Способ получения 2,4-диалкокси-6-тринитрометил-1,3,5-триазинов

Описывается новый способ получения 2,4-диалкокси-6-тринитрометил-1,3,5-триазинов общей формулы

где R означает Alk, возможно однократно или многократно замещенный, цикло-Alk, заключающийся в том, что цианурхлорид, соль тринитрометана Kt⁺C(NO₂)₃ ^-, где Kt⁺ означает катион, и спирт формулы R-OH, где R имеет указанные выше значения, подвергают взаимодействию в среде инертного органического растворителя, такого как ацетон, ацетонитрил, тетрагидрофуран и реакцию предпочтительно осуществляют в присутствии оснований. Полученные соединения могут использоваться в качестве энергонасыщенных материалов, полупродуктов в их синтезе, биологически активных веществ и/или полупродуктов в их синтезе. Описываемый процесс позволяет получить целевое соединение в одну стадию и выходом 45-65%. 1 табл.

 

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

2,4-диалкокси-6-тринитрометил-1,3,5-триазинов 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. - С.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 2,4-диалкокси-6-тринитрометил-1,3,5-триазинов [8] [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] основан на замещении двух тринитрометильных групп в 2,4,6-трис(тринитрометил)-1,3,5-триазине метанолом (выход 1 50% от теории). Реакцию проводят в органическом растворителе:

В работе [8] производное 1 охарактеризовано: Т_пл., элементным анализом, ИК- и ¹Н, ¹³С, ^14/15ЯМР-спектрами. Таким образом, строение 1 надежно подтверждено физико-химическими методами.

Исходный 2,4,6-трис(тринитрометил)-1,3,5-триазин в способе аналоге получают трехстадийным 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(СН₃)₃; ТГФ - тетрагидрофуран

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

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

Технический результат достигается проведением в органическом растворителе реакции между цианурхлоридом, солями тринитрометана и спиртами. Разработаны два метода получения 2,4-диалкокси-6-тринитрометил-1,3,5-триазинов.

Первый метод заключается в проведении по реакции P.1 взаимодействия цианурхлорида с солями тринитрометана и спиртами. Выход 2,4-диалкокси-6-тринитрометил-1,3,5-триазинов составляет 45-65% от теории.

Kt⁺=K⁺, Na⁺, (C₂H₅)₂NH₂ ⁺, (С₂Н₅)₃NH⁺, (CH₃)₄N⁺, (C₂H₅)₃CH₃N⁺, (C₂H₅)₄N⁺

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

1 R-СН₃; 2 R=C₂H₅; 3 R=CH₂CH₂CH₂CH₃; 4 R=CH₂C₆H₅; 5 R=CH₂CH₂Cl; 6 R=CH₂CH₂C(NO₂)₃; 7 R=CH₂C(NO₂)₂Cl; 8 R=CH₂C(NO₂)₂F; 9 R=СН(СН₃)₂; 10 R=цикло-С₆Н₁₁.

Второй метод заключается в проведении по реакции Р.2 взаимодействия цианурхлорида с солями тринитрометана и спиртами в присутствии оснований (В). Выход 2,4-диалкокси-6-тринитрометил-1,3,5-триазинов составляет 25-60% от теории.

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

B=NaHCO₃; КНСО₃; Na₂CО₃; К₂СО₃; Li₂СО₃; Na₂HPO₄; K₂HPО₄;

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

1 R=СН₃; 2 R=C₂H₅; 3 R=СН₂СН₂СН₂СН₃; 4 R=СН₂С₆Н₅; 9 R=СН(СН₃)₂; 10 R=цикло-С₆Н₁₁.

В качестве органических растворителей для проведения реакций P.1, P.2 можно использовать ацетонитрил, ацетон, тетрагидрофуран. Реакции P.1, P.2 можно проводить при температурах от -20°С до +50°С. Порядок смешения реактантов (цианурхлорид, соль тринитрометана, спирт, основание) в P.1, P.2 не имеет существенного значения. Способ получения соли тринитрометана не имеет существенного значения для P.1, P.2. Соль тринитрометана может быть получена отдельно и введена в P.1, P.2, а может быть получена нейтрализацией тринитрометана в органическом растворителе перед прибавлением цианурхлорида при проведении P.1, P.2. При проведении реакции по P.2 могут использоваться основания.

Для лучшего понимания предлагаемого способа рассмотрим примеры синтеза 2,4-диалкокси-6-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 моля соли тринитрометана Kt⁺C(NO₂)₃ ^- (см. P.1), прибавляют 0,02 моля спирта (см. P.1), выдерживают при температуре 18-32°С до исчезновения по ТСХ цианурхлорида. Реакционную массу отфильтровывают и выливают фильтрат в 160 мл воды. Выпавший осадок отфильтровывают, несколько раз промывают на фильтре водой и сушат на воздухе. Высушенный продукт перекристализовывают из гексана или изопропанола. Выход 2,4-диалкокси-6-тринитрометил-1,3,5-триазинов (см. P.1): 1 - 1,89 г (65%), 2 - 2,0 г (63%), 3 - 2,13 г (57%), 4 - 2,56 г (58%), 5 - 1,94 г (50%), 6 - 3,08 г (50%), 7 - 2,72 г (48%), 8 - 2,72 г (51%), 9 - 1,56 г (45%), 10 - 2,22 г (52%). Т_пл., ИК- и ¹Н ЯМР-спектры вещества 1 одинаковы с литературными данными [8], а элементный анализ соответствует вычисленным значениям. В таблице приведены температуры плавления, данные элементного анализа, ИК- и ¹Н ЯМР-спектроскопии веществ 1-10 (см. P.1), подтверждающие строение полученных соединений. 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 моля тринитрометана в 20 мл ацетонитрила (тетрагидрофурана) при перемешивании и температуре 18-22°С прикапывают 0,03 моля триэтиламина, получая тринитрометановую соль (C₂H₅)₃NH⁺C(NO₂)₃ ^- (см. P.1), присыпают 1,84 г (0,01 моль) цианурхлорида и прибавляют 0,02 моля метанола. Дальнейшие операции описаны в примере 1. Выход 1 (см. P.1) - 1,86 г (64%).

Пример 3. В 18 мл ацетонитрила (ацетона) при перемешивании и температуре 18-22°С присыпают 0,03 моля Kt⁺C(NO₂)₃ ^- (см. Р.2), 1,84 г (0,01 моль) цианурхлорида, прибавляют 0,07 моля спирта (см. Р.2) и 0,015 моля основания В (см. Р.2). Дальнейшие операции описаны в примере 1. Выход 2,4-диалкокси-6-тринитрометил-1,3,5-триазинов (см. Р.2): 1 - 1,74 г (60%), 2 - 1,84 г (58%), 3 - 1,65 г (44%), 4 - 2,25 (51%), 9 - 0,87 г (25%), 10 - 1,53 г (36%).

Соотношение растворитель: цианурхлорид может быть уменьшено или увеличено против приведенных в примерах 1-3. Мольное соотношение цианурхлорид:

Kt⁺С(NO₂)₃ ^- может быть уменьшено или увеличено против приведенного в примерах 1-3. Мольное соотношение цианурхлорид : спирт может быть уменьшено или увеличено против приведенного в примерах 1-3. Мольное соотношение цианурхлорид: основание В может быть уменьшено или увеличено против приведенного в примере 3.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет:

- получать 2,4-диалкокси-6-тринитрометил-1,3,5-триазины из цианурхлорида, солей тринитрометана и спиртов в одну стадию.

1. Способ получения 2,4-диалкокси-6-тринитрометил-1,3,5-триазинов общей формулы

где R означает Alk, разветвленный Alk, цикло-Alk, однократно или многократно замещенный Alk, заключающийся в том, что цианурхлорид, соль тринитрометана Kt⁺C(NO₂)₃ ^-, где Kt⁺ означает катион, и спирт формулы R-OH, где R имеет указанные выше значения, подвергают взаимодействию в среде инертного органического растворителя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что реакцию осуществляют в присутствии оснований и используют такие растворители, как ацетон, ацетонитрил, тетрагидрофуран.