Способ получения 2-амино-4,6-бис(тринитрометил)-1,3,5-триазинов

Изобретение относится к способу получения 2-амино-4,6-бис(тринитрометил)-1,3,5-триазинов, которые могут использоваться в качестве энергонасыщенных материалов, полупродуктов в синтезе энергонасыщенных материалов, биологически активных веществ и полупродуктов в синтезе биологически активных веществ. Способ включает взаимодействие цианурхлорида с солями тринитрометана в органическом растворителе. Способ позволяет упростить процесс за счет непосредственного использования цианурхлорида. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области химии нитрометильных производных гетероцикла 1,3,5-триазина, конкретно - к способу получения 2-амино-4,6-бис(тринитрометил)-1,3,5-триазинов общей формулы

где R₁, R₂=H, Alk, Ar (одинаковые или разные)

2-амино-4,6-бис(тринитрометил)-1,3,5-триазины могут использоваться в качестве энергонасыщенных материалов, полупродуктов в синтезе энергонасыщенных материалов [1, 2] [1. Шастин А.В. и др. Нитропроизводные 1,3,5-триазина. Синтез и свойства. // Успехи химии. - 2003. - №72 (3). - с.311-320. 2. Гидаспов А.А., Бахарев В.В., Синтез взрывчатых веществ в ряду амино(оксо)динитрометил-1,3,5-триазинов. // В кн. Материалы Всероссийской конференции "Энергетические конденсированные системы", Черноголовка. - М.: Янус-К. - 2002. - С.82.], биологически активных веществ и полупродуктов в синтезе биологически активных веществ [3-7] [3. Бахарев В.В., Гидаспов А.А. Замещение тринитрометильной группы в 2-R-4,6-бис(тринитрометил)-1,3,5-триазинах под действием различных нуклеофилов. // Известия Самарского научного центра РАН. Спецвыпуск "Химия и химическая технология". - Самара, СНЦ РАН. - 2004. - C.190-197. 4. Гидаспов А.А. и др. Синтез и цитотоксическая активность 2,4-дизамещенных 1,3,5-триазинилдинитроэтанолов и динитроэтанов. // Хим.-фарм. журн. - 2000. - №7. - С.6-12. 5. Гидаспов А.А. и др. Синтез и цитотоксическая активность эфиров и нитрилов 1,3,5-триазинилдинитромасляных кислот. // Хим.-фарм. журн. - 2002. - №7. - С.26-32. 6. Гидаспов А.А. и др. Синтез и электрохимическое исследование NO-генерирующей способности полинитрометильных производных 1,3,5-триазина. // Хим.-фарм. журн. - 2003. - №9. - С.12-16. 7. Гидаспов А.А. и др. Синтез и цитотоксическая активность галогендинитрометильных производных 1,3,5-триазина. // Хим.-фарм. журн. - 2004. - Т.38. - №8. - С.9-15].

Известный способ (способ аналог; способ прототип не обнаружен) получения 2-амино-4,6-бис(тринитрометил)-1,3,5-триазинов [8, 9] [8. Шастин А.В. и др. Реакции нуклеофильного замещения 2,4,6-трис(тринитрометил)-1,3,5-триазина. // Химия гетероциклических соединений. - 1995. - №5. - С.674-678. 9. Шастин А.В. и др. Реакции нуклеофильного замещения 2,4,6-трис-(тринитрометил)-1,3,5-триазина. // Химия гетероциклических соединений. - 1995. - №5. - С.679-688] основан на замещении одной тринитрометильной группы в 2,4,6-трис(тринитрометил)-1,3,5-триазине аммиаком, первичными и вторичными аминами. Реакцию проводят в органическом растворителе:

Т: 0°С ÷ +5°С; р-ль: четыреххлористых углерод.

1 R₁=R₂=H; 2 R₂=H, R₂=СН₃; 3 R₁=H₁R₂=C₂H₅; 4 R₁=H, R₂=CH₂CH₂OH; 5 R₁=H, R₂=С₆Н₅; 6 R₁=R₂=CH₃; 7 R₁=H, R₂=С(СН₃)₃

В работах [8, 9] производные 1-7 охарактеризованы: Т_пл., элементным анализом, ИК- и ¹Н, ¹³С, ^14/15N ЯМР-спектрами, а для 7 и данными РСА. Таким образом, строение 1-7 надежно подтверждено физико-химическими методами.

Исходный 2,4,6-трис(тринитрометил)-1,3,5-триазин в способе аналоге получают 3-стадийным методом, в котором в качестве исходного производного гетероцикла 1,3,5-триазина используется цианурхлорид (2,4,6-трихлор-1,3,5-триазин) [10] [10. Alexey V. Shastin et al. // Synthesis of 2,4,6-Tris(trinitromethyl)-1,3,5-triazine // Mendeleev Commun. - 1995. - №1. - P.17-18]. На первой стадии из цианурхлорида и натриевой соли трет-бутилового эфира малоновой кислоты получают 2,4,6-трис[ди(трет-бутоксикарбонил)метилен]-1,3,5-гексагидротриазин, который на второй стадии омыляют трифторуксусной кислотой до 2,4,6-трис[ди(карбокси)метилен]-1,3,5-гексагидротриазина, из которого на третьей стадии при действии смеси концентрированных серной и азотных кислот синтезируют 2,4,6-трис(тринитрометил)-1,3,5-триазин.

где R=С(CH₃)₃; ТГФ - тетрагидрофуран.

Недостатком способа-аналога является то, что в конечном счете исходное производное гетероцикла 1,3,5-триазина-цианурхлорид вовлекается в получение 2-амино-4,6-бис(тринитрометил)-1,3,5-триазинов опосредованно: через 3-стадийный процесс превращения цианурхлорида в 2,4,6-трис(тринитрометил)-1,3,5-триазин.

Техническим результатом изобретения является получение 2-амино-4,6-бис(тринитрометил)-1,3,5-триазинов непосредственно из цианурхлорида в одну стадию.

Технический результат достигается проведением в органическом растворителе реакций цианурхлорида с солями тринитрометана. Разработаны три метода получения 2-амино-4,6-бис(тринитрометил)-1,3,5-триазинов.

Первый метод заключается в проведении по реакции P.I взаимодействия цианурхлорида с тринитрометановыми солями аммиака, первичных и вторичных аминов. Выход 2-амино-4,6-бис(тринитрометил)-1,3,5-триазинов составляет 40-60% от теории.

Т: -20°С ÷ +50°С; р-ль: ацетонитрил, ацетон, тетрагидрофуран

1 R₁=R₂=H; 2 R₁=H, R₂=СН₃; 3 R₁=H₁R₂=C₂H₅; 6 R₁=R₂=CH₃; 8 R₁=H, R₂=СН₂С₆Н₅; 9 R₁=H, R₂=цикло-С₆Н₁₁; 10 R₁=R₂=C₂H₅

Второй метод заключается в проведении по реакции Р.2 взаимодействия цианурхлорида с двумя разными солями тринитрометана, одна из которых является тринитрометановой солью аммиака, первичного и вторичного аминов. Выход 2-амино-4,6-бис(тринитрометил)-1,3,5-триазинов составляет 32-58% от теории.

Kt⁺=K⁺, Na⁺, (C₂H₅)₃NH⁺, (CH₃)₄N⁺, (C₂H₅)₃CH₃N⁺, (C₂H₅)₄N⁺

Т: -20°С ÷ +50°С; р-ль: ацетонитрил, ацетон, тетрагидрофуран

1 R₁=R₂=H; 2 R₁=H, R₂=CH₃; 3 R₁=H₁R₂=C₂H₅; 5 R₁=H, R₂=C₆H₅; 6 R₁=R₂=CH₃; 8 R₁=H, R₂=СН₂С₆Н₅; 9 R₁=H, R₂=цикло-C₆H₁₁; 10 R₁=R₂=C₂H₅

Третий метод заключается в проведении по реакции Р.З взаимодействия цианурхлорида с солями тринитрометана, которые не являются тринитрометановыми солями аммиака, первичных и вторичных аминов, но в реакцию вводятся аммоний галогенид, аммониевые галогениды первичных и вторичных аминов. Выход 2-амино-4,6-бис(тринитрометил)-1,3,5-триазинов составляет 30-52% от теории.

Kt⁺=K⁺, Na⁺, X^-=Cl^-, Br^-

T: -20°C ÷ +50°C; р-ль: ацетонитрил, ацетон, тетрагидрофуран

1 R₁=R₂=H; 2 R₁=H, R₂=CH₃; 3 R₁=H₁R₂=C₂H₅; 5 R₁=H, R₂=С₆Н₅; 6 R₁=R₂=CH₃; 8 R₁=H, R₂=СН₂С₆Н₅; 9 R₁=H, R₂=цикло-С₆Н₁₁

В качестве органических растворителей для проведения реакций P.1-Р.3 можно использовать ацетонитрил, ацетон, тетрагидрофуран. Реакции Р.1-Р.3 можно проводить при температурах от -20°С до +50°С. Порядок смешения реактантов (цианурхлорид; соль тринитрометана; аммоний галогенид, аммониевые галогениды первичных и вторичных аминов) в Р.1-Р.3 не имеет существенного значения. Способ получения соли тринитрометана не имеет существенного значения для Р.1-Р.3. Соль нитроформа может быть получена отдельно и введена в Р.1-Р.3, а может быть получена нейтрализацией тринитрометана в органическом растворителе перед прибавлением цианурхлорида при проведении Р.1-Р.3. В P.3 из аммоний галогенидов, аммониевых галогенидов первичных и вторичных аминов могут использоваться хлориды и бромиды.

Для лучшего понимания предлагаемого способа рассмотрим примеры синтеза 2-амино-4,6-бис(тринитрометил)-1,3,5-триазинов.

Пример 1. К раствору 1,84 г (0,01 моль) цианурхлорида в 16 мл ацетона при перемешивании и температуре 18-22°С присыпают 0,03 моль соли тринитрометана (R₁R₂)NH₂ ⁺C(NO₂)₃ ^- (см. P.1), выдерживают реакционную массу при температуре 18-32°С до исчезновения по ТСХ цианурхлорида, упаривают при той же температуре до половины объема под вакуумом, создаваемым водоструйным насосом, приливают при перемешивании к остатку 100 мл воды. Выпавший осадок отфильтровывают, несколько раз промывают на фильтре водой и сушат на воздухе. Высушенный осадок обрабатывают на фильтре 3 раза по 25 мл горячим четыреххлористым углеродом, четыреххлористый углерод отгоняют на роторном испарителе и остаток перекристализовывают из гексана или четыреххлористого углерода. Выход 2-амино-4,6-бис(тринитрометил)-1,3,5-триазинов (см. P.1): 1 - 2,36 г (60%), 2 - 2,37 г (58%), 3 - 2,32 г (55%), 6 - 2,11 г (50%), 8 - 2,52 г (52%), 9 - 2,43 г (51%), 10 - 1,8 г (40%). Т_пл., ИК- и ¹Н ЯМР-спектры веществ 1-4, 6 одинаковы с литературными данными [8, 9], а элементный анализ соответствует вычисленным значениям. Для 8 (см. Р.1): Т_пл.=74-75°С; ИК-спектр, ν, см^-1: 3320, 3060, 2940, 2872, 1650, 1636, 1560, 1525, 1480, 1432, 1284, 1200, 1112, 1056, 976, 912, 840, 796; ¹Н ЯМР-спектр, δ, м.д.: 4,60-4,65 d (2H, СН₂); 7,25 s (5H, C₆H₅); 9,95 t (1H, NH); найдено, %: С 29,67, Н 1,73, N 28,97; C₁₂H₈N₁₀O₁₂, вычислено, %: С 29,75, Н 1,65, N 28,93. Для 9 (см. P.1): Т_пл.=89°С; ИК-спектр, ν, см^-1: 3368, 2952, 2864, 1640, 1600, 1520, 1456, 1420, 1384, 1368, 1336, 1284, 1200, 1184, 1108, 1072, 992, 976, 896, 848, 796; ¹Н ЯМР-спектр, δ, м.д.: 1,20-2,05 m (10Н, CH₂); 3,75 m (1Н, СН); 9,35-9,50 d (1H, NH); найдено, %: С 27,71, Н 2,56, N 29,32; C₁₁H₁₂N₁₀O₁₂, вычислено, %: С 27,73, Н 2,52, N 29,41. Для 10 (см. Р.1): Т_пл.=138-139°С (с разл.); ИК-спектр, ν, см^-1: 3000-2850, 1640-1580, 1450, 1280, 1215, 1175, 1100-1060, 975, 930, 845, 795; ¹Н ЯМР-спектр, δ, м.д.: 1,18-1,32 t (4H, NCH₂); 3,53-3,75 q (6H, СН₃); найдено, %: С 23,89, Н 2,37, N 31,08; C₉H₁₀N₁₀O₁₂, вычислено, %: С 24,00, Н 2,22, N 31,11. ИК-спектры сняты на приборе Specord M80 в таблетках KBr. ¹Н ЯМР-спектры сняты на приборе Bruker WP 80DS (80 МГц, внутренний стандарт ГМДС, растворитель - ацетон-d₆).

Пример 2. В раствор 0,03 моль тринитрометана в 20 мл ацетонитрила (тетрагидрофурана) при перемешивании и температуре 18-22°С прикалывают 0,03 моль бензиламина, получая тринитрометановую соль С₆Н₅CH₂NH₃ ⁺С(NO₂)₃ ^- (см. P.1), присыпают 1,84 г (0,01 моль) цианурхлорида. Дальнейшие операции описаны в примере 1. Выход 8 (см. P.1) - 2,42 г (50%).

Пример 3. В 18 мл ацетонитрила при перемешивании и температуре 18-22°С присыпают 0,015 моль Kt⁺С(NO₂)₃ ^- (см. Р.2) 0,015 моль (R₁R₂)NH₂ ⁺C(NO₂)₃ ^- (см. Р.2) и 1,84 г (0,01 моль) цианурхлорида. Дальнейшие операции описаны в примере 1. Выход 2-амино-4,6-бис(тринитрометил)-1,3,5-триазинов (см. Р.2): 1 - 2,29 г (58%), 2 - 2,24 г (55%), 3 - 2,24 г (53%), 5 - 1,5 (32%), 6 - 1,98 г (47%), 8 - 2,42 г (50%), 9 - 2,19 г (46%), 10 - 1,71 г (38%).

Пример 4. В 18 мл ацетонитрила (ацетона) при перемешивании и температуре 18-22°С присыпают 0,03 моль Kt⁺С(NO₂)₃ ^- (см. Р.3), 0,15 моль (R₁R₂)NH₂ ⁺X^- (см. Р.3) и 1,84 г (0,01 моль) цианурхлорида. Дальнейшие операции описаны в примере 1. Выход 2-амино-4,6-бис(тринитрометил)-1,3,5-триазинов (см. P.3): 1 - 2,05 г (52%), 2 - 2,04 г (50%), 3 - 2,15 г (51%), 5 - 1,41 (30%), 6 - 1,9 г (45%), 8 - 2,37 г (49%), 9 - 1,95 г (41%).

Соотношение растворитель: цианурхлорид может быть уменьшено или увеличено против приведенных в примерах 1-4. Мольное соотношение цианурхлорид: (R₁R₂)NH₂ ⁺C(NO₂)₃ ^- может быть уменьшено или увеличено против приведенного в примерах 1, 2. Мольное соотношение цианурхлорид: Kt⁺С(NO₂)₃ ^-:(R₁R₂)NH₂ ⁺C(NO₂)₃ ^- может быть уменьшено или увеличено против приведенного в примере 3. Мольное соотношение цианурхлорид: Kt⁺С(NO₂)₃ ^-:(R₁R₂)NH₂ ⁺X^- может быть уменьшено или увеличено против приведенного в примере 4.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет:

- получать 2-амино-4,6-бис(тринитрометил)-1,3,5-триазины из цианурхлорида и солей тринитрометана в одну стадию.

1. Способ получения 2-амино-4,6-бис(тринитрометил)-1,3,5-триазинов в органическом растворителе, отличающийся тем, что взаимодействие проводят между цианурхлоридом и солями тринитрометана.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в реакции используют тринитрометановые соли аммиака, первичных и вторичных аминов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в реакции используют две разные соли тринитрометана, одна из которых является тринитрометановой солью аммиака, первичного и вторичного аминов.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в реакцию дополнительно вводят аммоний галогенид, аммониевые галогениды первичных и вторичных аминов.