Способ получения n-(1-пропенил)ацетамида

 

Изобретение относится к органической химии, а именно к способу получения N-(1-пропенил)ацетамида путем изомеризации N-(2-пропенил)ацетамида в присутствии каталитически активного карбонильного комплекса металлов VIII группы при комнатной температуре. В качестве каталитически активного карбонильного комплекса используют карбонильный комплекс осмия общей формулы HOs₃(OCNR'R'')(CO)₁₀, где R', R'' - Н, алкил, аралкил, алкенил в различных сочетаниях, в среде органического растворителя и концентрациях исходного амида и кластера, равных 2 - 6 и 0,13 - 0,3 моль/л соответственно. Технический результат - упрощение процесса и расширение круга используемых катализаторов. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к органической химии, а именно к способу получения N-(1-пропенил)ацетамида путем изомеризации N-(2-пропенил)ацетамида в присутствии металлокомплексного кластерного катализатора.

N-(1-пропенил)ацетамид является представителем класса енамидов, которые широко используются в органической химии для синтеза различных типов соединений. Наиболее важное применение N-(1-пропенил)ацетамида и его аналогов - фотоинициируемое присоединение к алкенам с образованием диенамидов, которые в зависимости от природы и строения используемого алкена являются предшественниками алкалоидов и многих других природных соединений ([1] Lenz G.R. , Synthesis, 1978, р. 489).

Известен способ получения N-(1-пропенил)ацетамида из пропилиден-бис-ацетамида CH₃CH₂CH(NHCOCH₃)₂ при термоинициируемом диспропорционировании последнего в вакууме 40 мм рт. ст. при температуре 220^oC (масляная баня) ([2] Ben - Ishi D., Giger R., Tetrahedron Lett., 1965, N 50, p. 4523). Выход продукта 65%.

Недостатками данного способа являются небезопасные условия проведения процесса, необходимость в соответствующем оборудовании для поддержания заданной температуры и давления и труднодоступность исходного диамида, который необходимо предварительно получать из пропаналя и N-метилацетамида.

Наиболее близким аналогом-прототипом предлагаемого способа является способ изомеризации N-(2-пропенил)ацетамида в N-(1-пропенил)ацетамид в присутствии в растворе в качестве катализатора моноядерного карбонильного комплекса железа Fe(CO)₅ (5 весовых %) в сочетании с УФ-облучением ([3] Hubert A. J. , Moniotte P., Goebbels G., Warin R., Teyssie P.J. Chem. Soc., Perkin II, 1973, N 14, p. 1954). Процесс проводится в отсутствие растворителя при комнатной температуре в течение 20 ч. При этом превращение исходного амида проходит на 60%. По окончании процесса реакционная масса встряхивается с хлоридом железа III для разложения оставшегося пентакарбонила. Затем летучие компоненты - это смесь остатков непрореагировавшего N-(2-пропенил)ацетамида и продукта N-(1-пропенил)ацетамида - отгоняются в вакууме при нагревании, и состав полученной смеси анализируется с помощью ИК- и ЯМР-спектров.

Недостатками известного способа являются сложность процесса, связанная с необходимостью УФ-облучения и использованием соответствующего технического оснащения, а также небезопасность процесса, связанная с чрезвычайно высокой летучестью и токсичностью пентакарбонила железа, его способностью при перегонке (в парообразном состоянии) образовывать горючие смеси с кислородом воздуха.

Кроме того, сложность заключается и в выделении и очистке полученного продукта.

Осложнением процесса является загрязнение реакционной смеси твердыми аморфными продуктами превращения пентакарбонила железа в результате облучения: частично он превращается в нонакарбонил железа Fe₂(CO)₉, частично - в продукты разложения, такие, как свободный металл и оксиды. Помимо этого, в конце процесса реакционная масса содержит и остатки непрореагировавшего исходного амида в результате неполной конверсии субстрата, что создает дополнительные трудности на стадии выделения и очистки продукта. Смесь плохо фильтруется, хроматографирование, высаживание, перекристаллизация неэффективны. В результате прибегают к разложению остатков пентакарбонила хлоридом железа III и отгонке летучих компонентов из полутвердой массы в вакууме при нагревании. Получают N-(1-пропенил)ацетамид, загрязненный исходным N-(2-пропенил)ацетамидом.

Задачей изобретения является упрощение способа получения N-(1-пропенил)ацетамида и расширение круга используемых катализаторов для изомеризации N-(2-пропенил)ацетамида в N-(1-пропенил)ацетамид.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения N-(1-пропенил)ацетамида путем изомеризации N-(2-пропенил)ацетамида в присутствии каталитически активного карбонильного комплекса металла VIII группы при комнатной температуре в качестве этого каталитически активного комплекса используют карбонильный кластерный комплекс осмия общей формулы HOs₃(OCNR'R'')(CO)₁₀, где R', R'' - атом водорода, алкил, аралкил, алкенил в различных сочетаниях, процесс ведут в среде органического растворителя при концентрации N-(2-пропенил)ацетамида и кластерного комплекса осмия, равной 2 - 6 моль/л и 0,13 - 0,3 моль/л соответственно.

Поставленная задача решается также тем, что в качестве органического растворителя используются или бензол, или хлорированные углеводороды, или простые эфиры, при этом относительное содержание кластерного металлокомплексного катализатора составляет 4,7 - 10,7 мол. %.

Отличительными признаками изобретения являются: в качестве каталитически активного карбонильного комплекса металла используют карбонильный кластерный комплекс осмия общей формулы HOs₃(OCNR'R'')(CO)₁₀, где R', R'' - атом водорода, алкил, аралкил, алкенил в различных сочетаниях, процесс ведут в среде органического растворителя при концентрации N-(2-пропенил)ацетамида и кластерного комплекса осмия, равной 2 - 6 моль/л и 0.1 - 0.3 моль/л соответственно; в качестве органического растворителя используются или бензол, или хлорированные углеводороды, или простые эфиры, при этом относительное содержание кластерного металлокомплексного катализатора составляет 4,7 - 10,7 мол.%.

Указанные карбонильные кластерные Os₃ комплексы представляют собой твердые кристаллические вещества, устойчивые на воздухе как при комнатной температуре, так и при нагревании до 100 - 125^oC (в отличие от прототипа, где Fe(CO)₃ представляет собой жидкое вещество, окисляющееся на воздухе до оксидов, чрезвычайно летучее и токсичное).

Их можно легко очистить от примесей или отделить от целевого продукта с помощью перекристаллизации, хроматографической очистки, экстракции, и можно взять точную навеску этих комплексов и приготовить раствор заданной концентрации (в отличие от прототипа, где, с одной стороны, комплекс жидкий и летучий, и поэтому достаточно трудно отмерить его точно заданное количество, а с другой стороны, процесс ведется в отсутствие растворителя, так что нельзя приготовить стандартный раствор и отбирать необходимое количество комплекса в виде аликвоты). До конца опыта эта концентрация комплекса остается неизменной, так как комплекс не разлагается (в отличие от прототипа). Все это позволяет контролировать процесс и обеспечивает получение надежных воспроизводимых результатов.

Поскольку удается полностью изомеризовать исходный N-(2-пропенил)ацетамид в N-(1-пропенил)ацетамид, этот целевой продукт не требует дополнительной очистки от примесей исходного амида (в отличие от прототипа, где продукт получают в смеси с исходным амидом). После хроматографического отделения от комплекса, целевой продукт сразу представляет из себя чистое индивидуальное соединение.

В процессе реакции комплекс не претерпевает разложения или превращения в другие комплексы, поэтому его (в отличие от прототипа) можно выделить из реакционной смеси в неизменном виде и использовать повторно, что очень важно в целях экономии.

До настоящего времени о каталитической активности карбонильных кластерных осмиевых комплексов HOs₃(OCNR'R'')(CO)₁₀ в реакциях изомеризации N-(2-пропенил)ацетамид или его аналогов известно не было, и они никогда не применялись для этих целей. Из примеров и таблицы данной заявки, однако, следует, что такого типа комплексы достаточно активны в описываемых процессах и вполне пригодны для синтеза N-(1-пропенил)ацетамида указанным способом. При этом способ является экономичным, удобным, безопасным, а целевой продукт получают в индивидуальном состоянии и практически с количественным выходом (99 %).

Обычно для повышения активности металлокомплексного катализатора процесс ведут при нагревании, либо при дополнительном облучении. В данном случае достаточно высокая активность кластерного осмиевого комплекса исключает необходимость дополнительной активации процесса за счет увеличения температуры или облучения (в отличие от прототипа), что позволяет избежать накопления в реакционной смеси продуктов разложения или побочных продуктов за счет побочных процессов. Использование способа представлено в примерах.

Пример 1 (типичный) К навеске N-(2-пропенил)ацетамида (0,1 - 0,25 г) добавляют рассчитанный на заданную концентрацию (2 - 6 моль/л) объем (0,35 - 0,45 мл) предварительно очищенного и высушенного соответствующего органического растворителя (При способе слежения за реакцией методом ЯМР необходимо использовать не содержащие атомов водорода растворители либо дейтерированные хлороформ CDCl₃, метиленхлорид CD₂Cl₂, диэтиловый эфир {С₂В₃}₂O и др., либо четыреххлористый углерод CCl₄). В полученный раствор вносят рассчитанную навеску (0,05 - 0,12 г) кристаллического карбонильного Os₃-комплекса для создания заданной его концентрации (0,13 - 0,3 моль/л) и обеспечения заданного относительного мольного содержания (4,7 - 10,7 мол.%) этого металлокомплексного катализатора. Раствор помещают в ампулу для съемки спектров ЯМР, выдерживают при комнатной температуре и регистрируют спектр по мере возможности через каждые 15-20 ч до полного исчезновения сигналов исходного N-(2-пропенил)ацетамида. Время реакции регистрируют.

Пример 2 (типичный) Аналогично примеру 1 готовят раствор (в обычном органическом растворителе и несколько большее количество раствора - в пределах 2 - 3 мл) N-(2-пропенил)ацетамида в смеси с указанным карбонильным комплексом и выдерживают этот раствор при комнатной температуре. За ходом реакции следят хроматографически - по уменьшению пятна исходного N-(2-пропенил)ацетамида на хроматографической пластинке или по его полному исчезновению. Время реакции регистрируют. Для отделения целевого продукта от комплекса растворитель откачивают в вакууме без подогрева и остаток хроматографируют на колонке с использованием циклогексана с добавлением метиленхлорида. Собирают две отдельные фракции - N-(1-пропенил)ацетамида и введенного ранее в раствор и оставшегося неизменным карбонильного комплекса. Из каждой фракции растворитель отгоняют в вакууме без подогрева и твердые остатки взвешивают для контроля. Время полной изомеризации колеблется в пределах 70 - 170 ч в зависимости от фактической концентрации каждого из реагентов и от относительного мольного содержания комплексного катализатора (в мол.%). От выбранного растворителя зависимость времени реакции слабая. Потери продукта в процессе выделения из реакционной смеси незначительные, и выход близок к количественному (~ 99%).

Примеры получения N-(1-пропенил)ацетамида представлены в таблице.

Формула изобретения

1. Способ получения N-(1-пропенил)ацетамида путем изомеризации N-(2-пропенил)ацетамида в присутствии каталитически активного карбонильного комплекса металла VIII группы при комнатной температуре, отличающийся тем, что в качестве каталитически активного карбонильного комплекса используют карбонильный кластерный комплекс осмия общей формулы HOs₃(OCNR'R'')(CO)₁₀, где R', R'' - H, алкил, аралкил, алкенил в различных сочетаниях, процесс ведут в среде органического растворителя при концентрации N-(2-пропенил)ацетамида и кластерного комплекса осмия, равной 2 - 6 и 0,13 - 0,3 моль/л соответственно.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя используют или бензол, или хлорированные углеводороды, или простые эфиры.

3. Способ получения N-(1-пропенил)ацетамида по пп.1 и 2, отличающийся тем, что относительное содержание кластерного комплекса осмия в реакционной смеси составляет 4,7 - 10,7 мол.%.

РИСУНКИ

Рисунок 1