Способ получения n-(диметиламинометилен)-1,2,4-триазола

 

Описывается способ получения N-(диметиламинометилен)-1,2,4-триазола исходя из 1,2,4-триазола, отличающийся тем, что 1,2,4-триазол подвергают взаимодействию с N,N'-тетраметилметилендиамином в молярном соотношении 1 : (1 - 1,2) в среде ароматического растворителя в присутствии катализатора, в качестве которого выбирают хлориды или ацетилацетонаты переходных металлов, в количестве 0,01-0,03 мол.% по отношению к 1,2,4-триазолу при температуре 80-110°С и атмосферном давлении в течение 2-4 ч. Технический результат - упрощение процесса, увеличение выхода целевого продукта и улучшение его технологичности и экологичности. 1 табл.

Изобретение относится к области органического синтеза, конкретно, к способу получения N-(диметиламинометилен)-1,2,4-триазола формулы Указанное соединение может найти применение в тонком органическом синтезе, а также в синтезе биологически активных препаратов, применяемых в медицине и сельском хозяйстве [1. Справочник по пестицидам. М.: "Химия", 1985 г.].

Известен способ получения N-(диметиламинометилен)-1,2,4-триазола (1) [2. Патент ФРГ N 3238006], заключающийся во взаимодействии 1,2,4-триазола с диметиламином и 30% водным раствором формальдегида ("формалин") в присутствии водоотнимающего реагента - безводного сульфата натрия (прототип). Реакция проводится в две стадии. Предварительно в реактор помещают триазол (0,77 молей), диметиламин (0,77 молей) и 400 мл хлористого метилена (4,70 молей), который служит растворителем. Затем в реактор прикапывают 77 г (0,77 молей) 30% водного раствора формальдегида ("формалин"). При этом температура реакционной массы повышается до 30 - 35^oC. После окончания прикапывания формалина в реактор вносят водоотнимающий реагент - твердый безводный сульфат натрия (200 г, 1,41 молей) и реакционную массу выдерживают при 35 - 40^oC в течение 10 - 20 ч. Затем суспензию Na₂SO₄ · 10H₂O (сульфат натрия совершенно не растворяется в CH₂Cl₂) отфильтровывают, промывают водой, растворитель упаривают, целевой продукт выделяют перегонкой в вакууме. Выход N-(диметиламинометилен)-1,2,4-триазола (1) по данному методу не превышает 68% (см. [2], стр. 22, соединение под номером 18). В некоторых примерах в качестве растворителя рекомендуется использовать дихлорэтан [2]. В случае конденсации легколетучих аминов (диметиламин имеет т.кип. 6,9^oC) реакцию проводят под давлением до 10 бар.

К недостаткам способа-прототипа следует отнести: 1. Низкий выход целевого продукта - 68%.

2. Необходимость использования высокотоксичных, легколетучих и экологически опасных реагентов (хлористый метилен, дихлорэтан, формалин, диметиламин).

3. Большой удельный расход реагентов (Na₂SO₄) и особенно растворителя - для получения 1 моля целевого продукта необходимо ~3 моля сульфата натрия и 9,24 молей хлористого метилена.

4. Значительные трудо- и энергозатраты, обусловленные длительностью процесса (более 20 ч).

5. Многостадийность процесса: кроме двух химических стадий для выделения продукта? требуется выполнить 6 технологических операций: а) фильтрация; б) промывка органического слоя водой; в) высушивание; г) отгонка растворителя; д) вакуумная разгонка; е) утилизация твердого осадка Na₂SO₄ · 10H₂O (выгрузка из фильтра, упаковка, складирование).

6. Из-за ограниченной растворимости сульфата натрия в хлористом метилене (дихлорэтане) процесс получения N-(диметиламинометилен)-1,2,4-триазола является гетерогенным, что создает большие препятствия для его масштабирования, и процесс в целом является нетехнологичным.

7. Необходимость осуществления очистки (биоочистка, удаление солей) большого количества водных стоков, которые загрязнены формальдегидом, диметиламином, хлористым метиленом (дихлорэтаном) и сульфатом натрия.

Какие-либо другие сведения о получении N-(диметиламинометилен)-1,2,4-триазола в литературе нам найти не удалось.

Авторами предлагается новый способ синтеза N-(диметиламинометилен)-1,2,4-триазола, свободного от указанных недостатков и удобного для технологической реализации.

Сущность способа заключается во взаимодействии 1,2,4-триазола с N,N'-тетраметилметилендиамином, взятых в мольном соотношении 1:(1 - 1,2), преимущественно 1: 1,05, в ароматическом растворителе (бензол, толуол, ксилолы), преимущественно в толуоле, в присутствии катализатора, в качестве которого выбраны хлориды или ацетилацетонаты переходных металлов (Pd, Ni, Fe, Mn, Cr, Cu, Ru) в количестве 0,01 - 0,03 мол.% по отношению к 1,2,4-триазолу, предпочтительно 0,02 мол.% при температуре 80 - 110^oC, предпочтительно 90^oC, при атмосферном давлении в течение 2 - 4 часов. Получают N-(диметиламинометилен)-1,2,4-триазол с выходом 91 - 99%. Реакция протекает по схеме:

В ходе реакции выделяется эквимольное количество диметиламина, который отделяется через газоотводную трубку и поглощается водой с образованием водного 20 - 23% раствора диметиламина, используемого в тонком органическом синтезе.

Можно предположить, что роль солей и комплексов переходных металлов заключается в координации по иминной связи 1,2,4-триазола [3. Хенрици-Оливэ Г. , Оливэ С. Координация и катализ. М.: "Мир", 1980, 421 с.] с образованием чрезвычайно активных промежуточных интермедиатов, которые далее вступают в реакцию с N,N'-тетраметилметилендиамином с образованием N-(диметиламинометилен)-1,2,4-триазола.

Проведение указанной реакции в присутствии металлокомплексного катализатора больше 0,03 мол.% по отношению к исходному 1,2,4-триазолу не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта. Использование катализатора 0,01 мол.% снижает выход N-(диметиламинометилен)-1,2,4-триазола, что связано с уменьшением активных реакционных центров.

Наиболее оптимальной является температура 80 - 110^oC. При более высокой температуре увеличивается содержание продуктов уплотнения, при низких температурах (например, 50^oC) снижается скорость реакции.

Реакцию не удается осуществить при замене N,N'-тетраметилметилендиамина на другие третичные амины или диамины, например, N,N'-тетраметилэтилендиамин или N,N'-тетраметилбисамин.

Таким образом, предложенный способ отличается от известного тем, что в известном способе используются в качестве исходных реагентов в реакции с 1,2,4-триазолом диметиламин и формалин, а также безводный сульфат натрия для обработки реакционной массы. В качестве среды используется хлористый метилен или хлористый этилен. В предлагаемом способе реакция протекает с участием N, N'-тетраметилметилендиамина в качестве исходного реагента в среде ароматических растворителей (бензол, толуол, ксилолы) с участием металлокомплексных катализаторов.

Преимущества предлагаемого способа:
1. Предлагаемый способ, в отличие от известного, позволяет получать целевой продукт с более высоким выходом (91 - 99%), в то время как в прототипе выход (1) не превышает 68%.

2. Существенно - почти в 10 раз сокращается продолжительность реакции (в предлагаемом способе - 2 - 4 ч, в прототипе 10 - 20 ч).

3. Из-за сокращения продолжительности реакции уменьшаются энерго- и трудозатраты.

4. Предлагаемый способ является экологически более безопасным, т.к. в новой технологии исключаются высокотоксичные и легколетучие реагенты: диметиламин, формалин, хлористый метилен (дихлорэтан), которые заменяются на бисамин и толуол соответственно).

5. Из-за замены двух легколетучих реагентов (диметиламин - т.кип. 6,9^oC, формальдегид - т. кип. 19^oC) на бисамин (т.кип. -85^oC) упрощается аппаратурное оформление процесса, т.к. отпадает необходимость в емкостях, реакторах и насосах, работающих под давлением.

6. В предлагаемом способе образуется меньшее количество отходов производства и сточных вод, т.к. растворитель легко регенерируется и пригоден для повторного использования, а выделяющийся диметиламин не содержит примесей после улавливания водой, что можно применять для синтетических целей.

7. Предлагаемый способ является более технологичным, экологически безопасным и более экономичным.

Способ поясняется примерами:
Пример 1. В реактор объемом 1,5 л, снабженный мешалкой, термометром, обратным холодильником, делительной воронкой (дозатором)? помещают 1 моль 1,2,4-триазола и 100 мл толуола, перемешивают, добавляют 0,0002 моль катализатора Pd(acac)₂, нагревают до 90^oC и прикапывают 1,05 моль N,N'-тетраметилметилендиамин. При постоянном перемешивании реакционную массу выдерживают в течение 3 часов, охлаждают, отгоняют толуол, остаток перегоняют в вакууме, выделяют N-(диметиламинометилен)-1,2,4-триазол с выходом 98%.

Физико-химические характеристики выделенного N-(диметиламинометилен)-1,2,4-триазола. Т. кип. 79 - 81^o/5-6 мм рт.ст., n_D²⁰ 1,4792. Найдено,%: C 47,58, H 7,89, N 44,37. Вычислено %: C 47,62, H 7,94, N 44,44. ПМР спектр ( δ , м.д.): 2,25 м (6H, CH₃); 4,95 7,88 - 8,30 (2H, -N=CH-, CH= N-CH= ). M⁺ 126. Замена толуола на бензол или ксилолы практически не влияет на выход целевого продукта.

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице.

Все опыты проводили в толуоле. Замена толуола на бензол или ксилолы практически не влияет на выход целевого продукта.

Формула изобретения

Способ получения N-(диметиламинометилен)-1,2,4-триазола исходя из 1,2,4-триазола, отличающийся тем, что 1,2,4-триазол подвергают взаимодействию с N, N^'-тетраметилметилендиамином в молярном соотношении 1:(1 - 1,2) в среде ароматического растворителя в присутствии катализатора, в качестве которого выбирают хлориды или ацетилацетонаты переходных металлов, в количестве 0,01 - 0,03 мол.% по отношению к 1,2,4-триазолу при 80 - 110^oC и атмосферном давлении в течение 2 - 4 ч.

РИСУНКИ

Рисунок 1