ОКИСЛЕНИЕ 3,5-(Α-ЦИАНОСТИРИЛ)-1,2,4-ТИАДИАЗОЛОВ ПО РАДЗИШЕВСКОМУ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 543.632.542 : 547.794.3

Дахно П. Г., Левченко А. Г., Доценко В. В.

ОКИСЛЕНИЕ 3,5-(А-ЦИАНОСТИРИЛ)-1,2,4-ТИАДИАЗОЛОВ ПО РАДЗИШЕВСКОМУ

Дахно Полина Григорьевна - студентка бакалавриата 3-го года обучения кафедры органической химии и технологий; p.dahno@yandex.ru.

Левченко Арина Григорьевна - студентка бакалавриата 3-го года обучения кафедры органической химии и технологий;

Доценко Виктор Викторович - доктор химических наук, профессор кафедры органической химии и технологий;

ФГБОУ ВО «Кубанский государственный университет», Россия, Краснодар, 350040, Ставропольская улица,149;

Функционально замещенные производные 1,2,4- тиадиазола были получены окислением арилметиленцианотиоацетамидов. Из-за наличия в их структуре двух акрилонитрильных фрагментов эти соединения могут окисляться в условиях реакции Радзишевского (окислительный гидролиз нитрилов до амидов) с одновременным эпоксидированием и образованием эпоксиамидов. Установлено, что реакция протекает неселективно и дает смесь продуктов региоизомерного окисления. Только в одном из случаев удалось выделить продукт двойного эпоксидирования. Структура полученных эпоксиамидов была подтверждена методами ИК-и ЯМР-спектроскопии.

Ключевые слова: арилметиленцианотиоацетамиды, 1,2,4-тиадиазолы, окисление по Радзишевскому, эпоксиамиды.

THE RADZISZEWSKI-TYPE OXIDATION OF 3,5-DI(A-CYANOSTIRYL)-1,2,4-THIADIAZOLES

Dahno P.G., Levchenko A.G., Dotsenko V.V. Kuban State University, Krasnodar, Russian Federation

3,5-Di(a-cyanostiryl)-1,2,4-thiadiazoles were prepared by oxidation of arylmethylene cyanothioacetamides.Due to the presence of two acrylonitrile fragments, the compounds prone to react under Radziszewski conditions (oxidative hydrolysis of nitriles to amides) with simultaneous epoxidation and formation of epoxyamides. We found that the reaction proceeds in a non selective manner to give a mixture of regioisomeric oxidation products. Only in one case we succeeded to isolate the product of double epoxidation. The structure of epoxyamides was confirmed by means of FTIR and NMR spectroscopy.

Key words: arylmethylenecyanothioacetamides, 1,2,4-thiadiazoles, Radziszewski oxidation, epoxyamides. Введение

Ранее было установлено, что в результате окислительной димеризации

арилметиленцианотиоацетамидов в системе ДМСО-HCl образуются функционально замещённые производные 1,2,4-тиадиазола [1]. Данные соединения содержат высокореакционноспособные акрилонитрильные фрагменты и широко применяются для получения многих гетероциклических продуктов.

Реакция Радзишевского широко используется в практике органического синтеза для получения первичных карбоксамидов из нитрилов в мягких окислительных условиях. Известно [2-7], что акрилонитрилы реагируют в условиях Радзишевского с одновременным эпоксидированием двойной связи С=С. Таким образом, из-за присутствия двух реакционноспособных фрагментов C=C-C-N 3,5-ди(а-цианостирил)- 1,2,4-тиадиазолы оказались

подходящими субстратами для синтеза новых эпоксиамидов. Целью нашего исследования было определение структуры продуктов окисления, а также оптимальных условий реакции. Полученные амиды могут представлять интерес как реагенты для гетероциклического и супрамолекулярного синтеза.

Экспериментальная часть

На первом этапе работы нами были получены 2-цианотиоакриламиды (схема 1) путём введения в реакцию Кнёвенагеля ароматических альдегидов с цианотиоацетамидом в водно-спиртовой среде с использованием в качестве катализатора триэтиламина [8].

H2N h EtOH

NH2

^N +

catalyst CN

АГ

Схема 1. Получение 2-цианотиоакриламидов Ar = 4-ClCH4, 2,4-ChCH3, 4-OHCH4, 2-ClCH4

Для подтверждения строения полученных соединений были использованы методы ИК- и ЯМР-спектроскопии на ядрах 1Н и 13С. В ИК-спектрах 2-цианотиоакриламидов наблюдаются характерные полосы поглощения в области 3390-3300 см-1 аминогруппы и в области 2200 см-1 сопряжённой нитрильной группы. В спектрах ЯМР 1Н характерный пик, относящийся к аминогруппе, находятся в области 9,90-10,90 м.д.

Согласно статье [1], 2-цианотиоакриламиды были введены в реакцию с 30%-ной HCl в растворе ДМСО

S

способствует более субстратов, и не продуктов. Также

при 25 °С. Протекает быстрая реакция, сопровождающаяся образованием диметилсульфида и элементной серы. В качестве основного продукта были выделены производные 1,2,4-тиадиазола (схема 2). Использование избытка ДМСО или HCl быстрой и полной конверсии влияет на выходы целевых описано взаимодействие 2-цианотиоакриламидов с системой ДМСО-НС1-ацетон в аналогичных условиях. Установлено, что данная реакция даёт те же продукты окислительной димеризации.

В спектрах ЯМР :Н полученных соединений обнаруживается удвоенный набор сигналов ароматического заместителя и два сигнала протонов СН акрилонитрильного фрагмента в интервале 8,368,83 м.д. В ИК-спектрах присутствуют интенсивные полосы поглощения при 2208-2221 см-1, соответствующих валентным колебаниям

сопряженных групп C=N.

CN

АГ

NH2

DMSO HCl

SR Me,S

Схема 2. Окислительная димеризация 2-цианотиоакриламидов Ar = 4-CICH4, 2,4-ChCHi, 4-OHCH4, 2-CICH4

Полученные нами производные 1,2,4-тиадиазола были окислены в условиях реакции Радзишевского (Н2О2 32%, КОН 10%) с вовлечением только одного из акрилонитрильных фрагментов и образованием смесей эпоксиамидов (схема 3).

Реакция протекает неселективно и дает смесь продуктов региоизомерного окисления. Лишь в одном из случаев удалось выделить продукт двойного эпоксидирования. Ввиду невысоких выходов (3550%) и неселективности протекания реакции данный способ получения эпоксиамидов нельзя считать препаративным. Низкие выходы обусловлены тем, что исходные 1,2,4-тиадиазолы плохо растворимы в спирте, а также тем, что гидроксид калия, будучи сильным основанием вызывает гидролиз образующихся эпоксиамидов.

Также установлено, что обработка раствора 3,5-(а-цианостирил)-1,2,4-тиадиазолов в ацетоне избытком 32%-ной Н2О2 в присутствии эквивалентного количества К2СО3 при кратковременном нагревании приводит к эпоксиамидам с более высокими выходами (70-80 %) (схема 4).

Ar

NC //

NC

Ar

H2O2 KOH

Ar

S

N

CN

N^Ar +

CONH2

Ar

NC

NC

O4N

Ar

KOH

Cl

CONH2 N

N.

CONH2

Схема 3. Окисление 3,5-(а-цианостирил)-1,2,4-тиадиазолов по Радзишевскому Ar

4-HOCH4, 2-CICH4

4-CICH4, 2,4-CbCHi,

CN

NC

NC Ar- //

Ar

H2O2

K2CO3

acetone

Ar

S

N

CN

N ^ CONH2

NC

N

Ar

Ar-

Ar

Схема 4. Окисление 3,5-(а-цианостирил)-1,2,4-тиадиазолов по Радзишевскому Ar

4-HOCH4, 2-CICH4

4-CICH4, 2,4-ChCHi,

Увеличение выхода продуктов реакции обусловлено тем, что ранее описанная методика (схема 3) была модифицирована - исходные 1,2,4-тиадиазолы хорошо растворимы в ацетоне, а поташ не вызывает гидролиза образующихся соединений.

В реакцию вместо

арилметиленцианотиоацетамидов также может быть

введен продукт конденсации цианотиоацетамида с изатином, продукт его окислительной димеризации при окислительном гидролизе по Радзишевскому также реагирует с образованием смеси эпоксиамидов (схема 5).

N

N

H

N

H2O2

N

+

H

N

Схема 5 Окисление производного изатина по Радзишевскому

Строение синтезированных соединений подтверждается результатами спектральных исследований. Так, в ИК-спектрах обнаруживаются полосы поглощения, соответствующие валентным колебаниям амидной группы с максимумами в областях 3370-3300 см-1(Ж) и 1660-1670 (С=0), а так же полосы поглощения в интервале 2210-2221 см-1, соответствующих валентным колебаниям

сопряженной цианогруппы. ЯМР 1Н спектр эпоксиамидов характеризуется наличием двух узких синглетов протонов оксиранового цикла в интервале 4.72-4.81 м.д. Сигнал амидной группы и сигналы ароматического заместителя разрешается в виде мультиплета при 7.35-7.71 м.д. Сигналы протонов СН акрилонитрильного фрагмента обнаруживаются в интервале 8,14-8,42 м.д.

Получение (2Е,2'Е)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис(З-арилакрилонитрилов) (общая

методика)

NC

Ar

N

CONH2

CN

W Ar +

NC

Ar

В стакане объёмом 50 мл суспендировали в 10 мл этилового спирта 0,37 г (1 ммоль) соответствующего 1,2,4-тиадиазола, предварительно тщательно растертого до порошкообразного состояния. Смесь подогревали до 30°С. Далее добавляли по каплям 0,07 мл (0,1 ммоль) 10% КОН (р = 1,0904 г/см3). Реакционная смесь темнела до вишнево-красного цвета. Затем по каплям прибавляли 0,95 мл (0,01 моль) 32% раствора Н2О2 (р = 1,112 г/см3). Смесь при интенсивном перемешивании нагревали до начала бурной экзотермической реакции,

сопровождающейся выделением кислорода и осветлением реакционной смеси и образованием белого мелкокристаллического осадка. Смесь перемешивали ещё 30 минут до полного исчезновения ярко-желтой окраски исходного тиадиазола. Затем осадок осаждали водой и отфильтровывали, промывали спиртом и водой.

В стакан объёмом 10 мл вносили соответствующий непредельный тиоамид массой 0,3 г (1.5 ммоль), добавляли 0.6 мл (8.45 ммоль) ДМСО, смесь подогревали до полного растворения тиоамида (60 °C). К полученному раствору при постоянном перемешивании добавляли по каплям 0.5 мл (4.7 ммоль) 30% HCl. При этом происходило моментальное окрашивание реакционной смеси в красный цвет, затем обесцвечивание и помутнение (образование коллоидной серы), и в течение нескольких секунд образовывался осадок продукта (Внимание! Выделяется диметилсульфид!). Полученную суспензию перемешивали при кипении в течение 1-2 мин, охлаждали, разбавляли 5 мл воды, отфильтровывали осадок. Для очистки от примеси серы полученный продукт перекристаллизовывали из ацетона, уксусной кислоты или путем повторного осаждения из ДМСО с водным этиловым спиртом.

Окисление 3,5-(а-цианостирил)-1,2,4-тиадиазолов по Радзишевскому (общая методика)

Окисление 3,5-(а-цианостирил)-1,2,4-тиадиазолов системой H2O2 - K2CO3 (общая методика)

NC

Ar

S

N'

CONH2

CN

NC

Ar

В стакан объёмом 50 мл вносили соединение 25Ь массой 0,41 г (1 ммоль) и растворяли в 5 мл ацетона. Смесь подогревали до 30°С. И добавляли тщательно растертый до порошкообразного состояния поташ массой 0,056 г. Реакционная смесь темнела до вишнево-красного цвета. Затем по каплям прибавляли 0,95 мл (0,01 моль) 32% раствора Н2О2 (р = 1,112 г/см3). Смесь при интенсивном перемешивании нагревали до начала бурной экзотермической реакции, сопровождающейся выделением кислорода и осветлением реакционной смеси, а также образованием белого мелкокристаллического осадка. Смесь перемешивали ещё 30 минут до полного исчезновения ярко-желтой окраски исходного тиадиазола. Затем осадок осаждали водой и отфильтровывали, промывали спиртом и водой.

N

S

N

H

N

H

+

Заключение

В заключение стоит отметить, что перекись водорода может быть с успехом использована для окисления многих соединений с акрилонитрильным фрагментом. Реакция окисления 3,5-(а-цианостирил)-1,2,4-тиадиазолов протекает неселективно, и дает смесь продуктов региоизомерного окисления. Строение полученных эпоксиамидов подтверждено встречным синтезом - окислением системой K2CO3 -H2O2, а также комплексом спектральных методов. Ввиду невысоких выходов и неселективности протекания реакции данный способ получения эпоксиамидов нельзя считать препаративным.

Список литературы

1. Доценко В.В., Кривоколыско С.Г. Окисление тиоамидов системой ДМСО-НС1: удобный и эффективный метод синтеза 1,2,4-тиадиазолов, изотиазоло[5,4-Ь]пиридинов и гетероциклических дисульфидов // Химия гетероциклических соединений. 2013. №4. С. 682690.

2. Murray, J.V. and Cloke, J.B., 1934. The Formation of Glycidamides by the Action of Hydrogen Peroxide on a,P-Ethylenic Nitriles // Journal of the American Chemical Society, 56(12), pp.2749-2751.

3. Payne, G.B., 1961. Reactions of hydrogen peroxide. VIII. Oxidation of isopropylidenemalononitrile and ethyl isopropylidenecyanoacetate // The Journal of Organic Chemistry, 26(3), pp.663-668.

4. Igarashi, M. and Midorikawa, H., 1961. Syntheses of alpha-keto amides and acids from ethyl alkylidenecyanoacetate // Bulletin of the chemical society of Japan, 34(10), pp.1543-1544.

5. Dotsenko, V.V., Krivokolysko, S.G., Litvinov, V.P. and Gutov, A.V., 2007. The Radziszewski oxidation of (E)-3-aryl-2-(thiazol-2-yl)acrylonitriles: A convenient diastereoselective synthesis of (2S,3S)-3-aryl-2-(thiazol-2-yl) oxirane-2-carboxamides // Doklady Chemistry, Vol. 412, No. 2, pp. 29-32.

6. Dotsenko, V.V., Krivokolysko, S.G. and Litvinov, V.P., 2005. Oxidation of 2-(thiazol-2-yl)acrylonitrile derivatives with an H2O2-KOH system: Convenient route to new oxirane-2-carboxamides // Russian chemical bulletin, 54(10), pp.2394-2397.

7. Dotsenko, V.V., Krivokolysko, S.G. and Litvinov, V.P., 2011. The Radziszewski oxidation of cycloalkylidene-a-(thiazol-2-yl) acetonitriles: A new approach toward spirooxiranes // Journal of Heterocyclic Chemistry, 48(1), pp.162-167.

8. Litvinov V. P. Cyanoacetamides and their thio- and selenocarbonyl analogues as promising reagents for fine organic synthesis // Russian Chemical Reviews -1999. - Vol. 68. № 9. - P. 737-763.