Синтез и свойства 4-замещенных 5Н-123-дитиазолов (стр. 15 из 26)
Схема 44
Предлагаемая нами схема реакций 1,2,3-дитиазолов с аминами достаточно хорошо объясняет разнообразие образующихся в реакции продуктов.
2.2.4 Реакции 4-замещенных 5H-1,2,3-дитиазолов с этилатом натрия
С целью изучения свойств 4-замещенных 5Н-1,2,3-дитиазолов при действии более сильных нуклеофилов мы исследовали их реакции с этилатом натрия. В литературе не описано взаимодействие 1,2,3-дитиазолов с алкоголятами щелочных металлов. Мы показали, что этилат натрия, как более сильный нуклеофил, в отличие от аминов вступает во взаимодействие не только с тионами 6 и кетонами 4, но и с иминами 7. Также было показано, что -5-тиоксо- 6, -5-оксо- 4 и -5-иминопроизводные 7 по-разному ведут себя в реакциях с этилатом натрия, что оказалось достаточно неожиданным.
2.2.4.1 Реакции 4-замещенных 5H-1,2,3-дитиазол-5-тионов 6 с этилатом натрия
Исследование реакции 4-фенил-5Н-1,2,3-дитиазол-5-тиона 6а с этилатом натрия в этаноле показало, что процесс полностью заканчивается в течение 1.5 часов при комнатной температуре с образованием продукта, для которого на основании данных элементного анализа и масс-спектроскопии была установлена брутто-формула С12Н15NO2S2, свидетельствующая о том, что продукт образуется в результате замещения атома серы в исходном соединении 6a на две этоксигруппы. Спектроскопия 13С ЯМР показала отсутствие пиков в области 160-220 м.д., что говорит об отсутствии фрагмента С=S в продукте. Таким образом, мы сделали вывод, что именно экзоциклический атом серы был вовлечен в превращение. Нами была предложена структура продукта 27а как 4-фенил-5,5-диэтокси-5H-1,2,3-дитиазола.
К сожалению, доказать строение 27а с помощью метода РСА не удалось из-за того, что оно является жидким и при замерзании стеклуется, а не кристаллизуется.
Для доказательства наличия дитиазольного цикла в продукте 27а, в ИНЭОС РАН был проведен сравнительный анализ спектров ИК- и КР-спектроскопии 1,2,3-дитиазолонов 4a,g, тионов 6a,g, имина 7a и соединения 27а.
Известно, что валентное колебание связи S–S имеет частоту ~460-500 см-1. В спектрах КР изученных нами соединений в области 490 см- наблюдается интенсивная линия для соединений 4g, 4a, 6g и линия небольшой интенсивности для 7a, 6a, 27а (см. Таблицу 5). Это колебание также проявляется в ИК-спектрах в виде полосы средней интенсивности. Другие колебания пятичленного цикла для 4a, 7a, 6a, 27а не удается идентифицировать однозначно, поскольку с ними перекрываются многочисленные линии деформационных колебаний бензольного кольца. Однако, линии в области 500-670 см-1 можно отнести к смешанным по форме колебаниям с участием связей N–S и C–S (Таблица 5).
Таблица 5. Характеристические частоты в ИК и КР спектрах 4a, 6a, 4g, 6g, 7a, 27а и их отнесение.
| Соединение | S-S | C-S + N-S | C-S + N-S | C-C + C-C’ | C=N | C=X, (X=O,S) | |
| 4а | КР | 467 | 512 | 634 | 1262 | 1576 | 1640,1655 |
| ИК | 468 | 508 | 634 | 1260 | 1574 | 1640,1656 | |
| 6а | КР | 499 | 569 | 604 | 1270 | 1140,1132 | |
| ИК | 500 | 565 | 611 | 1268 | 1136 | ||
| 4g | КР | 488 | 541 | 661 | 1227 | 1551 | 1644,1676 |
| ИК | 490 | 540 | 665 | 1230 | 1555 | 1645,1680 | |
| 6g | КР | 486 | 522 | 599 | 1248 | 1501 | 1085 |
| ИК | 486+ | 522 | 600 | 1250 | 1498 | 1098 | |
| 7a | КР | 488 | 528 | 633 | 1280 | 1500,1598 | |
| ИК | 482 | 528 | 632 | 1276 | 1588,1604 | ||
| 27а | КР | 492 | 569 | 622 | 1266 | 1538 | |
| ИК | 492 | 568 | 620 | 1268 | 1536 | ||
Таким образом, данные ИК- и КР-спектроскопии подтвердили наличие связи S-S в соединении 27а, о чем свидетельствовует полоса 492 см-1, присутствующая в обоих спектрах, что служит подтверждением сохранения дитиазольного цикла в соединении 27а.
Главным условием получения продукта 27а с максимальным выходом является использование пятикратного избытка этилата натрия. При использовании меньшего количества этилата натрия в реакционной смеси остается непрореагировавший тион 6а. Увеличение избытка EtONa до 6-, 7-кратного и далее уменьшает выход основного продукта.
Мы распространили найденные нами оптимальные для 6a условия на ряд других тионов 6. Во всех случаях 5,5-диэтоксипроизводные 27 были выделены с выходами от низких до умеренных (Схема 45).
Схема 45
В литературе известны аналогичные реакции алифатических, циклических и гетроциклических тионов с алкоголятами щелочных металлов приводящие к геминальным диалкоксипроизводным [121-125].
Объяснить образование соединений 27 можно, если предположить, что первичная атака этилат-аниона идет по атому углерода в положении 5. Последующее расщепление цикла по связи S-S, образование тиоэфира 28 и повторная атака этилат-аниона приводят к промежуточному диэтоксисульфиду 29, который способен к внутримолекулярной циклизации в 1,2,3-дитиазол за счет нуклеофильной атаки сульфидного фрагмента (Схема 46).
Схема 46
5,5-Диалкокси-5Н-1,2,3-дитиазолы 27 в литературе не описаны. Из других спиросоединений 1,2,3-дитиазолов известны лишь 4 представителя, которые получают реакцией β-кетоенаминов с монохлоридом серы [126].
2.2.4.2 Реакции 4-замещенных 5H-1,2,3-дитиазол-5-онов 4 с этилатом натрия
Исследование реакции кетона 4a с этилатом натрия показало, что он более активен, чем тион 6a. Так, 4a полностью вступает в реакцию с этилатом натрия в абсолютном этаноле при температуре 0 oС. После кратковременной выдержки реакционной смеси при 0 oС был выделен этиловый эфир 2-оксофенилуксусной кислоты 30а, с выходом 46%. Использование избытка этилата натрия, превышающего пятикратный, приводит к уменьшению выхода эфира, а меньшее количество - оставляет часть кетона 6 непрореагировавшим. Распространение оптимальных для 4a условий на другие кетоны 4 привело к получению эфиров 2-оксоуксусных кислот 30 с умеренными и хорошими выходами (Схема 47).
Схема 47
Эфиры -оксоуксусных кислот 30 являются хорошо известным классом соединений. В литературе описаны соединения 30a-e [127-131]. Спектральные данные полученных нами веществ полностью совпадают с описанными в литературе.
Строение продуктов 30 позволяет предположить, что и в этом случае, так же как и в реакциях с тионами, происходит атака по атому углерода С5. Мы предположили, что на первой стадии происходит раскрытие цикла с последующим образованием дисульфида 31. Вероятно, дальнейшая атака этилат-аниона, могла бы привести, по аналогии с превращением описанным в предыдущем разделе, к 1,2,5-оксатиазолам 32. Мы предполагаем, что этого не происходит, вероятно, из-за нестабильности 1,2,5-оксатиазола 32. Следует отметить, что гетероциклические соединения типа 32 неизвестны в литературе. Поэтому дисульфид 31, по-видимому, отщепляет двухатомную серу с образованием имина 33, который далее гидролизуется в условиях реакции до устойчивого эфира оксокислоты 30 (Схема 48), как это уже было описано для реакции кетонов 4 со вторичными аминами (см. раздел 2.2.3 Схема 44).
Схема 48
Необходимо отметить, что атакующей частицей в этой реакции является, очевидно, этилат-анион, а не гидроксид-анион и поэтому количество воды в реакционной среде должно быть минимизировано. Так, на примере кетона 4а показано, что проведение реакции с гидроксидом натрия в 80%-ном водном этаноле приводит к разложению исходного соединения; выделить индивидуальные продукты из этой реакционной смеси нам не удалось (Схема 49).
Схема 49
2.2.4.3 Реакции 4-замещенных 5H-1,2,3-дитиазол-5-фенилиминов 7 с этилатом натрия
Взаимодействие имина 7a с этилатом натрия в абсолютном этаноле было исследовано в различных температурных условиях. Поскольку имины 7 имеют ограниченную растворимость в этаноле, взаимодействие идет крайне медленно и процесс при комнатной температуре с десятикратным избытком этилата натрия не проходит до конца при выдержке в течении суток. Однако, при кипячении реакция протекает до конца в течение 40 минут, и приводит к образованию N-фенил--оксотиоацетамида 34а. При этом с максимальным выходом 40% реакция идет при пятикратном избытке этилата натрия. При кипячении с трех- и четырехкратными избытками EtONa в реакционной смеси остается непрореагировавший имин 7. Избыток нуклеофила, превышающий пятикратный, существенно понижает выход продукта. Оптимальные условия для реакции имина 7а с этилатом натрия – кипячение в абсолютном этаноле в течение 40 минут, были распространены на другие имины 7, что позволило получить N-фенил--оксотиоацетамиды 34 с умеренными выходами (Схема 50).