|
Синтез и свойства 4-замещенных 5Н-1,2,3-дитиазоловСинтез и свойства 4-замещенных 5Н-1,2,3-дитиазолов86 УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ ИМ. Н.Д. ЗЕЛИНСКОГО РАН Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук Синтез и свойства 4-замещенных 5Н-1,2,3-дитиазолов Москва 2009 Список сокращений Py -пиридин DMSО - диметилсульфоксид. DMF - диметилформамид THF - тетрагидрофуран РСА - рентгеноструктурный анализ MIC - минимальная ингибирующая концентрация MBC - минимальная бактерицидная концентрация MFC - минимальная фунгицидная концентрация Содержание
Известны и широко изучены 1,2,3-дитиазолы, содержащие в четвертом положении атом хлора. На основе хлорида 4,5-дихлор-5H-1,2,3-дитиазолия - соли Аппеля, получен и подробно изучен широкий ряд функциональных производных - кетон, тион, иминов и илиденов, показанных ниже. Следует отметить, что другие 4-замещенные 1,2,3-дитиазолы ранее практически изучены не были. Между тем, эти соединения могут иметь совершенно другие химические свойства из-за отсутствия в молекуле легко уходящего атома хлора, а также обладать перспективными свойствами в прикладном плане. Поэтому разработка эффективных способов получения 4-замещенных 1,2,3-дитиазолов, которые открыли бы широкие возможности для изучения свойств этих перспективных соединений, является актуальной задачей. Цель работы. Целью настоящей диссертационной работы является разработка удобных однореакторных методов синтеза 4-замещенных 1,2,3-дитиазолов на основе реакций этаноноксимов с монохлоридом серы, исследование реакционной способности 4-замещенных 1,2,3-дитиазолов и создание на их основе новых серосодержащих гетероциклических систем и нециклических функциональных производных, полезных в препаративном и прикладном планах. Научная новизна и практическая ценность работы. Систематически исследовано взаимодействие этаноноксимов с монохлоридом серы, разработаны новые, удобные, однореакторные методы синтеза ранее неизвестных 4-замещенных производных 5Н-1,2,3-дитиазолов: кетонов, тионов, иминов и илиденов. Предложена оригинальная и простая методика синтеза бициклической системы - би-5,5'-1,2,3-дитиазолов. Исследованы химические свойства 4-замещенных 5Н-1,2,3-дитиазолов. Показано, что реакции 4-замещенных 5Н-1,2,3-дитиазолов с нуклеофильными реагентами, в отличие от 4-хлорзамещенных производных, могут приводить к новым гетероциклическим продуктам. Впервые найдены условия превращения 4-замещенных 5Н-1,2,3-дитиазол-5-онов и -5-тионов в 2,4-дизамещенные 1,2,5-тиадиазол-5-оны и -5-тионы под действием первичных алифатических аминов. Показано, что взаимодействие 4-замещенных 5Н-1,2,3-дитиазол-5-онов и 5-тионов со вторичными аминами протекает с образованием 2-оксоацетамидов и 2-иминотиоацетамидов, соответственно. Установлено, что реакция этилата натрия с 4-замещенными 5Н-1,2,3-дитиазол-5-тионами, -5-онами и -5-иминами, протекает разными путями, приводя к ранее неизвестным 4-замещенным 5,5-диэтокси-5H-1,2,3-дитиазолам, 2-замещенным эфирам ?-оксоуксусных кислот, и ?-оксотиоацетамидам, соответственно. 1. Синтез и свойства 1,2,3-дитиазолов. Литературный обзор Среди пятичленных сера-азотистых гетероциклов 1,2,3-дитиазолы занимают важное место благодаря интересным физическим и биологическим свойствам, а также разнообразной химии их производных. Из соединений этого класса известны как положительно заряженные моноциклические и конденсированные 1,2,3-дитиазолы 1, так и нейтральные 1,2,3-дитиазол-5-оны и их производные 2, бициклические гетеропенталены 3. Особое место среди соединений этого класса занимают интенсивно исследуемые в последнее время стабильные конденсированные 1,2,3-дитиазолильные радикалы 4, которые предлагаются для использования в качестве проводящих и магнитных материалов. Моноциклические дитиазолы получают в большинстве случаев из ключевого соединения - хлорида 4,5-дихлор-1,2,3-дитиазолия 1a (R1 = R2 = X = Cl) - так называемой соли Аппеля.[1] Конденсированные с бензольным циклом 1,2,3-дитиазолы широко известны как соли Герца и были впервые получены более 80 лет назад. Тем не менее, они интенсивно исследуются и в настоящее время, хотя, зачастую, получаются отличными от классического методами. Обзор по синтезу и реакциям 1,2,3-дитиазолов был опубликован Кимом в 1998 г.,[2] однако, он был посвящен в основном химии соли Аппеля и охватывал далеко не все аспекты этого класса соединений. Более основательно свойства 1,2,3-дитиазолов рассмотрены в главе монографии Comprehensive Heterocyclic Chemistry II.[3] 1.1 Методы синтеза 1.1.1 Соли 1,2,3-дитиазолия Наиболее важное и интенсивно исследующееся до настоящего времени соединение класса 1,2,3-дитиазолов - соль Аппеля 1а была впервые получена реакцией ацетонитрила с монохлоридом серы и описана как нестабильный 2,3,4-трихлор-1,2,3-дитиазол.[4] Позднее Аппель и соавторы выделили это соединение при реакции хлорацетонитрила с S2Cl2 в хлористом метилене, и эта методика является наиболее удобным методом синтеза соединения 1а. Соль Аппеля может быть также получена при взаимодействии монохлорида серы с этиламином, но выход конечного продукта и условия реакции не раскрываются.[5] Недавно ряд монозамещенных ацетонитрилов был превращен в хлориды 5-R-4-хлор-1,2,3-дитиазолия 1 (Схема 1).[6,7]Схема 1Для превращения замещенных ацетонитрилов в соли 1,2,3-дитиазолия были предложены различные механизмы, однако строгих доказательств пока не получено. Можно предположить, что первой стадией этого превращения является хлорирование ацетонитрила монохлоридом серы до б-хлорацетонитрилов 5, как это продемонстрировано для ацетонитрила [1] и для фенилацетонитрила.[8] Далее, по-видимому, может происходить присоединение S2Cl2 к нитрильной группе, циклизация и ионизация дитиазола (Схема 2). Схема 2Нитрил глутаровой кислоты реагирует с монохлоридом серы, образуя хлорид изотиазолилдитиазолия 6 (Схема 3); механизм этой интересной перегруппировки не приводится.[9]Схема 3Возможность синтеза хлоридов 4-замещенных 5-хлор-1,2,3-дитиазолия 7 была продемонстрирована на реакциях оксимов ацетофенона и его 4-нитропроизводного с S2Cl2 (Схема 4).[10, 11]Схема 4И, наконец, полифторалкильные производные этих солей 8 были успешно и с высокими выходами получены при взаимодействии соответствующих енаминов 9 с S2Cl2 (Схема 5).[12] Схема 5Наиболее известным методом синтеза 1,2,3-дитиазолов, конденсированных с бензольным кольцом, является реакция ароматических аминов с монохлоридом серы. Несмотря на то, что она известна более 80 лет, превращения этого типа активно изучаются до сих пор. Ранние результаты исследований в этой области собраны в обзоре 1957 г. [13] и в данном обзоре рассматривается лишь синтез 1,2,3-дитиазолов, конденсированных с другими гетероциклами и соединений, содержащих два дитиазольных кольца, синтезу и свойствам которых уделяется пристальное внимание в последние годы.Важным достижением так называемой «двойной конденсации по Герцу» (“double Herz condensation) является синтез дихлоридов нафто-бис[1,2,3]дитиазолия 10 реакцией 2,6-диаминонафталина с монохлоридом серы (Схема 6).[14] Схема 6N-Алкилпроизводные солей 2,6-диаминопиридинов также легко превращаются в соли бис[1,2,3]дитиазолопиридиния 11 (Схема 7).[15]Схема 7Если в реакцию вводятся пиридиниевые соли 12, незамещенные в 4-положении, то образование солей бис-дитиазолия 13 сопровождается одновременным хлорированием (Схема 8).[16, 17]Схема 8Описано несколько примеров превращений для соединений, в которых аминогруппа находится при тиофеновом цикле, причем тиенодитиазолиевые соли 14 и 15 могут образовываться даже в том случае, когда карбоксигруппа находится в орто-положении к аминогруппе в гетероцикле (Схема 9).[18, 19]Схема 9Предложен двухстадийный метод синтеза хлорида хиноксалино-1,2,3-дитиазолия 16 взаимодействием хиноксалинаминотиола 17 со смесью монохлорида серы и хлора с последующей обработкой продукта реакции 18 S2Cl2 (Схема 10).[20]Схема 10 1.1.2 5-Арилимино-4-хлор-5Н-1,2,3-дитиазолыИзвестно, что соль Аппеля 1а довольно чувствительна к атаке нуклеофилов по атому углерода С(5) гетероцикла. Так, ариламины дают в реакции с 1а 5-арилимино-4-хлор-5Н-1,2,3-дитиазолы 19.[1] Образующийся хлористый водород может быть связан избытком ароматического амина или пиридином. В реакцию вступают практически все известные ароматические и первичные гетероароматические амины, выходы арилиминов, как правило, высокие. Хотя алифатические амины также бурно реагируют с солью 1а, продукты реакции выделены не были. Алкилимины 20 были получены при использовании менее основных бис(триметилсилил)аминов, однако выходы целевых продуктов в этом случае невелики 30-48% (Схема 11).[1, 21]Схема 11Замещенные в положении 5 тетразолы реагируют с солью Аппеля 1а при комнатной температуре, образуя гидразоноил хлориды 21 с высокими выходами.[22] 5-Аминотетразол взаимодействует более глубоко - с двумя молекулами 1а, давая бис(имино)дитиазол 22. Предполагается, что за атакой атома азота тетразольного цикла на атом углерода соли Аппеля следует раскрытие тетразольного кольца. Если положение N-1 тетразольного цикла заблокировано, то 5-амино-2-алкилтетразолы реагируют с 1а, как и другие ароматические и гетероароматические первичные амины, образуя иминоаддукты 23 с высоким выходом (Схема 12). Схема 12Необычный синтез N-винил-1,2,3-дитиазолиламинов из соли Аппеля и азиридинов был недавно предложен Краюшкиным и соавторами.[23] Процесс, очевидно, включает в себя отрыв атомов водорода от атомов азота и углерода. Показано, что реакция этилового эфира или амида азиридинкарбоновой кислоты 24, которые находятся в транс-конфигурации, с солью Аппеля приводит к образованию только одного из возможных изомеров 25 (Схема 13). Очевидно, раскрытие азиридинового кольца происходит практически одновременно с образованием двойной связи.Схема 13С целью определения степени взаимодействия двух дитиазольных колец в зависимости от электронных и стерических характеристик связующего мостика из соли Аппеля и гидразина был получен бифункциональный 1,2,3-дитиазол 26 (Схема 14).[24] Схема 14Аналоги соли Аппеля 7, полученные из оксима ацетофенона и его 4-нитропроизводного, не выделялись, а переводились в 5-арилимино производные 27 реакцией с ароматическими аминами (Схема 15). [11]Схема 15Арилимины могут быть получены и не из соли Аппеля или ее аналогов, а неожиданной реакцией 3,5-дициано-1,2,4-тиадиазола 28 с хлоридами серы (SCl2 и S2Cl2) в присутствии каталитических количеств четвертичной соли Adogen 464, однако выход иминопроизводного 29 невысок (34%) (Схема 16).[25]Схема 16 1.1.3 1,2,3-Дитиазол-3-оныСоль Аппеля 1а быстро разлагается во влажных условиях с выделением хлористого водорода, образуя коричневую массу, из которой дитиазолон 30 может быть выделен сублимацией.[1] Но еще лучше соединение 30 получается реакцией с нитратом натрия в хлористом метилене (выход 72%). Механизм этого интересного превращения предполагает нуклеофильную атаку нитрат аниона по атому углерода С(5) с последующим отщеплением нитроил хлорида (NO2Cl) от промежуточного соединения 31 (Схема 17).[1]Схема 17Взаимодействие 1а с карбоновыми кислотами в присутствии 2,6-лутидина при - 78 °С с последующей обработкой спиртом приводит к дитиазолон 30 и эфиру этой карбоновой кислоты.[26] Авторы предполагают промежуточное образование соединения 32, аналогичного интермедиату 31. Было найдено, что первичные спирты дают наиболее высокие выходы эфиров (65-84%), в отличие от вторичных и третичных (39-59%), возможно благодаря стерическим препятствиям при атаке спирта на соединение 32. Эта реакция предлагается как мягкий метод этерификации карбоновых кислот (Схема 18).Схема 184-Фенил-1,2,3-дитиазол-5-он 33 был получен при фотоизомеризации 5-фенил-1,3,2-дитиазол-4-она 34 в различных хлорированных растворителях (CH2Cl2, CCl4).[27, 28] Выходы в этой реакции средние - 40-43%. Предполагается, что образование кетона 33 происходит через бициклический интермедиат 35 (Схема 19).Схема 19Другой метод синтеза кетона 33 включает реакцию промежуточно образующейся из оксима ацетофенона и монохлорида серы соли 1,2,3-дитиазолия 7 c водой, однако выход в этом случае не превышает 33% (Схема 20).[10]Схема 20 1.1.4 1,2,3-Дитиазол-3-тионыОбработка соли Аппеля 1а сероводородом в ацетонитриле при комнатной температуре приводит к тиону 36 с 69%-ным выходом.[1] Это же вещество может быть получено при использовании 2-цианотиоацетамида вместо сероводорода в хлористом метилене с 89%-ным выходом (Схема 21).[2]Схема 214-(трет-Бутил)-1,2,3-дитиазол-5-тион 37 был выделен с 2%-ным выходом из реакции трет-бутилацетилида лития и хлорида тетратиатриазепиния 38 (Схема 22).[27]Схема 22 1.1.5 5-Алкилиден-5Н-1,2,3-дитиазолыАппель описал, что эфиры циануксусной кислоты реагируют с солью 1а в присутствии пиридина при комнатной температуре, образуя дитиазол-5-илидены 39 (Схема 23).[1]Схема 23Реакция была распространена на широкий круг соединений с активной метиленовой группой, такие как ациклические соединения, содержащие нитро, трифторацетильную, бензоильную, карбэтоксильную группы, а также циклические - барбитуровая кислота, кислота Мелдрума, димедон, причем последние дают более высокие выходы илиденов, чем ациклические соединения (Схема 24).[28-30] Реакция не является региоспецифичной, и в большинстве случаев несимметричные соединения образуют неразделимую смесь изомеров. Соотношение изомеров определялось с помощью спектроскопии ЯМР 1H, 13C и 19F.Схема 24Однако, аналогичные реакции с соединениями, содержащими недостаточно активированную метиленовую группу, такими как диэтиловый эфир малоновой кислоты, 2,4-пентадион, фенилацетонитрил, дифенилметан и ряд других, соответствующие илидены не образуются.[30]Антрон взаимодействует с солью Аппеля, давая тетрациклический конденсированный тиофен 40 с выходом 60%, образование которого объясняется через промежуточный илиден 41 с последующей его внутримолекулярной циклизацией с выделением серы и хлористого водорода (Схема 25).[30]Схема 25Установлено, что соль Аппеля 1а реагирует с оксидом тетрацианоэтилена (TCNEO), неожиданно образуя дицианометиленовое производное 42 с высоким выходом (60%) (Схема 26).[31]Схема 264-Хлор-1,2,3-дитиазол-5-тион 36 оказался важным исходным соединением для синтеза илиденовых производных этого ряда. Так, тетрацианоэтилен (TCNE) и его оксид (TCNEO) реагируют с тионом 36, давая дицианометиленовый аддукт 42 с выходами 53 и 72%, соответственно.[30] Этот же продукт может быть получен с более высокими выходами при реакции с дигалогенпроизводными малононитрила (Схема 27).[32] Схема 27Формально илиденовым производным 1,2,3-дитиазолов можно считать тетратиадиазафульвален 43, который образуется при реакции соли Аппеля с двумя эквивалентами трифенилсурьмы.[33] Наиболее высокий выход бис(дитиазола) 43 (30%) был достигнут при проведении реакции в жидком SO2 при -70 °С. Следует отметить, что это соединение является первым примером гетерофульваленовых систем; механизм его образования представлен ниже (Схема 28).Схема 28Ранее неизвестные азометиленовые производные 1,2,3-дитиазолов 44 были получены при взаимодействии соли Аппеля с N-монозамещенными гидразонами 45 (Схема 29).[34] Образование этого соединения может включать генерацию карбониевого аниона из гидразона при действии основания с последующим его присоединением к молекуле соли 1а.Схема 29Дифенилдиазометан реагирует с тионом 36 при комнатной температуре, образуя алкилиденовое производное 46 с 83%-ным выходом. Аналогично происходит реакция с этилдиазоацетатом при кипячении в бензоле и с диэтилдиазомалонатом при кипячении в ксилоле. Однако выходы илиденов 47 и 48 несколько более низкие, 63 и 37%, соответственно.[31] Необходимо отметить, что в случае несимметрично замещенного илиденового соединения 47 образуется только один стереоизомер, благодаря взаимодействию O…S, которое идентифицируется с помощью ИК-спектроскопии (Схема 30).Схема 30Реакция оксима бензилиденацетофенона 49 в тетрагидрофуране с монохлоридом серы и N-этилдиизопропиламином приводит к дитиазолу 50 с невысоким выходом (23%) (Схема 31).[35]Схема 31 1.1.6 Конденсированные 1,2,3-дитиазолыСинтез 1,2,3-дитиазолиевых солей, конденсированных с бензольным циклом (так называемых солей Герца), реакцией ароматических аминов с монохлоридом серы является наиболее известным методом получения этого класса соединений. Хотя эта реакция известна более 80 лет, она часто применяется до сих пор. В данном обзоре рассмотрены данные, касающиеся синтеза 1,2,3-дитиазолиевых солей, конденсированных с гетероциклами и последние достижения в области классических солей Герца.1.1.6.1 Из циклических аминовТрадиционный подход к солям Герца был исследован на примерах 1- и 2-аминонафталинов.[36] В случае 2-аминонафталина реакция идет только по пути замыкания дитиазольного цикла по более реакционноспособному 1-положению кольца, давая продукт 51 с хорошим выходом (54%), хлорирование нафталинового цикла не наблюдается. C другой стороны, аналогичная реакция 1-аминонафталина с галогенидами серы неизбежно сопровождается хлорированием в 4 положение кольца с образованием продукта 52 (Схема 32).Схема 32Бис(1,2,3-дитиазолы) представляют собой новый и потенциально значимый класс гетероциклических соединений. Существенным достижением последних лет является синтез этих соединений путем восстановления бис-солей Герца, например 10 трифенилсурьмой, до нейтрального бис-дитиазола 53 (Схема 33).[14]Схема 33Ряд конденсированных 1,2,3-дитиазолов был синтезирован Окли с соавторами реакцией ароматических и гетероароматических орто-аминотиолов с монохлоридом серы. Этот подход превосходит обычный путь - реакцию Герца, которая приводила к неудачам для ряда ароматических аминов. Примером такой реакции может служить синтез трициклического дитиазола 54 с практически количественным выходом (Схема 34).[37]Схема 34Наибольшие успехи были достигнуты при применении этого метода для получения бис(1,2,3-дитиазолов) из диаминодитиолов. Эти способом могут быть получены как нейтральные (после восстановления трифенилсурьмой), стабильные к окислению воздухом, бис-дитиазолы 55, 56, так и соль 57, причем в ряде случаев реакция сопровождается хлорированием бензольного или пиридинового циклов (Схема 35).[38-40]Схема 35Монозамещенный аминофосфиниминодитиолопиразин 58 является единственно возможным предшественником для получения бис[1,2,3]дитиазолопиразина 59.[41, 42] Реакция фосфинимина 58 с хлористым тионилом в присутствии пиридина приводит к хлориду дитиазолия, который переводится в растворимый в органическом растворителе тетрахлоргаллат дитиазолия 59. Обработка последнего Proton Sponge дает цвиттер-ион бис-дитиазолия 60 - редкий тип структур (Схема 36).Схема 362-Аминоциклопент-1-ен- и 2-аминоциклогепт-1-ен-карбонитрилы реагируют со смесью S2Cl2, SCl2 и трис-изобутиламина, давая хлорированные производные циклопента- и циклогепта-дитиазолов 61 и 62 (Схема 37).[43]Схема 371.1.6.2 Из оксимов циклических кетоновМеханизм превращения оксимов циклических кетонов в конденсированные 1,2,3-дитиазолы - реакции, интенсивно исследуемой в последние годы, предполагает образование N-оксида дитиазола. Однако, единственный известный до настоящего времени N-оксид 63 был выделен из реакции стабилизированного двумя трет-бутильными группами оксима циклопентадиенона 64, с монохлоридом серы в тетрагидрофуране при комнатной температуре с 58%-ным выходом (Схема 38).[44] Схема 38Во всех других превращениях оксимов циклических кетонов выделяются 1,2,3-дитиазолы, которые, по-видимому, получаются путем деоксигенизации промежуточных N-оксидов под действием S2Cl2. Так, 1-оксимино-3-фенилинден 65 образует дитиазол 66 (Схема 39).[35, 45]Схема 39Эта реакция была распространена на оксимы циклопентенона и циклопентанона. Наиболее важным достижением стало применение в этом превращении N-этилдиизопропиламина (так называемого основания Хюнига), которое позволило достичь наиболее высоких выходов дитиазолов 66 (90%) и 67 (25%). Многочисленные реакции хлорирования, дегидрохлорирования и окисления, которые предполагаются авторами в сложном многоступенчатом механизме образования дитиазола 67, делают реакцию чувствительной к малейшим изменениям условий реакции и являются ответственными за невысокий выход конечного продукта. В случае, если карбоциклическое кольцо защищено заместителем (см. образование соединений 63 и 66), хлорирования этого кольца не происходит (Схема 40).[35]Схема 40Аналогично протекает реакция и для оксима семичленного циклического кетона, давая смеси хлорированных циклогепта-1,2,3-дитиазолов 68 и 69.[35] Для хлорирования используется 15-ти кратный избыток монохлорида серы и полихлорирование происходит с большим выходом в присутствии N-хлорсукцинимида (NCS) (Схема 41).Схема 41Циклопента-1,2,3-дитиазолиевая система 70 образуется в реакции 2-замещенных оксимов циклопентанона и монохлорида серы.[46, 47] Исчерпывающее хлорирование сопровождает эту реакцию, как и в случае других циклопентадитиазолов (см. выше) (Схема 42).Схема 42Несколько оксимов циклопентанона, конденсированных с тиофеновым кольцом, были введены во взаимодействие с монохлоридом серы и триизобутиламином в тетрагидрофуране.[47] После 3 дневной выдержки при 4 °С был получен ряд соответствующих тиеноциклопентадитиазолов 71-73 с выходами от средних до высоких (Схема 43). Схема 43Этот же подход был применен и для получения пентациклических бис[1,2,3]дитиазоло-s-индаценов 74 и 75 с выходами 46 и 75%, соответственно, из диоксимов 1,5- и 1,7-гидринацендионов 76 и 77.[47] В первом случае реакция осложняется гидролизом одной из оксимных групп, что приводит к получению монодитиазола 78 (Схема 44).Схема 446H-1,2,3-Бензодитиазол-6-оны 79 могут быть получены из бензохинон-4-оксимов, S2Cl2, N-этилдиизопропиламина и NCS.[48] Хлорирование, как обычно, сопровождает образование дитиазольного цикла из оксима; заместители в положениях 2 и 6 бензохинонового цикла остаются неизмененными в продуктах реакции, за исключением трет-бутильной группы, которая замещается атомом хлора. 1,4-Нафтохинон-4-оксим и 1,2-нафтохинон-2-оксим образуют аналогичным образом дитиазолы 80 и 81 (Схема 45).[48]Схема 45 1.1.7 Радикалы 1,2,3-дитиазолияСтабильные 1,2,3-дитиазолильные радикалы рассматриваются как перспективные проводящие материалы, поэтому их синтезу уделяется значительное внимание в последние годы. Как правило, их получают восстановлением легкодоступных солей Герца.Для синтеза бис[1,2,3]дитиазолопиридиниевых радикалов 82 из солей 11 применяют декаметилферроцен (Cp*2Fe) (Схема 46).[15]Схема 46Хлорированные соли 13 также образуют соответствующие радикалы 83 (Схема 47).[16, 17] Схема 47Этот же восстановитель был использован для восстановления хлорида изотиазолилдитиазолия 6 (Схема 48).[9]Схема 48Для синтеза радикалов 1,2,3-дитиазолия применяются и другие восстанавливающие агенты. Так, хлорид нафто[1,2,3]дитиазолия 51 был переведен в соответствующий радикал 85 с помощью трифенилсурьмы, а для тетрахлоргаллиевой соли 86 наилучший результат был получен с декаметилферроценом (Схема 49).[36]Схема 49Различные восстановители (KI, Bu4NI, Ph3Sb, Zn) были исследованы в реакции с хиноксалин-1,2,3-дитиазолиевой солью 87.[20] Наиболее подходящим реагентом оказался иодистый калий в ацетонитриле или жидком SO2 (Схема 50), однако выходы радикалов 88 оказались невысокими (~ 10%) из-за трудностей в их очистке.Схема 50Образование радикальных частиц может происходить и при окислении имида 1,2,5-тиадиазоло-1,2,3-дитиазолопиразина 54.[37] Однако успех этого превращения зависит от природы окислителя: бром и хлористый сульфурил не реагируют с имидом 54, а хлор оказался слишком сильным реагентом, разрывающим S-S связь дитиазольного цикла. В то же время монохлорид серы в кипящем хлорбензоле дает наилучший результат, образуя радикал 89 с 78%-ным выходом (Схема 51).Схема 511.2 Химические свойстваХимические свойства неконденсированных 1,2,3-дитиазолов изучены практически только для производных соли Аппеля, особенно 5-арилимино-4-хлор-5Н-1,2,3-дитиазолов (см. раздел 1.2.1). Это в основном взаимодействие с нуклеофильными реагентами, которые приводят после атак на атомы углерода и серы к раскрытию дитиазольного кольца с элиминированием одного или двух атомов серы. Аналогичные превращения протекают при термическом воздействии на имины ряда дитиазола. Реакции 1,2,3-дитиазол-5-онов, 5-тионов и 5-алкилиденов изучены в гораздо меньшей степени. Последние достижения в области реакционной способности конденсированных 1,2,3-дитиазолов приведены в данном обзоре. 1.2.1 Реакции 5-арилимино-4-хлор-5Н-1,2,3-дитиазолов1.2.1.1 Нуклеофильная атака на атомы серы дитиазольного циклаРазличные нуклеофильные реагенты могут атаковать атомы серы S-1 и S-2 1,2,3-дитиазольного цикла. Результатом этих реакций является образование серасодержащих гетероциклов при атаке атома серы S-1 или образование соединений с тионной группой при атаке атома серы S-2.Неизвестные ранее 4-оксиды 1,2,4-тиадиазола 90 были получены при конденсации бензамидоксимов или их производных с солью Аппеля 1а.[49] Механизм реакции включает в себя атаку иминогруппы в промежуточно образующемся иминодитиазоле 91 на S-1 атом дитиазольного цикла. Структура 4-оксидов была подтверждена с помощью анализа масс- и ЯМР спектров 15N-обогащенного и обычного продуктов реакции и рентгеноструктурным анализом карбоксамида 92, который был получен гидролизом нитрила 90а (Схема 52).[50]Схема 52Метил 3-аминокротонат 93 реагирует с солью Аппеля, давая изотиазол 94 с высоким выходом.[51] Спонтанное превращение предполагаемого интермедиата 95 в изотиазол также подразумевает нуклеофильную атаку по атому серы S-1 гетероцикла (Схема 53).Схема 53 Авторы рассматривают эту реакцию, как один из вариантов перегруппировки Боултона-Катрицкого, в которой трехатомная боковая цепь атакует пятичленное гетероциклическое кольцо с его раскрытием и образованием нового пятичленного гетероцикла. Примечательно, что эта перегруппировка протекает в необычно мягких условиях, чему способствуют легкий разрыв S-S связи в 1,2,3-дитиазольном кольце, ароматичность образующегося изотиазольного цикла и образование устойчивой нитрильной группы.[51]Различные реагенты с нуклеофильной или восстанавливающей способностью могут атаковать атом серы S-2 дитиазольного кольца. Обработка арилиминов 96 гидроокисью натрия в водном этаноле приводит к тиокарбамоиламидинам 97 с высокими выходами (Схема 54).[52] Образование амидинов объясняется нуклеофильной атакой гидроксид-аниона по атому S-2 с последующим разрывом S-S связи дитиазольного цикла.Схема 54Кипячение 4-хлор-5-(2-гидроксиметилариламино)-5Н-1,2,3-дитиазолов 98 с гидридом натрия в тетрагидрофуране приводит к смеси бензоксазинов 99 (29-71%), бензотиазинов 100 (5-10%) и бензоксазин-2-тионов 101 (0-49%) (Схема 55).[53] Схема 55Образование основного продукта реакции - бензоксазина 99 можно представить скорее всего как нуклеофильную атаку алкоксидного аниона, который образуется из молекулы бензилового спирта и гидрида натрия, на иминный атом углерода с последующим элиминированием молекулы двухатомной серы (S2) (Схема 56).Схема 56Дигидро-3,1-бензоксазепин 102, структурно близкий к бензоксазинам 99, был синтезирован с 71%-ным выходом из имина 103 и гидрида натрия (Схема 57).[54]Схема 57Нуклеофильная атака гидрид-иона по атому серы S-2 с последующим размыканием дитиазольного цикла приводит к N-(2-гидроксиметиларил)цианотиоформамиду, который после потери HCN может образовывать 2-(гидроксиметил)арил изотиоцианат 104. Внутримолекулярная циклизация этого продукта дает бензоксазин-2-тион 101 (Схема 58).Схема 58Образование бензотиазина 100, как предполагают, может включать нуклеофильную атаку гидрид-иона по атому серы S-2 с последующим раскрытием дитиазольного цикла. Дальнейшее выделение сероводорода и воды и внутримолекулярная циклизация 105 приводят к бензотиазину 100 (Схема 59).Схема 59Трифенилфосфин и фосфониевые илиды известны как удобные реагенты для извлечения атома серы из органических соединений. Реакция 4-хлорзамещенных N-арилимино-1,2,3-дитиазолов 19 с трифенилфосфином (2 эквивалента) во влажном хлористом метилене приводит к N-арилцианотиоформамидинам 106 c хорошими выходами, одновременно с почти количественными выходами образуются трифенилфосфин оксид и сульфид.[55, 56] Данное превращение объясняется авторами как нуклеофильная атака молекулы трифенилфосфина по атому серы S-2 имина 19 с образованием тиоамид-иона 107 с последующей его атакой второй молекулой трифенилфосфина по тому же атому серы с образованием стабилизированного цианотиоформамидного ариона 108 и дикатиона 109, гидролиз которого приводит к Ph3PS и Ph3PO (Схема 60).Схема 60 Имин 110, полученный из соли Аппеля 1а и антраниловой кислоты (без добавления пиридина на последней стадии), образует в реакции с трифенилфосфином 2-циан-3,1-бензотиазин-4-он 100 с количественным выходом.[56] Предполагается, что имин 110 образует в реакции с Ph3P тиоамид-анион 111, который может присоединять дикатион 109 с образованием промежуточного соединения 112, которое циклизуется, давая бензотиазинон 100 и другие продукты реакции (Схема 61). Схема 61Аналогично реагирует с Ph3P имин 113, синтезированный из 3-амино-2-нафталинкабоновой кислоты (выход тиазинона 114 составил 24%) (Схема 62).Схема 624-Аминозамещенные имино-1,2,3-дитиазолы 96 реагируют с трифенилфосфином во влажном хлористом метилене так же как и имины 19, давая N-арилцианотиоформамидины 106.[57] Эти соединения также могут быть получены из иминов и стабильных фосфоранов 115 (Схема 63). Однако, основными продуктами данной реакции являются дитиометиленфосфораны 116, что однозначно подтверждает первичную атаку по атому S-2 гетероцикла.[58] Схема 63При действии реактива Гриньяра на имин 117 также происходит раскрытие 1,2,3-дитиазольного кольца, которое, по-видимому, начинается с атаки по атому серы S-2 гетероцикла. Добавление второго моля реактива Гриньяра в реакционную смесь приводит к образованию арилизотиоцианата 118 (Схема 64).[59]Схема 64Вторичные амины могут легко раскрывать дитиазольный цикл; одним из примеров такой реакции является первоначальная атака по атому серы с перегруппировкой изоксазолилимино-1,2,3-дитиазолов 119 в цианотиадиазолы 120 при реакции с пиперидином (Схема 65).[60]Схема 65При кипячении 4-хлор-5-(4-тозилсульфонилимино)-5Н-1,2,3-дитиазола 121 в диметилформамиде образуются элементная сера (19%) и N'-(4-толилсульфонил)-N,N-диметилцианоформамидин 122 (64%) (Схема 66).[61] Схема 66Выделение этого продукта позволило предположить, что диметиламин, образующийся при разложении ДМФА при высокой температуре, принимает непосредственное участие в реакции с имином 121. Действительно, было установлено, что диметиламин, как и другие первичные и вторичные амины, образуют в реакции с имином 121 при комнатной температуре цианоформамидины 123 с хорошими выходами (53-79%).[62]Наиболее вероятный механизм образования амидинов 123 включает в себя атаку амина по атому серы S-2 1,2,3-дитиазольного цикла с образованием дисульфида 124 и последующее присоединение второй молекулы амина по иминному атому углерода с отщеплением двухатомной серы и молекулы амина, присоединенной к атому серы (Схема 67). Схема 67Промежуточное образование дисульфидов типа 124 было доказано их выделением из реакции арилиминодитиолов 117 с различными алкиламинами. Взаимодействие иминов 117 с первичными и вторичными алкиламинами при комнатной температуре приводит к смеси дисульфидов 125 и формамидинов 126 (Схема 68).[62] Схема 68Таблица 1 Реакция арилимино-1,2.3-дитиазолов 117 с первичными и вторичными аминами
|
 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ©2011 |
