Производные 5,5-диметилгидантоина

 

Изобретение относится к новым химическим соединениям класса гидантоина, а именно к 1-гидроксиалкил-3-(2,3-дигидроксипропил)- и 3-гидроксиалкил-1-(2,3-дигидроксипропил) 5,5-диметилгидантоинам, которые получены взаимодействием 3-(2,3-дигидроксипропил) 5,5-диметилгидантоина с формальдегидом, оксидами алкиленов, 1-гидроксиметил-5,5-диметилгидантоина с глицидолом, а также 3-гидроксиалкил-5,5-диметилгидантоинов с глицидолом, соответственно, и могут быть использованы в качестве полупродуктов в органическом синтезе.

Изобретение относится к новым химическим соединениям класса гидантоина, а именно к 1-гидроксиалкил-3(2,3-дигидроксипропил)- и 3-гидроксиалкил-1(2,3-дигидроксипропил)5,5-диметилгидантоинам формулы где R¹= CH₂OH, CH₂CH₂OH,CH₂CHOHCH₃, R²=CH₂CHOHCH₂OH; R¹= -CH^-₂ CHOHCH₂OH, R²= CH₂CH₂OH,CH₂CHOHCH₃, R³=R⁴=CH₃, которые могут служить промежуточными продуктами в органическом синтезе для расширения арсенала новых соединений, синтеза полезных веществ, например простых и сложных, насыщенных и ненасыщенных полиэфиров, полтэпоксидов, полиуретанов, галоидалкилгидантоинов т. д. Предпочтительно R³=R⁴=CH₃, что обусловлено имеющейся сырьевой базой. Кроме того, R₃ и ₄R независимо могут быть H, алкил C₁-C₆, изоалкил, арил, арилалкил или циклоалкил C₃-C₆ или R³+R⁴=циклоалкил C₃-C₆.

Возможными областями, где заявляемые соединения могут быть использованы, являются следующие: фармакология, электротехника, органический синтез.

Заявляемые соединения и их свойства в литературе не описаны.

Известны соединения общей формулы где A= H, OH, COOH, ROH, NH₂,RCOOH,RNH₂,(OR)xOH,R¹OR², R(CH₂)y,R¹ и R² алкил C₁-C₅,y=1-5;x=1-10.

Описан также 3-(2,3-дигидроксипропил)5,5-диметилгидантоин.

Недостатками указанных соединений является наличие только двух гидроксильных групп, что для некоторых случаев бывает недостаточным. Например, для получения сшитых структур полимерных материалов требуется наличие трех реакционных центров.

Сущность изобретения заключается в получении новых представителей класса гидантоинов 1-гидроксиалкил-3-(2,3-дигидроксипропил)- и 3-гидроксиалкил-1-(2,3-дигидроксипропил)гидантоинов, которые могут быть использованы в качестве полупродуктов в органическом синтезе.

Гидантоины с тремя гидроксильными группами получают взаимодействием 3-(2,3-дигидроксипропил)гидантоинов с оксидами алкиленов(оксидами этилена, пропилена) или с формальдегидом, а также взаимодействием 1-гидроксиметилгидантоина с глицидолом при получении 1-гидроксиалкил-3-(2,3-дигидроксипропил) гидантоинов и реакциями 3-гидроксиалкил-1-(2,3-дигидроксипропил) гидантоинов. Реакцию проводят в растворителе (вода, спирт, диметилформамид) в присутствии катализаторов. При алкилировании оксидами алкиленов используются в качестве катализаторов соли четвертичных аммониевых оснований, галогениды щелочных металлов. В случае присоединения формальдегида катализаторами являются щелочи.

Синтезированные соединения представляют собой бесцветные вязкие жидкости, растворимые в воде, спирте и не растворимые в эфире.

Характеристики полученных веществ представлены в табл.1.

Пример 1. 1-Гидроксиметил-3-(2,3-дигидроксипропил)5,5-диметилгидантоин.

К раствору 8,5 г (0,015 М) 37% формалина, 9 мл изопропилового спирта и 0,05 г гидроксида натрия прибавляют 20,2 г (0,1 М) 3-(2,3-дигидроксипропил)5,5-диметилгидантоина. Перемешивают реакционную массу 2 ч при 70^oС, отгоняют растворитель и получают 23,2 г (100% ) целевого продукта, n²_D⁰ 1,4990. ИК-спектр, , см^-1: 1710, 1765 (С=0), 2800-3000 (CH₂, CH₃), 3400 (OH).

Вычислено, C 46,55; H 6,89; N 12,07.

C₉H₁₆N₂O₅ Найдено, C 46,97; H 6,42; N 11,37.

Вычислено OH, 21,97.

Найдено OH, 21,66. ПМР-спектр ((CD₃)₂)CO, s м.д.): 1,43 с (2CH₃), 3,5 м (3CH₂+3OH), 3,88 м (CH).

Пример 2. 1-Гидроксиметил-3-(2,3-дигидроксипропил)5,5-диметилгидантоин.

К раствору 7,9 г (0,05 М) 1-гидроксиметил-5,5-диметилгидантоина в изопропиловом спирте с 0,26 г хлорида натрия прибавляют 3,9 г (0,053 М) глицидола, перемешивают реакционную массу 3 ч при 70^oС, охлаждают, отфильтровывают хлорид натрия, отгоняют растворитель, остаток промывают эфиром, сушат и получают 11,6 г (100%) целевого продукта, n²_D⁰1,4989.

Вычислено, C 46,55; H 6,98; N 12,07.

C₉H₁₆N₂O₅ Найдено, C 46,83; H 6,92; N 11,52.

Вычислено OH, 21,97.

Найдено OH, 22,12. ИК- и ПМР-спектры аналогичны примеру 1.

Пример 3. 1-(2-Гидроксиметил)-3-(2,3-дигидроксипропил)5,5-диметилгидантоин.

Раствор 10,1 г (0,05 М) 3-(2,3-дигидроксипропил)5,5-диметилгидантоина в 100 мл диметилформамида, содержащий 0,5 г хлорида лития, при температуре 90^oС насыщают 2,64 г (0,06 М) оксида этилена. Перемешивают реакционную массу 3 ч при этой же температуре, охлаждают, фильтруют, промывают эфиром, сушат и получают 12,3 г (100% ) целевого продукта, n²_D⁰1,5078. ИК-спектр, см^-1: 1710, 1765 (С=0), 2800-3000 (CH₂,CH₃), 3400 (OH).

Вычислено, C 48,77; H 7,38; N 11,38.

C₁₀H₁₈N₂O₅
Найдено, C 48,92; H 7,50; N 11,03. Вычислено OH, 20,71. Найдено OH, 20,6.

Пример 4. 3-(2-Гидроксиэтил)-1-(2,3-дигидроксипропил)5,5-диметилгидантоин.

К раствору 8,6 г (0,05 М) 3-(2-гидроксиэтил)5,5-диметилгидантоина в 100 мл изопропилового спирта, содержащего 0,25 г хлорида лития, при 70^oС прибавляют 4,1 г (0,055 М) глицидола, поднимают температуру до 80^oС и перемешивают реакционную массу 3 ч. После охлаждения фильтруют и отгоняют изопропиловый спирт. Остаток промывают эфиром и сушат при 60^oС и остаточном давлении 6 мм. рт.ст. Выход: 12,3 г (100%), n²_D⁰ 1,5050. ИК-спектр, см^-1: 1710, 1765 (С=0), 2800-3000 (CH₂,CH₃), 3400 (OH).

Вычислено, C 48,77; H 7,38; N 11,38.

C₁₀H₁₈N₂O₅.

Найдено, C 49,83; H 8,68; N 10,24. Вычислено OH, 20,71. Найдено OH, 20,22.

Возможными областями, где заявляемые соединения могут быть использованы, являются следующие: фармакология, электротехника, органический синтез. Это может быть подтверждено следующим. Известно, что 1-R-3-R¹-5-гидроксигидантоины (R, R¹=H,алкил или циклоалкил) снижают содержание липидов в крови [3] дифенилгидантоин предложено применять для лечения иммунных болезней, вызванных Т-лимфоцитами [4] 3-(2,3-Дигидроксипропил)-5,5-диметилгидантоин [2] применяется в качестве компонента при получении термостойких полиэфиримидизоциануратных электроизоляционных лаков [5]
Ниже приводится пример переработки заявляемых соединений в полиэфиримидную смолу путем полной замены трис-(2-гидроксиэтил)изоцианурата, отечественная сырьевая база которого отсутствует, на 1-(2-гидроксиэтил)-3-(2,3-дигидроксипропил)5,5-диметилгидантоин.

Пример 5. Полиэфиримидная смола.

В 4-горлоую колбу, снабженную мешалкой с гидрозатвором, термометром и ловушкой Дина-Старка, загружают 30 г диметилтерефталата, 19,5 г этиленгликоля и 29,5 г 1-гидроксиэлил-3-(2,3-дигидроксипропил)5,5-диметилгидантоина, поднимают в течение 2-3 ч температуру до 120-130^oС, при этом реакционная масса расплавляется. Выключают мешалку и загружают 0,1 г диоксида свинца. Поднимают температуру до 150-160^oC в течении 7-8 ч и выдерживают массу при этой температуре и перемешивают до получения прозрачной пробы на стекле.

Затем охлаждают содержимое колбы до 140-150^oС, загружают 58г трикрезола и перемешивают при этой температуре 1-1,5 ч. При 140-150^oС прибавляют 12,5 г 4,4'-диаминодифенилметана и затем дозируют 24, 25 г тримеллитового ангидрида. Поднимают температуру до 190-200^oС за 4,5 ч и перемешивают до получения прозрачной пробы на стекле.

Охлаждают массу до 155-165^oС и загружают еще 12,5 г 4,4'-диаминодифенилметана и 24,25г тримеллитового ангидрида. Нагревают реакционную массу до 185-195^oС и ведут реакцию до получения прозрачной пробы на стекле.

Охлаждают содержимое колбы до 165-175^oС, загружают 12,5 г 4,4'-диаминодифенилметана и 24,25 г тримеллитового ангидрида, поднимают температуру до 210-220^oС в течении 6-7 ч и ведут конденсацию до получения прозрачной пробы.

Характеристики полученной смолы в сравнении с полиэфиризоциануратимидной ПЭЦИ-2 (с использованием трис-2-гидроксиэтилизоцианурата) приведены в табл. 2.

Таким образом полиэфиримидная смола, полученная с применением 1-(2-гидроксиэтил)-3-(2,3-дигидроксипропил)5,5-диметилгидантоина вместо трис-(2-гидроксиэтил)изоцианурата соответствует техническим требованиям на смолу ПЭЦИ-2.

Формула изобретения

Производные 5,5-диметилгидантоина формулы

где а) R₁ СН₂ОН, СН₂ СН₂ОН, СН₂СНОНСН₃;
R₂ СН₂ СНОН СН₂ОН;
б) R₁ СН₂ СНОН СН₂ОН;
R₂ СН₂ СН₂ОН, СН₂СНОНСН₃.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2