CC BY
59
УДК 547.822.7
Н. А. Ермолаева (м.н.с.)1, И. П. Цыпышева (к.х.н., с.н.с.) Е. С. Дорогая (магистрант)
И. А. Гайлюнас (к.х.н., с.н.с.) 1, Л. В. Спирихин (к.х.н., зав. лаб.) 2,
И. П. Байкова (к.х.н., н.с.) 2, М. С. Юнусов (акад. РАН, д.х.н., зав. лаб.) 1
1,3-Диполярное циклоприсоединение нитрилоксидов
к тиолен-1,1-диоксиду
Институт органической химии Уфимского научного центра РАН,
1 лаборатория биоорганической химии,
2лаборатория физико-химических методов анализа 450054, г. Уфа, пр. Октября, 71; тел. (347) 235-58-39, е-та!1: ernadya1@yandex.ru; tsipisheva@anrb.ru;
spectr@anrb.ru; msyunusov@anrb.ru
N. A. Ermolaeva, I. P. Tsypysheva, E. S. Dorogaya, I. A. Gailyunas,
L. V. Spirikhin, I. P. Baikova, M. S. Yunusov
1,3-Dipolar cycloaddition nitrile oxides to thiolene-1,1-dioxide
Institute of Organic Chemistry of Ufa Scientific Center of Russian Academy of Sciences 71, Oktyabrya Pr, Ufa, 450054, Russia; ph. (347) 235-60-66, e-mail: ernadyal@yandex.ru; tsipisheva@anrb.ru; spector@anrb.ru; msyunusov@anrb.ru
Проведена оценка эффективности 1,3-диполяр-ного циклоприсоединения нитрилоксидов, генерируемых из соответствующих арилальдокси-мов действием Мп02, хлорамина Б — ТЭА, Ыа0С1 — ТЭБАХ и Ыа0С1 — ультразвуковое диспергирование, к тиолен-1,1-диоксиду.
Ключевые слова: 1,3-диполярное циклоприсоединение; нитрилоксиды; тиолен-1,1-диок-сид; ультразвуковое диспергирование.
1,3-Диполярное циклоприсоединение нитронов и нитрилоксидов к ненасыщенным соединениям успешно применяется для построения пятичленных гетероциклических систем в одну стадию.1 2 Продукты реакции — изокса-золы, 4,5-дигидроизоксазолы и изоксазолины хорошо зарекомендовали себя в качестве удобных исходных соединений в синтезах природных соединений и их аналогов 3.
Нитрилоксиды обладают более высокой в сравнении с нитронами реакционной способностью и образуют циклоаддукты с различными по своей структуре олефинами. Регио-и стереохимические закономерности этого процесса хорошо изучены — существенное влияние на эффективность 1,3-диполярного циклоприсоединения оказывает природа диполярофила, его электронное строение и стереохимия 4-7.
Симметричный тиолен-1,1-диоксид 1 относится к малоактивным диполярофилам. Синтезы аннелированных с изоксазольным
The estimation of effective 1,3-dipolar nitrile oxide cycloaddition, generated from arylal-doximes and MnO2, chloramine B—TEA, NaOCl—TEBAC and NaOCl — ultrasonic irradiation is curried out.
Key words: 1,3-dipolar cycloaddition; nitrile oxide; thiolene-1,1-dioxide; ultrasonic irradiation.
циклом тиоланов на его основе путем 1,3-дипо-ляного циклоприсоединения нитрилоксидов осуществлены с низкими выходами (около 10%) 8. Альтернативные подходы к построению подобных бициклических систем основаны на мнгостадийных превращениях 3-бром-или 3-бром-4-хлор-4,5-тиолен-1,1-диоксидов и также характеризуются невысокими выхода-
ми
9, 10
С целью разработки удобного метода получения бициклических тиоланов, аннели-рованных с 4,5-дигидроизоксазольным циклом, нами проведена оценка эффективности взаимодействия тиолен-1,1-диоксида 1 с оксидами нитрилов, полученными из соответствующих арилальдоксимов 2а-Ы действием Мп02 11, хлорамина Б — ТЭА 12, Ыа0С1 — ТЭБАХ и Ыа0С1 с ультразвуковым диспергировани-
ем
13, 14
Использование в качестве окислителя Мп02 (в отличие от церий аммоний нитрата 15 и ацетата свинца 16) позволяет получать нитри-
Дата поступления i0.03.09
локсиды из смеси син- и анти-альдоксимов (метод а). Несмотря на десятикратный избыток окислителя, взаимодействие 1 с оксимом 4-метоксибензальдегида 2а привело к бицик-лическому производному 3а с выходом 32%.
Другой метод генерации 1,3-диполя действием хлорамина Б и ТЭА на альдоксим 2а (метод b), дал близкий результат: тиолан 3а получен с выходом 29%.
Попытка проведения реакции в двухфазной системе «CH2Cl2 — 0.8 М водный раствор NaOCl — ТЭБАХ» (метод с) оказалась менее эффективной — выход продукта 3а снизился до 18%. Поэтому для синтеза бициклического производного 3а вместо катализатора межфа-зового переноса решили применить ультразвуковое диспергирование реакционной массы и метод медленного прибавления (SAM) аль-доксима 2а (метод d). Наиболее оптимальными оказались следующие условия: соотношение «субстрат : реагент» = 1 : 3, температура реакции 5 оС. Выход тиолана 3а составил 70%.
Реагенты и условия: а. MnO2, СН2С12; b. Хлорамин Б, ТЭА, EtOH; с. 0.8 M водный раствор NaOCl, ТЭБАХ, СН2С12; d. 0.8 M водный раствор NaOCl, ультразвуковое диспергирование, SAM, CH2Cl2, 5оС.
В найденных оптимальных условиях реакции получены бициклические производные 3b-d из бензальдоксима 2b и л-метокси- и о-хлорпроизводных 2с и 2d с выходами 65, 58 и 54% соответственно. Необходимо отметить, что циклоприсоединение нитрилоксидов к тио-лен-1,1-диоксиду 1, в отличие от 13, 14 во всех случаях сопровождалось параллельным образованием соответствующих фуроксанов 4^d 1117 18.
Экспериментальная часть
ИК спектры сняты на спектрофотометре иИ-20 (КВг). Спектры ЯМР !Н и 13С записаны на спектрометре Вгикег АМ-300 с рабочими частотами 300 и 75.47 МГц, соответственно, внутренний стандарт — ТМС. Ультразвуковая обработка реакционной массы проведена дис-пергатором УЗДН-2Т (44 кГц, 400 Вт) с погружным излучателем с конической насадкой. Контроль за ходом реакции и чистоту индивидуальных продуктов контролировали методом ТСХ на пластинках “Сорбфил” ПТСХ-АФ-В, проявитель раствор КМп04. Продукты реакции выделены методом КХ на силикагеле (50—120 меш). Исходные тиолен-1,1-диоксид 1 и арилальдоксимы 2а-й получены согласно 8 19. Физико-химические константы фуроксанов 4а-й соответствуют литературным 18.
3-(4-Метоксифенил)-3а,4,6,6а-тетрагид-ро-5Н-516-тиено[3,4-^]изоксазол-5,5-дион (3а) и 3,4-бис(4-метоксифенил)фуроксан (4а).
Метод а. К раствору 0.30 г (2.5 ммоль) тиолен-1,1-диоксида 1 и 0.38 г (2.5 ммоль) аль-доксима 2а в 30 мл СН2С12 при энергичном перемешивании в несколько приемов добавили 2.2 г (25 ммоль) Мп02. После окончания реакции (контроль по ТСХ) реакционную массу фильтровали через слой БЮ2. Фильтрат концентрировали, добавили бензол (5 мл) и оставили для кристаллизации. Кристаллический продукт отделили, промыли диэтиловым эфиром (3х5 мл), получили 0.22 г тиолана 3а с выходом 32%. Из маточного раствора колоночной хроматографией на БЮ2 (гексан : этила-цетат = 10 : 1) выделили 0.22 г фуроксана 4а.
Метод Ь. К раствору 0.30 г (2.54 ммоль) тиолен-1,1-диоксида 1, 0.38 г (2.54 ммоль) альдоксима 2а и 0.54 г (2.54 ммоль) хлорамина
Схема 1
Ж
OO
І
R
4a-d
R = ^-MeO- (2a, 3a, 4a), H (2b, 3b, 4b), m-MeO- (2c, 3c, 4c), o-Cl- (2d, 3d, 4d)
Б в 30 мл ЕЮН при перемешивании добавили несколько капель ТЭА. После окончания реакции (контроль по ТСХ) реакционную массу обработали согласно методу а, получили 0.20 г ти-олана 3а с выходом 29% и 0.24 г фуроксана 4а.
Метод с. К раствору 0.30 г (2.54 ммоль) тиолен-1,1-диоксида 1 и 0.38 г (2.54 ммоль) альдоксима 2а в 30 мл СН2С12 добавили 3.5 мл 0.8 М водного раствора Ыа0С1 и 0.03 г ТЭБАХ. После окончания реакции (контроль по ТСХ) водный слой отделили, экстрагировали хлористым метиленом (5х10 мл). Органические слои объединили, сушили MgS04, концентрировали и обработали согласно методу а, получили 0.12 г тиолана 3а с выходом 18% и 0.27 г фуроксана 4а.
Метод й. В реактор, с погруженным ультразвуковым зондом, помещали раствор 0.30 г (2.54 ммоль) тиолен-1,1-диоксида 1 в 10 мл СН2С12, к которому в один прием добавляли 10.5 мл 0.8 М водного раствора Ыа0С1. Реакционную массу обрабатывали ультразвуком, поддерживая температуру реакции около 5о С, и в течение 1 часа добавляли раствор 1.15 г (7.62 ммоль) альдоксима 2а в 20 мл СН2С12. После окончания реакции (контроль по ТСХ) водный слой отделили, экстрагировали хлористым метиленом (5х10 мл). Органические слои объединили, сушили MgS04, концентрировали и обработали согласно методу а, получили 0.41 г тиолана 3а с выходом 70% и 1.65 г фу-роксана 4а.
(3 а): Белые кристаллы, т.пл. 157о С (ТГФ). Найдено (%): С, 53.73; Н, 4.77; Ы, 5.05; S, 11.83. С12Н13Ы0^. Вычислено (%): С, 53.92; Н, 4.90; Ы, 5.24; S, 12.00. ИК спектр, см-1: 746, 945, 1054, 1336, 1670. Спектр ЯМР *Н, ДМСО^, 8, м.д., /: 3.08 дд (1Н, Н6’, ] = 9.2, ] = 2.1), 3.37 дд (1Н, Н4’, ] =4.3, ] =14.0), 3.5 дд (1Н, Н6’’, ] = 9.2, ] = 6.5),
3.55 дд (1Н, Н4’’, ] =4.5, ] =14.0), 3.7 с (3Н, СН3), 4.6 ддд (1Н, Н3а, ] = 4.5, ] = 4.3, ] = 10), 5.3 ддд (1Н, Н6а, ] = 2.1, ] = 6.5, ] = 10), 6.8 д (2Н, Аг, / = 8.6), 7.5 д (2Н, Аг, ] = 8.6). ЯМР 13С, ДМСО-D6, 8, м.д.: 47.06 (С3а), 51.04 (С4), 54.39 (С6), 55.25 (0СН3), 78.89 (С6а), 114.34 (Аг), 120.16 (Аг), 128.56 (Аг), 156.44 (С3=Ы), 160.74 (Аг).
3-Фенил-3а,4,6,6а-тетрагидро-5 Н-516-тиено[3,4-й]изоксазол-5,5-дион (3Ь) и 3,4-дифенилфуроксан (4Ь). Получили по методике й из тиолен-1,1-диоксида 1 и альдоксима 2Ь. Выделили 0.38 г тиолана 3Ь с выходом 65% и 1.25 г фуроксана 4Ь.
(3Ь): Белые кристаллы, т.пл. 176 оС (ТГФ). Найдено (%): С, 55.51; Н, 4.59; Ы,
5.73; S, 13.34. С11H11N0зS. Вычислено (%):С, 55.68; Н, 4.67; N, 5.90; S, 13.51. ИК спектр, см-1: 730, 954, 1042, 1356, 1663. Спектр ЯМР *Н, ДМСО^6, 5, м.д., /, Гц: 3.3 дд (1Н, Н6’, ] = 17.0, ]= 6.4), 3.49 дд (1Н, Н4’, ] = 17.0, ] = 6.8), 3.58 дд (1Н, Н6’’, ] = 11.2, ] = 6.4), 3.69 дд (1Н, Н4’’, ] = 11.2, ] = 4.3), 4.56 ддд (1Н, Н3а, ] = 6.4, ] = 10.5, ] = 4.3), 5.16 ддд (1Н, Н6а, ] = 4.3, ] = 10.5, ] = 6.8), 7.4-7.7 м (5Н, Аг). ЯМР 13С, ДМСО-D6, 5, м.д.: 46.90 (С3а), 54.38 (С4), 57.00 (С6), 79.36 (С6а), 127.13 (Аг), 128.36 (Аг), 128.95 (Аг), 130.31 (Аг), 130.95 (Аг), 138.03 (Аг) 156.96 (С3=Ю.
3-(3-Метокси)-3а,4,6,6а-тетрагидро-5Н-516-тиено[3,4-^]изоксазол-5,5-дион (3с) и
3,4-бис(3-метоксифенил)фуроксан (4с). Получили по методике й из тиолен-1,1-диоксида 1 и альдоксима 2с. Выделили 0.39 г тиолана 3с с выходом 58% и 1.61 г фуроксана 4с.
(3с): Белые кристаллы, т.пл. 145о С (ТГФ). Найдено (%): С, 53.75; Н, 4.74; N 5.06; S, 11.88. С12Щ^0^. Вычислено (%): С, 53.92; Н, 4.90; N 5.24; S, 12.00. ИК спектр, см-1: 806, 950, 1062, 1350, 1668. Спектр ЯМР !Н, ДМСО^, 5, м.д., ], Гц: 3.08 дд (1Н, Н6’, ] = 9.2, ] = 2.1), 3.37 дд (1Н, Н4’, ] = 4.3, ] = 14.0), 3.5 дд (1Н, Н6”, ] = 9.2, ] = 6.5),
3.55 дд (1Н, Н4’’, ] =4.5, ] =14.0), 3.7 с (3Н,СН3), 4.6 ддд (1Н, Н3а, ] = 4.5, ] = 4.3, ] = 10), 5.3 ддд (1Н, Н6а, ] = 2.1, ] = 6.5, ] = 10), 6.8-7.5 м (4Н, Аг). ЯМР 13С, ДМСО-D6, 5, м.д.: 47.14 (С3а), 51.13 (С4), 54.49 (С6), 55.32 (0СН3), 79.06 (С6а), 114.42 (Аг), 116.54 (Аг), 120.19 (Аг), 125.30 (Аг), 132.44 (Аг), 158.53 (С3=Ю, 160.80 (Аг).
3-(2-Хлорофенил)-3а,4,6,6а-тетрагидро-5Н-516-тиено[3,4-й]изоксазол-5,5-дион (3й) и 3,4-бис(2-хлорфенил)фуроксан (4й). Получили по методике й из тиолен-1,1-диоксида 1 и альдоксима 2й. Выделили 0.39 г тиолана 3й с выходом 54% и 1.62 г фуроксана 4й.
(3й): Белые кристаллы, т. пл. 186о С (ТГФ). Найдено (%): С, 48.46; Н, 3.56; С1, 12.89; N 4.99; S, 11.63. С11H10ClNO3S. Вычислено (%):С, 48.62; Н, 3.71; С1, 13.05; N, 5.15; S, 11.80. ИК спектр, см-1: 822, 953, 1070, 1344, 1672. Спектр ЯМР !Н, CDa3, а, м.д., ], Гц: 3.08 дд (1Н, Н6’, ] = 4.3, ] = 13.8), 3.36 дд (1Н, Н4’, ] = 9.0, ] = 13.8), 3.46-3.50 м (2Н, Н6’’, Н4’’), 4.99 ддд (1Н, Н3а, ] = 9.0, ] = 4.8, ] = 9.9), 5.55 ддд (1Н, Н6а, ] = 9.0, ] = 4.3, 9.0), 7.4-7.5 м (4Н, Аг). ЯМР 13С, CDC13, 5, м.д.: 49.29 (С3а), 51.10 (С4), 55.61 (С6), 79.04 (С6а), 124.53 (Аг), 127.53 (Аг), 129.79 (Аг), 131.18 (Аг), 133.81 (Аг), 134.15 (Аг), 156.81 (С3=Ю.
Литература 11
1. Grigg R., Heaney F., Surendracumar S. //
Tetrahedron. — 1991. — № 47. — P. 4477. 12
2. K. M. Lakanatha Rai // Top Heterocycl. Hem. —
2008.- № 13. - P. 1.
3. A. P. Kozikowski // Acc. Chem. Res. — 1984. —
№ 17. — Р. 410. 13.
4. Marinone A., Ceva P., Masherpa A., Albini E.,
Caramella P. // Tetrahedron. — 1972. — № 38. — 14
P. 3629.
5. Kanemasa S., Nishiuchi M., Kamimura A., Hori K. // J.Am.Chem.Soc. — 1994. — V. 116. — №6.
— P. 2324. 15.
6. Литвиновская Р.П., Хрипач В.А. // Успехи
химии. — 2001. — Т. 70. - №5. — C. 464. 16.
7. Кузнецов М.Л. // Успехи химии. — 2006. —
Т. 75. - №11. — С.1045. 17.
8. Безменова Т.Э. Химия тиолен-1,1-диоксидов. —
Киев: Наукова думка, 1981. — 282 с. 18.
9. Chou T.-S., Tsai C.-Y., Lee S.-J. // J. Chinese Chem. Soc. — 1997. —V. 44. — p. 299
10. Chou T.-S., Tsai C.-Y. // J. Chinese Chem. Soc. 19.
— 1993. —V. 40. — p. 581.
Kiegiel J., Poplavska M., Jozvik J., Kosior M., Jurczak J. // Tetrahedron Letters. — 1999. — № 40. — P. 5605.
Серов А.Б., Сухотин А.В., Карцев В.Г., Александров Ю.А. Избранные методы синтеза и модификации гетероциклов. — IBS PRESS, 2003.
— Т. 1. — С. 587.
Bougrin K., Lamiri M., Soufiaoni M. // Tetrahedron Letters. — 1998. — № 39. — P. 4455.
Syassi B., El Bakkali B., Benabdellan G.A., Hassikou A., Dinia M.N., Riviere M., Bougrin K., Soufiaoni M. // Tetrahedron Letters. — 1999. — № 40. — P. 7205.
Giurg M., Miochowski M. // Pol. J. Chem. — 1997. — № 71. — P. 1093.
Just G., Dahl K. // Tetrahedron. — 1968. — № 24.
— P. 5251.
Baker K.W.J., Gibb A., March A.R., Paton M. // Tetrahedron Letters. — 2001. — № 42. — P. 4065. Хмельницкий Л.И., Новиков С.С., Годовикова Т.И. Химия фуроксанов: Строение и синтез. — М.: Наука, 1996. — 383 с.
Vogel A.I. Practical organic chemistry. — London: Longman, 1956. — 719 р.
