способ получения n,n-диметил-(3-карбамоил)-1,3-тиазетидина

Формула изобретения

Способ селективного получения N,N-диметил-(3-карбамоил)-1,3-тиазетидина формулы I:

отличающийся тем, что насыщенный сероводородом водный раствор формальдегида подвергают взаимодействию с водным раствором N,N-диметилмочевины в мольном соотношении N,N-диметилмочевина:формальдегид:сероводород, равном 1:3:2, при температуре 0-50°С, постоянном перемешивании в течение 6 ч и очищают на хроматографической колонке на SiO ₂, элюент - петролейный эфир-этилацетат-диэтиловый эфир в соотношении 2:2:1.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, а именно к способу синтеза N,N-диметил-(3-карбамоил)-1,3-тиазетидина I формулы:

Представленное соединение может найти применение в качестве модифицированного селективного сорбента и экстрагента благородных и драгоценных металлов (Муринов Ю.И., Майстренко В.Н., Афзалетдинова Н.Г. Экстракция металлов S,N-органическими соединениями, Наука, М., 1993, с 192).

Синтезы N,N-диметил-(3-карбамоил)-1,3-тиазетидина на основе N,N-диметилмочевины в литературе не описаны.

Известно, что тиометилированием N-метиленциклогексиламина, N-метиленбензиламина, p-метокси-N-метиленбензиламина и 2,4,6-триметил-N-метиленбензиламина получены соответствующие 1,3,5-тиадиазинаны II, которые далее вступают в реакцию с СН₂О и H ₂S, образуя преимущественно замещенные 1,3-тиазетидины III и небольшое количество пергидро-1,3,5-дитиазинов IV [Braithwaite E.R., Graymore J. Part I. J. Chem. Soc. 1950, №2. P.208-210]. Ниже приведена схема механизма образования II÷IV, исходя из первичных аминов, Н₂S и СН ₂О.

Ле Февром [Le Fevre C.S., Le Fevre R.I.W. J. Chem. Soc. - 1932. - P. 1142-1148] из СН₃ NH₂, Н₂S и СН ₂O было получено соединение C₃H ₇NS V, из которого затем медленно происходило диспропорционирование в 1,3,5-дитиазинан (СН₂) ₃S₂NCH₃ VI.

2-Алкил- и 2-аралкил-тиазетидины VII получают действием сероводорода и формальдегида на метиленимины [Общая органическая химия. Под ред. Д.Бартона, У.Д.Оллиса. Пер. с англ. М.: Химия. 1982. Т.3. С. 734].

Перечисленными выше способами не может быть получен N,N-диметил-(3-карбамоил)-1,3-тиазетидин I из N,N-диметилмочевины с формальдегидом и сероводородом.

Синтез N,N-диметил-(3-карбамоил)-1,3-тиазетидина I осуществляется взаимодействием водного раствора N,N-диметилмочевины со смесью сероводород - формальдегид (37% водный раствор) при мольном соотношении N,N-диметилмочевина:формальдегид: сероводород = 1:3:2, температуре 0-50°С и постоянном перемешивании в течение 6 часов с последующей очисткой на хроматографической колонке на SiO₂, элюент - петролейный эфир:этилацетат:диэтиловый эфир в соотношении 2:2:1. Образующийся N,N-диметил-(3-карбамоил)-1,3-тиазетидин I представляет собой кристаллический продукт с т.пл. 45-46°С. Реакция протекает с выходом 57-85% по следующей схеме:

Отличия предлагаемого способа

На основании предложенного способа можно селективно получать N,N-диметил-(3-карбамоил)-1,3-тиазетидин I из N,N-диметилмочевины с участием формальдегида и сероводорода. Предлагаемый способ технологически прост, в качестве растворителя используется вода, процесс не требует энергозатрат, и не образуются токсичные отходы.

Преимущества предлагаемого способа

На основании предложенного способа можно селективно получать N,N-диметил-(3-карбамоил)-1,3-тиазетидин I с выходом до 85%, синтез которого в литературе не описан.

Спектральные характеристики N,N-диметил-(3-карбамоил)-1,3-тиазетидина (I):

Выход 85%, т.пл. 45-46°С. R f 0.18 (элюент - петролейный эфир:этилацетат:диэтиловый эфир, 2:2:1). ИК-спектр, /см-1: 735, 1025, 1395-1480, 1620, 2905. Спектр ЯМР 1Н ( , м.д.): 2.90 (с, 6Н, Н3С(7,8)); 4.44 (с, 4Н, Н2С(2,4)); Спектр ЯМР 13С ( , м.д.): 36.24-36.31 (м, С(7,8)); 50.34 (т. С(2,4)); 155.35 (с, С(5)). Масс-спектр, m/z (Iотн., %): 146 (84) [M]+, 113 (43) [M-S] +; 99 (32) [M-CH2S] +; 89 (57) [M-H3CNCO] +; 72 (22) [M-NCH2SCH 2]+; 42 (100) [CH 2S]+. Вычислено (%): С, 41.09; Н, 6.85; N, 19.17; S, 21.92. C5H 10N2OS. Найдено (%): С, 40.11; Н, 7.13; N, 18.89; S,23.57.

* - Спектры ЯМР 1Н, 13 С зарегистрированы на спектрометре "Jeol FX 90Q" (89.55 и 22.50 МГц), внутренний стандарт ТМС, растворитель ДМСО-d 6. ИК-спектры снимали на спектрометре "Specord 75 IR" в суспензии в вазелиновом масле. ГХ-МС анализ проведен на приборе «Finnigan 4021». Элементный анализ образцов определяли на элементном анализаторе фирмы Karlo Erba, модель №1106. Максимальная погрешность определения 2.0% отн. Для полученного соединения приведена температура плавления, определенная на приборе РНМК 80/2617.

Способ поясняется примерами.

ПРИМЕР 1. В стеклянный реактор, снабженный магнитной мешалкой, обратным холодильником, газопроводящей трубкой и капельной воронкой, при температуре 50°С помещают 3 моля формальдегида (37% водный раствор), барботированием насыщают раствор формальдегида сероводородом в течение 1 часа. Затем прикапывают 1 моль водного раствора N,N-диметилмочевины в реактор с насыщенным сероводородом формалином и перемешивают 5 часов, поддерживая необходимую температуру (50°С). Полученный N,N-диметил-(3-карбамоил)-1,3-тиазетидин очищают на хроматографической колонке на SiO₂ , элюент - петролейный эфир:этилацетат:диэтиловый эфир в соотношении 2:2:1. Выход 85%.

ПРИМЕР 2. Аналогично примеру 1, температура 0°С. Выход 57%.