Флуоровмісні сіркоорганічні сполуки на основі 1,1-дигідрополіфлуороалкілсульфідів

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ

УДК 547.279+547.221+547.299+547.7

ФЛУОРОВМІСНІ СІРКООРГАНІЧНІ СПОЛУКИ НА ОСНОВІ

1,1-ДИГІДРОПОЛІФЛУОРОАЛКІЛСУЛЬФІДІВ

02.00.03 - органічна хімія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора хімічних наук

ТИМОШЕНКО Вадим Михайлович

Київ - 2007



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у відділі хімії органічних сполук сірки Інституту органічної хімії НАН України

Науковий консультант: доктор хімічних наук, професор Шермолович Юрій Григорович, Інститут органічної хімії НАН України, м. Київ, завідувач відділу хімії органічних сполук сірки

Офіційні опоненти: доктор хімічних наук, професор, академік НАН України Кухар Валерій Павлович, Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, м. Київ, завідувач відділу тонкого органічного синтезу

доктор хімічних наук, професор Ягупольський Лев Мусійович, Інститут органічної хімії НАН України, м. Київ, головний науковий співробітник

доктор хімічних наук, професор Харченко Oлександр Васильович, Український державний хіміко-технологічний університет, м. Дніпропетровськ, завідувач кафедри хімічної технології органічних речовин та фармацевтичних препаратів

Провідна установа: Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, м. Київ, кафедра органічної хімії

Захист дисертації відбудеться ” 10 ” травня 2007 р. о 14 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 ” 26 ” березня 2007 р.

В.о.вченого секретаря

спеціалізованої вченої ради Д. 26.217.01

доктор хімічних наук, професор Ільченко А.Я.



АНОТАЦІЯ

Тимошенко В. М. Флуоровмісні сіркоорганічні сполуки на основі 1,1-дигідрополіфлуороалкілсульфідів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора хімічних наук за спеціальністю 02.00.03 - органічна хімія. Інститут органічної хімії України, Київ, 2007. гетероцикл сірковмісний поліфлуоралкільний ациклічний

Дисертаційна робота присвячена вивченню синтетичних можливостей 1,1-дигідрополіфлуороалкілсульфідів як вихідних речовин для синтезів сірковмісних сполук з поліфлуоралкільними замісниками. На основі запропонованих методологій розроблено методи синтезу флуоро-сірковмісних ациклічних сполук (олефінів, ацетиленів, кетонів, амінів, імінів, єнамінів, вінілазидів, вінілізотіоціанатів) та гетероциклів (піролів, піразолів, триазолів, триазолідинтіонів, урацилів, піримідинів).

Отримано ряд тіокарбонільних сполук (дитіоестери насичених та ненасичених флуоровмісних карбонових кислот, -кетодитіоестери, -тіооксо--оксосульфони) та вивчено їхні хімічні властивості. Показано, що реакції поліфлуороалкан(алкен)-дитіокарбоксилатів з металоорганічними сполуками відбуваються за тіофільним механізмом і супроводжуються елімінуванням флуорид-іонів. В реакціях циклоприєднання з дієнами дитіоестери ведуть себе як дієнофіли, а з ацетиленами як 1,3-диполі. -Тіоксо--оксосульфони та -кетодитіоестери вступають в реакції [2+4]-циклоприєднання з діенами виключно по C=S подвійному зв'язку. З електронозбагаченими олефінами -тіоксо--оксосульфони реагують як гетеро-1,3-дієни, а з електронозбідненими - за схемою єн-реакції за участю C=S зв'язку.

Розроблено методи отримання нових поліфлуороалкілзаміщених 1,2-дитіол-3-тіонів, застосування яких в синтезах дозволило отримати ряд похідних флуоровмісних гетероциклічних сполук - 1,2- та 1,3-дитіоленів, 1,6,6a⁴-тритіапенталенів, 2Н-тіопіранів, 5Н-тіопіран-1,4-дитіїнів, тіопіран-2-тіонів, тіопіран-4-тіонів.

Ключові слова: поліфлуороалкілсульфіди, кетосульфони, дитіоестери, -тіоксо--оксосульфони, 1,2-дитіол-3-тіони, циклоприєднання, тіофільні реакції.



АННОТАЦИЯ

Тимошенко В. М. Фторсодержащие сераорганические соединения на основе 1,1-дигидрополифторалкилсульфидов - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук по специальности 02.00.03 - органическая химия. Институт органической химии НАН Украины, Киев, 2007.

Диссертационная работа посвящена изучению синтетических возможностей 1,1-дигидрополифторалкилсульфидов как исходных для синтезов серосодержащих соединений с полифторалкильными заместителями.

Разработаны две методологии использования 1,1-дигидрополифтор-алкилсульфидов и их окисленных производных - сульфоксидов и сульфонов: 1) последовательные процессы дегидрофторирования-нуклеофильного замещения и 2) замена атомов водорода метиленовой группы на хлор. Это позволило разработать удобные методы синтеза реакционноспособных фтор-содержащих ациклических и гетероциклических соединений.

Показано, что 1,1-дигидрополифторалкилсульфиды, сульфоксиды, сульфоны дегидрофторируются при действии оснований до соответствующих в-фтор-в-полифторалкил-винилсульфидов, сульфоксидов, сульфонов. При действии щелочей 1,1-дигидрополифторалкилсульфиды дегидрофторируются до в-полифторалкилацетиленсульфидов. Ацетиленсульфиды, в-фторвинил-сульфоксиды и сульфоны реагируют с вторичными аминами с образованием соответствующих енаминосульфидов, сульфоксидов, сульфонов, гидролиз которых приводит к в-полифторалкил-в-кетосульфидам, сульфоксидам, сульфонам. При взаимодействии 1,1-дигидрополифторалкилсульфонов с избытками первичных или вторичных аминов образуются в-полифторалкил-в-иминосульфоны или в-полифторалкил-в-енаминосульфоны.

1,1-Дигидрополифторалкилсульфоны реагируют в присутствии оснований с азидом или тиоцианатом натрия с образованием в-полифторалкил-в-азидо- или в-изотиацианатовинилсульфонов. С триметилсилилазидом 1,1-дигидрополифтор-алкилсульфоны в присутствии оснований образуют 4-алкил(арил)сульфонил-5-полифторалкил-1,2,3-триазолы, с цианатом натрия - 5-алкилсульфонил-6-полифторалкилурацилы, с эфиром б-фенилглицина - производные 2-полифторалкилкето-1Н-пирролов, с фенилгидразином - производные пиразолов.

Показано, что 1,1-дигидрополифторалкилсульфиды последовательно хлорируются до 1-хлор- и 1,1-дихлорполифторалкилсульфидов. При избыточном хлорировании бензил 1,1-дигидрополифторалкилсульфидов образуются 1,1-дихлорполифторалкилсульфенилхлориды, взаимодействие которых с алкил- или арилмеркаптанами в присутствии хлорида цинка приводит к тиоэфирам полифторалкантионкарбоновых кислот. При реакции 1-хлорполифторалкил-сульфидов с алкилмеркаптанами в присутствии ZnCl₂ образуются дитиоацетали полифторированных алифатических альдегидов, после дегидрофторирования которых и реакции полученных кетендитиоацеталей с бромидом магния синтезированы дитиоэфиры в-полифторалкил-б,в-ненасыщенных карбоновых кислот. При нагревании кетендитиоацеталей с бромидом магния и серой получены 4-фтор-5-полифторалкил-1,2-дитиол-3-тионы. Хлорирование в-дифторметил-в-кетосульфидов приводит к б,б-дихлор-в-кетосульфиду, при взаимодействии которого с сульфидом кадмия образуются эфиры дитиопировиноградной кислоты. При взаимодействии в-полифторалкил-в-кетосульфонов с фталимидосульфенил-хлоридом получены производные б-кето-б-полифторалкандитиокарбоксилатов с окисленным атомом серы - б-тиооксо-в-оксо-в-полифторалкилсульфоны.

Тиоэфиры полифторалкантионкарбоновых кислот реагируют с аллилмагнийгалогенидами путем трехступенчатой "домино"-реакции "тиофильное присоединение-в-элиминирование фтор-аниона-перегруппировка тио-Кляйзена" и образованием тиоэфиров б-аллил- или б,б-бис-аллил-б-полифторалкан-тионкарбоновых кислот.

Полифторалкандитиокарбоксилаты, дитиоэфир пировиноградной кислоты и фторсодержащие 1,2-дитиол-3-тионы как диенофилы вступают в реакции [2+4]-циклоприсоединения по C=S-двойной связи с диенами, давая производные тиопиранов, а как 1,3-диполи - в [3+2]-циклоприсоединения с диметилацетилен-дикарбоксилатом (ДМАД), образуя производные 1,3-дитиоленов. в-Бромперфтор-дитиокротонат реагирует с ДМАД с образованием фторсодержащего винилога тетратиафульвалена.

б-Тиооксо-в-оксосульфоны реагируют как диенофилы с диенами и как гетеро-1,3-диены с электронообогащенными олефинами с образованием производных тиопиранов и 1,4-оксатиинов. С электронообедненными олефинами б-тиооксо-в-оксосульфоны вступают в ен-реакцию по C=S-двойной связи.

Показано, что взаимодействие 4-фтор-5-тетрафторэтил-1.2-дитиол-3-тиона с сульфидом натрия приводит к образованию новых фторсодержащих 1,6,6a⁴-тритиапенталенов или производных тиопиран-2-тионов и тиопиран-4-тионов.

Ключевые слова: полифторалкилсульфиды, кетосульфоны, дитиоэфиры, _тиоксо--оксосульфоны, 1,2-дитиол-3-тионы, циклоприсоединение, тиофильные реакции.



ABSTRACT

Timoshenko V. M. Fluorine-containing organosufur compounds based on 1,1-dihydropolyfluoroalkylsulfides. - Manuscript.

Dissertation for the scientific degree of Doctor of Chemical Sciences on the speciality 02.00.03 - organic chemistry. Institute of Organic Chemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2007.

In the dissertation, the applicability of 1,1-dihydropolyfluoroalkylsulfides is studied as building blocks for the preparation of various sulfur-containing compounds with polyfluoroalkyl substituents. The developed methodologies are applied to the synthesis of fluoro-sulfur-containing acyclic compounds (olefins, acetylenes, ketones, amines, imines, enamines, vinylazides, vinylisothiocyanates) as well as various heterocycles (pyrroles, pyrazoles, triazoles, triazolidinethiones, uracils, pyrimidines).

Series of thiocarbonyl compounds, namely dithioesters of saturated and unsaturated fluoro-containing carboxylic acids, -ketodithioesters, and б-thioxo-в-oxosulfones, are obtained and their chemical properties are investigated. It is shown that polyfluoroalkane(alkene)dithiocarboxylates react with organometallic reagents via a thiophilic addition with a concomitant в-fluoride elimination. The dithioesters act as dienophiles in cycloadditions with dienes and as 1,3-dipoles in cycloadditions with acetylenes. Thioxo-oxosulfones and -ketodithioesters react with dienes in a [2+4]-cycloaddition mechanism exclusively on the C=S double bond with the formation of thiopyrans. As hetero-1,3-dienes, -thioxo--oxosulfones react only with electron-rich olefins, while with electron-poor olefins ene-reactions on C=S bond are preferable.

A new procedure for the preparation of fluorinated 1,2-dithiole-3-thiones is developed. They are successfully applied in the synthesis of various fluoro-containing heterocyclic compounds such as 1,2- and 1,3-dithiolenes, 1,6,6⁴-trithiapentalenes, 2Н-thiopyrans, 5Н-thiopyrano-1,4-dithiins, thiopyran-2-thiones.

Key words: polyfluoroalkylsulfides, ketosulfons, dithioesters, -thioxo--oxosulfons, 1,2-dithiole-3-thiones, cycloaddition, thiophilic reactions.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Хімія органічних сполук, що містять гетероатоми, є невід'ємною складовою частиною сучасної органічної хімії. Наявність гетероатома надає молекулі органічної сполуки особливі властивості і сприяє перебігу певних перетворень, які не характерні для молекул, що містять тільки атоми вуглецю. Ще більш широкі можливості для дослідників відкриваються при поєднанні в молекулі органічної сполуки різних гетероатомів, зокрема, сірки і флуору. Унікальні властивості атома флуору визначають широке застосування флуороорганічних сполук в різних галузях техніки, сільського господарства і медицини. Зростаюча потреба у флуоровмісних біологічно активних речовинах зумовлює розвиток цієї галузі знань та пошук нових підходів до синтезу флуороорганічних сполук.

З іншого боку, на використанні специфічних властивостей атома сірки грунтуються численні синтетичні методи, в яких сірковмісний фрагмент є інструментом хімічних перетворень і полегшує перебіг різноманітних реакцій. Висока здатність сірки до поляризації дає змогу стабілізувати як позитивний, так і негативний заряди на сусідньому атомі вуглецю і тим самим змінювати реакційну здатність субстрату. В той же час багато сіркоорганічних сполук досить поширені в природі, відіграють ключову роль в багатьох біохімічних процесах, а також знаходять застосування в хімії матеріалів, агрохімії та медицині.

На сьогодні відомо тільки декілька флуоровмісних органічних сполук природного походження, а весь масив флуороорганічних сполук отриманий, отримується і буде отримуватися, як правило, синтетичним шляхом. Ця обставина робить надзвичайно актуальними питання розвитку існуючих та створення нових синтетичних методів одержання органічних сполук флуору.

Історично перші підходи до синтезу флуороорганічних сполук були пов'язані із введенням атомів флуору в базову молекулу. Проте такі реакції вимагають застосування спеціального устаткування та токсичних реагентів. Тому в останні десятиліття найбільш популярним став метод використання простих флуоровмісних органічних молекул як "будівельних блоків" для більш складних синтезів. Доступність таких "будівельних блоків", а також застосування при їх використанні стандартних експериментальних процедур обумовлює широкий розвиток цього підходу та його привабливість для дослідників.

Кількість відомих флуоровмісних "будівельних блоків" досить велика та включає в себе флуоровані ароматичні сполуки, флуороолефіни і кисневмісні похідні (спирти, альдегіди, кетони). Незважаючи на це, роботи по створенню нових флуоровмісних реагентів є актуальними і продовжуються у всіх промислово розвинених країнах.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи полягала у вивченні синтетичних можливостей нових "будівельних блоків" - 1,1-дигідрополіфлуоро-алкілсульфідів; розробці методологій їх використання для синтезів флуоро-сірковмісних сполук, які мають перспективу подальшого застосування в органічному синтезі для створення біоактивних молекул та речовин для техніки; дослідженню взаємного впливу поліфлуороалкільного та сірковмісного угруповань на реакційну здатність отриманих сполук.

В роботі розглядаються алкіл(арил)поліфлуороалкілсульфіди, в яких поліфлуороалкільний замісник відмежований від атома сірки метиленовою групою.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше проведено систематичне вивчення хімічної поведінки 1,1-дигідрополіфлуоралкілсульфідів, особливості якої пов'язані із взаємним впливом поліфлуороалкільного та сірковмісного угруповань.

Розроблено стратегію синтетичного використання 1,1-дигідрополіфлуоро-алкілсульфідів та їх похідних: 1) послідовні процеси дегідрофлуорування - нуклеофільного заміщення; 2) заміна атомів водню -метиленової групи на хлор. Це дозволило створити зручні методи синтезу реакційноздатних флуоро-сірковмісних ациклічних сполук (олефінів, ацетиленів, амінів, імінів, єнамінів, вінілазидів, вінілізотіоціанатів, похідних тіонкарбонових кислот) та гетероциклів (піролів, піразолів, триазолів, урацилів, піримідинів).

Показано принципову можливість отримання оптично-активних 1,1-дигідрополіфлуроалкілсульфоксидів шляхом окиснення флуороалкіларил-сульфідів хіральним окиснюючим реагентом.

Досліджені хімічні властивості поліфлуороалкандитіокарбоксилатів. Показано визначальний вплив флуоровмісного алкільного замісника на перебіг реакцій [3+2]- і [2+4]-циклоприєднання цих сполук.

Вперше показано, що тіоестери поліфлуороалкантіонкарбонових кислот реагують з алілмагнійгалогенідами за тіофільним механізмом з утворенням проміжних кетендитіоацеталів, що зазнають перегрупування тіо-Кляйзена. Знайдений тристадійний "доміно"-процес "тіофільне приєднання магнійорганічного реагенту - -елімінування флуорид-іона - перегрупування тіо-Кляйзена" є доступним та зручним методом синтезу моноалілзаміщених, а також бісалілзаміщених флуоровмісних дитіоестерів.

Отримані нові типи флуоровмісних тіокарбонільних сполук, що містять в - положенні до тіокарбонільної функції карбонільну групу - дитіоестери дифлуоропіровиноградної кислоти та поліфлуороалкіл-1-тіооксо-2-оксосульфони, використання яких в реакціях циклоприєднання дозволило отримати флуоровмісні кетони з гетероциклічними замісниками і похідні оксатіїнів.

Показано, що реакція в-бромоперфлуородитіокротонату з диметилацетилен-дикарбоксилатом протікає як послідовний процес циклоприєднання - міжмолекулярного нуклеофільного заміщення з утворенням флуоровмісного вінілога тетратіафульвалену, що є новим і оригінальним методом синтезу похідних цього типу сполук.

Розроблено методи синтезу флуоро-поліфлуороалкілзаміщених 1,2-дитіол-3-тіонів, які виявилися зручними вихідними для синтезів нових флуоровмісних гетероциклів з атомом сірки. Показано, що реакція 4-флуоро-5-поліфлуороалкіл-1,2-дитіол-3-тіону з сульфідом натрію приводить до невідомих раніше флуоровмісних похідних тритіапенталенів або тіопірантіонів.

Практичне значення одержаних результатів. Запропоновано для використання в синтетичній практиці нові флуоровмісні "будівельні блоки" - 1,1-дигідрополіфлуоралкілсульфіди, що отримуються з доступних поліфлуоро-алканолів, зокрема, спиртів-теломерів.

Показано, що за допомогою простих експериментальних процедур 1,1-дигідрополіфлуороалкілсульфіди можуть перетворюватися у реакційноздатні флуоровмісні сполуки - ацетилени, вінілсульфони, єнаміни, кетони, б_хлоросульфіди, б,б-дихлоросульфенілхлориди, що мають перспективу широкого застосування в органічному синтезі.

На основі розроблених в дисертації методологій синтезовано флуоровмісні триазоли, урацили, піримідини, дигідротіопірани, 1,4-оксатіїни, 1,2-дитіол-3-тіони, що можуть стати основою для дизайну та цілеспрямованого синтезу нових препаратів для медицини та агрохімії.

Розроблено зручні методи отримання важкодоступних раніше дитіоестерів поліфлуоровмісних кислот: алканкарбонових, піровиноградної та кротонової. Використання таких естерів як нових "синтез-блоків" дозволило конструювати різноманітні флуоровмісні сіркозбагачені гетероцикли, що придатні для застосовування як р-донорні фрагменти для фотопровідних матеріалів, для отримання органічних металів та напівпровідників з нелінійно-оптичними властивостями.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась в рамках бюджетних тем відділу хімії органічних сполук сірки "Хімія тіокарбонільних сполук та їх похідних з атомами 4- та 6-ти валентної сірки" (№ Держреєстрації 0193U018738, 1993-1996 рр.), "Дослідження 1,1-дигідрополіфлуороалкан-сульфідів, -сульфоксидів, -сульфілімінів, -сульфонів та фторсульфуранів як реагентів для синтезу поліфторованих ациклічних, циклічних та гетероциклічних сполук" (№ Держреєстрації 0100U002177, 2000-2002 рр.), "Синтез та властивості флуоровмісних похідних тіонкарбонових кислот" (№ Держреєстрації 0103U000617, 2003-2005 рр.); за проектом Державного фонду фундаментальних досліджень "Синтез і властивості флуоровмісних похідних тіонкарбонових кислот" (№ 03.07/00008, 2001-2006 рр.); за програмою міжнародного співробітництва INTAS-Україна (грант U95-0005, 1998 р.); за програмою міжнародного наукового співробітництва між НАН України та Національним науково-дослідним центром (CNRS), Франція "Похідні фторованих тіокарбонових кислот: синтез і властивості" (№ Держреєстрації 0105U008992, проект № FVHOF 27711, 2004-2005 рр.) та частково підтримувалася Національним науково-дослідним центром (CNRS), Франція (2002 р).

Особистий внесок здобувача. Формулювання наукового напрямку і мети дисертації, обгрунтування ідей, підходів та методів, вибір об'єктів дослідження, інтерпретація та узагальнення результатів здійснені особисто автором. Повністю або частково автором проведено планування і практичне виконання експериментальних процедур.

Обговорення результатів проведені з науковим консультантом, доктором хім. наук, професором Ю. Г. Шермоловичем. Автор вдячний професору Ш. Портелла (Університет м. Реймс, Франція) за підтримку та плідні наукові дискусії з питань механізмів утворення сірковмісних гетероциклів та докторам Ж.-Ф. Буйону та Ф. Греллепуа (Університет м. Реймс, Франція) за допомогу при проведенні експериментів. Експериментальна частина роботи виконувалась спільно з В. В. Листваном, Я. В. Николиним (отримання вихідних сульфідів, сульфонів), Р. Я. Мусяновичем (отримання ацетиленсульфідів), С. В. Ємцем (сульфенілування кетосульфонів, циклоприєднання тіооксосульфонів), Ю. П. Бандерою (десульфонілування триазолів, оксатіїнів), П. П. Корнутою, О. І. Слюсаренко (дегалоїдування дихлорополіфлуороалкілсульфіду), Н. П. Колесник (реакції сульфонів з амінами), І. М. Фесуном (хлорування і відновлення дитіолтіонів). Спектральні дослідження високого відтворення проводились спільно з М. Й. Поволоцьким та В. В. Пироженком. Квантово-хімічні розрахунки виконані спільно з О. Б. Роженком, О. М. Нестеренком та М. М. Ільченком. Рентгеноструктурні дослідження виконані спільно з О. М. Чернегою, Е. Б. Русановим та Д. В. Полтораком.

Апробація роботи. Основні результати роботи були представлені на XIX Міжнародному симпозіумі з хімії сірки, м. Шеффілд, Великобританія (25-30.06.2000), XIII Європейському симпозіумі з хімії флуору, м. Бордо, Франція (15-20.07.2001), XIX Українській конференції з органічної хімії, м. Львів, (10-14.09.2001), XIV Європейському симпозіумі з хімії флуору, м. Познань, Польща (11-16.07.2004), XX Українській конференції з органічної хімії, м. Одеса (21-25.09.2004), 7_ій Всеросійській конференції “Хімія флуору”, м. Москва, Росія (05-09.06.2006), XVIII Міжнародному симпозіумі з хімії флуору, м. Бремен, Німеччина (30.07-04.08.2006).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опублікована 31 стаття (з яких 3 оглядові) та тези 7 доповідей на конференціях.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, семи розділів, висновків, переліку використаних джерел (438 найменувань), містить 22 рисунка і 39 таблиць. Перший розділ (літературний огляд) присвячений методам синтезу та хімічним властивостям 1,1-дигідрополіфлуороалкіл -сульфідів, _сульфоксидів та _сульфонів. В другому розділі розглядається синтез 1,1-дигідро-поліфлуороалкілсульфідів з тозилатів поліфлуороалканолів та реакції їх окиснення до сульфоксидів та до сульфонів. Предметом третього розділу є вивчення синтетичного потенціалу 1,1-дигідрополіфлуороалкіл -сульфідів, _сульфоксидів та -сульфонів, що грунтується на реакціях їх дегідрофлуорування. Реакції хлорування 1,1-дигідрополіфлуороалкілсульфідів та застосування отриманих продуктів в синтезах розглянуто в четвертому розділі. П'ятий розділ присвячений синтезу та властивостям флуоровмісних сполук, що містять тіокарбонільну групу. В шостому розділі розглянуто синтез та властивості 5-поліфлуороалкілзаміщених 1,2-дитіол-3-тіонів. Сьомий розділ є експериментальною частиною дисертації, в якій приведені методики синтезу отриманих речовин та їх спектральні характеристики. Розділи другий-шостий містять літературні довідки з хімії тих класів сполук, що розглядаються. Загальний обсяг дисертації складає 350 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, вибір об'єктів дослідження, а також сформульовано мету і завдання роботи.

В огляді літератури розглянуто відомі методи синтезу та хімічні властивості алкіл(арил)-1,1-дигідрополіфлуороалкілсульфідів та їх окиснених похідних - сульфоксидів і сульфонів. Показано, що на відміну від перфлуороалкілсульфідів, що вивчені достатньо добре, 1,1-дигідрополіфлуороалкілсульфіди представлені в основному сполуками з трифлуороетильною групою. Систематичного дослідження сульфідів з більш довгими поліфлуроалкільними ланцюгами та вивчення можливостей їх застосування в синтезах до початку наших досліджень не проводилось. Разом з тим, аналіз літературних даних засвідчує великий синтетичний потенціал цих сполук як вихідних для синтезів інших флуоро-сірковмісних сполук.

1. Синтез 1,1-дигідрополіфлуороалкіл-сульфідів, _сульфоксидів і -сульфонів 1,1-Дигідрополіфлуороалкілсульфіди (1) отримували алкілуванням меркаптанів або тіофенолів тозилатами поліфлуоровмісних спиртів в диметилсульфоксиді в присутності лугу. Тозилати спиртів легко отримуються з високими виходами при реакції відповідного поліфлуороалканолу з п-толуолсульфохлоридом в водно-лужному середовищі.

Поліфлуороалкільна група, що відмежована від атома сірки метиленовим фрагментом, не справляє суттєвого впливу на окиснення сульфідів (1). Сполуки (1) легко окиснюються до сульфоксидів (2) розрахованими кількостями м-хлоронадбензойної кислоти, трет-бутилгідропероксиду або суміші діоксиду селену-пероксиду водню в етанолі. Окиснення сульфідів (1) пероксидом водню в оцтовій кислоті приводить до утворення сульфонів (3).

Енантіоселективне окиснення сульфідів (1) трет-бутилгідропероксидом у присутності хiрального комплексу тетраізопропілоксиду титану з R,R-діетилтартратом приводить до оптично активних сульфоксидів (2*) з енантіомерними надлишками 25-40%.

2. Реакції 1,1-дигідрополіфлуороалкілсульфідів, сульфоксидів і сульфонів, які грунтуються на дегідрофлуоруванні CF₂CH₂S-фрагменту

Будова продуктів реакцій 1,1-дигідрополіфлуороалкілсульфідів (1), сульфоксидів (2) та сульфонів (3) з основами визначається, передусім, ступенем окиснення сірки i, як наслідок, різною кислотністю -протонів полiфлуоро-алкiльного замісника, але також залежить i вiд природи основи.

Дегідрофлуорування сульфідів (1) до олефінів (4) відбувається при дії трис(диметиламiно)-N-етилiмiдофосфату, а при дії лугу відбувається відщеплення двох молекул HF з утворенням ацетиленсульфідів (5).

На відміну від сульфiдiв (1), сульфоксиди (2) i сульфони (3) зазнають дегідрофлуорування в більш м'яких умовах - при дії триетиламiну - i утворюють відповідно олефiни (7) i (8).

Геометрія олефінів (7,8) залежить від довжини поліфлуороалкільного ланцюга. У випадку сполук (2,3) з R_F = CF₃, CF₃CF₂, H(CF₂)₃ реакції протікають стереоселективно з утворенням тільки Z-ізомерів, в той час як для сполук з R_F = HCF₂ утворюються суміші Z+E-ізомерів сполук (7,8).

Приєднання морфоліну до ацетиленсульфідів (5) відбувається регіоспецифічно та стереоселективно з утворенням тільки одного ізомера єнаміносульфідів (9). При дії на сульфоксиди (2) або сульфони (3) надлишку вторинного аміну або аміаку утворюються відповідно єнаміносульфоксиди (10) та єнаміносульфони (11), без виділення проміжних олефінів (7,8).

Будова продуктів реакцій сульфонів (3) з первинними амінами залежить від довжини поліфлуороалкільного ланцюга. Сульфони з R_F = H(CF₂)₃ утворюють іміни (12), а сульфони з R_F = HCF₂ - єнаміни (13) як суміш Z+E-ізомерів.

Гідроліз єнаміно-сульфідів (9), -сульфоксидів (10), -сульфонів (11) приводить, відповідно, до флуоровмісних кетонів (14,15,16). Препаративно зручними є "однореакторні" методи синтезу сполук (14-16): проведення дегідрофлуорування сульфідів (1) лугом в диметилформаміді приводить до єнамінів (9), які без виділення гідролізуються до кетосульфідів (14) та взаємодія сполук (2,3) з надлишком вторинного аміну і гідроліз проміжних єнамінів (10,11) - до кетосульфоксидів (15) та кетосульфонів (16).

Природа аміну також впливає на будову продуктів реакцій аміносполук з сульфонами (3). Так, при взаємодії сульфону з R_F = HCF₂ з бензиламіном кінцевим продуктом є N-бензиліденамін (17), що утворюється в результаті серії прототропних перетворень проміжних сполук. Сполука (17) легко гідролізується до первинного аміну (18).

Сульфони (3) реагують з фенілгідразином з утворенням, в залежності від довжини поліфлуороалкільного ланцюга та співвідношення реагентів бісгідразонів (19) або піразолів (20,21) внаслідок протікання послідовних процесів дегідрофлуорування.

Взаємодія сульфонів (3) метиловим естером б-фенілгліцину в присутності Et₃N приводить до флуороолефінів (22), які утворюються в результаті ізомеризації проміжних імінів і дегідрофлуорування. Сполука (22а) гідролітично стійка, а (22б) легко гідролізується; при цьому відбувається гетероциклізація і утворення кетопіролу (23).

Можливість перебігу в 1,1-дигідрополіфлуороалкілсульфонах послідовних процесів дегідрофлуорування-нуклеофільного приєднання дозволяє конструювати гетероциклічні сполуки на базі фрагменту CF₂CH₂.

При взаємодії сульфонів (3) з триметилсилілазидом в присутності Et₃N або діазобіциклооктаном утворюються солі (24), будова яких підтверджена рентгено-структурним дослідженням. Реакції протікають через стадію дегідрофлуорування з утворенням вінілсульфонів (8), які реагують з азидом, даючи вінілазиди (25). Циклізація останніх в присутності основи приводить до солей (24), підкислення яких дає триазоли (26). Здатність триазольного кільця стабілізувати негативний заряд зумовлює легкість елімінування п-толуолсульфонільної групи із триазолів (26) при дії амальгами натрію з утворенням сполук (27).

Вінілазиди (25) можна виділити в індивідуальному стані при реакції сульфонів (3) з NaN₃ в присутності триетиламіну. Проведення в аналогічних умовах реакції сульфонів (3) з тіоціанатом натрію приводить до вінілізотіоціанатів (28). Сполуки (28) приєднують фенілгідразин з утворенням 1,2,4-триазолідин-3-тіонів (29). При цьому, імовірно, відбувається приєднання гідразину по ізотіоціанатній групі з наступною циклізацією по електрофільному атому вуглецю в -положенні до поліфлуороалкільної групи.

На відміну від цього, з ціанатом натрію сульфони (3) реагують в присутності триетиламіну з утворенням триетиламонієвих солей урацилу (30), які легко перетворюються в урацили (31) при дії соляної кислоти. Будову сполук (30) встановлено за допомогою рентгено-структурного дослідження.

Для пояснення схеми перебігу реакції треба взяти до уваги те, що при взаємодії сульфонів (3) з Et₃N на початковій стадії утворюються олефіни (8). Оскільки чисті олефіни (8) в аналогічних умовах (CH₃CN, 70 °C, 6 год) з NaOCN не реагують, можна припустити, що джерелом ціанат-аніона, що приєднується до (8) є ціанат триетиламонію, який утворюється при реакції NaOCN з флуорогідратом триетиламіну. Нуклеофільне заміщення атома флуору в сполуках (8) на ізоціанатну групу приводить до проміжного вінілізоціанату (А), який реагує далі з ціанатом триетиламонію з утворенням солей (30).

Урацили (31) є вихідними для синтезу 6-поліфлуороалкілзаміщених піримідинів. Сполуки (31) при реакції з PCl₅ дають дихлоропіримідини (32), атоми хлору в яких активні в реакціях нуклеофільного заміщення. Так, при взаємодії з аміаком або вторинними амінами утворюються діамінозаміщені піримідини (33).

2,4-Біс(діалкіл)заміщені піримідини можуть бути отримані прямим амінуванням урацилів амідами фосфорної кислоти. При нагріванні урацилів (31) з надлишком гексаметилфосфортриаміду (ГМФТА) при 215-220 C утворюються біс(диметиламіно)піримідини (34), що не містять бензилсульфонільної групи. Із реакційної суміші було виділено також N,N-диметилбензилсульфамід. Таким чином, одночасно з амінуванням урацилів відбувається заміщення бензилсульфонільної групи на атом водню.

При нагріванні біс(діалкіламіно)піримідинів (33) з ГМФТА також відбувається десульфонілування останніх з утворенням піримідинів (35). Переамінування при цьому не спостерігається, що дозволяє отримувати не тільки диметиламіно-, але й інші діалкіламінозаміщені піримідини.

3. Реакції 1,1-дигідрополіфлуороалкілсульфідів, які базуються на хлоруванні CF₂CH₂S-фрагменту

Протони в б-положенні до атома сірки в сульфідах (1) можуть бути заміщені на атоми хлору, даючи в залежності від природи хлоруючого агенту б-хлоро- або б,б-дихлоросульфіди. Монохлоросульфіди (36) отримуються з майже кількісними виходами при використанні N-хлоросукциніміду (НХСІ). Для моно-хлорування S-арилзаміщених сульфідів необхідно використовувати еквімольну кількість хлористого сульфурилу. При використанні двох еквівалентів хлористого сульфурилу або хлору сульфіди (1) хлоруються до 1,1-дихлоросульфідів (37).

Дифлуорометилкетосульфіди (14) легко реагують з SO₂Cl₂ з утворенням відповідних 1,1-дихлорокетосульфідів (38).

При хлоруванні надлишками сульфурилу або хлору S-бензилзаміщених сульфідів (1) або S-бензилзаміщених 1,1-дихлоросульфідів (37) утворюються сульфенілхлориди (39).

При хлоруванні сульфоксидів (2) вдається отримати продукти тільки моно заміщення протона на атом хлору. Взаємодія сульфоксиду (2*) з SO₂Cl₂ приводить до утворення рацемату тільки одного діастереомера (40).

1,1-Дигідрополіфлуороалкілсульфони (3) в аналогічних умовах не хлоруються.

1-Хлорополіфлуороалкілсульфіди (36) стійкі до гідролізу, не реагують з спиртами та амінами. Донорний вплив атома сірки в цих сполуках компенсується електронегативністю поліфлуороалкільної групи, що зміцнює С-Cl зв'язок і суттєво утруднює реакції нуклеофільного заміщення атома хлору. Проте, при дії кислот Льюїса на хлоросульфіди (36) генерується стабілізований атомом сірки карбокатіон, здатний реагувати з нуклеофілами. Так, при кип'ятінні сполук (36) з тіолами в присутності ZnCl₂ в нітрометані з високими виходами утворюються дитіоацеталі (41).

Синтезовані нами продукти хлорування 1,1-дигідрополіфлуороалкілсульфідів є зручними вихідними сполуками для синтезу дитіоестерів поліфлуороалканкарбонових кислот.

4. Синтез і властивості флуоровмісних сполук з кратним C=S зв'язком

Естери дитіокарбонових кислот є зручними синтетичними інтермедіатами, що відіграють важливу роль в синтезах складних природних продуктів, включаючи сполуки з високою біологічною активністю. Існує багато методів синтезу аліфатичних дитіокарбоксилатів, проте більшість із них або неефективні для синтезів їх поліфлуорованих аналогів, або обмежені доступністю вихідних речовин.

Ми розробили зручні методи синтезу флуоровмісних дитіокарбоксилатів, що дозволило всебічно вивчити їх властивості, зокрема, вплив поліфлуороалкільного замісника на реакційну здатність і запропонувати застосувати їх як вихідні для синтезів флуоро-сірковмісних сполук ациклічної та гетероциклічної будови.

Раніше нами було показано, що поліфлуороалкандитіокарбоксилати утворюються при взаємодії 1,1-дихлорополіфлуороалкілсульфідів (37) з сульфідами цинку або кадмію (Shermolovich Yu. G., Slusarenko E. I., Timoshenko V. M. еt al. J. Fluorine Chem. 1991, 329):

S-Арилзаміщені 1,1-дихлорополіфлуороалкілсульфіди в дану реакцію не вступають. Ми знайшли інший метод синтезу такого класу дитіоестерів, що полягає у взаємодії 1,1-дихлоросульфенілхлоридів (39) з алкіл- або арил-меркаптанами в присутності ZnCl₂, яка протікає при 80 єC в CH₃NO₂. Цей метод дозволяє отримувати як S-алкіл-, так і S-арилдитіоестери (42).

Для отримання дитіоестеру ненасиченої карбонової кислоти (43б) ми використали розроблений для синтезу в-бромо(хлоро)перфлуородитіокротонатів (43а, R_F = CF₃) метод, що полягає в термічній реакції кетендитіоацеталів поліфлуорованих альдегідів з бромідом магнію (Bouillon J.-P., Shermolovich Yu. G., Portella C. Tetrahedron Lett. 2000, 2133). При нагріванні кетендіетилтіоацеталю (44б), який отримується з високим виходом при дегідрофлуоруванні відповідного дитіоацеталю (41), з MgBr₂ при температурі 180 C впродовж 3 хв утворюється б,в-ненасичений дитіоестер (43б) як суміш геометричних ізомерів у співвідношенні 0.95:1.

Естер дитіопіровиноградної кислоти (45) отримано кип'ятінням 1,1-дихлоро-2-кетосульфіду (38) з сульфідом кадмію в ацетонітрилі впродовж 30 хв.

Похідні дитіокарбонових кислот (46) з окисненим тіольним атомом сірки отримуються з в-кетосульфонів (16). При реакції сполук (16) з фталімідосульфенілхлоридом утворюються стійкі кристалічні фталімідопохідні (47), які розкладаються при кип'ятінні в хлороформі до б-тіооксо-в-кетосульфонів (46). Сполуки (46) нестійкі, легко полімеризуються, тому використовувалися нами без виділення.

Вплив поліфлуороалкільного замісника у флуороалкандитіокарбоксилатах приводить до зростання їх здатності реагувати з нуклеофілами по тіофільному механізму, що істотно відрізняє їх від карбонільних аналогів. Зокрема, флуоровмісні дитіокарбоксилати реагують з металоорганічними реагентами, утворюючи кетендитіоацеталі (Portella C., Shermolovich Yu. Tetrahedron Lett. 1997, 4063):

Ми знайшли, що ,-ненасичені дитіоестери (43) також легко реагують з магнійорганічними реагентами. При реакції сполук (43) з етилмагнійбромідом основними виділеними речовинами є дієни (48) - продукти тіофільного приєднання реактиву Гриньяра, яке супроводжується елімінуванням флуорид-іона із -поліфлуороалкільного замісника.

Дієн (48а) утворюється у вигляді одного геометричного ізомера, в той час як дієн (48б) - як суміш двох ізомерів у співвідношенні 1:0.36.

Нові синтетичні можливості використання флуоровмісних дитіоестерів відкриваються при застосуванні для тіофільних реакцій алілмагнійорганічних сполук.

При дії еквімольної кількості алілмагнійброміду на дитіоестери (42: R_F = CF₃CF₂CF₂, R = Et) або н-бутилпентафлуордитіопропіонат (49) утворюються дитіоестери (50). Сполуки (50) формально можна розглядати як продукти заміщення б-атома флуору в дитіоестерах (42), (50) на алільну групу, проте вони є результатом послідовних процесів "тіофільне приєднання - елімінування флуорид-іона - перегрупування тіо-Кляйзена".

Інший розроблений нами метод синтезу б-алілзаміщених поліфлуороалкандитиокарбоксилатів, що грунтується на аналогічній послідовності реакцій, полягає у використанні як вихідного S-алілперфлуородитіопропіонату (51). В даному підході алільний фрагмент уже присутній в молекулі і після тіофільного приєднання реактиву Гриньяра та утворення кетендитіоацеталю (Б) приймає участь в перегрупуванні тіо-Кляйзена, даючи S-етиловий естер (52).

Наявність в дитіоестерах (50), (52) атома флуору в б-положенні до дитіокарбоксилатної функції дозволяє здійснити повторну послідовність реакцій: тіофільне приєднання реактиву Гриньяра > елімінування флуорид-іона > тіо-перегрупування Кляйзена. При обробці дитіоестеру (50б) алілмагнійбромідом відбувається утворення суміші кетендитіоацеталю (В) і продукту перегрупування - дитіоестеру (53). Завершення перегрупування відбувається повільніше, порівняно із введенням першого алільного фрагмента і закінчується при додатковому нагріванні реакційної суміші протягом 15-60 хв.

,-Бісалільні дитіоестери (53) можна отримувати і безпосередньо взаємодією дитіоестерів (49,51) з 2-ма еквівалентами реактиву Гриньяра. Нами розроблено три підходи, які дозволяють здійснити однореакторний синтез дитіоестерів типу (53) як симетричної, так і несиметричної будови, залежно від природи тіольного замісника у вихідному дитіоестері та порядку додавання металоорганічного реагенту.

Поліфлуороалкандитіокарбоксилати (42), на відміну від моноаліл- та бісалілзаміщених дитіоестерів (50), (52), (53), легко вступають в реакції циклоприєднання, що пояснюється збільшенням поляризації подвійного зв'язку C=S під впливом електроноакцепторного флуороалкільного замісника.

Дитіоестери (42) м'яко реагують з диметилбутадієном з утворенням похідних 2Н-тіопіранів (54). В дану реакцію вступають як S-алкіл-, так і S-арил-дитіоестери.

Дитіоестер дифлуоропіровиноградної кислоти (45) також легко вступає в реакції гетеро-Дільса-Альдера. При цьому активність C=S зв'язку в реакції з диметилбутадієном набагато перевищує активність С=О зв'язку. Результатом реакції є тільки один продукт - похідна 3,6-дигідро-2H-тіопірану (55).

Тіопіран (55) можна розглядати як напівциклічний дитіоацеталь, тому при знятті дитіоацетального захисту тіокарбонільної групи кип'ятінням у водному ацетоні в присутності сулеми він дає відповідний флуоровмісний кетон (56) з тіопірановим залишком.

Виключно по C=S подвійному зв'язку відбувається циклоприєднання і у випадку реакцій б-тіооксо-в-кетосульфонів (46) з дієнами, що дозволило отримати нові поліфлуороалкілкетони (57), що містять тіопірановий фрагмент.

Сполуки (57а-в) термічно стійкі і не розкладаються при нагріванні до 60 С. На відміну від них антраценова похідна (57г) може бути використана для генерування б-тіооксокетону (46). При нагріванні до 60 С вона розкладається за схемою реакції ретро-Дільса-Альдера і б-тіооксокетон (46) може бути перехоплений диметилбутадієном з утворенням циклоаддукту (57а).

Сполуки (57б,в) утворюються як суміш екзо- і eндо-ізомерів у співвідношенні 1:2.5 - 1:4, про що свідчать подвійні набори сигналів в їх спектрах ЯМР. Exo-ізомер сполуки (57в: R_F = H(CF₂)₃, R = п-Tol) було виділено кристалізацією, його будова визначена за допомогою рентгеноструктурного дослідження.

Сполуки (55-57) є представниками поліфлуороалкілкетонів, що містять гетероциклічний замісник. Методи синтезу сполук такого типу інтенсивно вивчаються у зв'язку з високою біологічною активністю флуоровмісних кетонів, пов'язаною зі здатністю інгібувати ряд ферментів.

б-Тіооксо-в-оксосульфони (46) як гетеро-1,3-дієни вступають в реакції [4+2]-циклоприєднання з такими електронозбагаченими олефінами як вінілові етери та стирол з утворенням похідних 2,3-дигідро-1,4-оксатіїнів (58-60).

Реакції протікають регіоспецифічно з утворенням тільки одного регіоізомера, що підтверджено даними спектроскопії ЯМР. У випадку сполуки (59) утворюється тільки один діастереомер, у якого для метинових протонів фрагменту SCHCHO₂ константа ³J(H-H) дорівнює 2.5 Гц, що відповідає їх цис- розміщенню відносно площини піранового і оксатіїнового кілець.

При дії на 1,4-оксатіїн (60) гідриду трибутилолова в присутності азобіс(ізобутиронітрилу) відбувається його десульфонілування з утворенням 3-трибутилстаніл-1,4-оксатіїну (61). При дії на сполуку (61) йоду або соляної кислоти отримано 1,4-оксатіїни (62) та (63).

Слід зазначити, що оксатіїнове кільце присутнє в ряді високоефективних гербіцидів, тому синтез нових сполук цього класу, що містять флуоровмісний замісник, видається актуальним.

Тіокарбонільна група у б-тіооксо-в-оксосульфоні (46) може виступати не тільки активною дієнофільною компонентою, але й вступати в єн-реакції з олефінами. З такими електронозбідненими олефінами як 1-гептен або циклогексен сполуки (46) реагують за схемою єн-реакції, утворюючи відповідно сульфіди (64) або (65).

Поліфлуороалкандитіокарбоксилати (42) в реакціях циклоприєднання можуть виступати не тільки дієнофілами, але й реагувати як 1,3-диполі. Зокрема, вони взаємодіють з диметилацетилендикарбоксилатом (ДМАД), даючи похідні 1,3-дитіолів. При цьому будова продуктів, що утворюються, залежить як від довжини поліфлуороалкільного ланцюга, так і від природи замісника біля тіольного атома сірки. На початковій стадії утворюється карбаніон (Г), який може стабілізуватися в залежності від замісників трьома шляхами. Етиловий і пропіловий естери поліфлуоровалеріанової кислоти дають 2-іліден-1,3-дитіоли (66) (шлях а); при зменшенні довжини поліфлуороалкільного замісника реалізується шлях б з утворенням -гідро-1,3-дитіолів (67); шлях в характерний для бензилових естерів і, незалежно від довжини замісника, утворюються 2-бензилзаміщені 1,3-дитіоли (68).

Трифлуородитіокротонат (43а), як і насичені дитіоестери (42), реагує з ДМАД, проявляючи властивості 1,3-диполя. При витримуванні сполуки (43а) з подвійним мольним надлишком ДМАД протягом 4 год утворюється глибоко забарвлена суміш, з якої з виходом 54% виділено фіолетові кристали. Рентгеноструктурне дослідження цих кристалів показало, що, як і у випадку утворення дитіолів (66), також проходить диполярне циклоприєднання, але сполука (69), що утворюється, складається із двох фрагментів аддуктів (Д) і є представником вінілогів тетратіафульвалену (ТТФ).

При нагріванні в толуолі протягом 10 хв сполука (69) кількісно перетворюється у біс(спіро)похідну (70). Подальше нагрівання сполуки (70) у вакуумі приводить до утворення похідної дитіїну (71). Сполуку (71) можна отримати і прямо при термолізі вінілога ТТФ (69) в жорстких умовах (180-200 єC, 0.01 мм рт.ст., 10 хв).

Будова сполук (70) і (71) встановлена методом рентгенівської дифракції.

5. Синтез і властивості 1,2-дитіол-3-тіонів

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 флуоровмісними замісниками практично не вивчені.

Одним із відомих методів синтезу 1,2-дитіол-3-тіонів є взаємодія сполук, що містять активну метиленову групу, з сірковуглецем у присутності основ. Ми знайшли, що при проведенні реакції в_поліфлуороалкіл-в-іміносульфонів (12) з сірковуглецем в лужному середовищі із наступним підкисленням соляною кислотою утворюється суміш дитіолтіонів (72-74).

Будову 1,2-дитіол-3-тіону (72а) було встановлено за допомогою рентгено-структурного дослідження. Висновки про будову сполук (73) і (74), як похідних 1,2-дитіол-3-тіону, зроблені на основі порівняння їхніх спектральних характеристик з даними, отриманими для сполуки (72а): в спектрах ЯМР ¹³С сполук (72-74) сигнали циклічних ядер вуглецю мають близькі хімічні зсуви та однакову мультиплетність (константи J_CF).

Інші флуоровмісні 1,2-дитіол-3-тіони - 4-флуорзаміщені - отримуються при нагріванні б,в-ненасичених в-бромодитіоестерів (43) з елементарною сіркою. Препаративно зручним методом синтезу сполук (75), що дозволяє отримувати їх з високими виходами, є нагрівання суміші кетендитіоацеталів (44), броміду магнію і елементарної сірки при 210 °C.

Дитіолтіони (75) хлоруються в м'яких умовах з утворенням 3-хлоротіо-1,2-дитіолієвих солей (76). При додаванні триетиламіну або трифенілфосфіну до розчину солей (75) в ТГФ проходить їх дехлорування і з високими виходами виділяються вихідні дитіолтіони (75), що свідчить на користь утворення при хлоруванні 3-хлоротіо-, а не 3-хлоро-1,2-дитіолієвих солей. Солі (76) легко гідролізуються із утворенням 85-90% 1,2-дитіол-3-онів (77) та 10-15% вихідних 1,2_дитіол-3-тіонів (75).

3-Хлоротіо-1,2-дитіолієві солі (76) є зручними інтермедіатами для отримання 3-іміно- та 3-іліденопохідних флуоровмісних 1,2-дитіоленів. При цьому немає потреби виділяти самі солі (76); для реакцій використовується еквімольна суміш дитіолтіонів (75) та хлористого сульфурилу.

При додаванні до отриманої in situ солі (76б) первинних алкіл- або ариламінів утворюються продукти заміщення екзо-циклічного атома сірки на іміногрупу - 3-іміно-1,2-дитіолени (78). Можна припустити, що спочатку утворюються інтермедіати (Е), які нестійкі і навіть при низьких температурах елімінують сірку з утворенням кінцевих продуктів (78).

В аналогічних умовах реагують і N-триметилсиліл-діалкіламіни. При реакції солі (76а) з N-триметилсиліл-діетиламіном утворюється стійка кристалічна сіль (79). В спектрах ЯМР ¹Н і ¹³С сполуки (79) спостерігаються набори сигналів двох нееквівалентних етильних груп, що говорить про утруднене обертання навколо C=N подвійного зв'язку і, відповідно, про значний вклад структури з локалізованим позитивним зарядом на атомі азоту.

Солі (76) в присутності триетиламіну реагують також з сполуками, які містять активну метиленову групу, що було показано на прикладі отримання іліденів (80) із ціанооцтового естеру.

При хлоруванні дитіолтіону (75б) надлишком хлористого сульфурилу відбувається заміна тіокарбонільного фрагмента на дихлорометиленовий та приєднання хлору по подвійному зв'язку циклу з утворенням із високим виходом дитіолану (81). Ця сполука також є продуктом подальшого хлорування солі (76б) хлористим сульфурилом.

Сполука (81) утворюється у вигляді двох діастереомерів, із значною перевагою одного з них (95:5). Її склад підтверджується даними мас-спектрометрії та елементного аналізу, котрий показує співвідношення атомів хлору до атомів сірки як 2:1, а будова - даними спектрів ЯМР ¹³С, в яких спостерігаються сигнали трьох четвертинних атомів вуглецю дитіоланового кільця.

Дитіолтіон (75б) легко окиснюється м-хлоронадбензойною кислотою (МХНБК) та імінується хлораміном-Т із утворенням сульфіну (82) та сульфініміду (83) відповідно. Сполуки (82) та (83) - кристалічні речовини яскраво-червоного кольору, що повільно розкладаються протягом 48 год: сульфін (82) до дитіол-3-ону (77) та вихідного дитіол-3-тіону (75б), а сульфінімід (83) до іміну (84).

Дитіолтіони (75) конденсуються з гідроксиламіном та гідразинами із збереженням дитіольного циклу і утворенням гідразонів (85) та оксимів (86).

На відміну від реакцій з первинними аміносполуками, дія вторинних амінів на дитіолтіони (75) приводить до розкриття 1,2-дитіольного кільця з утворенням інтермедіатів, алкілування яких дає відповідні 3-поліфлуороалкілзаміщені 3_алкілсульфанілтіоакриламіди (87).

В розчинах сполуки (87) існують, згідно з даними спектроскопії ЯМР, у вигляді тільки одного стереоізомера. За допомогою рентгеноструктурного дослідження однієї із її похідних - сполуки з R_F=H(CF₂)₂, Alk=4-BrC₆H₄ - було показано, що в кристалічному стані вона існує у вигляді Е-ізомера.

Напрямок реакцій флуоровмісних дитіолтіонів (75) із вторинними амінами відрізняється від подібних реакцій їх аналогів, що не містять флуору. Для останніх характерна початкова атака аміном атома вуглецю в 5-му положенні кільця і утворення 3-амінодитіоакрилатів після алкілування проміжних продуктів розкриття циклу.

При кип'ятінні дитіолтіонів (75) з надлишком вторинного аміну відбуваються більш глибокі перетворення, які супроводжуються втратою атома флуору в 4-ому положенні дитіольного циклу. При цьому будова продуктів, які утворюються, залежить від довжини поліфлуороалкільного замісника в 5-ому положенні циклу. Кип'ятіння з морфоліном трифлуорометильної похідної (75а) приводить до тіоаміду (88), який виділений як суміш E,Z-ізомерів у співвідношенні 1:4. Дитіолтіон (75б), який містить тетрафлуороетильний замісник, в аналогічних умовах дає в-тіоксокетенаміналь (89). Найбільш слабопольним сигналом у спектрі ЯМР ¹³C сполуки (89) є триплет при 175.5 м.ч. з ²J_CF 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 (89) - високоплавкий кристалічний продукт, можна пояснити суттєвим вкладом іонної структури (89').

Для пояснення шляхів втрати атома флуору в 4-му положенні циклу ми пропонуємо розглядати сполуки (88) та (89) як продукти приєднання морфоліну до ацетиленових інтермедіатів (Є) та (Ж). Приєднання відбувається достатньо регіоселективно (проте не стереоселективно для сполуки (88)), оскільки в спектрах ЯМР ¹⁹F реакційних сумішей сигнали продуктів (88) (як суміші E,Z-ізомерів) та (89) є основними. Проміжні ацетилени (Є) і (Ж), у свою чергу, утворюються при термічних перетвореннях аніонів, отриманих після розкриття дитіольного циклу. Різний напрям їхніх термічних перетворень, безперечно, залежить від довжини поліфлуороалкільного замісника і, очевидно, у випадку тетрафлуороетильного замісника утворення ацетилену (Ж), а не ацетилену (Є), є термодинамічно більш вигідним процесом.

...