Способ получения 3-арил-1,5,3-дитиазоканов

Способ получения 3-арил-1,5,3-дитиазоканов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, в частности к способу получения 3-арил-1,5,3-дитиазоканов общей формулы (1a-i):

Азот и серусодержащие гетероциклы известны как антибактериальные, антигрибковые и антивирусные агенты (Stillings M.R., Welbourn А.P., Walter D.J. Substituted 1,3,4-thiadiazoles with anticonvulsant activity // Med. Chem. 1986. 29. P.2280-2284. Kidwai M., Negi N., Chaudhary S.R. Cyclothiomethylation of arge hydrazines with formaldehyde // Acta Pharma. 1995. 45. P.511; Тюкавкина H.A., Зурабян С.Э., Белобородов В.Л. и др. Органическая химия. М.: Дрофа, 2008. с.66-67). Они перспективны в качестве катализаторов, биологически активных комплексообразователей, селективных сорбентов и экстрагентов драгоценных металлов [Deutsche Gold- und Silber-Scheideanstalt vormals Roessler. F.P. 1,341,792/1963 (Chem. Abs., 1964, 60, 5528d)], специальных реагентов для подавления жизнедеятельности бактерий в различных технических средах (от легкой промышленности до нефти) (Джемилев У.М., Алеев Р.С., Дальнова Ю.С., Кунакова Р.В., Хафизова С.Р., Ковтуненко С.В., Калимуллин А.А., Андрианов В.М., Исмагилов Ф.Р., Гафиатуллин P.P. Средство для подавления роста сульфатвосстанавливающих бактерий. Пат. РФ №2160233, 2000; Джемилев У.М., Алеев Р.С, Дальнова Ю.С, Кунакова Р.В., Хафизова С.Р. Средство для подавления роста сульфатвосстанавливающих бактерий. Пат. РФ №2206726, 2003).

Известен способ (В.Р.Ахметова, З.Т.Пиатшина, Г.Р.Хабибуллина, И.С.Бушмаринов, А.О.Борисова, З.А.Старикова, Л.Ф.Коржова, Р.В.Кулакова. Синтез, кристаллическая структура и взаимные превращения новых N-арил-1,3,5-дитиазинанов, 1,3,5-тиадиазинанов и 1,5-дитиа-3,7-диазациклооктанов. Изв. АН. Сер. хим., 2010, №5, 980-986) получения восьмичленных N,N'-содержащих гетероциклов, а именно, N,N'-дифенил-1,5-дитиа-3,7-диазациклооктанов (2) взаимодействием анилина, водного формальдегида (37%) и сероводорода при температуре 0°C но схеме:

Известным способом не могут быть получены 3-арил-1,5,3-дитиазоканы общей формулы (1a-i).

Известен способ (U.Wellmar. Urea as Leaving Group in the Synthesis of 3-(tert-Butyl)perhydro-l,5,3-dithiazepine. J.Heterocyclic Chem., 1998, 35, p.1531) получения соединений 1,5,3-дитиазепинанового ряда, а именно 5-(трет-бутил)пергидро-1,5,3-дитиазепина (3) с выходом 45% взаимодействием 5-(трет-бутил)-2-оксогексагидро-1,3,5-триазина с 1,2-этандитиолом в присутствии BF₃·2НОАс при комнатной температуре за 2 ч по схеме:

Известным способом не могут быть получены 3-арил-1,5,3-дитиазоканы общей формулы (1a-i).

Таким образом, в литературе отсутствуют сведения по получению 3-арил-1,5,3-дитиазоканов общей формулы (1a-i).

Предлагается новый способ получения 3-арил-1,5,3-дитиазоканов общей формулы (1a-i).

Сущность способа заключается во взаимодействии N,N-бис(метоксимстил)-N-ариламина (арил=фенил, m- и p-метилфенил, o-, m- и p-метоксифенил, o-, m- и p-нитрофенил) с 1,3-пропандитиолом в присутствии катализатора Sm(NO₃)₃·6H₂O, взятыми в мольном соотношении N,N-бис(метоксиметил)-N-ариламин:1,3-пропандитиол:Sm(NO₃)₃·6H₂O=10:10:(0.3-0.7), предпочтительно 10:10:0.5 при комнатной (~20°C) температуре и атмосферном давлении в хлороформе в качестве растворителя в течение 30-60 минут. Выход соответствующих 3-арил-1,5,3-дитиазоканов общей формулы (1a-i) составляет 62-89%. Реакция протекает по схеме:

3-Арил-1,5,3-дитиазоканы общей формулы (1a-i) образуются только лишь с участием N,N-бис(метоксиметил)-N-ариламинов и 1,3-пропандитиола, взятых в стехиометрических количествах. При другом соотношении исходных реагентов снижается селективность реакции. В присутствии других серусодержащих соединений (например, 1,2-пропандитиол, 1,4-бутандитиол) 3-арил-1,5,3-дитиазоканы не образуются. Без катализатора реакция идет с выходом, не превышающим 10%.

Проведение указанной реакции в присутствии катализатора Sm(NO₃)₃·6H₂O больше 7 мол.% не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1a-i). Использование катализатора Sm(NO₃)₃·6H₂O менее 3 мол.% снижает выход (1a-i), что связано, возможно, со снижением каталитически активных центров в реакционной массе. Реакции проводили при температуре 20°C. При температуре выше 20°C (например, 60°C) снижается селективность реакции и увеличиваются энергозатраты, а при температуре ниже 20°C (например, -10°C) снижается скорость реакции. Опыты проводили в хлороформе, т.к. в нем хорошо растворяются исходные реагенты и целевые продукты.

Существенные отличия предлагаемого способа:

В известном способе реакция идет с участием в качестве исходного реагента 5-(трет-бутил)-2-оксогексагидро-1,3,5-триазина в присутствии BF₃·2HOAc с образованием 3-(трет-бутил)пергидро-1,5,3-дитназеиина (4). Известный способ не позволяет получать индивидуальные 3-арил-1,5,3-дитиазоканы общей формулы (1a-i).

В предлагаемом способе в качестве исходных реагентов применяются N,N-бис(метоксиметил)-N-ариламины (арил=фенил, m- и p-метилфенил, o-, m- и p-метоксифенил, o-, m- и p-нитрофенил), реакция идет в хлороформе в качестве растворителя при комнатной температуре под действием каталитических количеств Sm(NO₃)₃·6H₂O. В отличие от известных предлагаемый способ позволяет получать индивидуальные 3-арил-1,5,3-диотиазоканы общей формулы (1a-i).

Способ поясняется следующими примерами.

ПРИМЕР 1. В сосуд Шлепка, установленный на магнитной мешалке, в атмосфере аргона помещают 1.53 г (10 ммоль) N,N-бис(метоксиметил)-N-фениламина и 1.08 г (10 ммоль) 1,3-пропандитиола, 5 мл хлороформа, 0.22 г (0.5 ммоль) катализатора Sm(NO₃)₃·6H₂O, перемешивают при комнатной (~20°C) температуре 45 мин, выделяют 3-фенил-1,5,3-дитиазокан (1а) с выходом 70%.

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в табл.1.

Таблица 1
№№ п/п	Исходный N,N-бис(метоксиметил)-N-ариламин	Соотношение N,N-бис(метоксиметил)-N-ариламин; 1,3-пропандитиол:Sm(NO3)3·6H2O, ммоль	Время реакции, мин.	Выход (1),%
I	N,N-бис(метоксиметил-N-фениламин	10:10:0.5	45	70
2	-«-	10:10: 0.3	45	62
3	-«-	10:10:0.7	45	78
4	-«-	10:10:0.5	30	63
5	-«-	10:10:0.5	60	76

6	N,N-бис(метоксиметил)-N-м-метилфениламин	10:10:0.5	45	80
7	N,N-бис(метоксиметил)-N-n-метилфениламин	10:10:0.5	45	89
8	N,N-бис(метоксиметил)-N-о-метоксифениламин	10:10:0.5	45	87
9	N,N-бис(метоксиметил)-N-м(-метоксифениламин	10:10:0.5	45	85
10	N,N-бис(метоксиметил)-N-n-метоксифениламин	10:10:0.5	45	83
11	N,N-бис(метоксиметил)-N-о-нитрофениламин	10:10:0.5	45	86
12	N,N-бис(метоксиметил)-N-м-нитрофениламин	10:10:0.5	45	79
13	бис(метоксиметил)-N-n-нитрофениламин	10:10:0.5	45	73

Все опыты проводили в хлороформе при комнатной температуре (~20°C).

3-Фенил-1,5,3-дитиазокан (1a)

Спектр ЯМР ¹H, δ, м.д: 1.79-1.84 (м, 2Н, СН₂); 2,74 (т, 4Н, СН₂ J=5.6); 4.78 (с, 4Н, СН₂); 6.88-7.37 (м, 5Н, СН). Спектр ЯМР ¹³C, δ, м.д.: 29.00(C⁷); 29.16(С^6,8); 55.16(С²⁴); 114.66(С¹²); 119.58(С¹⁴); 120.94(C¹¹); 128.78(С¹³); 143.31(С¹⁰); 144.38(C⁹). Масс-спектр, m/z (I_отн, %): 225 [М]⁺ (10), 77 [С₆Н₅]⁺ (20), 91 [C₆H₅N]⁺ (80), 107 [C₅H₇N]⁺ (20); 120 [C₈H₁₀N]⁺ (100). M 225.

3-(м-Метилфенил)-1,5,3-дитиазокан (1b)

Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д.: 1,79 (м, 2Н, СН₂); 2,43 (с, 3Н, СН₃); 2.76 (т, 4Н, СН₂ J=5.6); 4.78 (с, 4Н, СН₂); 6.76-7.28 (м, 5Н, СН). Спектр ЯМР ¹³С, δ, м.д.: 22.21(С¹⁵); 29.05(C⁷); 32.29(С^6,8); 56.70(С^2,4); 111.01(С¹⁴); 113.25(С¹²); 119.66(С¹³); 129.23(С¹¹); 139.04(С¹⁰); 143.47(С⁹). Масс-спектр, m/z (I_отн, %): 239 [М]⁺ (20), 91 [С₇Н₇]⁺ (80), 105 [C₇H₇N]⁺ (100), 150 [C₈H₉NS]⁺ (50); 180 [C₁₀H₁₆NS]⁺ (100). M 239.

3-(p-Метилфенил)-1,5,3дитиазокан (1c).

Спектр ЯМР ¹H, δ, м.д.: 1,83 (м, 2Н, СН₂); 2,36 (с, 3H, CH₃); 2.71 (т, 4Н, СН₂ J=5.6); 4.72 (с, 4Н, СН₂); 6.80-7.29 (м, 5Н, СН). Спектр ЯМР ¹³C, δ, м.д.: 22.04(C¹⁵); 30.42(C⁷); 32.92(C^6,8); 56.77(С^2,4); 114.30(С^14,10); 126.51(С^11,13); 138.98(С¹²); 142.90(С⁹).

3-(o-Метоксифенил)-1,5,3-дитиазокан (1d)

Спектр ЯМР ¹H, δ, м.д.: 1,82 (м, 2Н, СН₂); 2,66 (м, 4H, СН₂); 3.77 (с, 3H, СН₃); 4.72 (с, 411, СН₂); 6.77-7.74 (м, 5Н, СН). Спектр ЯМР ¹³C, δ, м.д.: 29.17(С⁷); 30.36(С^6,8); 53.79(С¹⁶); 55.16(С^2,4); 106.33(C¹¹); 127.61(C¹⁴); 129.93(C¹³); 131.57(C¹²); 144.81(C⁹); 160.42(C¹⁰). Масс-спектр, m/z (I_отн, %): 255 [M]⁺ (20), 107 [С₇Н₇О]⁺ (10), 121 [C₇H₇NO]⁺ (70); 135 [C₈H₉NO]⁺ (25); 149 [C₉H₁₁NO]⁺ (100). M 255.

3-(м-Метоксифенил)-1,5,3-дитиазокан (1e)

Спектр ЯМР ¹H, δ, м.д.: 1,78 (м, 2Н, СН₂); 2,83 (т, 4Н, СН₂ J=5.6); 3.83 (с, 3H, СН₃); 4.74 (с, 4Н, СН₂); 6.55-7.28 (м, 5Н, СН). Спектр ЯМР ¹³C, δ, м.д.: 29.00(C⁷); 32.14(C^6,8); 55.24(С¹⁶); 55.59(C^2,4); 100.32(С¹⁰); 103.91(C¹²); 107.91(C¹⁴); 130.07(С¹³); 147.20(С⁹); 160.74(C¹¹).

3-(p-Метоксифенил)-1,5,3-дитиазокан (1f).

Спектр ЯМР ¹H, δ, м.д.: 1,81 (м, 2Н, СН₂); 2,73 (т, 4Н, СН₂ J=5.6); 3.80 (с, 3H, СН₃); 4.76 (с, 4Н, СН₂); 6.81-7.27 (м, 5Н, СН). Спектр ЯМР ¹³C, δ, м.д.: 29.99(C⁷); 32.26(С^6,8); 55.65(С¹⁶); 7.04(С^2,4); 114.36(C^11,13); 114.89(C^10,14); 137.34(C⁹); 152.85(C¹²).

3-(o-Нитрофенил)-1,5,3-дитиазокана (1g)

Спектр ЯМР ¹H, δ, м.д.: 1,57 (м, 2Н, СН₂); 2,63 (м, 4Н, СН); 4.52 (с, 4Н, СН₂); 6.77-7.74 (м, 5Н, СН). Спектр ЯМР ¹³C, δ, м.д.: 38.67(C⁷); 29.47(C^6,8); 55.46(С^2,4); 114.81(С^10,14); 116.85(С¹²); 126.92(C^11,13); 136.02(C⁹). Масс-спектр, m/z (I_отн, %): 270 [M]⁺ (20), 122 [C₆H₄NO₂]⁺ (80), 136 [C₆H₄N₂O₂]⁺ (100); 150 [C₇H₆N₂O₂]⁺ (40); 196 [C₈H₈N₂O₂S]⁺ (20). M 270.

3-(м-Нитрофенил)-1,5,3-дитиазокан (1h)

Спектр ЯМР ¹H, δ, м.д: 1,92 (м, 2Н, СН₂); 2,28 (м, 4H, СН₂); 4.51 (с, 4Н, СН₂); 7.01-8.23 (м, 5Н, CH). Спектр ЯМР ¹³C, δ, м.д., J/Гц): 27.99(C⁷); 32.00(С^6,8); 53.98(С^2,4); 111.33(С¹⁴); 118.85(С¹²); 121.27(С¹⁰); 129.80(C¹¹); 138.90(C¹³); 141.60(C⁹).

3-(p-Нитрофенил)-1,5,3-дитиазокан (1i).

Спектр ЯМР ¹H, δ, м.д.: 1,84 (м, 2Н, СН₂); 2,72 (т, 4Н, СН₂, J=6, J=5.6); 4.78 (с, 4Н, СН₂); 7.93-8.22 (м, 5Н, СН). Спектр ЯМР ¹³C, δ, м.д.: 29.17(C⁷); 31.77(C^6,8); 56.56(C^2,4); 112.87(C^10,14); 125.72(C^11,13); 139.63(С¹²); 148.70(C⁹).

Способ получения 3-арил-1,5,3-дитиазоканов общей формулы (1a-i): отличающийся тем, что N,N-бис(метоксиметил)-N-ариламин (арил=фенил, m- и p-метилфенил, o-, m- и p-метоксифенил, o-, m- и p-нитрофенил) подвергают взаимодействию с 1,3-пропандитиолом в присутствии катализатора Sm(NO₃)₃·6H₂O в мольном соотношении N,N-бис(метоксиметил)-N-ариламин:1,3-пропандитиол:Sm(NO₃)₃·6H₂O=10:10:(0.3-0.7) при комнатной (~20°C) температуре и атмосферном давлении в хлороформе в качестве растворителя в течение 30-60 минут.