способ селективного получения n-[3-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)пропил]-n-[4-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)бутил]амина и n1,n4-бис-[3-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)пропил]-1,4-бутандиамина

Формула изобретения

Способ селективного получения N-[3-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)пропил]-N-[4-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)бутил]амина (1) и N¹,N⁴-бис-[3-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)пропил]-1,4-бутандиамина (2):





включающий взаимодействие амина с насыщенным сероводородом водным раствором формальдегида, отличающийся тем, что в качестве амина используют полиметиленполиамин (спермидин или спермин) при мольном соотношении полиамин:формальдегид:сероводород, равном 1:6:4, и реакцию проводят при температуре 20°С в течение 3 ч.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к органической химии, в частности к способу селективного получения N-[3-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)пропил]-N-[4-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)бутил]амина (1) и N¹,N⁴-бис-[3-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)пропил]-1,4-бутандиамина (2), имеющих формулы:

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

Известен способ (Fr.Pat. 1341792/1963 (Chem. Abs., 1964, 60, 5528d)) получения 5-[2-[1,3,5-дитиазинан-5-ил]этил]-1,3,5-дитиазинана (3), взаимодействием гидросульфида натрия (NaHS) с этилендиамином и формальдегидом по схеме:

Известен способ (Патент РФ № 2333910; БИ № 26, 2008) получения 5-{2-[5-{2-[1,3,5-дитиазинан-5-ил]этил}-4-метил-1,3,5-тиадиазинан-3-ил]этил}-1,3,5-дитиазинана (6), включающий взаимодействие метилтриэтилтетраамина с насыщенным сероводородом водным раствором формальдегида (в соотношении исходных реагентов полиамин : формальдегид : сероводород 1:6:4 при 20°С в водной среде). Выход соединения (6) составляет 63.5%.

Наиболее близким является 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 аминов с формальдегидом и сероводородом. Изв. АН. Сер.хим. 2005, 2, 423) получения 5-[2-[1,3,5-дитиазинан-5-ил]этил]-1,3,5-дитиазинана (3) барботированием сероводорода через смесь формальдегида с этилендиамином (в соотношении исходных реагентов диамин : формальдегид : сероводород 1:6:4). Выход соединения (3) составляет 44% при 80°С.

Таким образом, в литературе отсутствуют сведения о получении N-[3-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)пропил]-N-[4-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)бутил]амина (1) и N¹,N⁴-бис-[3-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)пропил]-1,4-бутандиамина (2).

Перед авторами стояла задача селективного получения N-[3-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)пропил]-N-[4-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)бутил]амина (1) и N¹,N⁴-бис-[3-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)пропил]-1,4-бутандиамина (2).

Поставленная цель достигается взаимодействием насыщенного сероводородом водного раствора формальдегида (37%) с полиметиленполиамином (спермидином или спермином), взятыми в мольном соотношении полиамин : формальдегид : сероводород, равном 1:6:4, при температуре 20°С в водной среде и перемешивании в течение 3 часов. При этом селективно образуются N-[3-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)пропил]-N-[4-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)бутил]амин (1) с выходом 57% или N¹,N⁴-бис-[3-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)пропил]-1,4-бутандиамин (2) с выходом 52%. Реакция протекает по схеме:

Существенные отличия предлагаемого способа:

В предлагаемом способе в качестве исходных соединений используются полиметиленполиамины (спермидин или спермин). Данный способ позволяет селективно получить N-[3-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)пропил]-N-[4-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)бутил]амин (1) или N¹,N⁴-бис-[3-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)пропил]-1,4-бутандиамин (2). В отличие от прототипа (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 аминов с формальдегидом и сероводородом. Изв. АН. Сер.хим. 2005, 2, 423) реакция проводится при комнатной температуре (20°С) и с большим выходом целевых гетероциклов (1, 2).

Преимущества предлагаемого способа

Способ позволяет селективно получить N-[3-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)пропил]-N-[4-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)бутил]амин (1) или N¹,N⁴-бис-[3-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)пропил]-1,4-бутандиамин (2), синтез которых в литературе не описан. Способ отличается простотой проведения эксперимента при комнатной температуре и не требует применения дорогостоящего и высокоочищенного гидросульфида натрия.

Способ поясняется примерами.

Пример 1. В стеклянный реактор, снабженный магнитной мешалкой, барботером, капельной воронкой и термостатированный при заданной температуре, помещают 6 молей формалина (37% водный раствор). Барботированием насыщают раствор формалина сероводородом в течение 30 мин. Затем при температуре 20°С добавляют по каплям 1 моль спермидина, разбавленного дистиллированной водой. Перемешивают 3 часа. Полученную смесь экстрагируют хлороформом. Из водно-спиртовой фазы при стоянии осаждается N-[3-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)пропил]-N-[4-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)бутил]амин (1) с выходом 57%.

Пример 2. В стеклянный реактор, снабженный магнитной мешалкой, барботером, капельной воронкой и термостатированный при заданной температуре, помещают 6 молей формалина (37% водный раствор). Барботированием насыщают раствор формалина сероводородом в течение 30 мин. Затем при температуре 20°С добавляют по каплям 1 моль спермина, разбавленного дистиллированной водой. Перемешивают 3 часа. Полученную смесь экстрагируют хлороформом. Из водно-спиртовой фазы при стоянии осаждается N¹,N⁴-бис-[3-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)пропил]-1,4-бутандиамин (2) с выходом 52%.

Спектральные характеристики N-[3-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)пропил]-N-[4-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)бутил]амина (1). Температуры плавления определяли на приборе РНМК 80/2617. ИК-спектры зарегистрированы на спектрофотометре "Specord 75 IR" в суспензии в вазелиновом масле. Элементный анализ образцов определяли на анализаторе фирмы Karbo Erba, модель 1106. Криоскопические определения (Мкр) проводили по методу Раста. Масс-спектры высокого разрешения APCI (Atmospheric Pressure Chemical Ionization) снимали на приборе Shimadzu LCMS 2010 EV с ионизирующим напряжением 1,5 кВ. Спектры ЯМР ¹Н и ¹³ С зарегистрированы на спектрометре "Jeol FX 90Q" (89,55 и 22,50 МГц, внутренний стандарт Me₄Si, растворитель CDCl₃).

Белое кристаллическое вещество. Т.пл. 97-99°С. ИК-спектр, , см^-1: 720, 1090, 1160, 1350, 1450, 2900, 3400. Найдено (%): С 43.20; Н 7.50; N 12.32; S 36.0. C₁₃ H₂₇N₃S₄. Вычислено (%):С 44.15; Н 7.70; N 11.88; S 36.27. М_кр=360 (найдено). М _кр=353 (вычислено). Масс-спектр, m/z: 371 (10) [М +Н ₂O]⁺, 279 (10) [M-CH₂SCH₂ S+H₂O]⁺, 171 (26) [M-(CH₂SCH ₂S)₂+2H]⁺, 161 (100) [M-(CH₂ SCH₂SCH₂)₂+H₂O+2H] ⁺, 111 (60) [M-(CH₂SCH₂SCH₂ N)₂CH₂+2H]⁺. Спектр ЯМР ¹Н ( , м.д., CDCl₃): 0.40 (с, 1Н, NH (10)); 0.72 (д, 2Н, СН₂(13)); 1.11 (с, 2Н, СН₂(12)); 2.04 (с, 2Н, СН₂(8)); 2.45 (с, 2Н, СН₂(9)); 2.88 (с, 2Н, СН₂(11)); 3.21(с, 2Н, СН₂(14)); 3.48 (с, 2Н, СН₂(7)); 3.69 (уш.с, 4Н, СН₂ (4,6)); 3.88 (уш.с, 2Н, СН₂(2)); 3.97 (уш.с, 4Н, СН ₂(16,20)); 4.28 (уш.с, 2Н, СН₂(18)). Спектр ЯМР ¹³С ( , м.д.): 24.57 (т, С-8); 26.27 (т, С-12); 26.43 (т, С-13); 33.10 (т, С-2); 33.66 (т, С-18); 46.62 (т, С-9); 48.05 (т, С-11); 50.04 (т, С-7); 52.15 (т, С-14); 57.82 (т, С-4, С-6); 58.67 (т, С-16, С-20).

Спектральные характеристики N¹ ,N⁴-бис-[3-(1,3,5-дитиазинан-5-ил)пропил]-1,4-бутандиамина (2). Температуры плавления определяли на приборе РНМК 80/2617. ИК-спектры зарегистрированы на спектрофотометре "Specord 75 IR" в суспензии в вазелиновом масле. Элементный анализ образцов определяли на анализаторе фирмы Karbo Erba, модель 1106. Кроископические определения (Мкр) проводили по методу Раста. Масс-спектры высокого разрешения APCI (Atmospheric Pressure Chemical Ionization) снимали на приборе Shimadzu LCMS 2010 EV с ионизирующим напряжением 1,5 кВ. Спектры ЯМР ¹Н и ¹³ С зарегистрированы на спектрометре "Jeol FX 90Q" (89,55 и 22,50 МГц, внутренний стандарт Me₄Si, растворитель CDCl₃).

Белое кристаллическое вещество. Т.пл. 134-135°С. ИК-спектр, , см^-1: 680, 710, 1100, 1380, 1450, 2900, 3300. Найдено (%): С 45.9; Н 8.50; N 12.26; S 31.4. C₁₆H ₃₄N₄S₄. Вычислено (%): С 46.79; Н 8.34; N 13.64; S 31.23. М_кр=385 (найдено). М_кр =410.7 (вычислено). Масс-спектр, m/z: 411 (10) [М+H]⁺ 319 (10) [M-SCH₂SCH₂+H]⁺, 271 (10) [M-CH₃SCH₂SCH₂SH+H] ⁺, 256 (10) [M-CH₃SCH₂SCH₂ SCH₃]⁺, 169 (70) [M-(CH₃SCH ₂SCH₂N)₂+H]⁺, 85 (100) [M-(CH₃SCH₂SCH₂N)₂ (CH₂)₆+H]⁺. Спектр ЯМР ¹Н ( , м.д., CDCl₃): 1.09 (уш.с, 4Н, СН₂ (12,13)); 1.37 (уш.с, 4Н, СН₂ (8,17)); 2.43 (уш.с, 8Н, СН₂ (9,11,14,16)); 2.92 (уш.с, 4Н, СН₂ (7,18)); 3.99 (уш.с, 8Н, СН₂ (4,6,20,24)); 4.30 (уш.с, 4Н, СН₂ (2,22)). Спектр ЯМР ¹³С ( , м.д.): 22.91 (т, С-12, С-13); 24.70 (т, С-8, С-17); 33.66 (т, С-2, С-22); 46.23 (т, С-11, С-14); 50.10 (т, С-9, С-16); 52.35 (т, С-7, С-18); 57.98 (т, С-4, С-6, С-20, С-24).