CC BY
48
СТРУКТУРА ВЕЩЕСТВА И ТЕОРИЯ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
УДК 547.789.79.548.737 + 547.751
П. А. Гуревич, А. С. Петровский, Б. П. Струнин,
Л. Ф. Саттарова
НОВЫЕ КОНДЕНСИРОВАННЫЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ НА БАЗЕ РЕАКЦИЙ 2-ХЛОРО-ЗН-БЕНЗОПИРРОЛ-З-ОНА С 4-МЕТИЛТИОСЕМИКАРБАЗИДОМ, ДИФЕНИЛТИОКАРБАЗОНОМ (ДИТИЗОНОМ) И М,М-ДИЭТИЛДИТИОКАРБАМАТОМ НАТРИЯ
При взаимодействии 2-хлоро-3Н-бензопиррол-3-она с 4-метилтио-семикарбазидом и дифенилтиокарбазоном (дитизоном), а также путём циклизации 2-(Ы,Ы-диэтилдитиокарбамоил)-3Н-бензопиррол-3-она, полученного в реакции изатинхлорида с Ы,Ы-дитиокарбаматом натрия, синтезированы новые конденсированные гетероциклические производные с фрагментом 3Н-бензопиррола.
Известно, что а-галогенокарбонильные соединения, каковым является 2-хлоро-3Н-бензопиррол-3-он, в реакциях с тиосемикарбазидом могут образовать производные 2-амино(бИ или 4Н)-1,3,4-тиадиазинов, 3-амино-2-иминотиазолинов и 2-гидразинотиазолов, а также производные пиразола, если процесс образования 1,3,4-тиадиазина сопровождается экструзией атома серы [1-4].
Образование различных продуктов реакции зависит от природы заместителей в 2-галогенокарбонильном фрагменте и в тиосемикарбазиде, а также от условий проведения взаимодействий. В некоторых случаях путём варьирования указанных факторов, а также pH среды, показана возможность региорегулирования первой стадии, протекающей либо по пути алкилирования атома серы с образованием изотиокарбогидразидов [5], либо по пути иминирования карбонильной группы по реакции Шиффа с получением а-галогентиокарбазонов [б].
Наиболее распространённые методы синтеза 1,3,4-тиадиазинов включают в себя реакции соединений, содержащих в своём составе структурные группировки, способные к созданию Э-С2-^-^ и С5-С6 фрагментов цикла.
При взаимодействии 2-хлоро-3Н-бензопиррол-3-она с 4-метилтиосеми-карбазидом в растворе этанола или ацетонитрила был выделен продукт, который, согласно данным ЯМР 1Н спектра, имеет структуру 2-метиламино-1,3,4-тиадиазино[3,2-а]индо-линингидрохлорида (II). Промежуточный продукт I образуется при нуклеофильном замещении подвижного атома хлора в молекуле 2-хлоро-3Н-бензопиррол-3-она. Циклизация продукта I приводит к соединению II.
С1 +
ЫН
и
ГЫН
С
С1
//"Э ЫН—СН3
ЭН
N
/ ЧЫН
\
СН3
-Б^Ы.НС!
4 3ЫН С! 32\\
2 С 1 / ЫН-СН3
Э
При действии на гидрохлорид (II) триэтиламина происходит депротонирование и образуется свободное основание (III). Структуры (II) и (III) установлены на основании данных ИК, УФ и ЯМР 1Н -спектроскопии.
В ИК-спектре соединения (II) наблюдается интенсивная группа полоса при 16701680 см-1 (иммониевая), а также узкая полоса Ы-Н около 3300 см-1 и широкая полоса в районе 2860 см-1, соответствующая колебаниям группы Ы+-Н. Депротонирование гидрохлорида (II) в соединение (III) приводит к сдвигу иммониевой полосы (1645 см-1), что соответствует колебаниям связи С=Ы и является хорошим доказательством наличия этой кратной связи в молекуле гетероцикла. В УФ-спектре соединения (II) наблюдается полоса около 315 нм, которую можно отнести к поглощению тиадиазинового кольца.
При взаимодействии 2-хлоро-3Н-бензопиррол-3-она с дифенилтиокарбазоном (ди-тизоном) в этаноле образуется 4а-гидрокси-4-фенил-2-фенилазо-4а-гидро-4Н-1,3,4-тиадиазино [3,2-а]3 Н -бензопиррол (IV).
РИ ЫН—ЫН
о
С!
+
о
Н3С ЫН—С=Ы—ЫН2
Е:зЫ
7
II
III
В УФ-спектре гетероцикла (IV), кроме упомянутой выше полосы при 315 нм (поглощение тиадиазинового кольца), имеется полоса при 406 нм, обусловленная л—л и п——п переходами в сопряжённой системе РЬ-М=М-С=М-Ы-РЬ.
С целью получения ранее не описанных 2-диалкиламино-1,3-дитиолиевых солей осуществлена реакция 2-хлоро-3Н-бензопиррол-3-она с Ы,Ы-диэтилдитиокарбаматом натрия и впервые синтезирован 2-(Ы,Ы-диэтилдитиокарбамоил)-индолин-3-он (V).
О
О
С1
+
Et2N--------------С—Б Ыа
Б
Б-
Б
//
С
V
Реакция восстановления соединения (V) проводилась в присутствии триметоксифос-фина, получаемого взаимодействием хлорида фосфора (III) с метанолом. В выбранных условиях восстановления создавалась необходимая концентрация хлороводорода (7-8 моль/л) и пассивировались вторичные процессы.
гп/на/снзон
V Р(ОСНз)з ^
VI
Он
1.Н2БО4
Б Б ----------
С* 2.НС1О4
VII
СГ
NEt2
Б\
2/С: 1 Б
С1О4
Б
6
В спектре ЯМР 1Н соединения (VI), снятом в СйС!з, наблюдаются два уширенных (Д\/1/2 = 4 Гц) синглета при 5.5 м.д. (С(2)-Н ) и 6.1 м.д. (С(з)-Н). По-видимому, протоны С(2)-Н и С(з)-Н находятся в транс-конфигурации и прибор не разрешает эти сигналы на две линии из-за низкого значения константы спин-спинового взаимодействия (зи = 0,5 Гц). В растворе ДМСО^6 эти сигналы проявляются при 5.3 м.д. (Д\,1/2 = 4 Гц, С(2)-Н) и 5.8 м.. д. (Д\,1/2 = 8 Гц, С(з)-Н). Значительное уширение сигнала С(з)-Н, очевидно, обусловлено спин-спиновым взаимодействием с Он-протоном (неразрешенный дублет дублетов) и подтверждается тем, что после добавления й2О ширина обоих сигналов уравнивается.
При циклизации соединения (VI) в концентрированной серной кислоте и превращения гидросульфата в менее растворимый перхлорат вместо ожидаемого в качестве основного продукта реакции 2-(Ы,Ы-диэтилдитиокарбамоил)индола (VII) (он выделен и идентифицирован, но в качестве побочного продукта) был получен перхлорат 2-(N,N-диэтилиммонио)-3а,8b-дигидро-1,3-дитиоло [3,4-b]2-хлоро-3Н-бензориррола (VIII) (основной продукт реакции). Соединение (VII) может образоваться либо путём дегидратации исходного соединения (VI),
либо в результате раскрытия цикла дитиолия в молекуле продукта (VIII) вследствие разрыва связи C-S (разрыв связи C-S происходит более легко, чем C-N).
В ЯМР 1Н-спектре конденсированного гетероцикла (VIII) имеются два дублета в области 5.3 м.д. и 6.5 м.д., которые характеризуют сигналы вицинальных протонов при C-C связи, общей для индолинового кольца и конденсированного с ним гетероцикла, 3а-Н и 8b-Н, соответственно. Большие значения константы спин-спинового взаимодействия (3J = 7,5 Гц) между этими протонами, по-видимому, обусловлены их ^ис-конфигурацией.
Метиленовые протоны обеих этильных групп (VII) и (VIII), а также метильные протоны, являются химически неэквивалентными, что обусловлено геометрией молекулы (VIII) и заторможенным вращением вокруг тиоамидной связи C(S)-NEt2 в молекуле (VII).
Экспериментальная часть
2-Метиламино-1,3,4-тиадиазино[3,2-а]2-хлоро-3Н-бензопиррол-3-он (II)
Смесь 3,31 г (0,02 моль) 2-хлоро-3Н-бензопиррол-3-он и 2,1 г (0,02 моль) 4-метилтиосемикарбазида при перемешивании при 200 С растворяют в 25 мл ацетонитрила. После растворения обоих реагентов сразу выпадает осадок. Через сутки растворитель сливают, осадок промывают 1-5 мл ацетонитрила, затем кипятят 10 мин в 20 мл этанола. После охлаждения осадок отделяют, промывают этанолом и высушивают. Получают 3,23 г (64%) гетероцикла (II).
Депротонирование (II)
К раствору 2,53 г (0,01 моль) гидрохлорида (II) в смеси 20 мл этанола и 1,01 г (0,01 моль) триэтиламина добавляют активированный уголь, перемешивают 5 минут, фильтруют, фильтрат разбавляют 50 мл воды, нейтрализуют 6н HCl до pH = 6-7. Выпавший осадок отделяют, промывают водой и высушивают. Выход соединения (III) 1,8 г (83%).
4а-гидрокси-4-фенил-2-фенилазо-4а-гидро-4Н-1,3,4-тиадиазино[3,2-а]
3Н-бензопиррол (IV)
Смесь 3,31 г (0,02 моль) 2-хлоро-3Н-бензопиррол-3-она и 5.12 г (0,02 моль) дифенилтио-карбазона (дитизона) в 50 мл этанола кипятят 4 часа, охлаждают, реакционную смесь оставляют в холодильнике на сутки; выпавший жёлтый осадок отфильтровывают, промывают этанолом и высушивают. Выход соединения (IV) составляет 4,54 г (59%).
2-(Ы,Ы-диэтилдитиотрбамоил)-3Н-бензопиррол-3-он (V)
К раствору 3,31 г (0,02 моль) 2-хлоро-3Н-бензопиррол-3-она в 20 мл метанола при перемешивании (магнитная мешалка) при 200 С добавляют по каплям в течение 30 минут 3,42 г (0,02 моль) раствора диэтилдитиокарбамата натрия в 15 мл метанола. Перемешивание продолжают в течение 6 часов. На следующий день раствор осветляют активированным углём, выливают в 250 мл воды и насыщают хлоридом натрия. Экстрагируют дважды 100 мл эфира; эфирные вытяжки сушат над MgSO4 в течение суток, отделяют осушитель, фильтрат упаривают и остаток перекри-сталлизовывают из CCl4. Выход соединения (5) 4,11 г (74%).
2-(Ы,Ы-диэтилдитиотрбамоил)-3Н-бензопиррол -3-он (VI)
К 30 мл метанола, помещённого в колбу с минимальным объёмом свободного пространства, при постоянном перемешивании и охлаждении добавляют 21 г (0,15 моль) PCl3, 2,78 г (0,01 моль) соединения (V) и 1,3 г (0,02 моль) цинка. Полученную смесь перемешивают при комнатной температуре 48 ч. Реакционную смесь экстрагируют дважды эфиром 60 мл, промывают экстракт водой до нейтральной реакции, сушат над MgSO4, фильтрат упаривают, растворитель удаляют и получают 1,75 г (62%) соединения (VI) в виде масла.
2-(Ы,Ы-диэтилдитиотрбамоил) индол (VII) и перхлорат 2-(Ы,Ы-диэтилиммонио)-3а, 8Ъ-дигидро-1,3-дитиоло[3,4-Ъ]3Н-бензопиррол-3-он (VIII)
Нагревают 2,82 (0.01 моль) соединения (VI) и 15 мл концентрированной Н2БО4 при 60-65 0С в течение 1,5 ч, добавляют 15 мл 75% НС!О4 (надхлорная кислота) и затем реакционную смесь выливают на 100 г льда. Осадок отделяют, промывают водой и высушивают. Образующийся осадок кипятят 10 мин в 50 мл этилацетата, горячий раствор фильтруют и кристаллы кипятят в 50 мл хлороформа; фильтруют горячий раствор. Выход кристаллов перхлората (VIII) 2,4 г (66%).
Фильтраты растворов в этилацетате и хлороформе объединяют и упаривают в вакууме, что приводит к выделению 0,47 г (18%) соединения (VII).
Литература
1. E. Campaigne, T.P. Selby. Thiazoles and thiadiazines. The condensation of ethyl-4-chloroacetoacetate with thiosemicarbazide (1) // J. Heterocyclic ehem. 1978. V. 15. P. 401-411.
2. И.Я. Постовский, А.П. Новикова, Л.А. Чечулина, Л.П. Сидорова. Синтез 2-амино-1,3,4-тиадиазинов, содержащих в положении 5 остатки многоатомных фенолов // ХГС. 1976. N. 8. С. 1051-1055.
3. P.K. Bose, B.K. Nandi. VI. Thiadiazines // J. Ind. Chem. Soc. 1930. N 7. P.733-739 (C.A. 1931. V. 25. 1532).
4. H. Beyer, G. Wolter. Uber thiazole, XXIX // Chem. Ber. 1956. Bd. 89. N.7. S. 1652-1658.
5. R.E. Busby, T. W. Dominey // I. Chem. Soc., Perkin Frans. II. 1980. N.G. P.890.
6. H. Beyer, G. Wolter // Chem. Ber. 1956. B.89. S.1652.
© П. А. Гуревич - д-р хим. наук, проф. каф. органики КГТУ; А. С. Петровский - студ. КГТУ; Б. П. Струнин - д-р техн. наук, проф. каф. оборудования пищевых производств КГТУ; Л. Ф. Сатарова - соиск. каф. органической химии КГТУ.
