Фторовмісні 1,2-дитіол-3-тіони

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ

УДК 547.731 + 547.46.724.4 + 547.45

ФТОРОВМІСНІ 1,2-ДИТІОЛ-3-ТІОНИ

02.00.03 - органічна хімія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата хімічних наук

ФЕСУН Ігор Миколайович

Київ - 2006

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у відділі хімії органічних сполук сірки Інституту

органічної хімії НАН України

Науковий керівник: кандидат хімічних наук

Тимошенко Вадим Михайлович,

старший науковий співробітник відділу хімії органічних сполук сірки Інституту органічної хімії НАН України, м. Київ

Офіційні опоненти: доктор хімічних наук, професор

Харченко Олександр Васильович

Український державний хіміко-технологічний університет, м. Дніпропетровськ, завідувач кафедри хімічної технології органічних

речовин та фармацевтичних препаратів

кандидат хімічних наук

Дзвінчук Ігор Борисович

Інститут органічної хімії НАН України,

м. Київ, старший науковий співробітник

Провідна установа: Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії

НАН України, м. Київ

Захист дисертації відбудеться ” 16 ” листопада 2006 р. о 14оо годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.217.01 в Інституті органічної хімії НАН України (02094, Київ-94, вул. Мурманська, 5).

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці Інституту органічної хімії НАН України.

Автореферат розісланий „ 6 „ жовтня 2006 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д 26.217.01 доктор хімічних наук Вовк М.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Фторовмісні гетероциклічні сполуки викликають інтерес як потенційно біологічно активні речовини. Це зумовлено специфічним поєднанням електронних та стеричних факторів фторовмісних замісників, а також підвищеною ліпофільністю молекул, що покращує проникнення їх крізь мембрани клітин. Введення фтору в біологічно активні молекули нерідко приводить до підвищення їхньої біологічної активності, або ж до зміни спектру дії.

3Н-1,2-Дитіол-3-тіони є відомим класом сірковмісних гетероциклічних сполук, інтерес до яких викликаний як широким спектром їх біологічної активності, так і використанням в синтетичній практиці як вихідних речовин. Для дитіолтіонів отримано велику кількість заміщених похідних, однак похідні з фторовмісними замісниками практично невивчені. Це робить актуальним розробку методів отримання таких речовин із доступних фторовмісних реагентів, вивчення їх хімічних властивостей та синтез нових фторо-сірковмісних сполук на їх основі.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи полягала у дослідженні хімічних властивостей 4-фторо-5-поліфтороалкіл-1,2-дитіол-3-тіонів та визначенні впливу поліфтороалкільного замісника на перебіг хімічних реакцій.

Об'єкт дослідження: реакції 4-фторо-5-поліфтороалкіл- 1,2-дитіол-3-тіонів з електрофільними (хлор, окисники) та нуклеофільними (аміносполуки, відновники) реагентами.

Предмет дослідження : фторовмісні 1,2-дитіол-3-тіони.

Методи дослідження : органічний синтез, спектральні методи (ЯМР-, мас-спектрометрія, ІЧ-спектроскопія), рентгеноструктурне дослідження, елементний аналіз, квантово-хімічні розрахунки.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась в рамках науково-дослідницької теми відділу хімії органічних сполук сірки ІОХ НАН України “Синтез і властивості флуоровмісних похідних тіонкарбонових кислот” (№ держреєстрації 0103U000617).

Наукова новизна отриманих результатів. Показано, що 5_поліфтороалкілзаміщені 1,2-дитіол-3-тіони реагують із хлористим сульфурилом із утворенням на першій стадії 3_хлоротіо-1,2-дитіолієвих солей, подальше хлорування яких приводить до поліхлорованих фторовмісних 1,2_дитіоланів.

Встановлено, що з окисниками, гідразинами та гідроксиламіном поліфтороалкілзаміщені дитіолтіони реагують виключно за участю екзо_циклічного атома сірки з утворенням відповідних 3-сульфінів, 3-гідразонів та 3_оксимів.

Знайдено метод синтезу в-алкілсульфаніл- та в-діалкіламіно-в-поліфтороалкіл б,в_ненасичених тіоамідів взаємодією поліфтороалкілзаміщених 1,2-дитіол-3-тіонів з вторинними амінами. Показана залежність шляху перебігу цих реакцій і, відповідно, будови продуктів, що отримуються, від довжини поліфтороалкільного замісника у 5-му положенні дитіольного циклу.

Розроблено метод синтезу невідомих раніше фторовмісних похідних 1,6,6ал4_тритіапенталену та тіопіран-2(4)-тіонів шляхом відновлення сульфідом натрію 4_фторо-5-тетрафтороетил-1,2-дитіол-3-тіону.

Практичне значення одержаних результатів. Досліджено вплив поліфтороалкільного замісника в 5-му положенні циклу на хімічні властивості 1,2-дитіол-3-тіонів. Розроблено методи синтезу нових фторосірковмісних органічних сполук ациклічного (б,в-ненасичені тіоаміди) та гетероциклічного (3_іміно- та 3-ілідено-1,2-дитіолени, полігалогеновані 1,2-дитіолани, 1,6,6aл4-тритіапенталени, тіопіран-2(4)-тіони) рядів на основі 5-поліфтороалкілзаміщених 1,2-дитіол-3-тіонів.

Апробація роботи. Основні результати роботи були представлені на 14_му Європейському симпозіумі з хімії фтору (м. Познань, Польща, 2004 р.), XXX Конференції молодих вчених з органічної хімії та хімії елементоорганічних сполук (м. Київ, 2004 р.), XX Українській конференції з органічної хімії, присвяченій 75-річчю від дня народження академіка О.В. Богатського (м. Одеса, 2004 р.), IV Регіональній конференції молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії (м. Дніпропетровськ, 2005 р.), 7_ій Всеросійській конференції “Хімія фтору”, присвяченій 100-річчю від дня народження академіка І.Л. Кнунянца (м. Москва, Росія, 2006 р.), 18-му Міжнародному симпозіумі з хімії фтору (м. Бремен, Німеччина, 2006 р.).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 3 статті та тези 6 доповідей на конференціях.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, шести розділів, висновків, переліку використаних джерел (143 найменування) та одного додатку, містить 19 рисунків, 6 таблиць. Перший розділ (літературний огляд) присвячений методам синтезу та хімічним властивостям 1,2-дитіол-3-тіонів. В другому розділі розглядається препаративний синтез 4-фторо-5-поліфтороалкіл-1,2-дитіол-3-тіонів, виходячи із доступних поліфтороалканолів. Предметом третього розділу є дослідження реакцій 4-фторо-5-поліфтороалкіл-1,2-дитіол-3-тіонів з електрофілами (хлоруючі агенти та окисники). В четвертому розділі розглядаються взаємодія 4-фторо-5-поліфтороалкіл-1,2-дитіол-3-тіонів з нуклеофільними реагентами - амінами, а також відновлення сульфідом натрію. П'ятий розділ присвячений синтезу нових фторовмісних 4-сульфонілзаміщених 1,2-дитіол-3-тіонів. Шостий розділ - експериментальна частина, в якій приведені методики синтезу отриманих речовин та їх спектральні характеристики. Загальний обсяг дисертації складає 165 сторінок.

Особистий внесок здобувача. Основний обсяг експериментальної роботи, узагальнення отриманих результатів, аналіз спектральних досліджень, встановлення будови отриманих сполук та формулювання висновків дисертаційної роботи виконані особисто здобувачем. Постановка задачі дослідження, систематизація літературних даних та обговорення експериментальних результатів проведені разом з науковим керівником. Квантово-хімічні розрахунки проведені у співпраці з к.х.н. О.Б. Роженком. Рентгеноструктурні дослідження виконані д.х.н. О.М. Чернегою.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

РЕАКЦІЇ ХЛОРУВАННЯ ТА ОКИСНЕННЯ 4-ФТОРО-5-ПОЛІФТОРОАЛКІЛ-1,2-ДИТІОЛ-3-ТІОНІВ

Синтез та хімічні властивості 1,2-дитіол-3-тіонів достатньо добре вивчені. Проте, можна було сподіватися, що поєднання в одній молекулі електроноакцепторного поліфтороалкільного замісника та атома фтору приведе до суттєвих змін у хімічній поведінці досліджуваних нами 4-фторо-5-поліфтороалкіл-дитіолтіонів, а також надасть змогу отримувати нові фтор-сірковмісні сполуки. Поліфтороалкілзаміщені 1,2-дитіол-3-тіони 1 отримуються при взаємодії відповідних кетендитіоацеталей з бромідом магнію та елементарною сіркою при 210 єС.

Відомо, що алкілзаміщені 1,2-дитіол-3-тіони у м'яких умовах легко реагують з хлором тільки по зв'язку С=S з утворенням 3-хлородитіолієвих солей. В більш жорстких умовах відбувається хлорування в кільце, або розкриття циклу із втратою обох циклічних атомів сірки.

При додаванні еквімолярної кількості хлору або хлористого сульфурилу до розчину 4_фторо-5-поліфтороалкіл-1,2-дитіол-3-тіону 1 в хлористому метилені утворюються 3_хлоротіо-1,2-дитіолієві солі 2.

При додаванні триетиламіну або трифенілфосфіну до розчину солі 2а в ТГФ проходить її дехлорування і з високим виходом виділяється вихідний дитіолтіон 1а, що свідчить на користь структури хлоротіосолі 2а. Склад солей 2 підтверджується також даними елементного аналізу, який показує співвідношення атомів сірки до атомів хлору як 3:2. Сіль 2а - високоплавка кристалічна сполука жовтого кольору із різким запахом, яка гідролізується із утворенням 85-90% 1,2-дитіол-3-ону 3 та 10-15% вихідного 1,2_дитіол-3-тіону 1а.

1,2-Дитіол-3-он 3 утворюється практично із кількісним виходом при хлоруванні дитіолтіону 1а як хлором, так і хлористим сульфурилом у льодяній оцтовій кислоті. Утворення сполуки 3 в цьому випадку може бути результатом реакції цієї солі з оцтовою кислотою із наступним розкладом ацильного похідного в кислому середовищі. Аналогічні результати отримано і при проведенні реакції в середовищі оцтового ангідриду.

Іншим методом синтезу сполуки 3 може бути детіонування дитіолтіону 1а при дії на нього ацетату ртуті в оцтовій кислоті.

На відміну від описаних в літературі аналогів, 1,2-дитіол-3-он 3 не вступає в реакції з хлоруючими агентами (хлор, хлористий сульфурил, хлористий оксаліл). Зв'язок S-S в цій сполуці не розривається при хлоролізі навіть при підвищеній температурі і продукти розкриття циклу не утворюються.

3-Хлоротіо-1,2-дитіолієві солі 2 є зручними інтермедіатами для отримання 3-іміно- та 3-ілідено- похідних фторовмісних 1,2-дитіоленів. При цьому немає потреби виділяти самі солі 2, для реакцій використовується еквімолярна суміш дитіолтіонів 1 та хлористого сульфурилу.

При додаванні до отриманої in situ солі 2 первинних алкіл- або ариламінів, або їхніх моносилільованих похідних утворюються продукти заміщення екзо_циклічного атома сірки на іміногрупу - 3-іміно-1,2-дитіолени 4.

При цьому спочатку, імовірно, утворюються інтермедіати А, які нестійкі і навіть при низьких температурах дають кінцеві продукти 4, елімінуючи один атом сірки.

В аналогічних умовах реагують і силільовані вторинні аміни. При реакції солі 2а з силільованим діетиламіном утворюється стійка кристалічна сіль 5. В спектрах ЯМР 1Н і 13С сполуки 5 спостерігаються набори сигналів двох нееквівалентних етильних груп, що говорить про утруднене обертання навколо C=N подвійного зв'язку і, відповідно, про значний вклад структури 5 з локалізованим позитивним зарядом на атомі азоту.

Солі 2 в присутності триетиламіну реагують також з сполуками, які містять активну метиленову групу, що було показано на прикладі отримання іліденів 6 із ціанооцтового естеру.

При хлоруванні дитіолтіону 1a надлишком хлористого сульфурилу відбувається втрата екзо-циклічного атома сірки із заміною тіокарбонільного фрагмента на дихлорометиленовий та приєднання хлору по подвійному зв'язку циклу з утворенням із високим виходом дитіолану 7. Ця ж сполука утворюється й при подальшому хлоруванні солі 2a хлористим сульфурилом.

Сполука 7 - рідина жовтого кольору із різким запахом, склад якої підтверджується даними мас-спектрометрії та елементного аналізу, котрий показує співвідношення атомів хлору до атомів сірки як 2:1, а будова - даними спектроскопії ЯМР 13С: в спектрі спостерігаються сигнали трьох четвертинних атомів вуглецю. В молекулі сполуки 7 присутні два асиметричних атоми вуглецю, що передбачає утворення двох діастереомерів. Дійсно, в спектрах ЯМР 19F чітко спостерігаються набори сигналів АВ-систем двох ізомерів, однак із значною перевагою одного з них (95:5).

Тетрахлородитіолан 7 реагує з трет-бутиламіном із заміною тільки одного атома хлору на залишок аміну з утворенням сполуки 8a. При порівнянні спектрів ЯМР 13С вихідної сполуки 7 та продукту 8а (рис. 1) видно, що найбільш суттєві зміни відбуваються для хімічних зcувів атома вуглецю С5, котрий добре ідентифікується за наявністю двох констант 2JCF. Різниця у хімічних зсувах ядер вуглецю С5 досягає 10 м.ч., тоді як зсуви інших атомів вуглецю змінюються в межах 1-2 м.ч. На основі цього можна припустити, що заміщенню підлягає атом хлору, який знаходиться в 5-му положенні циклу.

Реакції сполуки 7 з ароматичними амінами та вторинними алкіламінами проходять аналогічно із заміщенням тільки одного атома хлору біля вуглецю С5 та утворенням сполук 8б-г.

Спроби замістити більшу кількість атомів хлору в дитіолані 7 на аміногрупу, використовуючи надлишок трет-бутиламіну або силільованого діетиламіну, не дали позитивних результатів. Згідно даних спектрів ЯМР 19F реакційних сумішей, утворюються виключно продукти 8a,г навіть при кип'ятінні реагентів в бензолі протягом 1 години.

Дитіолтіон 1a легко окиснюється м-хлоронадбензойною кислотою (МХНБК) із утворенням сульфіну 9. Це кристалічна сполука яскраво-червоного кольору, стійка в інертних розчинниках. У твердому стані сульфін 9 протягом 48 годин перетворюється на дитіол-3-он 3 (90%) та вихідний дитіол-3-тіон 1a (10%), що характерно для сполук такого типу.

Дитіолтіон 1a також вступає в реакції окиснювального імінування. При взаємодії з хлораміном-Т в метанолі при -50 °C утворюється сульфінімід 10 - яскраво-червона кристалічна речовина, стійка у твердому стані, яка, проте, у розчині розкладається з утворенням іміну 11. Імін 11 утворюється і безпосередньо при проведенні імінування дитіолтіону 1а при кімнатній температурі.

Сульфін 9 та сульфінімід 10 існують у вигляді тільки одного стереоізомера, проте наявних даних недостатньо для однозначного відношення їх до певного геометричного ізомера.

РЕАКЦІЇ 4-ФТОРО-5-ПОЛІФТОРОАЛКІЛ-1,2-ДИТІОЛ-3-ТІОНІВ З АМІНОСПОЛУКАМИ

Фторовмісні дитіолтіони 1 конденсуються з гідроксиламіном та гідразинами із збереженням дитіольного циклу і утворенням оксимів 12а,б та гідразонів 13, 14. Оксими 12а,б ацилуються ароїлхлоридами з утворенням O_ацильних похідних 15а,б.

На відміну від реакцій з первинними аміносполуками, дія вторинних амінів на дитіолтіони 1 приводить до розкриття 1,2-дитіольного кільця з утворенням інтермедіатів, алкілування яких дає відповідні 3-поліфтороалкілзаміщені 3_алкілсульфанілтіоакриламіди 16.

На першому етапі реакцій дитіолтіонів 1 з аміносполуками відбувається приєднання аміногрупи до екзо-циклічного C=S подвійного зв'язку. У випадку гідроксиламіну та гідразинів реакція закінчується елімінуванням сірководню. Для вторинних амінів такий напрямок неможливий, тому відбувається розкриття дитіоленового циклу з утворенням проміжної амонійної солі Б. Елімінування атома сірки та утворення сполук 16 відбувається після додавання до розчину солі Б надлишку алкілгалогеніду.

Такий напрямок реакцій дитіолтіонів 1 із вторинними амінами відрізняється від відомих в літературі подібних реакцій нефторовмісних аналогів, для яких характерна початкова атака аміном атома вуглецю в 5-му положенні кільця і утворення 3_амінодитіоакрилатів після алкілування проміжних продуктів розкриття циклу.

Підтвердженням утворення в реакції дитіолтіонів з вторинними амінами тіоамідів, а не ізомерних їм дитіоестерів є реакція імінієвої солі 5 з сульфідом натрію. Алкілування інтермедіату Б, що утворюється в результаті відновлення, алкілгалогенідом приводить до похідної 16а.

В спектрах ЯМР 19F і 13С сполук 16 положення сигналів ядер фтору та вуглецю фрагментів RF-C=C(F)-C(S)-N близькі, а мультиплетність (константи JCF) однакова. Особливістю спектрів ЯМР 19F і 1Н є поява нееквівалентності ядер фтору дифторометиленових та протонів метиленових груп відповідно. Це пов'язано, імовірно, із наявністю аксіальної хіральності в сполуках 16, яка викликана утрудненим обертанням навколо зв'язків вуглець-вуглець та вуглець-азот у фрагменті =С-С(S)-N. В розчині сполуки 16 існують, згідно з даними спектроскопії ЯМР, у вигляді тільки одного стереоізомера. За допомогою рентгеноструктурного дослідження однієї із цих похідних - сполуки 16б - було показано, що в кристалічному стані вона існує у вигляді Е-ізомера (рис. 2).

При кип'ятінні дитіолтіонів 1а,б з надлишком вторинного аміну відбуваються більш глибокі перетворення, які супроводжуються втратою атома фтору в 4-ому положенні дитіольного циклу. При цьому будова продуктів, які утворюються, залежить від довжини поліфтороалкільного замісника в 5-ому положенні циклу. Кип'ятіння з морфоліном трифторометильної похідної 1б приводить до тіоаміду 17, який виділений як суміш E,Z_ізомерів у співвідношенні 1:4.

Дитіолтіон 1а, який містить тетрафтороетильний замісник, в аналогічних умовах дає в-тіоксокетенаміналь 18. Найбільш слабопольним сигналом у спектрі ЯМР 13C сполуки 18 є триплет при 175.5 м.ч. з 2JCF 20 Гц, який відноситься до ядра вуглецю тіокарбонільної групи, а синглет при 167.7 м.ч. - до ядра вуглецю кетенамінального фрагменту =СN2. Такі значення хімічних зсувів для цих ядер вуглецю, а також той факт, що сполука 18 - високоплавкий кристалічний продукт, можна пояснити суттєвим вкладом іонної структури 18'.

Для пояснення шляхів втрати атома фтору в 4-му положенні циклу запропоновано розглядати сполуки 17 та 18 як продукти приєднання морфоліну до ацетиленових інтермедіатів В та Г. Приєднання відбувається достатньо регіоселективно (проте не стереоселективно для сполуки 17), оскільки в спектрах ЯМР 19F реакційних сумішей сигнали продуктів 17 (як суміші E,Z-ізомерів) та 18 є основними. Проміжні ацетилени В і Г, у свою чергу, утворюються при термічних перетвореннях аніонів, отриманих після розкриття дитіольного циклу. Різний напрям їхніх термічних перетворень, безперечно, залежить від довжини поліфтороалкільного замісника і, очевидно, у випадку більш акцепторного тетрафтороетильного замісника утворення ацетилену Г, а не ацетилену типу В, є термодинамічно більш вигідним процесом.

Слід відзначити, що N-монозаміщені ариламіни (внаслідок недостатньої нуклеофільності), а також діізопропіламін (внаслідок стеричних перешкод) в умовах, аналогічних отриманню сполук 16-18, з дитіолтіонами 1а,б не реагують.

На відміну від дитіол-3-тіонів 1 їхні 3-імінопохідні 4 при реакціях з вторинними амінами продуктів розкриття дитіоленового циклу не утворюють. Це можна пояснити меншою електрофільністю C=N зв'язку порівняно з C=S подвійним зв'язком в дитіолтіонах. При кип'ятінні N-(п-бромофеніл)-1,2-дитіол-3-іміну 4а із надлишком морфоліну в бензолі утворюється продукт заміщення атома фтору в 4-му положенні кільця на залишок аміну - 4_морфоліно-5-тетрафтороетил-1,2-дитіол-3-імін 19.

РЕАКЦІЇ ВІДНОВЛЕННЯ 4-ФТОРО-5-ПОЛІФТОРОАЛКІЛ-1,2- ДИТІОЛ-3-ТІОНІВ

Оскільки біологічна активність 1,2-дитіол-3-тіонів пов'язана з їх окисно-відновним властивостям, відновлення таких сполук вивчається досить інтенсивно. У випадку нефторовмісних дитіолтіонів відомо, що відновлення (як хімічне, так і електрохімічне) приводить до утворення діаніонів, які дають після метилування відповідні б,в-ненасичені дитіоестери.

Відновлення 4-фторо-5-поліфтороалкіл-1,2-дитіол-3-тіонів 1 сульфідом натрію є більш складним процесом, перебіг якого залежить від довжини поліфтороалкільного замісника. В той час як при обробці сульфідом натрію дитіолтіону 1б утворюється складна нероздільна суміш продуктів, у випадку тетрафтороетильної похідної 1а спостерігається втрата трьох атомів фтору та утворення двох сполук, кожна із яких містить у своєму складі по два атома фтору. Детальне дослідження умов проведення реакції показало, що будова продуктів реакції залежить від кількості сульфіду натрію, що вводиться у реакційну суміш.

При реакції дитіолтіону 1а з 2-ма еквівалентами сульфіду натрію із наступним підкисленням реакційної суміші утворюється 2-меркапто-3,4-дифторо-1,6,6aл4-тритіапентален 20 із виходом 52%, а після метилування - 2_метилсульфаніл-3,4-дифторо-1,6,6aл4-тритіапентален 22 із виходом 45%.

При відновленні дитіолтіону 1а з використанням 3-ох еквівалентів сульфіду натрію після підкислення утворюється 4-меркаптотіопіран-2-тіон 21 із виходом 51%. Обробка ж реакційної суміші йодистим метилом приводить до утворення суміші (1:1) двох ізомерних тіопірантіонів 23 та 24 із загальним виходом 58%, яку розділяли за допомогою колонкової хроматографії на силікагелі.

Сполуки 21, 23 та 24 можна отримати також із тритіапенталену 20 шляхом відновлення еквімолярною кількістю сульфіду натрію із наступним підкисленням або метилуванням реакційної суміші аналогічно до описаного вище.

Проведені квантово-хімічні розрахунки в наближенні B3LYP/6-311++G** показали, що тритіапенталенові делокалізовані 10 р-електронні системи 20 та 22 є найбільш енергетично вигідними, що добре узгоджується з результатами спектральних досліджень. У випадку сполуки 21 структура тіопіран-2-тіону виявилася вигіднішою, ніж ізомерна їй структура тіопіран-4-тіону, що також узгоджується з отриманими спектральними даними.

Головною особливістю спектрів ЯМР 19F для сполук 20 та 22 є тонка структура сигналів атомів фтору. Вони проявляються як дублети із великою константою спін-спінової взаємодії JFF = 64 Гц. Це можна пояснити F-F-взаємодією через простір, що підтверджує цис_орієнтацію двох атомів фтору у сполуках 20 та 22.

СИНТЕЗ 4-АЛКІЛ (АРИЛ) СУЛЬФОНІЛ-5-ПОЛІФТОРОАЛКІЛ-1,2-ДИТІОЛ-3-ТІОНІВ

Одним із відомих методів синтезу 1,2-дитіол-3-тіонів є взаємодія сполук, що містять активну метиленову групу, з сірковуглецем у присутності основ. З метою урізноманітнення похідних 1,2-дитіол-3-тіонів з поліфтороалкільними замісниками було вивчено можливість застосування в реакціях такого типу в_поліфтороалкіл-в-іміносульфонів 25.

При проведенні реакції іміносульфонів 25 з CS2 в лужному середовищі із наступним підкисленням соляною кислотою утворюється суміш дитіолтіонів 26, 27 та 28 із виходами 44-53%, 2% та 4-9% відповідно.

Склад сполук 26-28 підтверджується даними елементного аналізу та мас_спектрометрії. Будову 4-бензилсульфоніл-5-(2,2,3,3,4,4-гексафторопропіл)-1,2-дитіол-3-тіону 26а було встановлено за допомогою рентгеноструктурного дослідження (рис. 3).

Висновки про будову сполук 27 і 28, як похідних 1,2-дитіол-3-тіону, зроблені на основі порівняння їхніх спектральних характеристик з даними, отриманими для сполуки 26а: в спектрах ЯМР 13С сполук 26-28 сигнали циклічних ядер вуглецю мають близькі хімічні зсуви та однакову мультиплетність (константи JCF).

ВИСНОВКИ

1. Показано, що наявність поліфтороалкільного замісника та атома фтору в молекулі дитіолтіону приводить до зміни напрямку або шляху реакцій хлорування, відновлення та взаємодії з вторинними амінами порівняно з нефторовмісними аналогами.

2. Встановлено, що реакція 4-фторо-5-тетрафтороетил- 1,2-дитіол-3-тіону з хлором або хлористим сульфурилом у м'яких умовах приводить до утворення 3-(хлоротіо)-1,2-дитіолієвої солі, в той час як вичерпне хлорування надлишком хлористого сульфурилу - до 3,3,4,5-тетрахлоро-4-фторо-5-тетрафтороетил-1,2-дитіолану зі збереженням гетероциклу.

3. Знайдено, що окиснення екзо-циклічного атома сірки 4-фторо-5-тетрафтороетил-1,2-дитіол-3-тіону за допомогою м-хлоронадбензойної кислоти або хлораміну-Т приводить до 1,2-дитіол-3-сульфіну або 1,2-дитіол-3-сульфініміду, які, елімінуючи елементарну сірку, перетворюються на 3_оксо- або 3-тозиліміно-1,2-дитіолени відповідно.

4. Показано, що 4-фторо-5-поліфтороалкіл-1,2-дитіол-3-тіони вступають в реакції конденсації з первинними аміносполуками (гідразинами, гідроксиламіном) з утворенням відповідних 1,2-дитіол-3-іміно-похідних.

5. Встановлено, що реакція 4-фторо-5-поліфтороалкіл- 1,2-дитіол-3-тіонів з вторинними амінами приводить до розкриття гетероциклу після початкової атаки аміном 3-го положення кільця. Алкілування утворених проміжних продуктів дає 3-поліфтороалкіл-3-алкілсульфанілтіоакриламіди.

6. Встановлено, що напрямок реакції 4-фторо-5-поліфтороалкіл-1,2-дитіол-3-тіонів із надлишком морфоліну при нагріванні залежить від довжини поліфтороалкільного замісника в 5-му положенні циклу. У випадку трифторометильної групи утворюється 4,4,4_трифторо-1,3-бісморфоліно-4-ілбут-2-ен-1-тіон, в той час як відповідна 5_тетрафтороетильна похідна дає 4,4,5,5-тетрафторо-1,1-бісморфоліно-4-ілпент-1-ен-3-тіон.

7. Досліджено вплив поліфторованого замісника у 5-му положенні циклу на реакцію відновлення 1,2-дитіол-3-тіонів сульфідом натрію. Встановлено, що відновлення 4_фторо-5-тетрафтороетил-1,2-дитіол-3-тіону приводить до утворення нових сірковмісних фторозаміщених гетероциклічних сполук - 1,6,6aл4-тритіапенталенів та тіопіран-2- і 4_тіонів.

8. Показано, що реакція в-поліфтороалкіл-в-іміносульфонів з сірковуглецем у лужному середовищі з наступним підкисленням реакційної суміші приводить до нових 4_алкіл(арил)сульфоніл-5-поліфтороалкіл-1,2-дитіол-3-тіонів.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Фесун И.Н., Тимошенко В.М., Чернега А.Н., Шермолович Ю.Г. Реакции хлорирования и окисления 4-фтор-5-тетрафторэтил-1,2-дитиол-3-тиона // ЖОрХ - 2006. - Т.42, № 1. - С. 130-136. (Здобувачем проведено експериментальне дослідження реакцій хлорування та окиснення поліфторовмісних дитіолтіонів, а також здійснено аналіз спектральних даних та встановлення будови отриманих сполук).

2. Фесун И.Н., Тимошенко В.М., Шермолович Ю.Г. Синтез 3-имино- и 3_илидено- производных 4-фтор-5-полифторалкил-1,2-дитиоленов // ЖОрХ - 2006. - Т.42, № 2. - С. 277-280. (Здобувачем проведено експериментальні дослідження, аналіз спектральних даних та встановлення будови отриманих сполук).

3. Fesun I.M., Rozhenko A.B., Timoshenko V.M. Reduction of 4-fluoro-5-(1,1,2,2-tetrafluoroethyl)-3H-1,2-dithiole-3-thione with sodium sulfide: Synthesis of fluoro-containing sulfur-rich heterocycles // J. Fluorine Chem. - 127. - 2006. - Р. 774-776. (Здобувачем проведено експериментальне дослідження реакцій відновлення поліфторовмісних дитіолтіонів, здійснено аналіз спектральних даних та встановлення будови отриманих сполук).

4. Fesun I.M., Timoshenko V.M., Shermolovich Yu.G. Reduction of polyfluoroalkyl substituted 1,2-dithiole-3-thiones. Syntheses of fluoro-sulfur- containing heterocycles. // 14th European Symposium on Fluorine Chemistry. - Poznan. - 2004. - Book of abstracts. - P. 98.

5. Фесун І.М., Тимошенко В.М. Синтез нових фторзаміщених сірковмісних гетероциклів на основі 5-поліфторалкіл-4-фтор-1,2-дитіол-3-тіону // ХХХ Конференція молодих вчених з органічної хімії та хімії елементоорганічних сполук. - Київ. - 2004. - Тези доповідей. - С. 16.

6. Фесун И.Н., Тимошенко В.М., Шермолович Ю.Г. Восстановление полифторалкилзамещенных 1,2-дитиол-3-тионов. Синтез фтор-серусодержащих гетероциклов // ХХ Українська конференція з органічної хімії. - Одеса. - 2004. - Тези доповідей. - С. 339.

7. Фесун І.М., Тимошенко В.М. Синтез нових фторзаміщених сірковмісних гетероциклів на основі 5-поліфторалкіл-4-фтор-1,2-дитіол-3-тіонів // IV Регіональна конференція молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії. - Дніпропетровськ. - 2005. - Тези доповідей. - С. 56.

8. Фесун И.Н., Тимошенко В.М., Шермолович Ю.Г. Фторсодержащие 3Н_1,2-дитиол-3-тионы: синтезы фтор-сераорганических соединений // 7_я Всероссийская конференция “Химия фтора”, посвященная 100-летию со дня рождения академика И.Л. Кнунянца. - Москва. - 2006. - Сборник тезисов. - Р_14.

9. Fesun I.M., Timoshenko V.M., Shermolovich Yu.G. Fluorinated 3H_1,2_dithiole-3-thiones: Syntheses of fluoro-sulfur-containing compounds. // 18th International Symposium on Fluorine Chemistry. - Bremen. - 2006. - Abstracts. - P. 145.

дитіолтіон фторовмісний гетероцикл

Фесун І. М. Фторовмісні 1,2-дитіол-3-тіони. - Рукопис.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню хімічних властивостей 5_поліфтороалкілзаміщених 1,2-дитіол-3-тіонів у реакціях з деякими електрофільними та нуклеофільними реагентами, а також визначенню впливу поліфтороалкільного замісника у 5 му положенні циклу на їх перебіг.

Показано, що у м'яких умовах фторовмісні дитіолтіони легко реагують з хлором або хлористим сульфурилом з утворенням 3-хлоротіо-1,2-дитіолієвих солей. Гідроліз останніх дає 1,2-дитіол-3-они, які можна отримати також хлоруванням дитіолтіону в середовищі оцтової кислоти або в реакції з ацетатом ртуті.

Вичерпне хлорування 4-фторо-5-тетрафтороетил-1,2-дитіол-3-тіону хлористим сульфурилом приводить до утворення поліхлорованого фторовмісного 1,2-дитіолану. Встановлено, що заміщенню на аміногрупу в утвореному продукті підлягає тільки атом хлору в 5-му положенні циклу навіть при використанні надлишку аміну та підвищеної температури.

Встановлено, що реакція фторовмісних дитіолтіонів з вторинними амінами перебігає із розкриттям гетероциклу і утворенням після алкілування інтермедіатів в_алкілсульфанілзаміщених похідних в-поліфтороалкіл-б,в-ненасичених тіоамідів. Виявлено вплив довжини поліфтороалкільного замісника в 5-му положенні циклу на напрямок перебігу реакції дитіолтіонів з вторинними амінами при нагріванні.

Показано, що відновлення 4-фторо-5-тетрафтороетил-1,2-дитіол-3-тіону сульфідом натрію приводить до утворення нових фторовмісних 2-меркапто- і 2_метилсульфаніл-1,6,6a4-тритіапенталенів, а також 4-меркаптотіопіран-2-тіону, 4-метилсульфанілтіопіран-2-тіону та 2-метилсульфанілтіопіран-4-тіону.

Ключові слова: 1,2-дитіол-3-тіони, 1,2-дитіолани, тіоаміди, тритіапенталени, тіопірантіони.

АННОТАЦИЯ

Фесун И. Н. Фторсодержащие 1,2-дитиол-3-тионы. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.03 - органическая химия. Институт органической химии НАН Украины, Киев, 2006.

Диссертационная работа посвящена исследованию химических свойств 5_полифторалкилзамещенных 1,2-дитиол-3-тионов в реакциях с некоторыми электрофильными и нуклеофильными реагентами, а также определению влияния полифторалкильного заместителя в 5-м положении цикла на их протекание.

Показано, что в мягких условиях фторсодержащие дитиолтионы легко реагируют с хлором или хлористым сульфурилом с образованием не 3-хлор-, как описано в литературе для нефторированных аналогов, а 3-хлортио-1,2-дитиолиевых солей. Гидролиз последних влагой воздуха приводит к образованию 5-полифторалкил-1,2-дитиол-3-онов в смеси с исходными дитиол-3-тионами в качестве минорных продуктов. Дитиол-3-оны с количественным выходом получаются при хлорировании дитиолтионов в среде уксусной кислоты, а также при реакции с ацетатом ртути.

Фторсодержащие 3-хлортио-1,2-дитиолиевые соли при реакциях с первичными алифатическими и ароматическими аминами или их моносилилированными производными дают соответствующие 1,2-дитиол-3-иминопрозводные. В реакциях с соединениями, содержащими активную метиленовую группу, в присутствии основания образуются 1,2_дитиоло-3-илидены. При взаимодействии 4-фтор-5-тетрафторэтил-3-хлортио-1,2-дитиолийхлорида с силилированным диэтиламином был выделен N,N-диэтил-4-фтор-5-(1,1,2,2-тетрафторэтил)-1,2-дитиолен-3-иминийхлорид.

Исчерпывающее хлорирование 4-фтор-5-тетрафторэтил-1,2-дитиол-3-тиона хлористым сульфурилом дает полихлорированный фторсодержащий 1,2_дитиолан. Сохранение гетероциклического фрагмента в данной реакции объясняется влиянием сильноакцепторного полифторалкильного заместителя в 5_м положении кольца, тогда как для нефторированных аналогов реакция сопровождается его раскрытием. Полихлорированные фторсодержащие 1,2_дитиоланы гладко взаимодействуют с первичными и вторичными алифатическими и ароматическими аминами с заменой только одного атома хлора на аминогруппу. Установлено, что замещению подвергается атом хлора в 5-м положении цикла с образованием 3,3,4-трихлор-4-фтор-5-(1,1,2,2-тетрафторэтил)-5-алкил(арил)амино-1,2-дитиоланов. Заместить большее количество атомов хлора, используя избыток амина, не удается.

Окисление 4-фтор-5-тетрафторэтил-1,2-дитиол-3-тиона м_хлорнадбензойной кислотой дает 1,2-дитиол-3-сульфин, а окислительное иминирование хлорамином-Т - 1,2-дитиол-3-сульфинимид. Эти соединения являются умеренно стабильными, и через 48 часов, элиминируя атом серы, превращаются в 4-фтор-5-(1,1,2,2-тетрафторэтил)-1,2-дитиол-3-он и 4-фтор-5-(1,1,2,2-тетрафторэтил)-1,2-дитиолен-3-(N-п-толилсульфонил)-имин соответственно.

Показано, что реакции фторсодержащих дитиолтионов с гидразинами и гидроксиламином протекают исключительно по экзо-циклическому атому серы с сохранением гетероциклического фрагмента и приводят к образованию 3_иминопроизводных 1,2_дитиоленов. При реакции с вторичными аминами происходит раскрытие 1,2_дитиольного кольца. При алкилировании продуктов раскрытия цикла 5-полифторалкилзамещенных дитиолтионов алкилгалогенидами были получены в-алкилсульфанилзамещенные производные в-полифторалкил-б,в-ненасыщенных тиоамидов, что доказано рентгеноструктурным исследованием.

Установлено, что направление протекания реакции фторсодержащих 1,2_дитиол-3-тионов со вторичными аминами при нагревании зависит от длины полифторалкильного заместителя в 5-положении цикла. Трифторметильное производное образует 4,4,4-трифтор-1,3-бисморфолино-4-илбут-2-ен-1-тион (в_диалкиламино-б,в-ненасыщенный тиоамид), тогда как соответствующее тетрафторэтильное производное - 4,4,5,5-тетрафтор-1,1-бисморфолино-4-илпент-1-ен-3-тион (в-тиоксокетенаминаль).

Найдено, что восстановление фторсодержащих дитиолтионов сульфидом натрия является более глубоким процессом, чем это описано для нефторированных аналогов. В случае 4-фтор-5-тетрафторэтил-1,2-дитиол-3-тиона происходит потеря молекулой трех атомов фтора и образование двух продуктов, содержащих только по два атома фтора. Путем подбора оптимальных условий превращений получены новые фторсодержащие производные 1,6,6a4-тритиапенталена и тиопиран-2- и 4-тионов: 2-меркапто- и 2-метилсульфанил-3,4-дифтор-1,6,6a4-тритиапенталены, 3,5-дифтор-4-меркаптотиопиран-2-тион, 3,5_дифтор-4-метилсульфанилтиопиран-2-тион и 3,5-дифтор-2-метилсульфанил-тиопиран-4-тион.

Ключевые слова: 1,2-дитиол-3-тионы, 1,2-дитиоланы, тиоамиды, тритиапенталены, тиопирантионы.

Fesun I. M. Fluorinated 1,2-dithiole-3-thiones. - Manuscript.

Thesis for obtaining scientific degree of Candidate of Sciences by the speciality 02.00.03 - organic chemistry. Institute of Organic Chemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2006.

The dissertation is devoted to investigation of chemical behaviour of 5_polyfluoroalkyl-1,2-dithiole-3-thiones in the reactions with some electrophiles and nucleophiles.

It was shown that fluoro-containing dithiolethiones react with chlorine or sulfuryl chloride in mild conditions to form 3-chlorosulfanyl-1,2-dithiolium salts. Chlorination of 4-fluoro-5-tetrafluoro-1,2-dithiole-3-thion with excess of sulfuryl chloride results in tetrachloro-substituted fluoro-containing 1,2-dithiolane, treatment of which with amines proceeds with substitution of only one chlorine atom on amino group in the 5th position of cycle.

Exo-cyclic sulfur atom of fluoro-containing dithiolethiones are easily oxidized or iminated to give corresponding sulfine or sulfinimide.

Hydrazines and hydroxylamine react with fluoro-containing dithiolethiones with substitution of exo-cyclic sulfur atom on imino function. Reactions with secondary amines proceed with opening of heterocycle and в-alkylsulfanyl-в-polyfluroalkyl б,в_unsaturated thioamides after alkylation are formed.

Stepwise reduction of 4-fluoro-5-tetrafluoro-1,2-dithiole-3-thione with sodium sulfide allows to obtain new sulfur-rich fluoro-containing heterocycles - 2-mercapto- and 2-methylsulfanyl-1,6,6a4-trithiapentalenes, 4-mercapto-thiopyran-2-thione, 4_methylsulfanyl-thiopyrane-2-thione and 2-methylsulfanyl-thiopyrane-4-thione.

Keywords: 1,2-dithiole-3-thiones, 1,2-dithiolanes, thioamides, trithiapentalenes, thiopyranthiones.

Размещено на Allbest.ru