Способ получения халькогенонов

Номер патента: 20765

Опубликовано: 30.01.2015

Авторы: Холбрей Джон, Роджерс Робин Дон, Родригес Гектор

Есть еще 4 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ получения гетероциклических халькогенонов, включающий взаимодействие элементарного халькогена, выбранного из элементарной серы, элементарного селена и элементарного теллура, с ионной жидкостью или солью, имеющей формулу

Рисунок 1

где [Cat+] обозначает один или более гетероциклических катионов общей формулы (1), содержащих соседние атомы углерода и азота

Рисунок 2

где Ra обозначает линейную или разветвленную C1-C30 алкильную группу, С3-C8 циклоалкильную группу, С610 арильную группу, C130 алкарильную группу или C130 аралкильную группу; при этом указанные алкильные, циклоалкильные, арильные, алкарильные или аралкильные группы являются незамещенными или замещенными;

Q обозначает линкер, который может быть насыщенным или ненасыщенным и который, взятый вместе с соседними атомами углерода и азота, образует гетероциклическое кольцо, содержащее 5-10 атомов в кольце; и

[X-] обозначает один или более анионов, выбранных из сопряженных оснований кислот формулы [Н+X-] с величиной pKa более 2,5, причем реакцию проводят в отсутствие дополнительного основания.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что элементарный халькоген выбран из элементарного селена и элементарной серы.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что элементарный халькоген представляет собой элементарную серу.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что общая формула (1) обозначает гетероциклический катион, выбранный из группы, состоящей из имидазолия, пиразолия, 1,2,4-триазолия, оксазолия, изоксазолия, тиазолия, изотиазолия, 1,2,4-оксадиазолия, 1,2,5-оксадиазолия, 1,3,4-оксадиазолия, 1,2,3,4-оксатриазолия, 1,2,3,5-оксатриазолия, 1,2,4-тиадиазолия, 1,2,5-тиадиазолия, 1,3,4-тиадиазолия, 1,2,3,4-тиатриазолия, 1,2,3,5-тиатриазолия, пиридиния, пиридазиния, пиримидиния, пиразиния, 1,2,3-триазиния, 1,2,4-триазиния, 1,3,5-триазиния, 1H-индазолия, бензимидазолия, бензизоксазолия, бензоксазолия, бензотиазолия, бензизотиазолия, хинолиния, изохинолиния, циннолиния, хиназолиния, хиноксалиния и фталазиния.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что общая формула (1) обозначает гетероциклический катион, выбранный из группы, состоящей из имидазолия, пиразолия, 1,2,4-триазолия, оксазолия, тиазолия, пиридиния, пиридазиния, пиримидиния, пиразиния, бензимидазолия, хинолиния и изохинолиния.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что общая формула (1) обозначает гетероциклический катион, выбранный из группы, состоящей из

Рисунок 3

Рисунок 4

где Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg и Rh, каждый независимо, выбраны из линейного или разветвленного C130 алкила, С38 циклоалкила, С610 арила, C130 алкарила, C130 аралкила и где Rb, Rc, Rd, Re, Rf и Rh могут также обозначать водород или C130 алкокси, или любые два из Rb, Rc, Rd, Re, Rf и Rh, присоединенных к соседним атомам углерода, могут образовать метиленовую цепь -(CH2)q-, где q равно 3-6; и где указанные алкильная, циклоалкильная, арильная, алкарильная, аралкильная или алкоксильная группы или указанная метиленовая цепь являются незамещенными или могут быть замещены 1-3 группами, выбранными из C16 алкокси, С2-C12 алкокси-алкокси, С3-C8 циклоалкила, С610 арила, С710 алкарила, С710 аралкила, -CN,
-ОН, -SH, -NO2, -CO2(C16)алкила, -OC(O)Rx, -C(O)Rx, -C(S)Rx, -CS2(C1-C6)алкила, -SC(S)Rx, -S(О)(С16)алкила, -S(O)O(C16)алкила, -OS(O)(C16)алкила, -S(C16)алкила, -S-S(C16)алкила, -NRxC(O)NRyRz,
-NRxC(O)O(C16)алкила, -OC(O)NRyRz, -NRxC(S)O(C16)алкила, -OC(S)NRyRz, -NRxC(S)S(C16)алкила,
-SC(S)NRyRz, -NRxC(S)NRyRz, -C(O)NRyRz, -C(S)NRyRz, -NRyRz или гетероциклической группы, при этом Rx, Ry и Rz независимо выбраны из водорода или C16 алкила.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что общая формула (1) описывает гетероциклический катион, выбранный из

Рисунок 5

где Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg имеют значения, указанные в п.6.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что общая формула (1) описывает гетероциклический катион, выбранный из группы, состоящей из

Рисунок 6

где Ra и Rg имеют значения, указанные в п.6.

9. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что [X-] включает анионное сопряженное основание кислоты [H+Х-], имеющей величину pKa более 3,5.

10. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что [X-] включает анионное сопряженное основание кислоты [Н+Х-], имеющей величину pKa более 4,5.

11. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что [X-] включает анион карбоксилата.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что [X-] включает анион карбоксилата, выбранного из [СН3СО2]-, [СН3СН2СО2]-, [СН3(СН2)2СО2]-, [PhCO2]-.

13. Способ по п.11, отличающийся тем, что [X-] включает анион, выбранный из [CN]-, [СО3]2-, [НСО3]-, [ОН]-, [SH]- и [NO2]-.

14. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что реакцию проводят при температуре от -10 до 150°С.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что реакцию проводят при температуре от 25 до 100°С.

16. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что соль имеет температуру плавления ниже 150°С.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что соль имеет температуру плавления ниже 100°С.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что соль имеет температуру плавления ниже 25°С.

19. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что соль является твердым веществом при рабочих температуре и давлении способа.

20. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что реакцию проводят в присутствии растворителя, выбранного из ацетонитрила, диметилсульфоксида, диметилформамида и сульфолана.

21. Способ по любому из пп.1-19, отличающийся тем, что реакцию проводят в отсутствие дополнительного растворителя.

22. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что побочный продукт - кислоту - непрерывно удаляют из реакционного сосуда.

23. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что ионную жидкость или соль и халькоген вводят в реакцию в мольном отношении в расчете на атомы халькогена, равном от 1:100 до 100:1.

24. Способ по п.23, отличающийся тем, что ионную жидкость или соль и халькоген вводят в реакцию в мольном отношении в расчете на атомы халькогена, равном от 1:10 до 10:1.

25. Способ по п.24, отличающийся тем, что ионную жидкость или соль и халькоген вводят в реакцию в мольном отношении в расчете на атомы халькогена, равном от 1:5 до 5:1.

26. Способ по п.24, отличающийся тем, что ионную жидкость или соль и халькоген вводят в реакцию в мольном отношении в расчете на атомы халькогена, равном примерно 1:1.

27. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что полученный халькогенон выделяют из реакционной смеси путем экстракции растворителем, используя водные и/или органические растворители.

28. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что побочный продукт реакции - кислоту - выделяют и используют при получении дополнительного количества ионной жидкости или соли.

Текст

Смотреть все

Изобретение предусматривает новый способ получения халькогенонов путем превращения ионных жидкостей и солей, содержащих азотсодержащие гетероциклические катионы и анионы основного характера, в соответствующие азотсодержащие гетероциклические халькогеноны путем взаимодействия с элементарными халькогенами. Область техники, к которой относится изобретение Данное изобретение относится к новому способу получения халькогенонов. Более конкретно, данное изобретение относится к способу превращения ионных жидкостей и солей, содержащих азотсодержащие гетероциклические катионы и анионы основного характера, в соответствующие азотсодержащие гетероциклические халькогеноны по реакции с элементарными халькогенами. Сведения о предшествующем уровне техники Гетероциклические халькогеноны являются ценными химическими веществами, которые находят применение в самых различных технических областях. Один класс гетероциклических халькогенонов представляет собой имидазол-2-тионы. Известно, что имидазол-2-тионы обладают фармацевтической активностью и использовались в клинических условиях для лечения некоторых болезней. Кроме того,имидазол-2-тион-С-нуклеозиды применялись в качестве синтетических предшественников азидонуклеозидов и фторнуклеозидов, которые обладают активностью против СПИДа. Помимо клинического применения имидазол-2-тионы нашли также применение в промышленности в качестве антиоксидантов для каучуков и ускорителей вулканизации каучука. Другое применение имидазол-2-тионов заключается в их использовании в качестве светочувствительных фотографических и фототермографических материалов. Кроме того, 1,3-дизамещенные имидазол-2-тионы представляют собой класс разнообразных катализаторов, которые применялись, например, для сшивки соединений с эпоксидными группами и соединений с изоцианатными группами с образованием покрытий на основе сшитых полимеров. Родственным классом соединений являются имидазол-2-селеноны, которые были идентифицированы как потенциальные антигипертиреоидные лекарственные средства (Roy G., et al., J. Amer. Chem. Soc,2005, vol. 127, p. 15207-15217) и как катализаторы реакций карбонилирования аминов (Li P., et al., CuihuaXuebao, 2007, vol. 28, p. 495-497). Еще одним классом родственных соединений являются имидазол-2-теллуриноны и бензимидазол-2 теллуриноны, которые, как было показано, имеют антимикробную активность в отношении грамположительных бактерий (Kucukbay, Н., et al., Farmaco, 2003, vol. 58, p. 431-437 и Kucukbay, H., et al., Arzneimittel-Forschung, 1996, vol. 46, p. 1154-1158). Согласно одному известному способу получения имидазол-2-тионов соли имидазолия подвергаются взаимодействию с основанием и элементарной серой или последовательно (с образованием промежуточного карбена), или в одну стадию (через образование неустойчивых карбинов). Основания, которые применялись при осуществлении этого известного метода, включают трет-бутоксид калия (при последовательных реакциях) или карбонат калия и метоксид натрия (при одностадийной реакции) (см. Benac etal., Org. Syn., 1986, vol. 64, p. 92-95 и патент США 5104993). Недостаток этих известных способов состоит в том, что образуются стехиометрические количества побочных неорганических солей и они должны быть отделены от имидазол-2-тионов, что требует осуществления еще одной стадии. Кроме того,реакция проводится в присутствии органического растворителя, такого как пентан или метанол. Недавно было установлено, что при применении микроволнового излучения соли имидазолия могут быть превращены в соответствующие имидазол-2-тионы с использованием более слабых оснований, таких как тиоацетат калия или тиоцианат калия (Tao, X.-L., et al., Syn. Commun., 2007, vol. 37, p. 399-408) или с использованием карбоната калия в среде ацетона (CN 101-1397 2060301), однако эти способы все еще требуют применения основания, что приводит к образованию бесполезных неорганических побочных продуктов. Кроме того, недавно сообщалось об одностадийном способе получения имидазол-2-тионов без применения растворителя (заявка США 2008/0171883). Этот способ включает взаимодействие соли имидазолия с элементарной серой в присутствии внешнего основания. Таким образом, хотя можно избежать применения органического растворителя, способ все еще требует использования обычно твердого основания, которое приводит к образованию нежелательных неорганических продуктов. Было также описано получение имидазол-2-теллуринонов путем взаимодействия азотсодержащих гетероциклических карбенов с элементарным теллуром в растворе (Hihn et al., Chemische Berichte, 1993,vol. 126, p. 2047-2049; и Arduengo et al., J. Amer. Chem. Soc, 1997, vol. 119, p. 12742-12749). Сущность изобретения Настоящее изобретение основано на неожиданном обнаружении того факта, что органические соли,содержащие некоторые азотсодержащие гетероциклические катионы и анионы, которые представляют собой конъюгаты оснований и слабых кислот, могут реагировать с элементарными халькогенами в отсутствие дополнительных оснований с образованием гетероциклических халькогенонов. Это является значительным преимуществом по сравнению с известными способами синтеза гетероциклических халькогенонов, так как позволяет избежать лишних расходов, проведения дополнительных стадий и опасностей для персонала, связанных с применением основных реагентов. Кроме того, взаимодействие проходит эффективно в отсутствие дополнительных растворителей, особенно когда соль расплавлена (то есть имеется ионная жидкость) при рабочих температурах процесса. Следует иметь в виду, что в контексте данного изобретения халькогеноны представляют собой соединения, которые включают по меньшей мере один тиокарбонильный, селенокарбонильный или теллу-1 020765 рокарбонильный фрагмент. Кроме того, в контексте данного изобретения элементарные халькогены включают элементарную серу, элементарный селен или элементарный теллур. Согласно первому аспекту данное изобретение предусматривает способ получения гетероциклических халькогенонов, включающий взаимодействие элементарного халькогена, выбранного из элементарной серы, элементарного селена и элементарного теллура, с ионной жидкостью или солью, имеющей формулу где [Cat+] обозначает один или более гетероциклических катионов формулы (1), содержащих соседние атомы углерода и азота где Ra обозначает линейную или разветвленную С 1-С 30 алкильную группу, С 3-C8 циклоалкильную группу, С 6-С 10 арильную группу, C1-С 30 алкарильную группу или C1-С 30 аралкильную группу; при этом указанные алкильные, циклоалкильные, арильные, алкарильные или аралкильные группы являются незамещенными или замещенными;Q обозначает линкер, который может быть насыщенным или ненасыщенным и который, взятый вместе с соседними атомами углерода и азота, образует гетероциклическое кольцо, содержащее 5-10 атомов в кольце; и[X-] обозначает один или более анионов, выбранных из сопряженных оснований кислот формулы+ [H X ] с величиной pKa более 2,5; и реакция проводится в отсутствие дополнительного основания. Согласно предпочтительному варианту настоящего изобретения элементарный халькоген выбран из серы и селена. Более предпочтительно элементарный халькоген представляет собой серу. Предварительная обработка элементарного халькогена не является необходимой, хотя в некоторых случаях она может быть предпочтительной, если халькоген является порошкообразным. Следует отметить, что в гетероциклических катионах общей формулы (1) Q может быть любым линкером, который вместе с соседними атомами углерода и азота образует стабильный гетероциклический катион, содержащий в кольце от 5 до 10 атомов. Более предпочтительно, если Q является группой,которая, взятая вместе с соседними атомами углерода и азота, образует стабильный гетероциклический катион, содержащий 5 или 6 атомов в кольце. Согласно одному из вариантов изобретения Q может включать цепь из 3-8 атомов углерода. Согласно другому варианту изобретения Q может включать цепь из 3-8 атомов, выбранных из углерода,азота, кислорода и серы, при условии, что указанная цепь из 3-8 атомов образует стабильный гетероциклический катион. Как отмечено выше, Q может быть насыщенным или ненасыщенным линкером. Согласно конкретному варианту Q обозначает ненасыщенный линкер, который вместе с соседними атомами углерода и азота образует ароматическое кольцо. Специалисту ясно, что ароматические кольца могут быть в двух канонических формах. Для целей данного изобретения необходимо, чтобы по меньшей мере одна из канонических форм ароматического гетероциклического катиона имела общую формулу (1). Как также отмечено выше, Q может быть замещенной или незамещенной группой. В данной заявке термин "незамещенная" означает, что любая свободная валентность в цепи атомов, образующих Q, занята атомом водорода. Подходящие заместители включают линейные или разветвленные C1-С 30 алкильные группы, С 3-C8 циклоалкильные группы, С 6-С 10 арильные группы, С 7-С 30 алкарильные группы, С 7-С 30 аралкильные группы и С 1-С 30 алкоксильные группы, которые могут быть замещенными или незамещенными. Или же, или в дополнение Q может быть сконденсирован с другим кольцом при помощи двух соседних атомов в цепи атомов, образующих Q, при этом другое кольцо может быть насыщенным или ненасыщенным карбоциклическим или гетероциклическим кольцом. Когда Q сконденсирован с другим кольцом при помощи двух соседних атомов в цепи атомов, образующей Q, указанное другое кольцо также может быть замещенным или незамещенным. Не основываясь на какой-либо конкретной теории, можно предположить, что гетероциклический катион формулы (1) депротонируется анионом основного характера ионной жидкости или соли с образованием промежуточного карбена (2), который затем взаимодействует с элементарным халькогеном с образованием халькогенона формулы (3), как показано на схеме 1. Схема 1 Согласно предпочтительному варианту общая формула (1) обозначает гетероциклический катионный фрагмент, выбранный из группы, состоящей из имидазолия, пиразолия, 1,2,4-триазолия, оксазолия,изоксазолия, тиазолия, изотиазолия, 1,2,4-оксадиазолия, 1,2,5-оксадиазолия, 1,3,4-оксадиазолия, 1,2,3,4 оксатриазолия, 1,2,3,5-оксатриазолия, 1,2,4-тиадиазолия, 1,2,5-тиадиазолия, 1,3,4-тиадиазолия, 1,2,3,4 тиатриазолия, 1,2,3,5-тиатриазолия, пиридиния, пиридазиния, пиримидиния, пиразиния, 1,2,3-триазиния,1,2,4-триазиния, 1,3,5-триазиния, 1 Н-индазолия, бензимидазолия, бензизоксазолия, бензоксазолия, бензотиазолия, бензизотиазолия, хинолиния, изохинолиния, циннолиния, хиназолиния, хиноксалиния и фталазиния. Более предпочтительно, когда общая формула (1) обозначает гетероциклический катион, выбранный из группы, состоящей из имидазолия, пиразолия, 1,2,4-триазолия, оксазолия, тиазолия, пиридиния,пиридазиния, пиримидиния, пиразиния, бензимидазолия, хинолиния и изохинолиния. Еще более предпочтительно, когда общая формула (1) обозначает гетероциклический катион, выбранный из группы, состоящей из где Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg и Rh, каждый независимо, выбраны из линейного или разветвленного С 1 С 30 алкила, С 3-C8 циклоалкила, С 6-С 10 арила, C1-С 30 алкарила, C1-С 30 аралкила и где Rb, Rc, Rd, Re, Rf и Rh могут также обозначать водород или C1-С 30 алкокси, или любые два из Rb, Rc, Rd, Re, Rf и Rh, присоединенных к соседним атомам углерода, могут образовать метиленовую цепь -(CH2)q-, где q равно 3-6; и где указанные алкильная, циклоалкильная, арильная, алкарильная, аралкильная или алкоксильная группы или указанная метиленовая цепь являются незамещенными или могут быть замещены 1-3 группами, выбранными из С 1-С 6 алкокси, С 2-С 12 алкокси-алкокси, С 3-C8 циклоалкила, С 6-С 10 арила, С 7-С 10 алкарила,С 7-С 10 аралкила, -CN, -ОН, -SH, -NO2, -СО 2(C1-С 6)алкила, -OC(O)Rx, -C(O)Rx, -C(S)Rx,-CS2(C1-С 6)алкила,-SC(S)Rx,-S(O)(C1-С 6)алкила,-S(О)О(С 1-С 6)алкила,-OS(O)(C1-C6)алкила,-S(С 1-С 6)алкила, -S-SC(C1-С 6)алкила, -NRxC(O)NRyRz, -NRxC(O)O(C1-C6)алкила, -OC(O)NRyRz,-NRxC(S)O(C1-С 6)алкила, -OC(S)NRyRz, -NRxC(S)S(С 1-С 6)алкила, -SC(S)NRyRz, -NRxC(S)NRyRz,-C(O)NRyRz, -C(S)NRyRz, -NRyRz или гетероциклической группы, при этом Rx, Ry и Rz независимо выбраны из водорода или C1-С 6 алкила. Предпочтительно, если Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg и Rh, каждый независимо, выбраны из линейной или разветвленной С 1-С 10 алкильной группы, C1-С 10 алкоксиалкильной группы, С 3-С 8 циклоалкильной группы, С 6 арильной группы, С 7-С 10 алкарильной группы или С 7-С 10 аралкильной группы и Rb, Rc, Rd, Re, Rf иRh, присоединенные к соседним атомам углерода, могут образовать метиленовую цепь -(CH2)q-, где q равно 3-6. Более предпочтительно, если Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg и Rh, каждый независимо, выбран из линейной или разветвленной C1-С 6 алкильной группы, С 1-С 6 алкоксиалкильной группы С 3-С 6 циклоалкильной группы, С 6 арильной группы, С 7-С 10 алкарильной группы или С 7-С 10 аралкильной группы и Rb, Rc, Rd, Re,Rf и Rh могут также обозначать водород или C1-С 6 алкокси. Подходящие С 1-С 6 алкильные группы включают метил, этил, н-пропил, изопропил, бутил, втор, бутил, изобутил, н-пентил, изопентил, гексил, 2-этилбутил, 2-метилпентил. Подходящие С 1-С 6 алкоксильные группы включают указанные выше алкильные группы, присоединенные через атом кислорода.Ra предпочтительно выбирают из линейного или разветвленного С 1-C15 алкила, С 1-С 15 алкоксиалкила или С 6-С 10 арила. Более предпочтительно, когда Ra выбирают из линейного или разветвленного C1-С 10 алкила или С 1-С 10 алкоксиалкила; еще более предпочтительно из линейного или разветвленного С 1-С 8 алкила или С 1-C8 алкоксиалкила, еще более предпочтительно из линейного или разветвленного C1-С 8 алкила или C1-С 8 алкоксиалкила; еще более предпочтительно из линейного или разветвленного C1-С 6 алкила или C1-С 6 алкоксиалкила и наиболее предпочтительно, когда Ra обозначает линейный или разветвленный C1-С 6 алкил. В гетероциклических катионах, содержащих Rg, группу Rg предпочтительно выбирают из линейного или разветвленного C1-С 10 алкила, более предпочтительно из линейного или разветвленного C1-С 15 алкила и наиболее предпочтительно Rg обозначает метильную группу. Наиболее предпочтительные Rb, Rc, Rd, Re, Rf и Rh, каждый, обозначают водород. Согласно другому предпочтительному варианту общая формула (1) описывает гетероциклический катион, выбранный из группы, состоящей из где Ra, Rb, Rc и Rg указаны выше. Еще более предпочтительно, когда общая формула (1) описывает гетероциклический катион, выбранный из где Ra, Rb, Rc и Rg имеют значения, указанные выше. Еще более предпочтительно, когда общая формула (1) описывает гетероциклический катион, выбранный из где Ra и Rg имеют значения, указанные выше. Наиболее предпочтительно, если общая формула (1) описывает гетероциклический катион, выбранный из где Ra обозначает C1-С 6 линейный или разветвленный алкил. Согласно еще одному предпочтительному варианту общая формула (1) отражает гетероциклический катион, выбранный из где Ra, Rb, Rc, Rd и Re имеют значения, указанные выше. Более предпочтителен гетероциклический катион общей формулы (1) выбирается из где Ra обозначает C1-С 6 линейный или разветвленный алкил. Согласно еще одному предпочтительному варианту общая формула (1) имеет гетероциклические катионы, которые образуют карбен, имеющий в кольце два гетероатома, расположенные рядом с атомом углерода в карбене. Примеры подходящих гетероциклических катионов по изобретению включают имидазолий, 1,2,4-триазолий, оксазолий, тиазолий, 1,2,4-оксадиазолий, 1,3,4-оксазолий, 1,2,3,4 оксатриазолий, 1,2,3,5-оксатриазолий, 1,2,4-тиадиазолий, 1,3,4-тиадиазолий, 1,2,3,4-тиатриазолий,1,2,3,5-тиатриазолий, пиримидиний, 1,2,4-триазиний, 1,3,5-триазиний, бензимидазолий, бензоксазолий,бензотиазолий и хиназолиний. Более предпочтительно в соответствии с этим вариантом изобретения гетероциклический катион формулы (1) выбирают из где Ra, Rb , Rc, Rd и Re имеют значения, указанные выше. В соответствии с данным изобретением [X-] обозначает анион, который представляет собой конъюгат основания со слабой кислотой с pKa более 2,5, более предпочтительно более 3,5 и наиболее предпочтительно более 4,5. Примеры подходящих анионов включают карбоксилатные ионы, такие как [СН 3 СО 2]-,[СН 3 СН 2 СО 2]-, [СН 3(СН 2)2 СО 2]-, [PhCO2]-. Другие подходящие анионы включают [CN]-, [СО 3]2-, [НСО 3]-, [ОН]-, [SH]- и [NO2]-. Данное изобретение не ограничено взаимодействием ионных жидкостей и солей, содержащих анионы, имеющие только один заряд. Как отмечено выше, могут быть использованы такие анионы, как[СО 3]2-. Таким образом, формула [Cat+][X-] охватывает ионные жидкости и соли, содержащие, например,анионы с двойными или тройными зарядами. Относительные стехиометрические количества [Cat+] и [X-] в ионной жидкости или соли не являются, следовательно, фиксированными и могут меняться при наличии анионов со многими зарядами. Например, формула [Cat+][X-] охватывает ионные жидкости и соли,описываемые, например, формулами [Cat+]2[X2-] или [Cat+]3[X3-]. Данное изобретение не ограничено ионными жидкостями, содержащими один катион и один анион. Таким образом, [Cat+] согласно некоторым вариантам может обозначать два или более катионов, такую как статистическая смесь 1,3-диметилимидазолия, 1-этил-3-метилимидазолия и 1,3-диэтилимидазолия. Точно так же согласно некоторым вариантам [X-] может обозначать два или более анионов, например смесь ацетата ([СН 3 СО 2]-) и бензоата ([PhCO2]-). Если это желательно, реакцию можно проводить в присутствии растворителя, который является совместимым с ионными жидкостями и солями и получаемым халькогеноном и который является инертным по отношению к промежуточному карбену. Применение растворителя может быть желательным,когда желательно растворить твердую соль или модифицировать вязкость ионной жидкости. Подходящими для этой цели растворителями являются не основные апротонные полярные растворители, такие как ацетонитрил, диметилсульфоксид, диметилформамид и сульфолан (1,1-диоксид тетрагидротиофена). Однако предпочтительно проводить реакцию в отсутствие дополнительного растворителя. Предпочтительно проводить реакцию при практическом отсутствии протонных растворителей, таких как вода и спирты, так как было установлено, что они замедляют ход реакции. Когда [Cat+][X-] обозначает соль, которая является твердой при рабочих температурах и давлении,реакцию можно проводить в твердой фазе, не содержащей растворителя. Согласно этому варианту твердый [Cat+][X-] и твердый элементарный халькоген предпочтительно соединять в порошкообразном виде. Или же, когда [Cat+][X-] является ионной жидкостью при температуре и давлении реакции, реакцию можно проводить, используя суспензию твердого халькогена в ионной жидкости. Наиболее предпочтительно проводить способ по изобретению при температуре выше точки плавления [Cat+][X-] (так чтобы [Cat+][X-] представляла собой ионную жидкость) и в отсутствие дополнительного растворителя. Предпочтительно, чтобы [Cat+][X-] имела точку плавления ниже 100 С и более предпочтительно, чтобы [Cat+][X-] имела точку плавления ниже 25 С. Примерами [Cat+][X-], которые являются жидкими при температуре и давлении окружающей среды,являются 1-этил-3-метилимидазолия гидроокись и 1-бутил-3-метилимидазолия ацетат. Примером[Cat+][X-], имеющей температуру плавления выше комнатной, является 1,3-диизопропилимидазолия ацетат. Способ согласно данному изобретению предпочтительно проводить при температуре от -10 до 150 С и более предпочтительно от 25 до 100 С, например от 70 до 80 С. Если реакционная смесь нагревается выше комнатной температуры, нагрев можно осуществлять любым подходящим методом. Например, реакционная смесь может быть нагрета обычными термическими методами, при помощи микроволнового излучения или других источников тепла, таких как ультразвук или инфракрасное излучение. Способ согласно изобретению предпочтительно осуществлять при давлении от 10000 до 1000000 кПа (0,1-10 бар), более предпочтительно от 50000 до 500000 кПа (0,5-5 бар) и наиболее предпочтительно способ осуществляют при давлении окружающей среды (около 100000 кПа). В соответствии с данным изобретением ионная жидкость или соль предпочтительно взаимодействуют с элементарным халькогеном в мольном отношении (в расчете на атомы халькогена) от 1:100 до 100:1, более предпочтительно от 1:10 до 10:1, еще более предпочтительно от 1:5 до 5:1 и наиболее предпочтительно ионная жидкость или соль взаимодействуют с элементарным халькогеном при мольном отношении, равном примерно 1:1. Способ по изобретению проводят в течение времени, достаточного для получения количественного или почти количественного (например, более 95%) превращения исходных ионной жидкости или соли в халькогенон. Скорость реакции будет меняться в зависимости от вида используемых соли или ионной жидкости и халькогена. Кроме того, другие параметры реакции, такие как температура, давление и выбор растворителя, если он есть, также могут влиять на скорость реакции. Однако количественное или почти количественное превращение исходных ионной жидкости или соли в халькогенон предпочтительно достигается менее чем за 24 ч, более предпочтительно менее чем за 5 ч и наиболее предпочтительно менее чем за 1 ч. Способ по изобретению может быть проиллюстрирован на примере реакции соли имидазолия с элементарной серой (S8). Как показано на схеме 2, катион имидазолия (4) реагирует с анионом основного характера [X-] с образованием промежуточного карбена (5), который затем реагирует с элементарной серой с образованием имидазол-2-тиона (6). Схема 2 Следует отметить, что единственным побочным продуктом реакции является кислота Н+Х-, конъюгат аниона [Х-]. Кислота Н+Х- может быть возвращена в цикл во время получения [Cat+][X-] любым подходящим методом. Например, способ получения ионных жидкостей имидазолия ацетата был описанMaase et al. (заявка на патент США 2007/0142646). Так, согласно предпочтительному варианту изобретения получение ионной жидкости или соли[Cat+][X-] интегрируется в способ синтеза халькогенона. Таким образом, кислый побочный продукт процесса получения халькогенона полностью регенерируется и при получении халькогенона не образуется побочного продукта. Согласно другому аспекту изобретения халькогенон может быть выделен путем экстракции растворителем. Непрореагировавший [Cat+][X-] растворим в воде и некоторых органических растворителях, как и кислый побочный продукт (Н+Х-); в то время как халькогенон не растворяется в воде и растворяется в некоторых органических растворителях. Так как сера не растворяется ни в воде, ни в указанных выше растворителях, для отделения халькогенона от непрореагировавшей ионной жидкости, непрореагировавшего халькогена и кислого побочного продукта реакции можно применять последовательные экс-6 020765 тракции с использованием воды и органических растворителей. Если органический растворитель не смешивается с водой, можно применять экстракцию жидкость/жидкостью с последующим отфильтровыванием серы. Или же, если органический растворитель смешивается с водой, можно применять добавление органического растворителя к реакционной смеси с последующим отфильтровыванием нерастворимой серы, удаление органического растворителя и последующую экстракцию жидкости жидкостью с использованием воды и органического растворителя, не смешивающегося с водой. Было отмечено, что наличие кислого побочного продукта снижает скорость реакции и в некоторых случаях может быть достигнуто равновесие, когда ионная жидкость или соль не полностью превращаются в халькогенон. При таких обстоятельствах исходные материалы полностью возвращаются в реакцию и не происходит потери исходных веществ. Однако предпочтительно выделять кислый побочный продукт из реакционной смеси, тем самым сдвигая равновесие в сторону образования желаемого халькогенона. Очевидно, что для этой цели предпочтительными являются летучие кислоты, такие как уксусная кислота(СН 3 СО 2 Н). Следует отметить, что ионные жидкости и соли, содержащие гетероциклические катионы, могут быть получены методом синтеза в одном реакторе, таким как описанный в патенте США 5182405. В соответствии с предпочтительным вариантом данного изобретения синтез ионной жидкости или соли и последующее образование гетероциклического халькогенона могут быть объединены в процессе синтеза в одном реакторе. Так, например, в соответствии с этим аспектом данного изобретения и со ссылкой на способ, описанный в патенте США 5182405, имидазол-2-халькогенон формулы (7)R NH2 (где Ra = Rg) или со смесью аминов RaNH2 и RgNH2 (где RaRg), формальдегидом и кислотой[Н+][Х-] (где [X-] имеет значение, указанное выше, с pKa по меньшей мере 2,5) с образованием реакционной смеси, содержащей ионную жидкость или соль имидазолия формулы (8)(ii) последующего добавления элементарного халькогена, выбранного из серы, селена и теллура,непосредственно в реакционную смесь со стадии (i). Предпочтительные значения Ra, Rb, Rc и Rg, указанные выше, являются предпочтительными и в контексте этого аспекта изобретения. Согласно другому предпочтительному варианту Ra и Rg независимо выбраны из (C1-С 4)алкила, 2 гидроксиэтила или фенила. Согласно еще одному предпочтительному варианту изобретения Rb и Rc независимо выбраны из водорода, (C1-C4)алкила или фенила. Согласно еще одному предпочтительному варианту [Х-] выбран из конъюгатов оснований и кислот+ [Н Х ] с величиной pKa более 2,5 и предпочтительно менее 6. Например, [X] может быть выбран из[СН 3 СО 2]-, [СН 3 СН 2 СО 2]-, [СН 3(СН 2)2 СО 2]-, [PhCO2]- и [NO2]-. Очевидно, что описанный выше способ может быть адаптирован для получения других гетероциклических халькогенонов, выбор подходящих исходных материалов и условий реакций находится в компетенции специалистов. В этом отношении следует рассматривать предпочтительные варианты, описанные выше, например первый аспект данного изобретения. Данное изобретение будет далее проиллюстрировано на нижеследующих примерах. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Примеры Пример 1. Примерно 3,1557 г (15,9 ммоль) бесцветного ацетата 1-бутил-3-метилимидазолия помещали в стеклянный флакон и добавляли стехиометрическое количество бледно-желтой серы (0,5095 г, 1,99 ммоль,эквивалентно 15,9 ммоль атомов серы). Смесь нагревали до 75 С в закрытом сосуде и перемешивали магнитной мешалкой. Примерно через 1 мин можно было наблюдать качественные изменения в реакционной среде. Примерно через 10 мин смесь стала темно-коричневой, а на дне сосуда можно было видеть часть нерастворившейся серы. Реакция протекала в течение 48 ч, после чего отбирали образец для анализа путем 1 Н и 13 С ядерной магнитной резонансной (ЯМР) спектроскопии. 1 Н ЯМР спектр показал образование новых веществ в отношении к ионной жидкости примерно 3:1 с сигналами, совпадающими с сигналами, описанными в литературе для 1-бутил-3-метилимидазол-2-тиона (Tao et al., Syn. Commun. 2007,37, 399-408; Wolfe and Schreiner, Eur. Org. Chem. 2007, 2825-2838). Реакция продолжалась при тех же условиях в течение 6 дней, никакого разложения в ионной жидкости не наблюдалось; в этой точке были получены похожие ЯМР-спектры и ионизационная масс-спектроскопия с электрораспылением подтвердила образование тиона. Пример 2. В двухгорлую круглодонную колбу добавляли примерно стехиометрические количества 1-этил-3 метилимидазолия ацетата (2,0205 г, 11,9 ммоль) и серы (0,3740 г, 1,46 ммоль, эквивалентно 11,7 ммоль атомов серы). К основному горлу колбы присоединяли обратный холодильник, а другое горло закрывали пробкой. Смесь перемешивали при контролируемой температуре, равной 25 С. В течение первых минут можно было наблюдать очевидное изменение цвета смеси. Затем отбирали образцы реакционной смеси для 1 Н ЯМР в различные моменты времени в течение 5 дней. Сигналы свидетельствовали об образовании 1-этил-3-метилимидазол-2-тиона, как сообщается в литературе (Tao et al., Syn. Commun., 2007, 37, 399408). Интеграция спектров показала, что вначале реакция протекает быстро, достигая через 15 мин после начала примерно 22%-ной конверсии ионной жидкости в тион; но затем реакция замедляется, достигая максимальной конверсии, составляющей примерно 47%, в течение первых 24 ч. Для выделения образовавшегося тиона добавляли к реакционной смеси ацетонитрил. Непрореагировавшая сера не растворилась и была отфильтрована. Затем удаляли ацетонитрил и добавляли воду и дихлорметан. Органическую фазу несколько раз промывали свежей водой и, наконец, удаляли дихлорметан под вакуумом. Конечный образец очищали затем в условиях глубокого вакуума и характеризовали его методом газовой хроматографии в сочетании с масс-спектроскопией (GC-MS), методом ESI-MS, 1 Н ЯМР и 13 С ЯМР, результаты всех этих методов показали, что полученный продукт представляет собой 1-этил-3-метилимидазол-2 тион. Пример 3. В круглодонную колбу помещали имидазол (0,6864 г, 10,1 ммоль) и уксусную кислоту (0,6081 г,10,1 ммоль), закрывали пробкой и перемешивали при нагревании в течение примерно 1 ч. Давали охладиться реакционной жидкой смеси и добавляли в стехиометрическом количестве серу (0,3280 г, 10,2 ммоль S), предполагая, что будет протекать реакция образования тиона путем соединения одного атома серы с не-N-замещенной ионной жидкостью, вероятно образовавшейся из имидазола и уксусной кислоты(1-H-3-H-имидазолия ацетата). Эту смесь перемешивали при температуре 25 С в течение 4 дней. В этот момент отбирали образец для анализа методом 1 Н ЯМР. В противоположность к результатам, полученным в примерах 1 и 2 с ионными жидкостями N-замещенного имидазолия, в этом случае совсем не наблюдалось образования тиона. Пример 4. Серу (0,1457 г, 4,5 ммоль) и 1-этил-3-метилимидазолия ацетат (0,7683 г, 4,5 ммоль) смешивали в стехиометрических количествах с двойным количеством молей уксусной кислоты (0,5447 г, 9,1 ммоль) в круглодонной колбе с присоединенным обратным холодильником. Смесь перемешивали при температуре 25 С в течение почти 2 дней. 1 Н ЯМР-спектр образца, отобранного из реакционной среды, показал наличие комбинации сигналов для ионной жидкости и уксусной кислоты, но не образование тиона. Таким образом, наличие кислоты оказывает ингибирующий эффект на механизм реакции между ионной жидкостью и серой. Пример 5. Воду (0,5265 г) и 1-этил-3-метилимидазолия ацетат (0,5226 г) смешивали в отношении, равном примерно 50:50 вес./вес. и добавляли серу в 100%-ном избытке по отношению к ионной жидкости. Эту смесь перемешивали при температуре 25 С в течение почти 2 дня и отбирали образец для анализа. 1 Н ЯМР-спектр показал отсутствие тиона. Следовательно, реакция между ионной жидкостью и серой в водной среде не происходит. Однако наличие небольшого количества воды в системе является приемлемым,что доказывается тем фактом, что в примерах 1 и 2 ионные жидкости, 1-бутил-3-метилимидазолия ацетат и 1-этил-3-метилимидазолия ацетат содержали 478 и 516 м.д. воды соответственно. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ получения гетероциклических халькогенонов, включающий взаимодействие элементарного халькогена, выбранного из элементарной серы, элементарного селена и элементарного теллура, с ионной жидкостью или солью, имеющей формулу где [Cat+] обозначает один или более гетероциклических катионов общей формулы (1), содержащих соседние атомы углерода и азота где Ra обозначает линейную или разветвленную C1-C30 алкильную группу, С 3-C8 циклоалкильную группу, С 6-С 10 арильную группу, C1-С 30 алкарильную группу или C1-С 30 аралкильную группу; при этом указанные алкильные, циклоалкильные, арильные, алкарильные или аралкильные группы являются незамещенными или замещенными;Q обозначает линкер, который может быть насыщенным или ненасыщенным и который, взятый вместе с соседними атомами углерода и азота, образует гетероциклическое кольцо, содержащее 5-10 атомов в кольце; и[X-] обозначает один или более анионов, выбранных из сопряженных оснований кислот формулы+ [Н X ] с величиной pKa более 2,5, причем реакцию проводят в отсутствие дополнительного основания. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что элементарный халькоген выбран из элементарного селена и элементарной серы. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что элементарный халькоген представляет собой элементарную серу. 4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что общая формула (1) обозначает гетероциклический катион, выбранный из группы, состоящей из имидазолия, пиразолия, 1,2,4 триазолия, оксазолия, изоксазолия, тиазолия, изотиазолия, 1,2,4-оксадиазолия, 1,2,5-оксадиазолия, 1,3,4 оксадиазолия, 1,2,3,4-оксатриазолия, 1,2,3,5-оксатриазолия, 1,2,4-тиадиазолия, 1,2,5-тиадиазолия, 1,3,4 тиадиазолия, 1,2,3,4-тиатриазолия, 1,2,3,5-тиатриазолия, пиридиния, пиридазиния, пиримидиния, пиразиния, 1,2,3-триазиния, 1,2,4-триазиния, 1,3,5-триазиния, 1H-индазолия, бензимидазолия, бензизоксазолия, бензоксазолия, бензотиазолия, бензизотиазолия, хинолиния, изохинолиния, циннолиния, хиназолиния, хиноксалиния и фталазиния. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что общая формула (1) обозначает гетероциклический катион,выбранный из группы, состоящей из имидазолия, пиразолия, 1,2,4-триазолия, оксазолия, тиазолия, пиридиния, пиридазиния, пиримидиния, пиразиния, бензимидазолия, хинолиния и изохинолиния. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что общая формула (1) обозначает гетероциклический катион,выбранный из группы, состоящей из где Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg и Rh, каждый независимо, выбраны из линейного или разветвленного C1 С 30 алкила, С 3-С 8 циклоалкила, С 6-С 10 арила, C1-С 30 алкарила, C1-С 30 аралкила и где Rb, Rc, Rd, Re, Rf и Rh могут также обозначать водород или C1-С 30 алкокси, или любые два из Rb, Rc, Rd, Re, Rf и Rh, присоединенных к соседним атомам углерода, могут образовать метиленовую цепь -(CH2)q-, где q равно 3-6; и где указанные алкильная, циклоалкильная, арильная, алкарильная, аралкильная или алкоксильная группы или указанная метиленовая цепь являются незамещенными или могут быть замещены 1-3 группами, выбранными из C1-С 6 алкокси, С 2-C12 алкокси-алкокси, С 3-C8 циклоалкила, С 6-С 10 арила, С 7-С 10 алкарила,С 7-С 10 аралкила, -CN, -ОН, -SH, -NO2, -CO2(C1-С 6)алкила, -OC(O)Rx, -C(O)Rx, -C(S)Rx, -CS2(C1-C6)алкила,-SC(S)Rx, -S(О)(С 1-С 6)алкила, -S(O)O(C1-С 6)алкила, -OS(O)(C1-С 6)алкила, -S(C1-C6)алкила, -S-S(C1 С 6)алкила, -NRxC(O)NRyRz, -NRxC(O)O(C1-С 6)алкила, -OC(O)NRyRz, -NRxC(S)O(C1-С 6)алкила, OC(S)NRyRz, -NRxC(S)S(C1-С 6)алкила, -SC(S)NRyRz, -NRxC(S)NRyRz, -C(O)NRyRz, -C(S)NRyRz, -NRyRz или гетероциклической группы, при этом Rx, Ry и Rz независимо выбраны из водорода или C1-С 6 алкила. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что общая формула (1) описывает гетероциклический катион,выбранный из где Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg имеют значения, указанные в п.6. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что общая формула (1) описывает гетероциклический катион,выбранный из группы, состоящей из где Ra и Rg имеют значения, указанные в п.6. 9. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что [X-] включает анионное сопряженное основание кислоты [H+Х-], имеющей величину pKa более 3,5. 10. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что [X-] включает анионное сопряженное основание кислоты [Н+Х-], имеющей величину pKa более 4,5. 11. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что [X-] включает анион карбоксилата. 12. Способ по п.11, отличающийся тем, что [X-] включает анион карбоксилата, выбранного из[СН 3 СО 2]-, [СН 3 СН 2 СО 2]-, [СН 3(СН 2)2 СО 2]-, [PhCO2]-. 13. Способ по п.11, отличающийся тем, что [X-] включает анион, выбранный из [CN]-, [СО 3]2-,[НСО 3]-, [ОН]-, [SH]- и [NO2]-. 14. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что реакцию проводят при температуре от -10 до 150 С. 15. Способ по п.14, отличающийся тем, что реакцию проводят при температуре от 25 до 100 С. 16. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что соль имеет температуру плавления ниже 150 С. 17. Способ по п.16, отличающийся тем, что соль имеет температуру плавления ниже 100 С. 18. Способ по п.17, отличающийся тем, что соль имеет температуру плавления ниже 25 С. 19. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что соль является твердым веществом при рабочих температуре и давлении способа. 20. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что реакцию проводят в присутствии растворителя, выбранного из ацетонитрила, диметилсульфоксида, диметилформамида и сульфолана. 21. Способ по любому из пп.1-19, отличающийся тем, что реакцию проводят в отсутствие дополнительного растворителя. 22. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что побочный продукт - кислоту - непрерывно удаляют из реакционного сосуда. 23. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что ионную жидкость или соль и халькоген вводят в реакцию в мольном отношении в расчете на атомы халькогена, равном от 1:100 до 100:1. 24. Способ по п.23, отличающийся тем, что ионную жидкость или соль и халькоген вводят в реакцию в мольном отношении в расчете на атомы халькогена, равном от 1:10 до 10:1. 25. Способ по п.24, отличающийся тем, что ионную жидкость или соль и халькоген вводят в реакцию в мольном отношении в расчете на атомы халькогена, равном от 1:5 до 5:1. 26. Способ по п.24, отличающийся тем, что ионную жидкость или соль и халькоген вводят в реакцию в мольном отношении в расчете на атомы халькогена, равном примерно 1:1. 27. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что полученный халькогенон выделяют из реакционной смеси путем экстракции растворителем, используя водные и/или органические растворители. 28. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что побочный продукт реакции - кислоту - выделяют и используют при получении дополнительного количества ионной жидкости или соли.

МПК / Метки

МПК: C07D 233/42

Метки: получения, способ, халькогенонов

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/12-20765-sposob-polucheniya-halkogenonov.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ получения халькогенонов</a>

Похожие патенты