2,4,6-триазидотолуол и способ его получения

Формула изобретения

1. 2,4,6-Триазидотолуол формулы (I)



в качестве кросс-сшивающего реагента.

2. Способ получения 2,4,6-триазидотолуола формулы (I)



из ароматического триамина диазотированием в кислой среде с получением диазониевой соли и последующим азидированием этой соли, отличающийся тем, что диазотирование и азидирование проводят в разбавленной соляной кислоте, а процесс ведут при температуре от -5 до +5°С.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к 2,4,6-триазидотолуолу формулы (I) и способу его получения.

Органические азиды широко используются в медицине в качестве противовирусных препаратов, в первую очередь при лечении синдрома приобретенного иммунного дефицита (СПИДа), а также в молекулярной биологии и полимерной химии в качестве фотоаффинных и кросс-сшивающих реагентов и в электронике в качестве фоторезистов (Е. F. V.Scriven, К.Turnbull, Chem. Rev., 1988, 88, 297; S.A.Fleming, Tetrahedron, 1995, 51, 12479; M. И. Добриков, Успехи химии, 1999, 68, 1062). Одним из таких азидов является 2,4,6-триазидопиримидин, обладающий высокой противоопухолевой активностью (А.В.Починок, Н.И.Шарыкина, Т.А.Бухтиярова, Физиологически активные вещества, 1990, 22, 76). Недостатком данного триазида является его очень высокая чувствительность к механическим воздействиям, из-за чего получение данного триазида даже в граммовых количествах чрезвычайно опасно и технологически затруднено (С.Ye, Н.Gao, J.A.Boatz et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2006, 45, 7262). Тот же недостаток присущ и многим другим органическим триазидам, например 2,4,6-триазидо-сим-триазину (М. Н. V. Huynh, М. A. Hiskey, Е. L. Hartline et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2004, 43, 4924), 2,5,8-триазидо-сим-гептазину (D. R. Miller, D. C. Swenson and E. G. Gillan, J. Amer. Chem. Soc., 2004, 126, 5372), 1,3,5-триазидо-2,4,6-тринитробензолу и его мононитро- и динитрозамещенным производным (D.Adam, К.Karaghiosoff, Т.М.Klapotke et al., Propellants, explosives, pyrotechnics, 2002, 27, 7).

Наиболее близким по строению является 1,3,5-триазидобензол, запатентованный в качестве кросс-сшивающего реагента для вулканизации полимеров (D.S.Breslow, A.F.Marcantonio, US Pat. 3297674; Chem. Abstrs., 1967, 66, 56182). Недостатком этого соединения является его низкая стабильность при комнатной температуре и технологическая сложность получения, включающего взрывоопасную стадию нитрования бензола до тринитробензола, каталитическое восстановление тринитробензола до очень нестабильного триаминобензола и диазотирование-азидирование последнего до 1,3,5-триазидобензола. Вседствие низкой стабильности и технологической сложности получения, промежуточные 1,3,5-тринитробензол и 1,3,5-триаминобензол, а также конечный 1,3,5-триазидобензол остаются коммерчески недоступными соединениями, промышленное производство которых технологически затруднено.

Задачей настоящего изобретения является разработка неизвестного из литературных и патентных данных 2,4,6-триазидотолуола формулы (I) в качестве нового кросс-сшивающего реагента.

Также задачей изобретения является способ получения соединения формулы (I) из легкодоступных исходных соединений.

Поставленная задача решается новым химическим соединением 2,4,6-триазидотолуола формулы (I)

в качестве кросс-сшивающего реагента.

Также задача решается способом получения 2,4,6-триазидотолуола формулы (I)

из ароматического триамина диазотированием в кислой среде с получением диазониевой соли и последующим азидированием этой соли, в котором диазотирование и азидирование проводят в разбавленной соляной кислоте, а процесс ведут при пониженной температуре.

Сущность изобретения заключается в следующем. Для получения целевого продукта можно использовать как свободный 2,4,6-триаминотолуол, так и его соли с различными минеральными кислотами (НСl, H₂SO₄, HNO ₃). В способе получения берут различные минеральные кислоты для подкисления реакционной смеси, процентная концентрация которых может изменяться от 10 до 30%, процесс проводят в температурном режиме реакции диазотирования-азидирования 2,4,6-триаминотолуола от -5 до +5°С.

В способе получения целевого продукта проводилась стадия диазотирования-азидирования 2,4,6-триаминотолуола, который получали восстановлением коммерчески доступного 2,4,6-тринитротолуола известным способом (S. A. Shevelev, А. К. Shakhnes, В. I. Ugrak et al., Synth. Commun., 2001, 31, 2557).

В отличие от нестабильных и коммерчески недоступных 1,3,5-тринитробензола, 1,3,5-триаминобензола и 1,3,5-триазидобензола, их метилзамещенные производные (2,4,6-тринитротолуол, 2,4,6-триаминотолуол и 2,4,6-триазидотолуол) являются намного более стабильными соединениями, а 2,4,6-тринитротолуол (тротил) промышленно производится в крупных масштабах. Существенно более высокая стабильность и простота способа получения заявленного 2,4,6-триазидотолуола по сравнению с таковыми для 1,3,5-триазидобензола обеспечивают преимущества первого в качестве потенциального кросс-сшивающего реагента для вулканизации полимеров.

Кросс-сшивание (вулканизация) полимеров широко используется в промышленности для придания полимерам полезных химических и физических свойств, например повышенной упругости, повышенной механической прочности и износоустойчивости, повышенной устойчивости к действию растворителей. Наиболее распространенными вулканизаторами служат различные серусодержащие соединения и пероксиды, общим недостатком которых является их очень низкая эффективность вулканизации полимеров на основе высоких алфа-олефинов, таких как полипропилен или полиизобутилен. Таких недостатков лишены ароматические полиазиды, например 1,3,5-триазидобензол (D.S.Breslow, A.F.Marcantonio, US Pat. 3297674; Chem. Abstrs., 1967, 66, 56182). Процесс вулканизации включает растворение исходного полимера и добавку ароматического азида в подходящем растворителе, тщательное перемешивание раствора при комнатной температуре, выпаривание растворителя и термическую обработку сухого остатка при заданной температуре. В качестве исходных полимеров могут использоваться все виды полимеров на основе высоких алфа-олефинов: линейные, атактические, изотактические, кристаллические и нелинейные аморфные полимеры. Добавка триазида может варьироваться от 0,001 до 30% от веса исходного полимера. Температура вулканизации может варьироваться от температуры плавления триазида (100°С) до 300°С. Кросс-сшивающие свойства органических азидов N ₃-Ar-N₃ основаны на их способности термически разлагаться с выделением молекул азота и образованием высокореакционных соединений одновалентного азота N-Ar-N, называемых нитренами. Такие нитрены взаимодействуют с окружающими молекулами полимера R₃CH, образуя ковалентные связи R₃C-NH-Ar-NH-CR ₃. Образование сшивок R₃C-NH-Ar-NH-CR₃ в полимере понижает растворимость полимера в органических растворителях, что позволяет количественно измерять эффективность процесса кросс-сшивания. Так, например, процент модифицированного кросс-сшиванием полимера определяют гравиметрически из уравнения N=(W_d/W ₀)·100%, где W₀ - вес исходного полимера, a W_d - вес сухого остатка полимера (геля), который не растворяется в растворителе после проведения реакции кросс-сшивания. Число сшивок в объеме полимера (плотность сшивок v, измеряемая в моль/см³) оценивают с помощью уравнения q=1+(W _g/W_d-1)d_p/d_s, где q - отношение набухания, W_g - вес пропитанного растворителем геля, W_d - вес сухого геля, d_p - плотность полимера, d_s - плотность растворителя. Величина q связана с величиной v уравнением Флори-Рехнера (B.S.Min, S.W.Ко, Macromolecular research, 2007, 15, 225). Например, значение q=5,33 примерно соответствуют значению v=0,00033 моль/см³ . Это означает, что полимер с первоначальной массой М=12000 получает примерно 3 сшивки на каждую молекулу, а звенья между сшивками имеют среднюю массу М_с=4200.

Изобретение характеризуется следующими примерами.

Пример 1. К перемешиваему и охлажденному до 0°С раствору 2,77 г (10 ммоль) тригидрохлорида 2,4,6-триаминотолуола в 150 мл 20% соляной кислоты добавляли по каплям раствор 3,1 г (35 ммоль) нитрита натрия в 10 мл воды и затем раствор 2,93 г (35 ммоль) азида натрия в 10 мл воды. Полученную смесь перемешивали 30 мин при 0°С, после чего температуру смеси повышали до комнатной. К раствору добавляли 200 мл воды и полученную смесь экстрагировали тремя порциями диэтилового эфира по 80 мл. Объединенные фракции сушили над безводным Na₂SO₄, после чего растворитель отгоняли при пониженном давлении. Твердый остаток перекристаллизовывали из смеси гексан-бензол. Получали 2,4,6-триазидотолуол с т. пл. 103-104°С в виде светло-желтых кристаллов. Вес 1,76 г (82%). Найдено (%): С 39,32, Н 2,44, N 58,24; C₇H₅ N₉. Вычислено (%): С 39,07, Н 2,34, N 58,59. ИК-спектр (микрокристаллическая пленка, v, см^-1): 2961 и 2854 (С-Н), 2108 (N₃), 1580, 1571, 1490, 1419, 1339, 1266, 1102, 1019, 961, 815, 702, 590, 532. Спектр ЯМР ¹Н (200 МГц, CDCl₃, , м.д.): 1,93 (с, 3Н), 6,48 (с, 2Н). Спектр ЯМР ¹³ С (100,6 МГц, CDCl₃, , м.д.): 10,0 (Me), 103,5 (С-3,5), 117,3 (С-1), 138,4 (С-4), 140,3 (С-2,6). УФ-спектр ( _max, nm (log )): 318 (3,24), 308 (3,32), 245 (4,30), 212 (3,87). Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ, m/z (%)): 215 (13), 187 (10), 104 (8), 77 (15), 66 (73), 63 (22), 52 (100), 51 (33), 39 (68).

Пример 2. К перемешиваемому и охлажденному до 0°С раствору 5,0 г (10 ммоль) дисульфата 2,4,6-триаминотолуола в 150 мл 15% серной кислоты добавляли по каплям раствор 3,1 г (35 ммоль) нитрита натрия в 10 мл воды и затем раствор 2,93 г (35 ммоль) азида натрия в 10 мл воды. Полученную смесь перемешивали 30 мин при 0°С, после чего температуру смеси повышали до комнатной. К раствору добавляли 200 мл воды и полученную смесь экстрагировали тремя порциями диэтилового эфира по 80 мл. Объединенные фракции сушили над безводным Nа₂SO₄, после чего растворитель отгоняли при пониженном давлении. Твердый остаток перекристаллизовывали из смеси гексан-бензол. Получали 2,4,6-триазидотолуол с т. пл. 103-104°С. Вес 1,80 г (84%). Найдено (%): С 39,32, Н 2,44, N 58,24; C₇H₅N₉. Вычислено (%): С 39,07, Н 2,34, N 58,59.

Пример 3. Навеску 0,33 г полипропилена (М=12000, т. пл. 157°С, d_p=0,902 г/см³) и 0,02 г триазидотолуола растворяли в 11 мл толуола (d_s=0,865 г/см³), раствор перемешивали при комнатной температуре в течение 2 ч, после чего растворитель отгоняли при пониженном давлении. Сухой остаток в течение 1 ч выдерживали в печи при 180°С. Характеристики вулканизированного полимера (золь-гелевый анализ в толуоле при 80°С): N=62,2%, q=5,65, М_с=4500, v=0,0003 моль/см³.

Пример 4. Навеску 0,33 г полипропилена (М=12000, т. пл. 157°С, d_p=0,902 г/см³) и 0,03 г триазидотолуола растворяли в 11 мл толуола (d_s=0,865 г/см³), раствор перемешивали при комнатной температуре в течение 2 ч, после чего растворитель отгоняли при пониженном давлении. Сухой остаток в течение 1 ч выдерживали в печи при 200°С. Характеристики вулканизированного полимера (золь-гелевый анализ в толуоле при 80°С): N=64,4%, q=4,72, М_с =3300, v=0,00038 моль/см³.

Таким образом, предлагаемый способ получения позволяет достичь цели изобретения и получить с высоким выходом 2,4,6-триазидотолуол в качестве нового кросс-сшивающего реагента для вулканизации полимеров, который значительно превосходит по стабильности свой ближайший аналог, 1,3,5-триазидобензол. Разработанный способ получения 2,4,6-триазидотолуола основан на использовании коммерчески доступных исходных соединений и технологически относительно прост и безопасен в отличие от способа получения 1,3,5-триазидобензола. 2,4,6-Триазидотолуол является эффективным реагентом для кросс-сшивания полипропилена, не уступающим по эффективности 1,3,5-триазидобензолу.