Способ получения N-(2-гидроксиэтил)-О-изопропилкарбамата

Изобретение относится к химии ациклических соединений, а именно к 2-гидроксиэтилкарбаминовой кислоты изопропиловому эфиру (формула I):

Изобретение относится к методу получения соединения формулы I.

Известно несколько способов синтеза соединения формулы I. Один из них основан на взаимодействии моноэтаноламина с изопропилхлорформиатом в водно-щелочном растворе или с использованием в качестве растворителя этилацетата [WO 9107381 A1, US 2485855 A]. Гомологи соединения формулы I (N-(2-гидроксиэтил)-O-изопропилкарбамат) были синтезированы [патент США WO 2010019511 А2] по аналогичной методике из моноэтаноламина и соответствующего хлорформиата в хлористом метилене с использованием в качестве акцептора хлороводорода триэтиламина. В работе [US 20120172426 А1] авторы также в качестве исходных используют моноэтаноламин и хлорформиат, однако последний предварительно обрабатывают N-гидроксисукцинимидом в присутствии N,N-диизопропилэтиламина. Все вышеозначенные методы подразумевают использование хлорформиатов, которые получают обработкой спиртов избытком газообразного фосгена. Применение последнего обуславливает недостатки данных методик, поскольку синтез или транспортировка газообразных высокотоксичных соединений требует применения особых мер безопасности. Кроме того, использование в синтезе фосгена увеличивает затраты на охрану окружающей среды и охрану труда и влечет за собой повышенную степень автоматизации производства, связанную с трудностями в хранении сильно действующих ядовитых веществ, а также опасностями разгерметизации газопроводов, газгольдеров и баллонов.

Соединение формулы I является регулятором роста растений, повышает их устойчивость к стрессовым факторам, в первую очередь к засухе и низким температурам. Большой положительный эффект достигается при заблаговременном внесении препарата. Его действие хорошо изучено на зерновых культурах - ячмене, пшенице, ржи, а также фасоли и горохе. Препарат способен повышать устойчивость белок- и фотосинтезирующего аппаратов растительной клетки, репродуктивного аппарата растения. Наилучшие результаты достигаются в случаях средней интенсивности стрессового фактора, когда не происходит гибели растений, но существенно снижается урожай [WO 9107381 А1].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения N-(2-гидроксиэтил)-O-изпропилкарбамата путем взаимодействия изопропилхлорформиата с моноэтаноламином в водном растворе гидроксида натрия [WO 9107381 А1].

Недостатками данного метода также являются требования к повышенной степени безопасности, что увеличивает затраты на охрану окружающей среды и охрану труда.

Задачей данного изобретения является разработка удобного, экологически безопасного (бесфосгенного) метода синтеза N-(2-гидроксиэтил)-O-изпропилкарбамата I при сохранении хорошего выхода и чистоты получаемого продукта.

Поставленная задача решается способом получения N-(2-гидроксиэтил)-O-изпропилкарбамата, заключающимся в том, что осуществляют взаимодействие диизопропилкарбоната, полученного с помощью изопропилового спирта и трифосгена в присутствии пиридина, используемого в качестве акцептора хлороводорода, с моноэтаноламином при 60-100°С в присутствии оснований, выбранных из метилата натрия, или изопропилата натрия, или трет-бутилата калия, или бутилата натрия.

Отличия данного способа от известного заключаются в получении на первой стадии малотоксичного диэтилкарбоната и в полном расходовании трифосгена в отличие от способа-прототипа, в котором промежуточным продуктом является высокотоксичный изопропилхлорформиат, а его получение требует большого избытка фосгена, что приводит к необходимости разделения хлорформиата и фосгена, и связано с дополнительными мерами по охране труда.

Новый метод синтеза N-(2-гидроксиэтил)-O-изпропилкарбамата заключается в проведении процесса в две стадии: на первой к смеси пиридина (6,5 мольн. част.) и изопропилового спирта (15 мольн. част.) при 0°С прикапывают раствор трифосгена (1 мольн. часть) в хлористом метилене (10 мольн. част.). После прикапывания данную смесь перемешивают в течение 2 ч. Полученный диизопропилкарбонат выделяют перегонкой.

На второй стадии к диизопропилкарбонату прикапывают моноэтаноламин (1:1) в присутствии каталитических количеств сильного основания с последующим нагреванием при температурах 60-100°С.

Изобретение может быть проиллюстрировано следующим примерами синтеза целевого продукта.

Пример 1

В трехгорлую колбу, оборудованную термометром, обратным холодильником, магнитной мешалкой и капельной воронкой, помещают 80 мл изопропилового спирта и 36,5 мл пиридина. Реакционную массу охлаждают до 0°С и при перемешивании из капельной воронки добавляют к ней раствор 20,7 г трифосгена в 62,8 мл метиленхлорида. Прикапывание ведут с такой скоростью, чтобы температура реакционной массы не поднималась выше 2°С. После добавления раствора трифосгена реакционную массу перемешивают в течение 1-1,5 ч при комнатной температуре. Затем отфильтровывают выпавший осадок, фильтрат последовательно промывают 300 мл воды, 200 мл 5% водного раствора соляной кислоты и 100 мл насыщенного раствора бикарбоната натрия. Полученный органический слой сушат над MgSO₄, упаривают и перегоняют при атмосферном давлении, собирая фракцию 134-137°С. Получают 24,6 г диизопропилкарбоната с выходом 80%.

Пример 2

Диизопропилкарбонат (24,6 г), полученный в Примере 1, и трет-бутилат калия (0,94 г) загружают в трехгорлую колбу, оборудованную обратным холодильником, термометром, магнитной мешалкой и капельной воронкой. К реакционной массе при комнатной температуре медленно прикапывают 10,17 мл моноэтаноламина. После этого реакционную массу нагревают до 80°С и выдерживают при этой температуре в течение 10 ч. Затем ее охлаждают, упаривают на РПИ и перегоняют под вакуумом, собирая фракцию с т. кип. 97-100°С при 2 мм рт.ст. Получают 18,84 г N-(2-гидроксиэтил)-O-изопропилкарбамата с выходом 76%.

Пример 3

Диизопропилкарбонат (24,6 г), полученный в Примере 1, и изопропилат натрия (0,69 г) загружают в трехгорлую колбу, оборудованную обратным холодильником, термометром и капельной воронкой. К реакционной массе при комнатной температуре медленно прикапывают 10,17 мл (10,29 г) моноэтаноламина. После этого реакционную массу нагревают до 85°С и выдерживают при этой температуре в течение 10 ч. Затем ее охлаждают, упаривают на РПИ и перегоняют под вакуумом, собирая фракцию с т. кип. 97-100°С при 2 мм рт.ст. Получают 15,12 г N-(2-гидроксиэтил)-O-изопропилкарбамата с выходом 61%.

Пример 4

Диизопропилкарбонат (24,6 г), полученный в Примере 1, и метилат натрия (2,0 г) загружают в трехгорлую колбу, оборудованную обратным холодильником, термометром, магнитной мешалкой и капельной воронкой. К реакционной массе при комнатной температуре медленно прикапывают 20,34 мл моноэтаноламина. После этого реакционную массу нагревают до 60°С и выдерживают при этой температуре в течение 14 ч. Затем ее охлаждают, упаривают на РПИ и перегоняют под вакуумом, собирая фракцию с т. кип. 97-100°С при 2 мм рт.ст. Получают 7,03 г N-(2-гидроксиэтил)-O-изопропилкарбамата с выходом 30%.

Пример 5

Диизопропилкарбонат (24,6 г), полученный в Примере 1, и бутилат натрия (0,3 г) загружают в трехгорлую колбу, оборудованную обратным холодильником, термометром и капельной воронкой. К реакционной массе при комнатной температуре медленно прикапывают 10,17 мл моноэтаноламина. После этого реакционную массу нагревают до 100°С и выдерживают при этой температуре в течение 6 ч. Затем ее охлаждают, упаривают на РПИ и перегоняют под вакуумом, собирая фракцию с т. кип. 97-100°С при 2 мм рт.ст. Получают 11,65 г N-(2-гидроксиэтил)-O-изопропилкарбамата с выходом 47%.