Способ получения 5-тозилометил-2,2'-диметил-5-нитро-1,3-диоксана

Изобретение относится к области органического синтеза, а именно к способу получения 5-тозилометил-2,2'-диметил-5-нитро-1,3-диоксана.

Тозилатные производные спиртов применяют в качестве исходных соединений в реакциях нуклеофильного замещения с целью введения в молекулу различных химических групп. Получение тозилатных производных первичных спиртов обычно проводят с использованием хлорангидрида п-толуолсульфокислоты в среде сильных оснований, как правило, это пиридин, бипиридин и их производные. В последнее время в рамках развития «зеленой химии» возрос интерес к проведению реакций органического синтеза в средах, исключающих применение токсичных растворителей. В литературе есть сведения о возможности получения тозилатных производных первичных алифатических спиртов в водной среде в присутствии каталитических количеств третичных аминов (Morita, J-ichi. Water-solvent method for tosylation and mesylation of primary alcohols promoted by KOH and catalytic amines / J-ichi. Morita, N. Hidefumi, M. Tomonoti [etc]: doi: 10.1039/b505345e).

5-гидроксиметил-2,2'-диметил-5-нитро-1,3-диоксан представляет интерес для получения целого ряда органических соединений, например, лекарственных препаратов. 5-гидроксиметил-2,2'-диметил-5-нитро-1,3-диоксан является шестичленным гетероциклическим соединением, имеет в составе молекулы одну гидроксильную группу и может рассматриваться как гетероциклический спирт. Известен способ получения тозилатного производного 2,3-бис-(гидроксиметил)-2,3-динитро-1,4-бутандиола (Wang, J. Synthesis and structural characterization of 2,3-bis(hydroxymethyl)-2,3-dinitro-1,4-butanediol tetra p-toluenesulfonate // J. Wang, D. Liu, X. Zhou: doi: 10.1007/sl 1164-013-1343-5) взаимодействием с тозилхлоридом в среде пиридина при температуре 0-15°С в течение 72 часов, экстрагированием целевого продукта хлористым метиленом, упариванием растворителя, промывкой и сушкой.

Известен способ получения 5-тозилометил-2,2'-диметил-5-нитро-1,3-диоксана (Shulze, М.С. Synthesis and characterization of energetic plasticizer AMDNNM / M.C. Shulze, D.E. Chaves // J. Energ. Mater. - V. 34. - P. 129-137), включающий взаимодействие 5-гидроксиметил-2,2-диметил-5-нитро-1,3-диоксана с тозилхлоридом в среде пиридина при температуре минус 15°С в течение 17 часов с последующей нейтрализацией реакционной смеси раствором карбоната натрия, фильтрованием и сушкой порошкообразного 5-тозилометил-2,2'-диметил-5-нитро-1,3-диоксана. Данный способ выбран в качестве прототипа настоящего изобретения.

Недостатком указанных способов является использование токсичного пиридина - вещества 2 класса опасности, большая длительность процесса, энергозатраты для создания отрицательной температуры, использование дополнительного растворителя для экстрагирования целевого продукта.

Способ включает взаимодействие 5-гидроксиметил-2,2'-диметил-5-нитро-1,3-диоксана с тозилхлоридом при 20-25°С в присутствии катализатора третичного амина, отличающийся тем, что в качестве реакционной среды используется вода, третичного амина - N,N-диметилбензиламин или N-n-бутилдиметиламин, а для поддержания рН реакционной среды 10 используется водный раствор гидроксида калия

Химическую реакцию можно представить следующим образом:

Предложенный нами способ позволяет упростить аппаратурное оформление процесса, исключить применение в синтезе токсичного пиридина и дополнительных органических растворителей для выделения целевого продукта, сократить существенно время синтеза с 17 до 4 часов, снизить энергозатраты.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. В четырехгорлую колбу с мешалкой при комнатной температуре загружали 60 мл воды, 6,2 г карбоната калия, 0,405 г N,N-диметил-бензиламина и 5,73 г ГНДД. 20,6 г тозилхлорида (TsCl) загружали порциями через каждые 10-15 минут. Одновременно из капельной воронки дозировали 65-70 г 5М раствора гидроксида калия, поддерживая рН реакционной смеси 10. По окончании дозирования смесь выдерживали при комнатной температуре в течение 2-6 часов, добавляли 4,76 г моноэтаноламина и перемешивали смесь в течение 1 ч. Далее разбавляли смесь водой, отфильтровывали порошкообразный 5-тозилометил-2,2-диметил-5-нитро-1,3-диоксан (ТНДД) на воронке Бюхнера и сушили при комнатной температуре. Выход ТНДД составил 61,8%. Идентификацию целевого ТНДД и исходных веществ проводили методом ВЭЖХ с использованием колонки Cosmosil 5C18-MS-II, элюент - AcN:H₂O:H₃PO₄=70:30:0,03: пик ТНДД - 7,76-7,8 мин., пик TsCl - 8,95-9,01 мин., пик ГНДД - 4,27-4,31 мин.

Пример 2. В четырехгорлую колбу с мешалкой при комнатной температуре загружали 60 мл воды, 6,2 г карбоната калия, 0,304 г N-n-бутилдиметиламина и 5,73 г. ГНДД. 10,3 г TsCl загружали порциями через каждые 10-15 минут. Одновременно из капельной воронки дозировали 35-45 г 5М раствора гидроксида калия, поддерживая рН реакционной смеси 10. По окончании дозирования смесь выдерживали при комнатной температуре в течение 4 часов, добавляли 1,83 г моноэтаноламина и перемешивали смесь в течение 1 ч. Далее разбавляли смесь водой, отфильтровывали порошкообразный продукт на воронке Бюхнера и сушили при комнатной температуре. Выход ТНДД составил 61%.

1. Способ получения 5-тозилометил-2,2'-диметил-5-нитро-1,3-диоксана, включающий взаимодействие 5-гидроксиметил-2,2'-диметил-5-нитро-1,3-диоксана с тозилхлоридом при 20-25°С в присутствии катализатора – третичного амина, отличающийся тем, что в качестве реакционной среды используется вода, а для поддержания рН реакционной среды 10 используется водный раствор гидроксида калия.

2. Способ получения 5-тозилометил-2,2'-диметил-5-нитро-1,3-диоксана по п. 1, отличающийся тем, что в качестве третичного амина берут N-n-бутилдиметиламин.

3. Способ получения 5-тозилометил-2,2'-диметил-5-нитро-1,3-диоксана по п. 1, отличающийся тем, что в качестве третичного амина берут N,N-диметилбензиламин.