способ получения 2-(фурил-2)-1,3-имидазолидинов

Формула изобретения

Способ получения 2-(фурил-2)-1,3-имидазолидинов общей формулы I



где R - алкил,

взаимодействием N,N" - ди(алкиламино)этанов формулы II

RHNCH₂CH₂NHR,

где R имеет указанные значения,

с фурфуролом, отличающийся тем, что процесс проводят при мольном соотношении компонентов, равном 1: 1, при комнатной температуре в присутствии 10%-ной серной кислоты в количестве 2 мл на 1 моль фурфурола.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области органической химии, конкретно к способу получения 2-(фурил-2)-1,3-имидазолидинов, обладающих, подобно 2-(фурил-2)-1,3-диоксациклоалканам, высокой биологической активностью [Зеликман З.И., Шкребец А.И., Кульневич В.Г. Химия гетецикл. соед. - 1997. - N 3. - С. 291].

Описан синтез 2-R-1,3-динафтилимидазолидинов из N,N"- динафтилэтилендиаминов. Реакцию проводят в бензоле в присутствии молекулярных сит (48 ч, 20^oC) или в безводном метаноле (7 дней, 20^oC) [Schonberg A., Singer E., Eckert P. 2-Substiturte 1,3-Dinaphtylimidazolidine aus N,N"-Dinaphtylethylendiaminen//Chem. Ber. - 1980. - B. 113, N 8 - S. 2823-2826].

Известен способ получения 1,3-имидазолидинов восстановлением циклических мочевин, предварительно полученных взаимодействием этилендиамина с мочевиной. Смесь циклической мочевины, NaOH и 1,4-диоксана кипятят 1,5 ч, к охлажденной суспензии добавляют алкил(арил)галогенид, кипятят 3,5 ч, охлаждают, фильтруют, затем восстанавливают LiAlH₄ в безводном эфире, гасят водным раствором щелочи. Продукты экстрагируют эфиром и выделяют вакуумной перегонкой [Michels J.C.//J. Org. Chem. 1960. - N 125. - P. 2246-2250].

Известен синтез ряда имидазолидинов взаимодействием 1,3-бис(фениламино)этана с различными альдегидами (формальдегидом, бензальденгидом, фурфуролом). Реакцию проводят в ледяной уксусной кислоте. Продукты выделяют осаждением с последующей перекристаллизацией из этанола [Yasis M., Hiroschi F. Synthesis of N,N"-diarylethylenediamines as aldehyde reagents// Bull. Nagoya City Univ. Pharm. School. - N 3. - P. 23 - 25 (1956); C.A. 1957, p. 3483].

Наиболее близким решением поставленной задачи, то есть прототипом, является способ получения 2-(фурил-2)-1,3-имидазолидинов путем взаимодействия фурфурола с 1,2-ди(алкиламино)этанами при 12-часовом кипячении в бензоле [Carpenter A.J., Chodwick D.J. Chemioselective protection of heteroaromatic aldehydes as imidazolidine intermediates// Tetrahedron. - 1985. - V. 41, N 18. - P. 3803-3812].

Рассмотрим его на примере 2-(фурил-2)-1,3-диметилимидазолидина:



Согласно прототипу, раствор 72 г (0,75 моль) фурфурола и 75 г (0,85 моль N, N"-диметилэтилендиамина в 400 мл бензола кипятят с обратным холодильником 12 часов с азеотропной отгонкой реакционной воды. После упаривания растворителя выделяют вакуумной перегонкой 116,3 г 2-(фурил-2)-1,3-диметилимидазолидин с выходом 94%.

Основные недостатки известного способа:

1. Сложность аппаратурного оформления (колба с мешалкой, ловушкой Дина-Старка с обратным холодильником);

2. Использование токсичного растворителя - бензола;

3. Необходимость нагрева до 80^oC;

4. Длительное время реакции - 12 ч.

Изобретение решает техническую задачу упрощения процесса получения 2-(фурил-2)-1,3-имидазолидинов.

Сущность изобретения заключается в том, что способ получения 2-(фурил-2)-1,3-имидазолидинов, путем взаимодействия N, N"-диалкилэтилендиаминов с фурфуролом проводят, согласно изобретению, при мольном соотношении компонентов, равном 1:1, при комнатной температуре в присутствии 10%-ной серной кислоты, в качестве катализатора, в количестве 2 мл на 1 моль фурфурола:



Выделение продуктов проводят с помощью вакуумной перегонки.

Образующиеся 2-(фурил-2)-1,3-имидазолидины идентифицированы по физико-химическим константам и ПМР-спектрам.

Способ осуществляют следующим образом: к смеси N,N"-диалкилэтилендиамина с фурфуролом, взятых в эквимолярных количествах, при комнатной температуре приливают 10%-ный раствор серной кислоты. Совершенно прозрачная реакционная смесь после 5 - 10 минут интенсивного перемешивания разогревается, мутнеет и приобретает оранжево-коричневую окраску. При этом реакционная вода выделяется в виде нижнего слоя. Нижний слой экстрагируют эфиром или пентаном, вытяжки объединяют с верхним органическим слоем, сушат над сухой щелочью, упаривают растворитель и выделяют вакуумной перегонкой 2-(фурил-2)-1,3-имидазолидин с выходом, близким к количественному.

По сравнению с прототипом заявляемый способ отличается тем, что известная реакция конденсации N,N"-диалкилэтилендиаминов с фурфуролом, приводящая к образованию 2-(фурил-2)-1,3-имидазолидинов, осуществляется в иных условиях: при эквимолярном соотношении реагентов (без использования избытка N, N"-ди(алкиламино)этанов), без использования токсичного растворителя бензола, при комнатной температуре вместо температуры кипения бензола (80^oC), в присутствии разбавленной серной кислоты в качестве катализатора. Время реакции сокращается с 12 ч до 5 - 10 минут.

Заявляемый метод получения 2-(фурил-2)-1,3-имидазолидинов иллюстрируется примерами 1 - 9.

Пример N 1. 2-(фурил-2)-1,3-диизобутил-1,3-имидазолидин (I): в химический стакан емкостью 750 мл загружают 1 моль (172 г) 1,2-ди)изобутиламино)этана, 1 моль (96 г, 83,4 мл) свежеперегнанного фурфурола и 2 мл 10%-ной серной кислоты. При смешении наблюдается разогревание и изменение цвета от соломенно-желтого до оранжево-коричневого. Реакция длится не более 10 минут. О завершении реакции свидетельствует выделение расчетного количества воды. Органическую фазу отделяют с помощью делительной воронки, водную фазу экстрагируют эфиром или пентаном, объединяют вытяжки с органической фазой. Сушат над сухой щелочью, отгоняют растворитель и перегоняют в вакууме. Получают 243 г 2-(фурил-2)-1,3-диизобутил-1,3-имидазолидина с выходом 97% (T_кип 165^oC, 3 мм рт.ст.), n²⁰_D = 1,5288, d⁴₂₀ = 1,0212.

Из примера N 1 видно, что возможно проведение реакции в обычном химическом стакане, а не в колбе, снабженной механической мешалкой и ловушкой Дина-Старка с обратным холодильником. Для перемешивания можно использовать магнитную мешалку, а при ее отсутствии - миксер или просто вилку, что не влияет на качество продукта. Проведение реакции при комнатной температуре также упрощает установку и снижает энергозатраты на синтез продукта. Кроме того, использование заявляемого способа позволяет избежать применения токсичного растворителя - бензола.

Пример N 2. В химический стакан загружают 1 моль (96 г, 83,4 мл) свежеприготовленного фурфурола и 1,1 моль (189,2 г), 2-ди(изобутиламино)этана. Реакцию осуществляют аналогично примеру N 1. Выход продукта 238 г (95%).

Пример N 3. В химический стакан загружают 1 моль (172 г)) 1,2-ди(изобутиламино)этана и 1,1 моль (105,6 г 92 мл) фурфурола. Реакцию осуществляют аналогично примеру N 1. Выход продукта 121,9 (85%).

Как видно из примеров N 2 и N 3, оптимальное соотношение реагентов 1 : 1. При использовании в реакции даже небольшого избытка фурфурола, выход продукта снижается из-за осмоления продукта и затруднений, возникающих при его выделении. Небольшой избыток 1,2-ди(изобутиламино)этана практически не влияет на выход целевого продукта, но целесообразен по экономическим соображениям.

Пример N 4. Аналогично примеру N 1 осуществляют загрузку реагентов. При температуре 40^oC приливают 2 мл серной кислоты. Реакционная смесь частично осмоляется и темнеет, выход продукта 95,2 г (38%).

Как видно из примера N 4, прибавление катализатора при температуре выше комнатной приводят к осмолению реакционной смеси и снижению выхода продукта.

Пример N 5. Аналогично примеру N 1 осуществляют загрузку реагентов. При комнатной температуре приливают 2 мл 30%-ного раствора серной кислоты. Реакционная смесь осмоляется, выход продукта 87,7 г (35%).

Пример N 6. Аналогично примеру N 1 осуществляют загрузку реагентов. При комнатной температуре к реакционной смеси добавляют 1 см³ эфира трехфтористого бора. Выход продукта составляет 105,2 г (42%).

Из приведенных примеров видно, что оптимальное соотношение 1,2-ди(изобутиламино)этан:фурфурол равно 1:1, оптимальное количество катализатора 2 мл 10%-ного раствора серной кислоты, оптимальная температура 20^oC.

В указанных условиях осуществлена реакция взаимодействия ряда других N, N"-ди(алкиламино)этанов с фурфуролом.

Пример N 7. Синтез 2-(фурил-2)-1,3-дибутил-1,3-имидазолидина (II): в химический стакан емкостью 750 мл загружают 1 моль (172 г) 1,2-ди(бутиламино)этана, 1 моль (96 г, 83,4 мл) свежеперегнанного фурфурола и 2 мл 10%-ной серной кислоты. При смешении наблюдается нагревание и изменение цвета от соломенно-желтого до оранжево-коричневого. Реакция длится не более 10 минут. О завершении реакции свидетельствует выделение расчетного количества воды. Органическую фазу отделяют с помощью делительной воронки, водную фазу экстрагируют эфиром или пентаном, объединяют вытяжки с органической фазой. Сушат над сухой щелочью, отгоняют растворитель и перегонкой в вакууме получают 240 г 2-(фурил-2)-1,3-дибутил-1,3-имидазолидина с выходом 96% (T_кип 180^oC, 4 мм рт.ст.), n²⁰_D = 1,5283, d⁴₂₀ = 1,0191.

Пример N 8. Аналогично примеру N 7 взаимодействием 1 моль (144 г) 1,2-ди(пропиламино)этана с 1 моль (96 г, 83,4 мл) свежеперегнанного фурфурола и 2 мл 10%-ной серной кислоты получают 208,7 г 2-(фурил-2)-1,3-дипропил- 1,3-имидазолидина с выходом 94% (T_кип 187^oC, 6 мм рт.ст.), n²⁰_D = 1,5160, d⁴₂₀ = 1,0120.

Пример N 9. Аналогично примеру N 7 взаимодействием 1 моль (144 г) 1,2-ди(изопропиламино)этана с 1 моль (96 г, 83,4 мл) свежеперегнанного фурфурола и 2 мл 10:-ной серной кислоты получают 208,7 г 2-(фурол-2-)-1,3-диизопропил-1,3-имидазолидина с выходом 94% (T_кип 171^oC, 5 мм рт.ст.), n²⁰_D = 1,5168, d⁴₂₀ = 1,0150.

По результатам первичного скрининга рострегулирующей активности синтезированных соединений, проведенных в НИИХСЗР (г. Москва), синтезированные 2-(фурил-2)-1,3-имидазолидины обладают рострегулирующей, фунгицидной и бактерицидной активностью и рекомендованы для проведения детальных испытаний с целью изыскания перспективных пестицидов комплексного действия для применения в сельском хозяйстве.

Использование предлагаемого способа получения 2-(фурил-2)-1,3-имидазолидинов позволяет:

сократить время реакции с 12 часов до 5 - 10 мин;

избежать использования в реакции токсичного растворителя -бензола;

снизить температуру реакции с 80^oC по прототипу (температура кипения бензола) до комнатной, что значительно упрощает установку и снижает энергозатраты при получении данных соединений.