Исследование реакции 2-арилтиазолин-4,5-дионов с N-моно- и n,n-дизамещенными цианамидами Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 547.741+547.867.2

Д. Д. Некрасов (д.х.н., проф.)

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАКЦИИ 2-АРИЛТИАЗОЛИН-4,5-ДИОНОВ С N-МОНО- И NjN-ДИЗАМЕЩЕННЫМИ ЦИАНАМИДАМИ

Пермский государственный университет, кафедра природных и биологически активных соединений 614990, г. Пермь, Букирева15, тел. (342) 2396401, e-mail: [email protected] Пермская государственная сельскохозяйственная академия, кафедра экологии 614990, г. Пермь, Петропавловская, 23, тел. (342) 2125394, e-mail: [email protected]

D. D. Nekrasov

INVESTIGATION OF REACTIONS OF 2-ARYLTHIAZOLIN-4,5-DIONES WITH N-MONO- AND N,N-DISUBSTITUTED CYANOAMIDES

Perm State University

15, Bukirev Str., 614990, Perm, Russia, ph. (342) 2396401, e-mail: [email protected]

Perm State Agricultural Academy 23, Petropavlovskaya Str., 614990, Perm, Russia, ph. (342) 2125394, e-mail: [email protected]

При термолизе 2-арилтиазолин-4,5-дионов в безводном толуоле в присутствии трет-бутил-цианамида, бензоилцианамида, дибутилциана-мида, Ы-цианоморфолина и М-циано-Ы'Ы'-ди-метилформамидина получены соответствующие 2-аминозамещенные 6-арил-4Н-1,3,5-тиадиа-зин-4-оны. Реакция протекает через промежуточное образование тиоароилизоцианатов, которые вступают в реакцию [4+2]циклоприсо-единения по цианогруппе реагента.

Ключевые слова: 2-аминозамещенные-6-арил-4Н-1,3,5-тиадиазин-4-оны; 2-арилтиазо-лин-4,5-дионы; моно- и дизамещенные цианамиды; тиоароилизоцианаты; [4+2]циклоприсо-единение.

Взаимодействие 2-фенлтиазолин-4, 5-дио-на с диметил-, метилфенил- и дифенилциана-мидом приводит к образованию соответствующих 2-аминозамещенных 6-фенил-4Н-1,3,5-тиадиазин-4-онов Сопоставление химических свойств 2-арилтиазолин-4,5-дионов с их гетероаналогами — 5-арилфуран-2,3-дионами на примере реакций с цианамидами позволил о нам заключить, что они протекают через промежуточное образование соответствующих тиоароилизоцианатов и ароилкетенов, являющихся гетерокумуленами, что делает вомож-ным их [4+2]-циклоприсоединение по связи реагента С=Ы 2'3. Анализ электронного влияния в обоих компонентах реакции на цикло-

Дата поступления 22.03.16

Thermolysis of 2-arylthiazoline-4,5-diones with N-ieri-butyl-, N-benzoyl-, N,N-di-ra-butylcyan-amides, N-cyanomorpholine and N-cyano-N'N'-dimethyl-formamidineafford to corresponding 2-aminosubstituted 6-aryl-4H-1,3,5-thiadizin-4-ones. Reaction pathway include formation of thiobenzoylisocanates as intermediates and [4+2]cycloadditions reactions to cyano function of titled cyanamides.

Key words: 2-aminosubstituted 6-aryl-4H-1,3,5-thiadizin-4-ones; 2-arylthiazoline-4,5-diones; [4+2]-cycloaddition reactions; N-mono- and N,N-disubstitutedcyanamides; thiobenzoylisocanates.

присоединение и сопоставление конечных выходов продуктов позволил нам отнесли такое взаимодействие к гетерореакциям Дильса-Альдера с обратным электронным влиянием в аддендах 4'5. Квантово-химические расчеты показали, что циклоприсоединение тиоароилизоцианатов к цианамидам протекает асинхронно через промежуточный цвитер-ионный интермедиат 5, а ароилке-тенов — по согласованному механизму 6.

Для подтверждения этого вывода мы изучили взаимодействие 2-арилтиазолин-4,5-дио-нов 1 на более широком круге Ы-моно-и Ы, Ы-дизамещенных цианамидов: трет-бутилцианамида, о-хлорфенилцианамида, на-фтилцианамида, бензоилцианамида, дибутил-циан- амида, Ы-цианоморфолина, Ы-циано-К'Ы'-диметилформамидина.

По аналогии с арилфурандионами 7 при реакции арилтиазолиндионов 1 с монозаме-щенными цианамидами возможно два альтернативных направления: А и В, с образованием соответствующих продуктов 2 и 3. Первое направление связано с термическим декарбони-лированием в ходе реакции тиазолиндионов и генерированием тиоароилизоцианатов, которые затем вступают в [4+2]циклоприсоедине-ние по цианогруппе реагента. Второе направление может быть связано с раскрытием тиазо-линового цикла по связи Б-С5 КИ-группой цианамида (схема 1).

Как показали результаты экспериментов, при нагревании эквимолекулярных количеств

арилтиазолиндионов 1 с К-трет-бутилциана-мидом и К-бензоилцианамидом в безводном толуоле образуются соответствующие 2-трет-бутиламино-6-арил-4Н-1,3,5-тиадиазин-4-оны 2а,Ь и 2-безоиламино-6-арил-4Н-1,3,5-тиадиа-зин-4-он 2с (схем а 2).

В ИК спектрах соединений 2а,Ь отсутствуют характеристичные полосы валентных колебаний в области 2240—2270 см-1, присущие тройной связи углерод-азот в цианамиде, что свидетельствует о протекании реакции по направлению А. Структуру этих соединений подтверждает наличие в спектрах валентных колебаний карбонила С4=0 в области 1649— 1651 см-1 и группы КИ при 3209—3236 см-1.

А

Аг—

1

В

-со

к*

Аг^Б

о

икнсы

N

о

л

N

Аг

2

кия

икнск

-х-*

о

Аг

т

Б

ки

о

3

N I

я

хк

Схема 1.

Аг=РЬ(а), р-С1С6И4 (Ь)

г-БиКНСК N

о

л

о

Аг

Г

*Б 1

О -со

о

С

N

Аг^Ч

СМ ^ N Аг^Б^

РИСО NHCN

N

Б' 2а,Ь

о

л

^ИБи-?

N

лл°

N

Аг

о

Л

к -

Б' 2с

^ИСОРЬ

N

4

-СОБ

Аг

Б 5

Аг

Аг=РЬ(2а,2с), р-С1С6И4 (2Ь)

о

Б

о

В спектрах ЯМР присутствует синглет девяти протонов трет-бутильной группы при 1.39—1.49 м.д. и синглет протона группы NH при 8.57—8.65 м.д. Мультиплет ароматических протонов находится в интервале 7.63—6.01 м.д. Такое направление реакции, по-видимому, связано со стерическим эффектом трет-бу-тильной группы в реагенте, что препятствует раскрытию тиазолинового цикла по связи S—C5 NH-группой цианамида. В результате в условиях реакции из тиазолиндионов генерируются тиоароилизоцианаты, которые вступают в гетеро-реакцию Дильса-Альдера по циа-ногруппе трет-бутилцианамида.

При кипячении фенилтиазолиндиона 1а в безводном толуоле в присутствии N-бензоил-цианамида направление реакции В не реализуется, что, по всей вероятности, обусловлено низкой нуклеофильностью аминогруппы в реагенте вследствие сопряжения свободной элет-ронной пары на атоме азота с бензоильным фрагментом. Однако и [4+2] циклоприсоеди-нение тиобензоилизоцианата по цианогруппе идет значительно труднее, чем с N-трет-бу-тилцианамидом. Выход 2-безоиламино-6-фе-нил-4Н-1,3,5-тиадиазин-4-она 2с не превышает 20%. Это связано с наличием конкурирующей реакции димеризации тиобензоилизоциа-ната и выделением ранее описанного 2-фенил-5-бензоил-1,3,5-тиодиазин-4-на 4, который в ходе реакции отщепляет COS и превращается в 2,5-дифенил-1,3,5-тиодиазин-4-он 8. Разделение продукта реакции и димера призводили на хроматографической колонке. В ИК спектре 2с присутствуют пики карбонильных групп в тиадизиновом цикле и бензоильном фрагменте при 1754 см-1 и 1730 см-1. В спектрах ЯМР

O

Ar

-S 1

O

-CO

O //

C

//

N

Ar^S

присутствует мультиплет 10 протонов двух фенильных групп в интервале 7.06—8.01 м.д. и синглет протона группы КИ при 12.87 м.д.

Попытка вовлечения в реакцию с арилтиа-золиндионами 1 о-хлорфенилцианамида и на-фтилцианамида успеха не имела, т.к. вследствие протекающего смолообразования идентифицировать индивидуальные соединения не удалось.

Взаимодействие арилтиазолиндионов 1 с К,К-дибутилцианамидом и К-цианоморфоли-ном (содержащим цианамидный фрагмент) протекает в условиях термического декарбони-лирования арилтиазолиндионов 1 по типу гете-ро-реакции Дильса-Альдера, где в качестве 4я-компонента выступают тиоароилизоциана-ты, а 2я:-компонента — тройная связь С=К в цианамиде (схема 3).

Спектральные характеристики 2-дибути-ламино-6-арил-4Н-1,3,5-тиадиазин-4-онов 6а,Ь соответствуют предложенной структуре. В ИК спектрах содержатся характеристичные полосы валентных колебаний С4=0 в области 1665—1670 см-1. В спектрах ЯМР 1Н присутствует группа сигналов 18 протонов К-дибу-тильной группы при 0.91—3.85 м.д. и мульти-плет ароматических протонов в интервале 7.61—8.01 м.д. В ИК спектрах 2-морфолино-6-арил-4Н-1,3,5-тиадиазин-4-онов 7а,Ь имеется аналогичный пик поглощения С4=0 в области 1659-1672 см-1. В их спектрах ЯМР *Н присутствует широкий сигнал восьми протонов морфолинового фрагмента при 3.59-3.70 м.д. и сигналы ароматических протонов в интервале 7.64-8.21 м.д.

Наличие второй бутильной группы и мор-фолинового фрагмента в К-цианосоединениях на характер циклоприсоединения не влияет.

О

Л,

Bus

"NCN

Bu'

-

Ar^

/ \

O N— CN \ /

\ / ->-

N

N

N

S 6a,b

O

Л

N

.Bu Bu

N

Ar'

7a,b

N

O

Ar=Ph(6a,7a), p-ClC6H4 (6b,7b)

О

t

Из литературных данных 2 известно, что арилтиазолиндионы 1 в условиях декарбони-лирования вступают в циклоприсоединение как по двойной, так и по тройной связи С=К В К-циано-К1,К1-диметилформамидине содержатся обе эти функиональные группы, поэтому представляло интерес выяснить, по какой из них пойдет циклоприсоединение.

Отсутствие в ИК спектре продуктов реакции поглощения в области 2100—2200 см-1 свидетельствует о том, что циклоприсоединение тиоароилизоцианатов протекает (по аналогии с ароилкетенами) 9 исключительно по циано-группе с образованием К, К-диметил-К1-(4-оксо-6-арил-4Н-тиадиазин-2-ил)имидоилфор-мамидинов 8а,Ь (схема 4).

При проведении аналогичной реакции арилтиазолиндионов 1 с п-диметиламинобен-зонитрилом из реакционной смеси были выделены исходный реагент и димеры тиоароили-зоцианатов 4, что свидетельствует о пассивности нитрильной группы в циклоприсоединении с данным гетерокумуленом.

Таким образом, результаты проведенных исследований показали, что тиоароилизоциа-наты в реакциях [4+2]циклоприсоединения с цианамидами и нитрилами менее активны, чем ароилкетены.

Экспериментальная часть

ИК-спектры записаны на приборе ФСМ-1210 в вазелиновом масле в виде пасты. Спектры ЯМР 1Н записаны на приборе МЕИСИИУр^ 300 (300 МГц) в растворе дей-терохлороформа, диметилсульфоксида-ё6, ацетона-ё6, внутренний стандарт — ГМДС.

Химическую чистоту соединений и окончание реакции контролировали методом ТСХ на пластинах «511и1Ы 254 ИУ» или «БогЬШ» в системе этилацетат-гексан 1:10. Температуры плавления определяли на приборе ПТП-2.

2-шреш-бутиламино-6-арил-4Н-1,3,5-тиа-диазин-4-оны (2а,Ь). К 0.5 г (0.005 М)2-фенил-тиазолин-4,5-диона 1а или 0.31 г (0.003 М) 2-(4-хлорфенил) тиазолин-4,5-диона 1в добавили эквимолекулярные количества К-трет-бутилциа-намида(0.91 г и 0.73 г соответственно) и 25 мл безводного толуола. Полученную смесь кипятили 30 мин с обратным холодильником, охладили, растворитель упарили, остаток перекристаллизовали из этилацетата. Получили 0.8 г (62%) 2а С13Н15К305, т.пл. 167-168 оС и 0.4 г (42%) 2в С13Н14СШ305, т.пл. 194-196 оС.

2-безоиламино-6-арил-4Н-1,3,5-тиадиа-зин-4-он (2с).К 1 г (0.01 М) 2-фенилтиазолин-4,5-диона 1а добавили эквимолекулярное количество бензоилцианамида (0.73 г) и 15 мл безводного толуола. Полученную смесь кипятили 30 мин с обратным холодильником, охладили, растворитель упарили, остаток перекристаллизовали из этилацетата. Получили 0.31 г (20%) 2с С16Н11К302Б, т.пл.174-176 оС.

2-дибутиламино-6-арил-4Н- 1,3,5-тиадиа-зин-4-оны (6а,Ь). К 0.57 г (0.003 м) 2-фенил-тиазолин-4,5-диона 1а или 0.66 г (0.003 М) 2-(4-хлорфенил) тиазолин-4,5-диона 1в добавили эквимолекулярные количества дибутил-цианамида(0.46 г) и 25 мл безводного толуола. Полученную смесь кипятили 30 мин с обратным холодильником, охладили, растворитель упарили, остаток перекристаллизовали. Получили 0.49 г (52 %) 6а С17Н23К305, т.пл. 115-116 оС (метанол) и 0.63 г (60%) 6в С17Н22СШ305, т.пл.194-196 оС (ацетонитрил).

О

1

О

-СО

О

.С'

N

Лг^8

^ ^ N—CN ^ ^

Н^ N N

О

Л,

лг ^ ^=сн-к

8а,Ь

-СНэ

Н3С.

Н3С

х-

CN

О Б Лг^Б^О

Аг=РЬ(8а), р-С1С6Н4 (8Ь)

о

г

4

2-морфолино-6-арил-4Н-1,3,5-тиадиа-зин-4-оны (7a,b). К 0.44 г (0.004 М) 2-фенил-тиазолин-4,5-диона 1а или 0.66 г (0.003 М) 2-(4-хлорфенил)тиазолин-4,5-диона 1в добавили эквимолекулярные количества N-циано-морфолина (0.2 мл ) и 25 мл безводного толуола. Полученную смесь кипятили 30 мин с обратным холодильником, охладили, растворитель упарили, остаток перекристаллизовали из этилацетата. Получили 0.41г (47%) 6а Ci3H13N3O2S, т.пл. 158—160 °С и 0.48 г (52%) 6в C13H12ClN3O2S, т.пл.177—179 0С.

Литература

1. Goerdeler J., Weis R. Cycloadditionen zu Dithiazolen, Thiadiazolen, und Thiadiazinen // Chem. Ber.- 1967.- Bd. 100.- S. 1627.

2. Некрасов Д.Д., Обухова A.C. Синтез и химические свойства 2-замещенных тиазолин-4,5-ди-онов // Химия гетероциклических соединений.- 2006.- №9.- С. 1283-1301.

3. Некрасов Д.Д. Биологическая активность 5- и 6-членных азагетероциклов и их синтез на основе 5-арил-2,3-дигидрофуран-2,3-дионов // Химия гетероциклических соединений.- 2001.-№3.- С. 291-304.

4. Некрасов Д.Д. Цианамиды в гетеродиеновом синтезе // Химия гетероциклических соединений.— 1994.- №9.- С.1155-1162.

5. Некрасов Д.Д., Лисовенко Н.Ю., Пепеляева Т.М., Шуров С.Н. Экспериментальное и теоретическое исследование взаимодействия 2-арил-1,3-тиазол-4,5-дионов с N-цианоаминами // Матер. II Межд. конф. «Техническая химия. От теории к практике».- Пермь, 2010.- Т.1.- С. 352.

6. Некрасов Д.Д., Шуров С.Н. Взаимодействие 5-арил-2,3-дигидрофуран-2,3-дионов с соединениями, содержащими связь C=N // Синтетические возможности и теоретический аспект: Матер. межд. научн. конф. «Перспективы развития естественных наук в высшей школе».-Пермь, 2001.- Т.1.- С. 56.

7. Андрейчиков Ю.С., Некрасов Д.Д., Закс А.С., Коршенинникова М.И., Колла В.Э., Никулина С.Н. Синтез и противовоспалительная активность 5-фенацилиден-2-имино-4-оксазолидонов // Хим.-фарм. журн.- 1989.- №2.- С. 157-160.

8. Goerdeler J., Schenk H. Darstelung von Thioacyl isocyanaten, spontane Weiterreaktionen // Chem. Ber.- 1965.- Bd. 98.- S. 2954.

9. Некрасов Д.Д., Шуров С.Н. Исследование взаимодействия 5-арил-2,3-дигидро-2,3-фурандионов с соединениями, содержащими одновременно связи C=N и C=N // Химия гетероциклических соединений.- 2005.- №10.- С. 1490-1499.

Х,Х-диметил-Ж-(4-оксо-6-арил-4-Н-тиа-диазин-2-ил)имидоилформ-амидины (8а,Ь).

К 0.5 г (0.005 М) 2-фенилтиазолин-4,5-диона 1а или 0.30 г (0.003 М) 2-(4-хлорфенил)тиазо-лин-4,5-диона 1b добавили эквимолекулярные количества К-циано-К1,К1-диметилформамида (0.67 г и 0.34 г соответственно) и 25 мл безводного толуола. Полученную смесь кипятили 30 мин с обратным холодильником, охладили, растворитель упарили, остаток перекристаллизовали из этилацетата. Получили 0.77 г (65%) 2а C12H12N4OS, т.пл. 142-144 °С и 0.34 г (72%) 2b C12H11ClN4OS, т.пл.173-175 оС.

References

1. Goerdeler J., Weis R. [Cycloadditionen zu Dithiazolen, Thiadiazolen, und Thiadiazinen]. Chem. Ber., 1967, Bd. 100, p. 1627.

2. Nekrasov D.D., Obukhova A.S. [Synthesis and chemical characteristics of 2-substituted thiazoline-4,5-diones] Chemistry of Heterocyclic Compounds, 2006, v. 42, no.9, pp. 1109-1125.

3. Nekrasov D.D. [Biological activity of 5- and 6-membered azaheterocycles and their synthesis from 5-aryl-2,3-dihydrofuran-2,3-diones] Chemistry of Heterocyclic Compounds, 2001, v. 37, no. 3, pp. 263-275.

4. Nekrasov D.D. Tsianamidy v geterodienovom sinteze [Cyanamid in the heterodiene synthesis]. Khimiya geterotsiklicheskikh soedinenii [Chemistry of heterocyclic compounds], 1994, no. 9, p. 1155-1162.

5. Nekrasov D.D., Lisovenko N. Yu., Pepelyaeva T.M., Shurov S.N. Experimentalnoe i teoreticheskoe issledovanie vzaimodiystviya 2-aril-1,3-tiazol-4,5-dionov s N-tsianoaminami [Experimental and theoretical study of the interaction of 2-aryl-1,3-thiazole-4,5-diones with N-tsianoaminami]. Mater. II intern. Conf. «Tekhnicheskaya khimiya. Ot teorii k praktike» [Proc. of II Int. Conf. «Technical chemistry. From theory to practice»]. Perm, 2010, v.1, P. 352.

6. Nekrasov D.D., Shurov S.N. Vzaimodeistvie 5-aril-2,3-digidrofuran2,3-dionov s soedineniyami, soder-zhaschimi svyaz C=N [Interaction 5-aryl-2,3-dihyd-rofuran-2,3-dione with compounds containing bond C=N]. Sinteticheskie vozmozhnosti i teoreti-cheskii aspekt. Mater intern. Conf. «Perspektivy razvitiya estestvennykh nauk v vysshei shkole» [Synthetic possibilities and theoretical aspect: Proc. of Int. Sci. Conf. «Prospects for the development of natural sciences in high school»]. Perm, 2001, V.1, P. 56.

7. Andreichikov Yu.S., Nekrasov D.D., Zaks A.S., Korsheninnikova M.I., Kolla V.E., Nikulina S.N. [Synthesis and antiinflammatory activity of 5-phena-cylidene-2-imino-4-oxazolidones] Pharmaceutical Chemistry Journal, 1989, v. 23, no.2, pp. 115-119.

8. Goerdeler J., Schenk H. [Darstelung von Thioacylisocyanaten, spontane Weiterreaktionen] Chem. Ber., 1965, Bd. 98, p. 2954.

9. Nekrasov D.D., Shurov S.N. [Investigation of the interaction of 5-aryl-2,3-dihydro-2,3-furandiones with compounds containing C=N and C=N bonds simultaneously] Chemistry of Heterocyclic Compounds, 2005, v. 41, no.10, pp. 1245-1254.