способ получения диалкил- или алкилариламинов

Формула изобретения

Способ получения диалкил- или алкилариламинов общей формулы

R-NH-R¹,

где



R¹=C₆H₁₃, С₈Н₁₇, С₆Н₅СН ₂,

заключающийся в реакции алкилирования аминов спиртами в присутствии катализатора, отличающийся тем, что в качестве исходных аминов используют анилин, бензиламин, 1-нафтиламин, 8-аминохинолин, в качестве спиртов используют 1-гексанол, 1-октанол, бензиловый спирт, а в качестве катализатора используют наночастицы никеля или кобальта, получаемые в реакционной массе восстановлением водорастворимых солей этих металлов гидразингидратом, при этом реакция протекает при мольном соотношении амин:спирт:катализатор, равном 1:1,5-2:0,1-0,3 при температуре 160-200°С в течение 6-9 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химии аминов и их производных, а именно к новому способу получения алифатических и ароматических диалкиламинов общей формулы

R-NH-R¹

Где

R¹=C₆H₁₃, С₈Н₁₇, С₆Н₅СН ₂

которые могут быть использованы в качестве полупродуктов в органическом синтезе.

Известен способ получения производных арилалкиламинов по реакции альдегидов или кетонов с производными анилина, где в качестве восстановителя используется триацетоксиборгидрид натрия и процесс протекает в изопропаноле в присутствии 2 эквивалентов трифторуксусной кислоты при комнатной температуре в течение 10 минут [M.McLaughlin, M.Palucki, I.W.Davies. Efficient Access to Azaindoles and Indoles // Org. Lett., 2006, 8, - pp.3307-3310].

Недостатком этого метода является использование достаточно дорогостоящего и малодоступного восстановителя. Кроме того, таким способом не синтезировались соединения заявляемой структурной формулы.

Известен способ получения соединений аналогичной структуры по реакции Лейкарта-Валлаха, протекающей в течение 8-24 часов при значительном (до 20-кратного мольного) избытке формамида или его производного, в присутствии муравьиной кислоты (избыток до 10-кратного мольного). Температура процесса (за исключением альдегидов и низших кетонов) составляет не ниже 160°C, чаще 180-200°C [Органикум: В 2-х тт. Т.2: пер. с нем. - М.: Мир, 1992. - 474 с., ил.]. Выходы продуктов составляют от 40 до 80%.

Недостатком данного метода является то, что происходит значительное осмоление реакционной смеси вследствие длительного нагревания, используется значительный расход формамида и муравьиной кислоты, длительное время синтеза (до 12-18 ч), высокие требования к обезвоженности исходных реагентов. Необходимые для синтеза аминов заявляемой общей формулы альдегиды не производятся промышленностью и труднодоступны. Кроме того, по окончании реакции образуются не целевые амины, а соответствующие амиды муравьиной кислоты, требующие зачастую длительного гидролиза и последующего выделения продуктов.

Известен способ получения соединений аналогичной структуры по реакции пиперидина с хлорбензолом в присутствии металлокомплексного палладиевого катализатора и трет-бутилата натрия при 120°C в течение 12 часов.

Недостатком данного метода является использование дорогого катализатора, данным способом не получались соединения заявляемой структурной формулы.

Известен способ получения соединений аналогичной структуры по реакции ароматических аминов с алкилгалогенидами [Вейганд-Хильгетаг. Методы эксперимента в органической химии. М.: Химия - 1968. - 944 с.].

Недостатком данного метода является использование зачастую труднодоступных алкилгалогенидов, необходимость утилизации хлористого водорода. Кроме того, данным способом не получались соединения заявляемой структурной формулы.

Известен способ получения соединений аналогичной структуры по реакции анилина с бензиловым спиртом в присутствии металлокомплексного иридиевого катализатора и основания при 110°C в течение 17 часов [Fujita, K.-i.; Li, Z.; Ozeki, N.; Yamaguchi. R. Tetrahedron Lett. 2003, 44, 2687].

Недостатком данного метода является использование труднодоступного и дорогостоящего катализатора. Кроме того, данным способом получалось только одно соединение заявляемой структурной формулы.

Известен способ получения аллилметилфениламина по реакции N-метиланилина с аллиловым спиртом в присутствии металлокомплексного палладиевого катализатора и триэтилборана в течение 30 часов [Kimura. M.; Futamata, М.; Shibata, K.; Tamaru. Y. Chem. Commun. 2003, 234].

Недостатком данного метода является использование дорогостоящего катализатора. Кроме того, данным способом не получались соединения заявляемой структурной формулы.

Известен способ совместного получения N-метилциклогексиламина и дициклогексиламина из циклогексиламина путем каталитического алкилирования циклогексиламина метанолом в газовой фазе в токе водорода на медь-цинк-хром-алюминиевом катализаторе [патент РФ № 2344120 C1, МПК C07C 209/24, C07C 211/35, опубл. 20.01.2009].

Недостатками этого метода являются использование достаточно сложных технологических условий, неприменимых в лабораторных условиях, а также то, что он непригоден для получения других соединений заявляемой структурной формулы.

Известен способ получения N-алкиламинов по реакции алифатических спиртов с алифатическими аминами при катализе никелем Ренея [Alkylation of Amines with Alcohols Catalyzed by Raney Nickel. 11. Aliphatic Amines / R.G.RICE, E.J.KOHW, L.W.DAASCH // Journal of Organic Chemistry, 1958, Vol.23, № 9, - p.1352-1354].

Недостатками этого метода является использование больших количеств никеля Ренея, данным способом не получали соединения заявляемой структурной формулы.

Известен способ получения N-алкиламинов по реакции алифатических спиртов с алифатическими аминами при катализе никелем Ренея [Raney Nickel Catalyzed N-Alkylation of Aniline and Benzidine with Alcohols / Rice R.G., Kohn E.J. // J. Am. Chem. Soc. 1955, 77, № 15. p.4052].

Недостатками этого метода является использование большого количества никеля Ренея (15 г на 25 мл исходного анилина), кроме этого данным способом получено только два соединения заявляемой структурной формулы.

Известен способ получения N-алкиламинов по реакции алифатических спиртов с алифатическими аминами или сулфонамидами при катализе комплексами рутения [Ruthenium-Catalyzed N-Alkylation of Amines and Sulfonamides Using Borrowing Hydrogen Methodology / M.Haniti S.A.Hamid, C.L.Allen, G.W.Lamb, A.C.Maxwell, H.C.Maytum, A.J.A.Watson, J.M.J.Williams // J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, p.1766-1774].

Недостатками этого метода является использование дорогого труднодоступного катализатора. Данным способом не получают соединения заявляемой структурной формулы.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ получения производных N-бензиланилина по реакции алкилирования анилина или его производных бензиловым спиртом или его производными в присутствии порошка никеля и металлического калия в ксилоле при 150°C с выходом продуктов 78-93% [Disproportionative Condensations. II. The N-Alkylation of Anilines with Primary Alcohols / Pratt E.F., Frazza E.J. // J. Am. Chem. Soc., 1954, 76, № 23. - p.6174].

Недостатками этого метода являются необходимость дробления гранул никеля и его фракционирование по размерам образующихся частиц, использование металлического калия. Кроме того, данным способом получено только два соединения заявляемой структурной формулы.

Задачей предлагаемого изобретения является разработка технологичного малостадийного метода синтеза диалкиламинов, протекающего с высоким выходом по исходным алкил- или ариламинам.

Техническим результатом является расширение спектра получаемых вторичных аминов, разработка технологичного метода получения соединений заявляемой структурной формулы с высоким выходом и использованием дешевых и доступных алкилирующих агентов и катализаторов.

Поставленный технический результат достигается в новом способе получения диалкиламинов общей формулы

R-NH-R¹

Где

R¹=C₆H₁₃ , C₈H₁₇, C₆H₅CH ₂

заключающемся в реакции алкилирования аминов спиртами в присутствии катализатора, при этом в качестве исходных аминов используют анилин, бензиламин, 1-нафтиламин, 8-аминохинолин, в качестве спиртов используют 1-гексанол, 1-октанол, бензиловый спирт, а в качестве катализатора используют наночастицы никеля или кобальта, получаемые в реакционной массе восстановлением водорастворимых солей этих металлов гидразингидратом, при этом реакция протекает при мольных соотношениях амин:спирт:катализатор, равных 1:1.5-2:0.1-0.3, при температуре 160-200°C в течение 6-9 часов.

Сущностью метода является синтез диалкил- или алкилариламинов по реакции алкилирования аминов из ряда: бензиламин, 1-нафтиламин, 8-аминохинолин спиртом из ряда 1-гексанол, 1-октанол, бензиловый спирт в присутствии наночастиц кобальта или никеля, получаемых in situ восстановлением хлоридов этих металлов гидразингидратом в щелочной среде.

Где

R¹=С₆Н₁₃ , C₈H₁₇, C₆H₅CH ₂

Способ осуществляется следующим образом.

В круглодонную колбу, снабженную обратным холодильником, загружают рассчитанное количество водного раствора NaOH и требуемое количество гидразингидрата, прибавляют рассчитанное количество первичного амина и спирта и нагревают смесь до 60-80°C, после чего порциями при интенсивном перемешивании или встряхивании прибавляют раствор соответствующего количества хлорида кобальта или никеля в воде с такой скоростью, чтобы избежать чрезмерно сильного кипения реакционной массы. По окончании полученный черный раствор выдерживают при кипении 10-30 мин.

После приготовления катализатора заменяют обратный холодильник на дефлегматор и при нагревании до 160-180°C отгоняют воду из реакционной смеси с помощью нисходящего холодильника, после чего постепенно выделяется и отгоняется вода, образующаяся в ходе реакции. Смесь кипятят при температуре 160-200°C 6-9 часов, отгоняя небольшое количество спирта и первичного амина азеотропом с водой. По окончании реакции смесь охлаждают, фильтруют от механических примесей, отгоняют непрореагировавшие первичный амин и спирт, остаток подвергают фракционной перегонке при атмосферном давлении или в вакууме водоструйного насоса, получая соответствующие вторичные амины. Выходы продуктов заявляемой структурной формулы составляют 61-87%.

Строение синтезированных диалкиламинов подтверждено ЯМР ¹H-спектроскопией, свойства известных соединений соответствуют литературным данным.

Обнаружено, что оптимальной температурой процесса является 160-200°C, так как при более низких температурах скорость реакции резко падает, а повышение температуры выше 200°C приводит к возрастанию количества тяжелокипящих примесей и увеличению объема кубового остатка при перегонке продукта и является нецелесообразным.

Найдено, что использование эквимолярного соотношения спирт:первичный амин приводит к неполной конверсии исходных реагентов и присутствию среди продуктов реакции соответствующего побочного азометина. Применение большого избытка спирта увеличивает выход побочного третичного амина, таким образом, оптимальным мольным соотношением спирт: первичный амин является 1:1.5-2, при этом выходы соединений заявляемой структурной формулы максимальны.

Обнаружено, что при использовании алкиламинов и малом избытке спирта и в присутствии наночастиц кобальта наряду с целевой протекает побочная реакция диспропорционирования исходного первичного амина с образование газообразного аммиака и симметричного диалкиламина. Поэтому при использовании наночастиц кобальта требуется мольное соотношение спирт: первичный амин 1:1.8-2.

Найдено, что при количестве катализатора менее 10 мол.% скорость реакции мала, выходы целевых продуктов не превышают 25-30%. Оптимальным соотношением первичный амин:катализатор является 1:0.1-0.3. Применение большего количества катализатора не приносит заметного увеличения выхода продуктов и является нецелесообразным.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

К смеси 0.8 г (0.02 моль) NaOH, 5 мл воды, 1.25 г (0.025 моль) гидразингидрата, 18.4 г (0,17 моль) бензилового спирта и 10.2 г (0.11 моль) анилина при 70-80°C и встряхивании прибавляют порциями раствор 2.63 г (0.011 моль) NiCl₂ ·6H₂O в 10 мл воды до образования черных частиц никеля (мольное соотношение амин: спирт: катализатор 1:1.54:0.1), и смесь нагревают до кипения, отгоняя воду через дефлегматор, периодически возвращая отгоняющиеся с водой исходные вещества в реакционную смесь. Нагревание продолжают при температуре 180-200°C в течение 9 ч. По окончании реакции реакционную массу отделяют от частиц никеля. Продукт выделяют перегонкой в вакууме. Получают 12.3 г (0.067 моль) N-бензиланилина. Выход 67%, т. кип. 306-307°C. Лит. т. кип. 306-307°C [Alfa Aesar. Research Chemicals, Metals and Materials. 2006-2007. - 2766 p.].

Пример 2.

К смеси 0.6 г (0.015 моль) NaOH, 5 мл воды, 2.0 г (0.04 моль) гидразингидрата, 8.9 г (0,0825 моль) бензилового спирта, 5 г (0.055 моль) анилина при 70-80°C и встряхивании прибавляют порциями раствор 2.4 г (0.006 моль) CoCl₂·6H₂O в 8 мл воды до образования черных частиц кобальта (мольное соотношение амин: спирт: катализатор 1:1.5:0.11), и смесь нагревают до кипения, отгоняя воду через дефлегматор, периодически возвращая отгоняющиеся с водой исходные вещества в реакционную смесь. Нагревание продолжают при температуре 180-200°C в течение 8 ч. По окончании реакции частицы кобальта отделяют от реакционной массы, продукт выделяют перегонкой в вакууме. Выход 10.6 г (0.058 моль, 76%) N-бензиланилина, т. кип. 307-308°C. Лит. т. кип 306-307°C [Alfa Aesar. Research Chemicals, Metals and Materials. 2006-2007. - 2766 p.].

Пример 3.

К смеси 1.2 г (0.03 моль) NaOH, 5 мл воды, 3.0 г (0.06 моль) гидразингидрата, 28.3 г (0.218 моль) 1-октанола, 13.5 г (0.145 моль) анилина, при 70-80°C и встряхивании прибавляют порциями раствор 3.6 г (0.015 моль) NiCl₂ ·6H₂O в 10 мл воды до образования черных частиц никеля (мольное соотношение амин: спирт: катализатор 1:1.5:0.1), и смесь нагревают до кипения, отгоняя воду через дефлегматор, периодически возвращая отгоняющиеся с водой исходные вещества в реакционную смесь. Нагревание продолжают при температуре 180-200°C в течение 6 ч. По окончании реакции реакционную массу отделяют от частиц никеля. Продукт выделяют перегонкой в вакууме, получают 7.8 г (0.0385 моль) N-октиланилина. Выход 25.2 г (0.123 моль, 85%) N-октиланилина, т. кип. 180°C (20 мм рт.ст.). Спектр ЯМР ¹H, , м.д.: 0.830 т (3H, CH₃), 1.202 с (10H, 5СН ₂), 1.523 к (2Н, СН₂), 2.983 т (CH₂ N), 3.393 с (1H, NH), 6.380-7.022 м (5Н, С₆Н₅ ). Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), m/e (I_отн, %): 205 [М ⁺] (100), 106 [M-С₇Н₁₅] (34).

Пример 4.

К смеси 4.8 г (0.12 моль) NaOH, 10 мл воды, 7.5 г (0.15 моль) гидразингидрата, 30.6 г (0.3 моль) 1-гексанола, 14 г (0.15 моль) анилина, при 70-80°C и встряхивании прибавляют порциями раствор 12 г (0.05 моль) NiCl₂ ·6H₂O в 30 мл воды до образования черных частиц никеля (мольное соотношение амин: спирт: катализатор 1:2:0.3), и смесь нагревают до кипения, отгоняя воду через дефлегматор, периодически возвращая отгоняющиеся с водой исходные вещества в реакционную смесь. Нагревание продолжают при температуре 160-200°C в течение 7 ч. По окончании реакции реакционную массу отделяют от частиц никеля. Продукт выделяют перегонкой в вакууме. Выход 87%, т. кип. 169-171°C (20 мм рт.ст.). Спектр ЯМР ¹ H, , м.д.: 0.812 т (3H, CH₃), 1.167 с (6Н, 3СН ₂), 1.430 к (2Н, СН₂), 2.854 т (2Н, CH₂ N), 3.321 с (1H, NH), 6.316-6.987 м (5Н, C₆H₅ ). Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), m/e (I_отн, %): 177 [M ⁺] (100), 106 [М-C₅H₁₁] (61).

Пример 5.

К смеси 0.8 г (0.02 моль) NaOH, 5 мл воды, 3.0 г (0.06 моль) гидразингидрата, 8.2 г (0.076 моль) бензилового спирта, 5.4 г (0.051 моль) бензиламина при 70-80°C и встряхивании прибавляют порциями раствор 1.9 г (0.008 моль) CoCl₂ ·6H₂O в 30 мл воды до образования черных частиц кобальта (мольное соотношение амин: спирт: катализатор 1:1.5:0.16), и смесь нагревают до кипения, отгоняя воду через дефлегматор, периодически возвращая отгоняющиеся с водой исходные вещества в реакционную смесь. Нагревание продолжают при температуре 180-200°C в течение 8 ч. По окончании реакции реакционную массу отделяют от частиц кобальта. Продукт выделяют перегонкой в вакууме. Выход 6.13 г (0.031 моль, 61%) дибензиламина, т.кип. 159-162°C (10 мм рт.ст.), n_D ²⁰ 1.5742. Лит. т. кип. 160-163°C (10 мм рт.ст.), n_D ²⁰ 1.5745 [Alfa Aesar. Research Chemicals, Metals and Materials. 2006-2007. - 2766 p.].

Пример 6.

К смеси 0.8 г (0.02 моль) NaOH, 5 мл воды, 3.0 г (0.06 моль) гидразингидрата, 10.2 г (0.1 моль) 1-гексанола, 7.15 г (0.05 моль) 1-нафтиламина при 70-80°C и встряхивании прибавляют порциями раствор 1.9 г (0.008 моль) NiCl₂ ·6H₂O в 30 мл воды до образования черных частиц кобальта (мольное соотношение амин: спирт: катализатор 1:2:0.16), и смесь нагревают до кипения, отгоняя воду через дефлегматор, периодически возвращая отгоняющиеся с водой исходные вещества в реакционную смесь. Нагревание продолжают при температуре 170-200°C в течение 7 ч. По окончании реакции реакционную массу отделяют от частиц кобальта. Продукт выделяют перегонкой в вакууме. Выход 6.9 г (0.03 моль, 61%), т. кип. 210-212°C (10 мм рт.ст.). Спектр ЯМР ¹H, , м.д.: 0.823 т (3H, CH₃), 1.11-1.21 м (6H, 3CH₂), 1.44-1.53 м (2H, CH₂), 2.96 т (2Н, CH₂N), 3.72 уш. с (1H, NH), 6.33-7.57 м (7Н, C ₈H₇).

Пример 7.

К смеси 0.8 г (0.02 моль) NaOH, 5 мл воды, 3.0 г (0.06 моль) гидразингидрата, 10.2 г (0,1 моль) 1-гексанола, 8.6 г (0.06 моль) 8-аминохинолина при 70-80°C и встряхивании прибавляют порциями раствор 1.9 г (0.008 моль) NiCl₂ ·6H₂O в 30 мл воды до образования черных частиц кобальта (мольное соотношение амин: спирт: катализатор 1:1.67:0.13), и смесь нагревают до кипения, отгоняя воду через дефлегматор, периодически возвращая отгоняющиеся с водой исходные вещества в реакционную смесь. Нагревание продолжают при температуре 170-200°C в течение 7 ч. По окончании реакции реакционную массу отделяют от частиц кобальта. Продукт выделяют перегонкой в вакууме. Выход 9 г (0.04 моль, 66%), т.кип. 221-224°C (10 мм рт.ст.). Спектр ЯМР ¹H, , м.д.: 0.833 т (3H, CH₃), 1.191-1.500 м (6H, 3CH₂), 1.592-1.996 м (2Н, СН₂), 3.119 т (2Н, CH₂N), 4.333 уш. с (1H, NH), 6.40 д (1Н, C ₇H₆N), 7.09 м (1H, C₇H₆ N), 7.33 м (2Н C₇H₆N), 8.02 д (1H C ₇H₆N), 8.65 д (1Н, C₇H₆ N).

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, предназначено для применения в различных отраслях промышленности;

- для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризованно в независимом пункте нижеизложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;

- средство, воплощающее заявленное изобретение, при его осуществлении способно обеспечить достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию "промышленная применимость".

Выводы

Разработан новый способ получения вторичных аминов, заключающийся в реакции алкилирования первичных аминов из ряда анилин, бензиламин, 1-нафтиламин, 8-аминохинолин спиртами из ряда: н-гексанол, н-октанол, бензиловый спирт в присутствии наночастиц никеля или кобальта, позволяющий получать вторичные амины в лабораторных условиях без применения дорогостоящих катализаторов.