способ получения n-арил-1,3,5-дитиазинанов

Формула изобретения

Способ получения N-арил-1,3,5-дитиазинанов общей формулы (1):



где Ar=фенил (а), 4-метоксифенил (b), 2-нитрофенил (с),

характеризующийся тем, что ариламины (Ar-NH ₂) подвергают взаимодействию с N-метил-1,3,5-дитиазинаном в присутствии катализатора кристаллогидрата нитрата самария (Sm(NO ₃)₂·6H₂O), взятыми в мольном соотношении ариламин: N-метил-1,3,5-дитиазинан: Sm(NO₃ )₂·6H₂O=10:(10-12):(0.3-0.7), в атмосфере аргона в хлороформе в качестве растворителя при комнатной температуре (20-21°С) и атмосферном давлении в течение 3-5 ч.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к органической химии, конкретно способу получения N-арил-1,3,5-дитиазинанов общей формулы (1)

где Ar=фенил (a), 4-метоксифенил (b), 2-нитрофенил (c).

Соединения дитиазинанового ряда (1) могут найти применение в качестве биологически активных веществ, например лекарственных препаратов с антибактериальными, антигрибковыми, антивирусными свойствами, комплексообразователей, селективных сорбентов и экстрагентов драгоценных металлов, специальных реагентов для подавления жизнедеятельности бактерий в различных средах [Патент РФ 2160233. Бюл. № 34 (2000); А.С.Заседателев, А.Л.Жузе, К.Циммер, С.Л.Гроховский, В.Г.Туманян, Г.В.Гурский, Б.П.Готтих. ДАН СССР, 1976, 4, с.1006; R.B.Pawar, V.V.Mulwad. ХГС, 2004, 2, с.2570; Ю.И.Муринов, В.Н.Майстренко, Н.Г.Афзалетдинова. Экстракция металлов S, N-органическими соединениями, Наука, М., 1993, с.192; А.В.Богатский, Н.Г.Лукьяненко, Ю.А.Попков, К.С.Захаров, В.М.Варавва. ЖОрХ, 1981, 5, с.1063].

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, с.1722) получения N-арил-1,3,5-дитиазинанов общей формулы (2) в смеси с N,N-диарил-1,3,5-тиадиазинанами (3), N-арил-1,3,5-оксотиазинанами (4), N-арил-1,3-тиазетидинами (5) взаимодействием ароматических м-, n-толуидинов, о-, м-, n-анизидинов, n-ксилидина со смесью водного формальдегида (37%) и сероводорода (H₂S) по схеме:

Известный способ основан на применении водного формальдегида (CH₂O), который является сильным лакриматором, а также чрезвычайно токсичного сероводорода (H ₂S). В известном способе наряду с целевыми N-арил-1,3,5-дитиазинанами (2) образуются побочные продукты (3)-(5).

Известен способ (В.Р.Ахметова, Г.Р.Надыргулова, С.Р.Хафизова, Т.В.Тюмкина, А.А.Яковенко, М.Ю.Антипин, Л.М.Халилов, Р.В.Кунакова, У.М.Джемилев. Взаимодействие аминофенолов с формальдегидом и сероводородом. Изв. АН. Сер. хим., 2006, № 3, с.305) получения N-арил-1,3,5-дитиазинанов (6) взаимодействием соответственно o-, n-аминофенолов, водного формальдегида (37%) и сероводорода при температуре 40°C по схеме:

Известный способ не технологичен, так как предполагает применение водного формальдегида, который является сильным лакриматором, а также газообразного и чрезвычайно токсичного сероводорода, который при высокой концентрации не имеет запаха, но даже однократное его вдыхание может вызвать мгновенную смерть.

Таким образом, в литературе отсутствуют сведения по селективным способам получения N-арил-1,3,5-дитиазинанов общей формулы (1) с использованием нетоксичных и технологичных для практического применения исходных реагентов.

Предлагается новый способ получения N-арил-1,3,5-дитиазинанов общей формулы (1) без применения газообразных и токсичных исходных реагентов.

Сущность способа заключается во взаимодействии N-метил-1,3,5-дитиазинана с ариламинами общей формулы Ar-NH₂, где Ar=фенил.(а), 4-метоксифенил (b), 2-нитрофенил (c), в присутствии в качестве катализатора кристаллогидрата нитрата самария (Sm(NO₃ )₂ 6H₂O), взятыми в мольном соотношении Ar-NH ₂ : N-метил-1,3,5-дитиазинан: Sm(NO₃)₂ 6H₂O=10:(10-12):(0.3-0.7), предпочтительно 10:11:0.5, в хлороформе в качестве растворителя при комнатной температуре (20-21°C) и атмосферном давлении в течение 3-5 ч, предпочтительно 4 ч. Общий выход N-арил-1,3,5-дитиазинанов общей формулы (1) составляет 69-86%. Реакции протекают по схеме:

где Ar=фенил (a), 4-метоксифенил (b), 2-нитрофенил (c).

Целевые продукты (1) образуются только лишь с участием соответствующих первичных ариламинов и N-метил-1,3,5-дитиазинана. В присутствии других аминов (например, вторичные амины, алкиламины, , -диамины) или других метилзамещенных гетероциклов (например, N-метил-1,3,5-тиадиазинан, N-метил-1,3,5-гексагидротриазин) целевые продукты (1) не образуются. Изменение соотношения исходных реагентов в сторону увеличения содержания N-метил-1,3,5-дитиазинана по отношению к исходному ариламину не приводит к существенному повышению выхода целевых продуктов (1).

Проведение указанной реакции в присутствии катализатора Sm(NO₃)₂ 6H₂O больше 0.7 мол.% не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1). Использование катализатора Sm(NO₃)₂ 6H₂O менее 0.3 мол.% снижает выход (1), что связано, возможно, со снижением каталитически активных центров в реакционной массе. Реакции проводили при температуре 20°C. При более высокой температуре (например, 60°C) снижается селективность реакции и увеличиваются энергозатраты. При меньшей температуре (например, 0°C) снижается скорость реакции. Реакции проводили в хлороформе, что связано с хорошей растворимостью 1,3,5-дитиазинанов (1) в хлороформе.

Существенные отличия предлагаемого способа

В предлагаемом способе используются N-метил-1,3,5-дитиазинан и каталитические количества Sm(NO₃)₂ 6H₂O. Реакция идет при комнатной температуре (20-21°C) с селективным образованием целевых продуктов (1).

В известных способах используются водный раствор формальдегида и газообразный сероводород. Для проведения реакции необходим нагрев, реакции идут неселективно, что связано с трудностями дозирования газообразного H₂S.

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами.

Способ позволяет получать с высокой селективностью N-арил-1,3,5-дитиазинаны общей формулы (1) с использованием нетоксичных и технологичных для практического применения исходных реагентов. Реакция протекает при комнатной температуре (20-21°C).

Способ поясняется примерами.

Пример 1. В стеклянный реактор, установленный на магнитной мешалке, в атмосфере аргона помещают 5 мл хлороформа в качестве растворителя, 10 ммолей анилина, 11 ммолей N-метил-1,3,5-дитиазинана, 0.5 ммолей катализатора Sm(NO ₃)₂ 6H₂O, перемешивают 4 ч при комнатной температуре (20-21°C). Из реакционной массы выделяют N-фенил-1,3,5-дитиазинан (1а) с выходом 79%. Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице.

№ № п/п	Исходный ариламин	Соотношение ариламин:N-метил-1,3,5-дитиазинан:[Sm], ммоль	Время реакции, час	Выход (1), %
1	анилин	10:11:0.5	4	79
2	анилин	10:12:0.5	4	82
3	анилин	10:10:0.5	4	73
4	анилин	10:11:0.7	4	86
5	анилин	10:11:0.3	4	69
6	анилин	10:11:0.3	5	84
7	анилин	10:11:0.3	3	71
7	2-нитроанилин	10:11:0.5	4	82
11	4-метоксианилйн	10:11:0.5	4	80

Реакции проводили в хлороформе при комнатной температуре (20-21°C).

Спектральные характеристики N-арил-1,3,5-дитиазинанов (1).

N-Фенил-1,3,5-дитиазинан (1a), т. пл. 165-167°C. Спектры ¹H ЯМР (80 MHz), , м.д.: 4.27 (с, 2H, C(2)H₂), 4.96 (с, 4H, C(4)H ₂, C(6)H₂), 7.01-7.41 (м, 5H, Ar). Спектры ¹³C ЯМР (22.5 MHz), , м.д.: 34.7 (т, C(2)), 56.4 (т, C(4), C(6)), 117.3 (д, C(12), C(18)), 120.4 (д, C(10)), 129.4 (д, C(11), C(9)), 144.7 (с, C(7)). Масс-спектр, m/z (Iотн., %): 197 [M]⁺(55), 151 [M-CH₂S]⁺(13), 119 [M-SCH₂ S]⁺(45), 105 [М-SCH₂SCH₂] ⁺(100), 91 [M-SCH₂SCH₂CH₂ ]⁺(58), 77 [C₆H₅]⁺ (15).

5-(4-Метоксифенил)-1,3,5-дитиазинан (2b), т. пл. 112-113°C (ср. лит.109-110°C, С.Р.Хафизова, В.Р.Ахметова, Р.В.Кунакова, У.М.Джемилев, Изв. АН. Сер. хим., 2003, 8, с.1722).

5-(2-Нитрофенил)-1,3,5-дитиазинан (1c), т.пл. 260-262°C. Спектры ¹H ЯМР (80 MHz), , м.д.: 3.38 (с, 2H, C(2)H₂), 4.75 (с, 4H, C(4)H ₂, C(6)H₂), 6.74 (т, 1H, C(10)H, J 7.4 Hz), 7.13 (д, 1H, C(12)H, J 7.4 Hz), 7.55 (т, 1H, C(11)H, J 7.4 Hz), 8.06 (д, 1H, C(9)H, J 7.4 Hz). Спектры ¹³C ЯМР (22.5 MHz), , м.д.: 43.0 (т, C(2)), 63.4 (т, C(4), C(6)), 115.6 (д, C(10)), 116.2 (д, C(12)), 126.1 (д, C(9)), 135.9 (д, C(11)), 143.0 (с, C(8)), 143.3 (с, C(7)). Найдено (%): C 44.84; H 4.33; N 11.05; S 25.97. C₉H₁₀N₂O ₂S₂. Вычислено (%): C 44.61; H 4.16; N 11.56; S 26.47.