⁺, 69 (36) [CH₂CHNCH ₂N]⁺, 56 (60) [CH ₂CHN(CH₂)]⁺ , 42 (90) [СН₂СНСН₃ ]⁺.

Физико-химические характеристики 3-тиа-1.5-диазабицикло[3.2.1]октана (1б)

Масло желтого цвета, выход при соотношении 1:3:2 - 1.32 г (54%), при 1:6:4 - 2.21 г (85%), R_f 0.24 (элюент гексан-этилацетат, 4:3). Найдено (%): S, 25.29; Н, 7.59; С, 45.57; N, 20.47. C₅H ₁₀N₂S. Вычислено (%): S, 24.63; Н, 7.74; С, 46,10; N, 21.51. ИК-спектр, /см^-1: 770, 1140, 1410, 2850, 2900. ¹Н NMR (CDCl₃) 2.70-2.81 (м, 2Н, H-6_endo, Н-7 _endo), 3.21-3.35 (м, 2Н, Н-6_ехо, Н-7_exo), 3.52 (дд, 2Н, Н _e-2, Н_е-4, ² J=11.2, ⁴J=1.4 Hz), 4.08 (дт, 1H, Н _b-8, ²J=10.9, ⁴ J=1.4 Hz), 4.65 (д, 2Н, Н_а-2, Н _а-4, ²J=12.5 Hz); ¹³С NMR (CDCl₃) 50.07 (С-6,7), 57.20 (С-2,4), 75.80 (С-8). Масс-спектр, m/z (I_отн (%)): 130 [M] ⁺ (100), 97 [M-SH]⁺ (95), 56 [CH ₂CH₂NCH₂] ⁺ (77), 42 [CH₂NCH ₂]⁺ (80).

Физико-химические характеристики 5-[2-[1,3,5-дитиазинан-5-ил]-1-метилэтил]-1,3,5-дитиазинана (2а):

Кристаллы белого цвета, выход 3.50 г (73%), R _f 0.78 (элюент гексан-этилацетат, 2:5) Т _пл=94-95°С. Найдено (%): S, 45.37; Н, 6.23; С, 37.91; N, 9.62. C₉H₁₈N ₂S₄. Вычислено (%): S, 45.4; Н, 6.42; С, 38.26; N, 9.92. ИК-спектр, /см^-1: 700, 1120, 1440, 1450, 2850, 2900. ¹Н NMR (CDCl₃ ): 1.30 (д, 3Н, Н-15, ³J=6.4 Hz), 2.91 (дд, 1Н, Н_а-8, ²J=13.5, ³J=6.3 Hz), 3.28 (дд, 1H, Н _b-8, ²J=13.5, ³ J=6.3 Hz), 3.74 (м, 1H, Н-7), 4.15 (уш.с, 4Н, Н-2,12), 4.58 (уш.с, 8Н, Н-4,6,10,14); ¹³С NMR (CDCl ₃): 16.99. (С-15), 33.76 (С-2), 33.83 (С-12), 48.67 (С-7), 53.23 (С-8), 56.72 (С-4,6), 59.42 (С-10,14); Масс-спектр, m/z (I_отн (%)): 282 [М]⁺ (6), 235 [M-CH₂-SH]⁺ (36), 203 [М-SCH₂SH]⁺ (6), 148 [M-CH₂NCH₂ SCH₂SCH₂] ⁺ (100), 134 [CH₂NCH ₂SCH₂SCH₂] ⁺ (8), 102 [CH₂SCH ₂NCH₂CH₂] ⁺ (13), 70 [NCH₂CHNCH ₃]⁺ (12), 56 [NCH ₂CH₂CH₂] ⁺ (29), 46 [SCH₂] ⁺ (8), 42 [CH₂CHCH ₃]⁺ (24).