Спосіб одержання метилтіометиларенів

Спосіб одержання метилтіометиларенів формули І : Ar(CH2SCH3)n, Корисна модель відноситься до галузі органічної хімії, до способів одержання тіоефірів, а саме метилтіометилпохідних ароматичних сполук формули 1 Ar(CH 2 SCH 3 ) n , де Аг= 1,4-нафталініл; 1,4тетраметилбензолдіїл, а п = 2; або Аг = 2,4,6-мезитилентриїл, а п=3. Метилтіометильні похідні ароматичних вуглеводнів використовуються як проміжні продукти у фармацевтичній промисловості, у виробництві агрохімікатів, у хімічній промисловості (у виробництві антиоксидантів, прискорювачів вулканізації, тіокраунефірів) [1,2]. У літературі описані [3-5] способи введення тіоефірної групи в ароматичне ядро для нуклеофільних субстратів (фенолів, нафтолів, анілінів). Ці способи багатостадійні, і для їх здійснення потрібні важко доступні реагенти (рідкий аміак, тіонілхлорид, аміди лужних металів, осушений азот), низькі температури (до-60°С), великі надлишки вихідних аренів. Відомий [6] спосіб одностадійного прямого введення метилтіометильної групи CH3SCH2 в арени дією метилтіометнлацетату на моно- і поліциклічні арени в двофазній системі толуол - водна сірчана кислота. Метилтіометилпохідні аренів одержують за схемою 1: де Аг = 1,4-нафталініл; 1,4-тетраметилбензолдіїл; а п=2; або Аг = 2,4,6-мезитилентриїл, а п=3; шляхом взаємодії арену з метилтіометилацетатом у двофазній системі: розчинник - водна сірчана кислота при нагріванні, який відрізняється тим, що як розчинник використовують ряд н-алканів (С8-С-І5), при мольному співвідношенні арен : метилтіометилацетат від 1:4 до 1:7 і нагрівання проводять при температурі нижче температури кипіння водної сірчаної кислоти, цільовий продукт виділяють відомим способом. Н+ Аг + CH3SCH2OAc -> ArCH 2 SCH 3 + АсОН Синтез здійснюють шляхом взаємодії арена з метилтіометилацетатом при їх мольному співвідношенні 1:1 у толуолі в присутності H2SO4 (35 - 94%) при нагріванні (53 - 84°С) і інтенсивному перемішуванні протягом 1-11 годин. Реакційну масу охолоджують, органічний шар відокремлюють, промивають насиченим розчином бікарбонату натрію, і продукти метилтіометилювання виділяють перегонкою. Цей спосіб ми взяли як прототип. Він має такі недоліки: 1. Низький вихід продуктів метилтіометилювання (до 25%) на арен, який прореагував, при невисокому ступені перетворення вихідною арену (13- 76%). 2. Велика кількість побічних продуктів (до 38 %) за рахунок утворення диарилметанів, олігомерів, а також продуктів метилтіометилювання толуолу, який використовують як розчинник. 3. Неможливість підвищення температури реакції (вище 84С) через утворення значної кількості побічних продуктів метилтіометилзаміщених толуолу. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення технологічності відомого способу [6] одержання метилтіометилзаміщених аренів за 00 00 4878 схемою 1. Поставлена задача може бути вирішена завдяки запропонованому способу одержання метитіометиларенів за тією ж схемою шляхом заміни розчинника в двофазній системі: органічний розчинник - водна сірчана кислота, оптимізації температури проведення реакції і мольного співвідношення арен:метилтіометилацетат. Це дозволяє збільшити вихід цільових продуктів заміщення до 56 - 90 % на арен, що прореагував, при практично повній (до 100 %) конверсії арену. Новий спосіб одержання метилтіометиларенів відрізняється від відомого [6] тим, що як розчинник використовують ряд нормальних алканів (Ce-Cis), малотоксичних і інертних відносно реагенту, що виключає забруднення цільових продуктів заміщення метилтіомегилнохідними толуолу. Використання н-алканів нижче Cs недоцільно через зниження температури проведення реакції, що збільшує час реакції і знижує вихід метилтіометиларенів та їх чистоту. Використання в якості розчинника н-алканів вище Сі5 нетехнологічно, бо вони мають високу температуру плавлення і при кімнатній температурі є кристалічними речовинами, а також - тому що їх регенерація менш зручна через високу температуру кипіння. На відміну від прототипу знайдено оптимальний температурний інтервал проведення реакції метилтіометилювання арепів від 112°С до 122°С (у прототипі до 84°С). Інтервал обумовлений температурою кипіння водної сірчаної кислоти, концентрація якої також онтимізована й обрана рівною 40-50%. Знайдено, що температура проведення реакції повинна бути нижче температури кипіння водного розчину сірчаної кислоти, тому що при кипінні кислотного розчину можлива неконтрольована і небажана зміна складу продуктів реакції. При концентрації сірчаної кислоти нижче 40% збільшується час реакції, а при концентрації більше 50% зростає кількість побічних нецільових продуктів. На відміну від прототипу знайдено оптимальне мольне співвідношення вихідний арен:метилтіометилацетат від 1:4 до 1:7, тобто необхідний 1,5-2,5 кратний відносно до стехіометричного надлишок реагенту. Це дозволяє прискориш процес і збільшити виходи цільових продуктів метилтіометилювання арепів. При мольному співвідношенні арен:метилтіометилацетат нижче 1:4 збільшується час проведення реакції і кількість побічних продуктів. Співвідношення вище 1:7 економічно недоцільне. Реакцію проводять при інтенсивному перемішуванні до повної конверсії ароматичного вуглеводню. Склад органічної частини реакційної маси і динаміку його зміни визначають методом газо-рідинної хроматографії (ГЖХ). Цільовий продукт виділяють відомим способом: після закінчення реакції і охолодження реакційної суміші органічний шар відокремлюють, промивають розчином бікарбонату натрію і висушують над, хлористим кальцієм. Потім розчинник відганяють і отриманий цільовий продукт при необхідності очищують кристалізацією. Таким чином, використання при одержанні метитіометиларенів в якості розчинника ряду нор мальних алканів (Ce-C-is), малотоксичних і інертних до реагенту - метилтіометилацетату виключило забруднення цільових продуктів продуктами взаємодії реагенту з розчинником, дозволило підняти температуру проведення реакції до оптимальної, а також зміна мольного співвідношення арен:метилтіометилацетат дозволило збільшити вихід продуктів метилтіометилювання на арен, що прореагував, до 56 - 90%, а ступінь перетворення вихідного арену до 100 %. Приклад 1. Одержання 1,4біс(метилтіометил)нафталіну. У реакційну колбу, що обладнана мішалкою, зворотним холодильником, поміщають 0,6385г (0,005моль) нафталіну, 2.5мл н-нонану і перемішують до повного розчинення. Потім додають 2,5мл водної сірчаної кислоти (45%), витримують при 115°С 10 хвилин. Вводять 2,7мл (0,025моль) метилтіометилацетату і при зазначеній температурі та інтенсивному перемішуванні витримують реакційну масу 3,5 години. Після охолодження додають до реакційної маси Юмл хлороформу, 5 мл води. Органічний шар відокремлюють, промивають водою (5 мл ), насиченим розчином бікарбонату натрію (5 мл) і знову водою (5 мл), сушать над хлористим кальцієм. Розчинник відганяють і одержують 0,89г 1,4біс(метилтіометил)нафталіну чистотою 96 % (за результатами ГЖХ-аналізу), т.пл. 104°С. Вихід 70 %. Знайдено, % : С 67,75; Н 6,53; S 25,72. Обчислено, % : С 67,69; Н 6,49; S 25,81. Спектр ЯМР 1 Н (ацетон D6, TMC, 5, м.д.): 2,06 с (6Н 2 х SCH3); 4,21 с (4Н 2 х СН2); 7,40 с (2Н 2,3 Нар); 7,52 д (2Н 5,8 - Нар); 8,26 д (2Н 6,7 - Нар). Приклад 2. Одержання 1,4біс(метилтіометнл)нафталіну. В умовах прикладу 1, але використовують 0,25г (0,002моль) нафталіну. 2,5мл н-нонану, 2,5мл водної сірчаної кислоти (40%), витримують при 112°С 10 хвилин і додають 1,1 мл (0,01 моль)метилтіометилацетату. Перемішують реакційну масу 5 годин при зазначенній температурі і обробляють її, як у прикладі 1. Одержують 0,29г 1,4- біс(метил-пометил )нафталі ну чистотою 96% ( за результатами ГЖХ-аналізу), т.пл. 104°С. Вихід 58%. Приклад 3. Одержання 1,4біс(метилтіометил)нафталіну. Реакцію проводять як у прикладі 1, але використовують 2,5 мл ноктану як розчинник, 0,25г (0,002моль) нафталіну, 1,1 мл (0,01 моль) метилтіометилацетату. Перемішують реакційну масу 4 години і обробляють її, як у прикладі 1. Одержують 0,34г 1,4біс(метнлтіометил)нафталіпу чистотою 96 % ( за результатами ГЖХ-аналізу), т.нл. 104 С. Вихід 68%. Приклад 4. Одержання 1,2,4,5-тетраметил-3,6біс(метиліометил)- бензолу. В умовах прикладу 1, але використовують 0,66г (0,005моль) дуролу і 2,7мл (0,025моль) метилтіометилацетату. Перемішують реакційну масу З години, і обробляють її, як у прикладі 1. Одержують цільовий продукт, що піддають кристалізації з н-нонану, отримують 1,0 г чистого (за результатами ГЖХ-аналізу) 1,2,4,5-тетраметил-3,6біс(метилтіометил)бепзолу; т.пл. 166°С. Вихід 4878 80% Знайдено, % С 66,30, Н 8,79, S 25,00 Обчислено, % С 66,08, Н 8,72, S 25,20 Спектр ЯМР 1 Н (ацетон D6, TMC, 5, м д ) 2,12 с (6Н 2xSH3), 2,28 с (12П 4 х СН3), 3,78 с (4Н 2 х SCH3) Приклад 5 Одержання 1,2,4,5-тетраметил-3,6біс(метилтюметил)-бензолу В умовах прикладу 1 але використовують 0,66г (0,005моль) дуролу і , 2,5мл н-нонану, 2,5мл водної сірчаної кислоти (50%), витримують при 122°С 10 хвилин і додають 2,7мл (0,025моль) метилтюметилацетату Перемішують реакційну масу 3 години, і обробляють її, як у прикладі 1 Одержують цільовий продукт, що піддають кристалізації з н-ионану, отримують 0,91г чистого (за результатами ГЖХаналізу) 1,2,4,5-гетраметил- 3,6-біс(метил пометил)бензолу, т пл 166°С Вихід 73% Приклад 6 Одержання 1,2,4,5-тетраметил-3,6біс(метилтюметил)-бензолу В умовах прикладу 1, але використовують 0 66 і (0,005моль) дуролу і 2,2мл (0,02моль) метилтюметилацетату Перемішують реакційну масу З години, і обробляють її, як у прикладі 1 Одержують цільовий продукт, що піддають кристалізації з н-нонану, отримують 0,7г чистого (за результатами ГЖХ-аналізу) 1,2,4,5-тетраметил-3,6біс(метилтюмегил)бензолу, т пл 166°С Вихід 56% Приклад 7 Одержання 2,4,6трис(метилтюметил)мезитилену В умовах прикладу 1, але використовують 0,7мл (0,005моль) мезитилену і 3,3мл (0,03моль) метилтюметилацетату Перемішують реакційну масу 3 години і обробляють її як у прикладі 1 Одержують 1,29г 2,4,6трис(метилтюметил)мезитилену чистотою 99% (за результатами ГЖХ- аналізу), тпл 178-180°С Вихід 85% Знайдено, % С 60,72, Н 8,59, S 30,61 Обчислено, % С 59,94, Н 8,05 , S 32,01 Спектр ЯМР 1 Н (ацетон D6 TMC, 5, м д ) 2,10 с (6Н 2 х SCH3), 2,32 с (6Н -СН 3 , 5 -СН 3 ), 2,43 с (ЗН 1-СНз), 3,76 с (4Н 2 х СН2), 6,82 с (1 Н 4-Н) Приклад 8 Одержання 2,4,6трис(метилтюмегил)мезитилену В умовах прикладу 1, але використовують 2мл тетрадекану як розчинник, 0,7 мл (0,005 моля) мезитилену, 3,8 мл (0,035 моля) метилтюметилацетату Перемішують реакційну масу 3 години і обробляють ґі, як у прикладі 1 Одержують 1,36 г 2,4,6трис(метилтюметил)мезитилену чистотою 99 % (за результатами ГЖХ-аналізу), тнл 178-180° С Вихід 90 % Комп'ютерна верстка М Клюкін Приклад 9 Одержання 2,4,6трис(метилтюметил)мезигилену В умовах прикладу 1, але використовують 0,75мл (0,0054моль) мезигилену і 2,7мл (0,0243моль) мегилтюмегилацетагу Перемішують реакційну масу З години і обробляють її як у прикладі 1 Одержують 1,16 і 2,4,6-трис(метилтюмегил)мезитилену чистотою 99% (за результатами Г ЖХ- аналізу), тпл 178-180°С Вихід 73% Як видно з приведених прикладів, заявлений спосіб мас такі переваги у порівнянні з прототипом 1 Збільшення виходів метилтюметиларенів до 56-90% при практично повній конверсії вихідного арену 2 Значне зниження КІЛЬКОСТІ побічних продуктів (з 38% до 5%) завдяки використанню у якості розчинника малотоксичного та інертного до реагенту ряду н-алканів (С8-Сіб) 3 Обрано оптимальну температуру реакції метилтюметилювання аренів і мольне співвідношення арен метилпометилацетат від 1 4 до 17 Джерела інформації 1 Патент 44897 Україна (UK), МПК7 С07С317/28 Похідне бензилсульфіду, спосіб його одержання, пестицид та проміжні сполуки / Торіябе К, Сасакі X , Масуяма Н та ін (JP) №97010164, Заяв 15 03 02, Опубл 15 03 02, Приоритет 19 04 95, №7-117838 (JP) // Промислова власність - 2002 - № 3 - с 396 2 Патент 42722 Україна (UK), ПКЖ7 С07С317/28, 323/25 Сульфіди, сульфоксиди або сульфони, або їх фармацевтично прийнятні солі і фармацевтичні композиції, що їх містять /ХеррісІІ (GB), ХільД (GB) - №95114926, Заяв 07 05 94, Опубл 15 11 01, Приоритет 07 01 94, № РСТ/ЕР 94/01494 (GB) // Промислова власність - 2001 - № 10 - с 396 3 Selective ortho-Methylthiomethylation of Phenols with Dimethyl Sulphoxide and Thionyl Chloride / К Sato , S Inoue, К Ozawa //J Chem Soc, Perkin Trans 1 -1984 -№12 -P 2715-2719 4 Gassman P G , Amick D R Exclusive Ortho Substitution of Phenols via [2, 3] - Sigmatropic Rearrangements // J Am Chem Soc - 1978, - Vol 100, №24 P 7611-7619 5 Reaction of dimethyl sulfoxide-tnfluoroacetic anhydride with anilines, phenols, and thiophenois / Y Hiraki, M Kamiya, R Tanikaga, et al // Bull Chem Soc Jpn -1977 - Vol 50, № 2 - P - 447-452 6 Зарайский А П , Качурин О И О прямом введении тиоэфирной группы в ароматическое ядро // Журн орган, химии - 2003 - Т 39, вып 1 1 С 1642-1645 Підписне Тираж 37 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності вул Урицького 45 м Київ, МСП, 03680 Україна ДП "Український інститут промислової власності" вул Глазунова,! м К и ї в - 4 2 , 01601