Результат интеллектуальной деятельности: Способ получения регулятора роста растений N-(изопропоксикарбонил)этаноламина

Изобретение относится к области химии пестицидов, более конкретно, к способу получения N-(изопропоксикарбонил)этаноламина (I) (регистрационный номер CAS [7153-94-8]), проявляющего активность в качестве регулятора роста растений и известного под тривиальным названием оксикарбам.

Эффективность данного соединения в качестве регулятора роста растений была показана в 80-х годах XX века Ю.А. Баскаковым с соавт. (Патент СССР № 1769405; международная заявка WO № 9107381). Оно представляет собой структурный аналог цитокининов и обладает антистрессовым действием, например, в условиях засухи или при низких температурах (Шаповалов А.А. и др., Агрохимия, 2003, 11, 33-47).

Известно несколько способов получения оксикарбама (I). В международной заявке WO № 9107381 и в патенте СССР № 1769512 описан подход к синтезу оксикарбама, заключающийся во взаимодействии моноэтаноламина с изопропилхлорформиатом в присутствии неорганического основания или двукратного избытка моноэтаноламина в качестве основания в среде воды или этилацетата. Другой подход к синтезу соединения I раскрыт в патенте США № 20120172426, в котором используют реакцию моноэтаноламина с изопропил-(N-сукцинимидил)карбонатом, доступным из изопропилхлорформиата и N-гидроксисукцинимида в среде дихлорметана в присутствии N,N-диизопропилэтиламина, в ацетонитриле. Таким образом, все вышеперечисленные методы связаны с непосредственным использованием в синтезе изопропилхлорформиата, работа с которым вследствие его токсичности, сопоставимой с фосгеном, летучести и ограниченной стабильности при хранении и транспортировке сопряжена с повышенными требованиями к обеспечению техники безопасности производства.

В патенте РФ № 2651792 раскрыт бесфосгенный способ получения оксикарбама путем взаимодействия диизопропилкарбоната, полученного из изопропанола и трифосгена в присутствии пиридина, с моноэтаноламином в присутствии каталитических количеств алкоголятов щелочных металлов. Хотя данный метод исключает использование токсичного и ограниченно стабильного изопропилхлорформиата, его существенным недостатком с точки зрения промышленной реализации является большое количество сточных вод на стадии получения диизопропилкарбоната, а также очистка последнего после проведения синтеза перегонкой при высокой температуре. Также необходимо отметить, что для осуществления реакции диизопропилкарбоната с моноэтаноламином требуется нагревание (60-100°С), при этом процесс занимает 6-14 ч, что связано с большими энергозатратами. В свою очередь, использование таких сильных оснований, как алкоголяты щелочных металлов, связано с повышенными требованиями к коррозионной стойкости промышленного оборудования.

Наиболее близким по технической сущности и получаемому результату является способ получения оксикарбама путем взаимодействия изопропилхлорформиата (IV) с моноэтаноламином (V) в этилацетате в качестве растворителя (патент СССР № 1769512). Основным недостатком данного способа является использование токсичного и ограниченно стабильного изопропилхлорформиата в индивидуальном виде в качестве исходного сырья.

Задачей предлагаемого технического решения является снижение расходов на обеспечение требований техники безопасности и требований к аппаратурному оформлению для технологического процесса производства оксикарбама (I) с сохранением хорошего выхода и качества целевого продукта.

Техническим результатом является бесфосгенный способ получения оксикарбама (I) с использованием в качестве исходного сырья изопропанола (II), гексахлордиметилкарбоната (трифосгена) (III) и моноэтаноламина (V), осуществляемый в безводном толуоле или о-ксилоле в качестве растворителя, позволяющий получать целевой оксикарбам (I) с выходом 85-95%. В ходе процесса изопропилхлорформиат (IV) генерируют из изопропанола (II) и трифосгена (III) в толуоле или о-ксилоле в качестве растворителя в присутствии третичного амина в качестве акцептора хлороводорода и используют без выделения, при этом применяемый в процессе трифосген (III) расходуется полностью. Синтез можно осуществлять как в среде инертного газа, так и на воздухе без доступа влаги, это снижает (на 5-10%) выход целевого продукта I, но удешевляет процесс. Используемый в процессе толуол или о-ксилол очищают и частично возвращают в процесс. В результате реализации предлагаемого способа исключено использование в технологическом процессе производства в качестве исходного сырья токсичного и ограниченно стабильного изопропилхлорформиата (IV) в индивидуальном виде, налагающее особые требования к организации труда и технике безопасности.

Технический результат достигается за счет использования способа получения N-(изопропоксикарбонил)этаноламина (I), включающего взаимодействие изопропилхлорформиата (IV) с двукратным избытком моноэтаноламина (V) в растворителе. При этом сначала осуществляют взаимодействие изопропанола (II) с трифосгеном (III) в безводном толуоле или о-ксилоле в качестве растворителя в присутствии третичного амина в качестве акцептора хлороводорода, образующийся гидрохлорид третичного амина отфильтровывают, а полученный раствор генерированного изопропилхлорформиата (IV), без выделения последнего в индивидуальном виде, вводят в реакцию с моноэтаноламином (V) в безводном толуоле или о-ксилоле с получением целевого продукта I, который выделяют подходящим способом. Кроме того в качестве третичного амина используют пиридин, 2-пиколин, триэтиламин или N,N-диметиланилин.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

В реактор в атмосфере азота помещают трифосген (III) (32,9 г; 0,11 моль) и безводный толуол. Полученный раствор охлаждают до температуры 5-10°С и при перемешивании дозируют к нему сначала изопропанол (II) (20,0 г; 0,33 моль), а затем пиридин в качестве акцептора хлороводорода (26,6 г; 0,34 моль), поддерживая температуру реакционной массы не выше 15°С. По окончании прибавления пиридина образовавшейся суспензии дают нагреться и перемешивают ее при комнатной температуре до завершения реакции генерирования изопропилхлорформиата (IV) (1-2 ч, контроль ТСХ), после чего образовавшийся осадок гидрохлорида пиридина отфильтровывают и промывают толуолом. Полученный толуольный раствор соединения IV дозируют к эмульсии двукратного избытка моноэтаноламина (V) по отношению к изопропанолу (II) (40,3 г; 0,66 моль) в толуоле с температурой 15°С, поддерживая температуру реакционной массы не выше 25°С. Затем содержимое реактора перемешивают при комнатной температуре до завершения реакции (1-2 ч, контроль ТСХ), после чего образовавшийся осадок гидрохлорида моноэтаноламина отфильтровывают и промывают толуолом. Толуол отгоняют при пониженном давлении. Получают 46,5 г [95% в расчете на II] оксикарбама (I) в виде бесцветной или желтоватой вязкой жидкости с чистотой ≥98% (ГЖХ). При необходимости соединение может быть дополнительно очищено перегонкой в вакууме [т.кип. 113-114°С (3 мбар)] с получением продукта с чистотой ≥99,5% (ГЖХ). Через несколько дней при н.у. оксикарбам застывает в белую кристаллическую массу с т.пл. 30°С. Структура полученного соединения I подтверждена на основании комплекса спектральных данных. ИК-спектр (в пленке, ν, см^-1): 3350 ср (N-H+O-H), 2980 ср, 2934 ср, 2874 ср, 1686 с (С=O), 1527 с, 1458 ср, 1407 ср, 1373 ср, 1255 с, 1179 ср, 1144 с, 1110 с, 1072 с, 975 с, 862 ср. ¹H ЯМР-спектр (500 МГц, CDCl₃, δ, м.д.): 5,27 (уш. с, 1Н, NH), 4,88 (септет, 1Н, СН(СН₃)₂, J=6,2 Гц), 3,67 (т, 2Н, CH₂O, J=5,2 Гц), 3,29 (т, 2Н, CH₂N, J=5,2 Гц), 3,14 (уш. с, 1Н, ОН), 1,20 (д, 6Н, СН(СН₃)₂, J=6,2 Гц). Масс-спектр (APCI): [М+Н]⁺: 148,1.

Пример 2.

Способ получения оксикарбама (I) осуществлялся аналогично примеру 1. Отличие состояло в использовании триэтиламина (34,0 г; 0,34 моль) в качестве акцептора хлороводорода. Получают 44,5 г (91%) соединения I в виде бесцветной вязкой жидкости.

Пример 3.

Способ получения оксикарбама (I) осуществлялся аналогично примеру 1. Отличие состояло в использовании 2-пиколина (31,3 г; 0,34 моль) в качестве акцептора хлороводорода. Получают 46,0 г (94%) соединения I в виде бесцветной вязкой жидкости.

Пример 4.

Способ получения оксикарбама (I) осуществлялся аналогично примеру 1. Отличие состояло в использовании N,N-диметиланилина (40,7 г; 0,34 моль) в качестве акцептора хлороводорода. Получают 43,1 г (88%) соединения I в виде желтоватой вязкой жидкости.

Пример 5.

Способ получения оксикарбама (I) осуществлялся аналогично примеру 1. Отличие состояло в использовании о-ксилола в качестве растворителя. Получают 46,5 г (95%) соединения I в виде бесцветной вязкой жидкости.

В результате использования предложенного способа улучшаются экологические показатели процесса, снижаются расходы на обеспечение требований техники безопасности и повышается удобство осуществления технологического процесса производства оксикарбама (I) за счет исключения использования в процессе изопропилхлорформиата в индивидуальном виде. Выход целевого N-(изопропоксикарбонил)этаноламина (I) составляет 85-95% в расчете на изопропанол. Используемый растворитель регенерируется и частично возвращается в процесс.