CC BY
10
УДК 547.78; 546.223.1'131
ПРИСОЕДИНЕНИЕ SCl2, S2Cl2 И KICl2 К АЛЛИЛЬНЫМ СУЛЬФИДАМ - ПУТЬ К СЕРОСОДЕРЖАЩИМ ГЕТЕРОЦИКЛАМ
A. В. Анисимов, П.А. Рамазанова*, М.В. Вагабов*, С.Е. Сосонюк, А.В. Тараканова, Н.В. Зык
(кафедра химии нефти и органического катализа, кафедра органической химии)
Изучено присоединение монохлорида серы S2C12, дихлорида серы SC12 и дихлориодата (I) калия KIClj к 2-аллилтиобензимидазолу, 2-аллилтиобензоксазолу и 2-аллил-тиобензтиа-золу. В случае 2-аллилтиобензимидазола синтезированы новые SjN-гетероциклы.
Реакции различных ненасыщенных соединений с SCl2 представляют интерес как удобные методы синтеза дихлор-сульфидов и серосодержащих гетероциклических соединений [1-3]. Присоединение дихлорида серы SCl2 к циклогек-сену и последующая реакция полученных дихлорсульфидов с дитиолами приводит к 12- и 15-членным тиакраун-эфи-рам [4]. Другим подходом к серосодержащим гетероциклам может быть реакция SCl2 с тиофенолом и аллилбромидом в присутствии BuLi с промежуточным образованием три-метилстаннил-производного и приводящая к 2-винил-1,3-бензодитиолу [5]. В этой работе мы описываем присоединение SC12, S2C12, и KIC12 к 2-аллилтиобензимидазолу как один из потенциальных синтетических подходов к новым S,N-гетероциклам.
2-Аллилтиобензимидазол (1) реагирует с дихлоридом серы в растворе дихлорметана с образованием нового гетероциклического соединения - 2-хлорметил-2,3-дигидро-[1,4,2]дитиазино[2,3-а]бензимидазола (2) с выходом 63% (схема 1).
3, 4
S,Cl,
Cl
SCl
C х е м а 2
3, 4
5 X=O
6 X=S
C х е м а 1
Доказательством образования гетероциклической структуры является отсутствие сигнала Н-атома КН-группы в ЯМР 'Н спектре полученного соединения. Химический сдвиг этого протона в спектре ЯМР 'Н исходного сульфида проявляется при 10.3 м.д. как широкий синглет.
При взаимодействии 2-аллилтиобензоксазола (3) и 2-аллилтиобензтиазола (4) с 8С12 в тех же условиях при соотношении 8С12: аллилсульфид = 1:1 были получены
соответствующие трис-дихлорсульфиды 5 и 6 линейной структуры с выходом 53% и 30% (схема 2).
Такой результат реакции обусловлен отсутствием Н-атома в гетероциклическом кольце в исходных сульфидах 3 и 4, что исключает циклизацию промежуточно образующегося сульфенилхлорида. В этом случае реакция протекает как межмолекулярное присоединение промежуточного нестабильного сульфенилхлорида к исходному сульфиду.
Монохлорид серы 82С12 менее известен, чем дихлорид серы, как реагент для электрофильного присоединения к ненасыщенным соединениям с конечным образованием гетероциклических соединений [6, 7]. При реакции 2-аллилтиобензимидазола с 82С12 было получено только одно соединение с 30%-м выходом. Данные ЯМР и масс-спектров, а также наличие в молекуле исходного 2-аллилтиобензи-мидазола Н-атома, способного к отщеплению в ходе циклизации, дает возможность предположить, что результатом этой реакции является 3-хлорметил-3,4-дигидро-[1,2,5,3]тритиаазепино[3,4-а]бензимидазол (7) с дисульфид-ной связью в семичленном кольце (схема 3).
В результате реакции 2-аллилтиобензоксазола (3) и 2-аллилтиобензтиазола (4) с монохлоридом серы в обоих случаях были получены соответствующие трис-дихлорди-сульфиды (8, 9) линейной структуры (схема 4).
Образование трмс-дихлорсульфидов 8 и 9, а не соединений циклического строения, как в случае 2-аллилтиобензи-
* Дагестанский государственный технический университет.
C х е м а 3
C х е м а 4
мидазола, связано с отсутствием в соединениях 3 и 4 Н-ато-ма, способного к элиминированию в ходе реакции циклизации.
Дихлориодат (I) калия, который можно рассматривать как один из наиболее подходящих электрофильных реагентов для AdE-иодхлорирования [8], также использован нами для синтеза новых гетероциклических соединений. В результате реакции KICl2 с 2-аллилтиобензимидазолом (1), которая проводилась при 0° в смеси метанола и трихлорметана, была получена смесь двух изомерных гетероциклических соединений 10 и 11 в отношении 4:1 с общим выходом 75%. Их появление может быть объяснено как результат начального присоединения KICl2 к исходному сульфиду 1 с образованием в качестве интермедиата иодониевого иона. Последующее элиминирование HCl приводит к образова-
нию двух гетероциклических соединений, которые могут рассматриваться как продукты начального Марковниковско-го и анти-Марковниковского присоединения S2Cl2 к двойной связи аллильной группы (схема 5).
Реакция 2-аллилтиобензоксазола (3) с KICl2 в сухом хлористом метилене протекает региоспецифично, был получен только один продукт иодхлорирования аллильной двойной связи 12 (выход 90%). По сравнению с оксазолом 3 присоединение KICl2 к 2-аллилтиобензтиазолу (4) приводит к смеси двух нециклических соединений 13 и 14 (общий выход 83%) в отношении 4:1, что можно считать результатом Марковниковского и анти-Марковниковского присоединения к аллильной двойной связи (схема 6).
Причиной такого различия в поведении сульфидов 3 и 4 может быть присутствие в их пятичленных гетероциклах разных гетероатомов - кислорода и серы, что приводит к различной поляризации двойной связи в аллильной группе.
Таким образом, присоединение SCl2, S2Cl2 и KICl2 к 2-аллилтиобензимидазолу может рассматриваться как перспективный путь получения 8,М-содержащих гетероциклических соединений.
Экспериментальная часть
Спектры ЯМР 1H и 13C регистрировались на спектрометре VXR-400 рабочей частотой 400МГц; использовали 25%-е растворы образцов в DMSO-d6 и дейтерохлорофор-ме. В качестве внутреннего стандарта применяли тетраме-тилсилан. Хроматомасс-спектрометрический анализ проводили на приборе "Finnigan MAT 112s" в режиме электронного удара при ионизирующей энергии 70 эВ и "Varian 3700 gas Chromatograph" со стеклянной капиллярной колонкой с неподвижной фазой SE-30, l = 50 м, d = 0,25 мм, в режиме программирования температуры от 100 до 210°, газ-носитель - гелий.
2-Аллилтиобензимидазол, 2-aллилтиобензоксазол и 2-aллилтиобензтиазол синтезировали согласно [9], использовали продажный дихлорид серы SCl2 от фирмы "Merck".
Монохлорид серы S2Cl2: Газообразный хлор пропускали в подогреваемую колбу, в которую поместили 70 г кристаллической серы, в течение 18 ч. После перегонки продукта реакции получен чистый S2Cl2, выход 92%, Ткип = 137-138°.
C х е м а 5
KICl,
KICl,
C х е м а 6
Cl
12
Cl
13
Cl
14
2-Хлорметил-2,3-дигидро[1,4,2]дитиазино[2,3-а]бензимидазол (2). Раствор 1 (10 ммоль) в 60 мл сухого CH2Cl2 охлаждали до -40°, при интенсивном перемешивании в атмосфере азота в течение 1 ч прибавляли раствор свежеперегнанного SCl2 (1,02 г, 10 ммоль) в 10 мл сухого CH2Cl2. Реакционную смесь перемешивали в течение 5 ч при комнатной температуре. Растворитель отгоняли в вакууме, остаток очищали методом жидкостно-адсорбционной хроматографии на силикагеле (50 г, в качестве элюента использовали бензол-ацетонитрил-ацетон, 2:1:2). Выход 63% (1,2 г), т. пл. 176-178°. ЯМР :H спектр (DMSO-d6): 3.82 (м, SCH2), 4.12 (м, SCH), 4.56 (м, CH2Cl), 7.31 -7.69 (м, 4 H, Ar). ЯМР 13C спектр (CDCl3): 35.46 (SCH2), 36.21 (SCH), 46.23 (CH2Cl), 113.39, 124.90, 133.64 (C4, C9), 149.31 (C2). Масс-спектр: (m/z, I отн.,%): 256 [M+] (1), 222 (13), 189(44), 175 (90), 150 (100), 134 (11), 117 (52), 106 (17), 90 (22), 64(56). Найдено, %: C 46.80, H 3.41, Cl 13.90, N 10.93. C10H9C1N2S2. Вычислено, %: C 46.79, H 3.50, Cl 13.81, N 10.91.
Бис[1-хлорметил-2-(бензоксазолил-2-тио)этил]сульфид
(5). К раствору 3 (10 ммоль) в 60 мл сухого CH2Cl2 при интенсивном перемешивании и охлаждении до -40° добавляли раствор SCl2 (1,02 г, 10 ммоль) в 10 мл CH2Cl2 в течение 1 ч. Реакционную смесь перемешивали в течение 5 ч при комнатной температуре. Растворитель отгоняли в вакууме, остаток пропускали через слой силикагеля (40 г, в качестве элюента использовали бензол-эфир-ацетонитрил, 2:1:1). Выход 53%, Т1Ш = 128-130°. ЯМР :H спектр (DMSO-d6): 5 = 3.78 (m, 2 H, SCH2), 3.97 (m, 2 H, CH2Cl), 4.18 (m, 1 H, SCH), 7.31 -7.94 (m, 8 H, Ar). ЯМР 13C спектр (CDC13): 5 = 35.36 (SCH2), 47.04 (CH2Cl), 53.02 (SCH), 109.81, 118.31, 124.33, 134.03 (C6,C6,,C9,C9,) 141.33 (C4,C4,), 151.81 (C5,C5,), 163.83 (C2,C2,). Масс-спектр: (m/z, I отн.,%): 84 [M+](2), 258(18), 222(96), 190(41), 159(13), 151(100), 122(73), 103(11), 79(25), 64(12), 41(55). Найдено, %: C 49.48, H 3.70, Cl 14.62, N 5.75. C20H18Cl2N2O2S3. Вычислено, %: C 49.50, H 3.71, Cl 14.61, N 5.78.
Бис[1-хлорметил-2-(бензтиазолил-2-тио)этил] сульфид
(6). Раствор 4 (10 ммоль) в 60 мл сухого CH2Cl2 охлаждали до -40°, при интенсивном перемешивании в атмосфере азота в течение 1 ч прибавляли раствор свежеперег-нанного SCl2 (1,02 г, 10 ммоль) в 10 мл сухого CH2Cl2.
Реакционную смесь перемешивали в течение 5 ч при комнатной температуре. Растворитель отгоняли в вакууме, остаток очищали колоночной хроматографией на силикагеле (40 г, в качестве элюента использовали бензол-ацетон, 10:1). Выход 30% (0,62 г), Тпл = 155 -157°. ЯМР :H спектр (DMSO-d6): 3.67 (м, 2 H, SCH2), 3.89 (м, 2 H, CH2Cl), 4.01 (м, 1 H, SCH), 7.33-7.99 (м, 8 H, Ar). ЯМР 13C спектр (CDC13): 35.67 (SCH2), 41.47 (CH2Cl), 56.04 (SCH), 115.57 (C9,C9,), 126.46 (C8,C8,), 126.84 (C7,C7,), 128.75 (C6,C6,), 134.27 (C5, C5,), 136.48 (C4,C4,), 152.77 (C2,C2,). Масс-спектр: (m/z, I отн.,%): 239(100), 224(9), 206(32), 167(32), 148(57), 121(17), 108(13), 76(20), 69(17), 45(21). Найдено, %: C 46.50, H 3.49, Cl 13.50, N 5.40. C20H18Cl2N2S5. Вычислено, %: C 46.42, H 3.48, Cl 13.70, N 5.41.
3-Хлорметил-3,3-дигидро [ 1,2,5,3]тритиазепино[3,4-а]бензимидазол (7). Раствор 1 (10 ммоль) в 60 мл сухого CH2Cl2 охлаждали до -40°, при интенсивном перемешивании в атмосфере азота в течение 1 ч прибавляли раствор свежеперегнанного S2Cl2 (1,35 г, 10 ммоль) в 10 мл сухого CH2Cl2. Реакционную смесь перемешивали в течение 5 ч при комнатной температуре. Растворитель отгоняли в вакууме, остаток очищали методом жидко-стно-адсорбционной хроматографии на силикагеле (40 г, в качестве элюента использовали бензол-ацетонитрил-ацетон, 4:1:2). Выход 30% (0,57 г), т.пл. 160-162°. ЯМР :H спектр (DMSO-d6): 3.68 (м, 2 H, CH2Cl), 3.93 (м, 2 H, SCH2), 4.12 (м, 1 H, SCH), 7.22 -7.33 (м, 4 H, Ar). ЯМР 13C спектр (CDCl3): 36.01 (SCH2), 37.29 (SCH), 46.39 (CH2Cl), 113.23 (C7,C8), 124.84 (C6,C9). 133,17 (C4,C5), 149.21 (C2). Масс-спектр: (m/z, 1отн,%): 254(1), 222(24), 190(40), 175(100), 150(96), 134(16), 117(41), 106(17), 90(19), 75(12), 64(10), 45(14). Найдено, %: C 41.47, H 3.18, C1 12.40, N 9.76. CI0H9ClN2S3. Вычислено, %: C 41.59, H 3.12, C1 12.28, N 9.70.
Бис[1 -хлорметил-2-(бензоксазолил-2-тио)этил] дисульфид (8). К раствору 3 (10 ммоль) в 60 мл сухого CH2Cl2 при интенсивном перемешивании и охлаждении до -40° добавляли раствор S2Cl2 (1,35 г, 10 ммоль) в 10 мл CH2Cl2 в течение часа. Реакционную смесь перемешивали 1 ч при комнатной температуре и отфильтровывали. Преципитат промывали CH2Cl2 (3 x 10 мл). Выход дисульфида 8 27 % (0,52 г), т.пл. 175 -177°. ЯМР 1H спектр (DMSO-d6): 3.88 (м, 2 H, SCH2 ), 4.28 (м, 1 H, SCH), 3.97 (м, 2 H, CH2Cl), 7.31 -7.94 (м, 8 H, Ar). Масс-спектр: (m/z, I отн.,%): 484 (2), 445(1), 298(9), 258(21), 222(20), 190(60), 176(12), 151(57), 122(21),77(53), 64 (38). Найдено, %: C 46.48, H 3.49, CI 13.82, N 5.43. C20H18Cl2N2O2S4. Вычислено, %: C 46.43, H 3.48, CI 13.70, N 5.41.
Бис[1-хлорметил-2-(бензтиазолил-2-тио)этил]дисульфид (9). Раствор 4 (10 ммоль) в 60 мл сухого CH2Cl2 охлаждали до -40°, при интенсивном перемешивании в атмосфере азота в течении 1 ч прибавляли раствор свежеперегнанного S2Cl2 (1.35 г, 10 ммоль) в 10 мл сухого CH2Cl2. Реакционную смесь перемешивали 5 ч при комнатной температуре. Растворитель отгоняли в вакууме, остаток очищали колоночной хроматографией на силикагеле (40 г, элюент-бен-зол-ацетон, 10:1). Выход 38% (0,78 г), Т = 214-215°.
3
I
4
+
+
ЯМР 'Н спектр (БМ80-а6): 3.79 (м, 1 Н, 8СН), 3.88 (м, 2 Н, 8СН2 ), 3.98 (м, 2 Н, СН2С1), 7.31 -7.94 (м, Аг). ЯМР 13С спектр (СБС13): 35.55 (8СН), 41.92 (8СН2), 63.12 (СН2С1), 125.15 (С9,СД 126.88 (С8,С8'), 127.75 (С7 ,С7'), 134.13 (С6,С6,), 136.44 (С5, С5,), 141.53 (С4,С4,), 163.83 (С2,С2'). Масс-спектр: (ш^, I отн.,%): 239(1), 206(18), 64(14), 63(18), 45(58), 192(35), 167(100), 135(7), 123(15), 108(38), 103(16), 82(10), 69(31), 64(14), 63(18), 45(58). Найдено, %: С 43.69, Н 3.20, С1 12.82, N 5.06. С20Н18С12К286. Вычислено, %: С 43.72, Н 3.28, С1 12.90, N 5.10.
3-Иодометил-2, 3-дигидро [1,3]тиазоло[3,2-a]бензимидазол (10) и 3-иодо-3,4-дигидро-2Н-[1,3]тиазино-2H-[3,2-a]бензимидазол (11). К раствору 1 (0.95 г, 5 ммоль) в 10 мл смеси метанола и хлороформа (1:1) в атмосфере сухого азота при перемешивании и охлаждении до -5° небольшими порциями прибавляли К1С12(1) (1,18 г, 5 ммоль). Очередную порцию К1С12 прибавляли после того, как раствор обесцвечивался. По окончании прибавления реагента реакционную смесь перемешивали еще 15 мин. Преципитат отфильтровывали и промывали сухим метанолом (310 мл). Выделили белый порошок, который перекристаллизовывали из ацетонитрила. Получена смесь бензимидазолов 10 и 11 (4:1), выход 75% (0,75 г), Тпл = 163-165°.
3-Иодометил-2,3-дигидро[1,3]тиазоло13,2-а]бензимида-зол (10). ЯМР :Н спектр (БМ80-а6): 3.78 (м, 2 Н, СН21), 4.59 (дд, 2 Н, СН2), 4.80 (дд, 2 Н, СН2), 5.14 (м, 1 Н, КСН), 7.33-7.66 (м, 4 Н, Аг). ЯМР 13С спектр (СБС13): 8.74 (СН21), 34.70 (8СН2), 56.38 (С3), 110.11, 115.69, 122.89, 123.00, 137.54, 138.08 (С4-С9, Аг), 158.25 (С2).
3-Иодо-3,4-дигидро-2H-[ 1,3 ]тиазино-2H-[ 3,2-a]бензимидазол (11). ЯМР :Н спектр (БМ80^6): 3.69 (м, 2 Н, СН28), 3.82 (м, 2 Н, СН28), 3.95 (дд, 2 Н, КСН2), 4.30 (дд, 2 Н, КСН2), 5.04 (м, 2 Н, СН21), 7.21-7.51 (м, 4 Н, Аг). ЯМР "С спектр (СБС13): 16.02 (СН1), 41.05 (8СН2), 51.00 (КСН2). Масс-спектр: (ш^, I отн.,%): 316[М+](100), 208(3), 189(83), 175(29), 162(36), 130(36), 102(11), 90(24), 63(17), 64(14). Най-
дено, %: C 37.97, H 2.80, N 8.80. C1OH9IN2S. Вычислено, %: C 37.99, H 2.85, N 8.86.
2-(3-Хлор-2-иодопропилтио)бензоксазол (12). В атмосфере сухого азота KIC12 (1,18 г, 5 ммоль) прибавляли к раствору 2 (0,95г, 5 ммоль) в 10 мл CH2C12. По окончании прибавления преципитат отфильтровывали и промывали сухим CH2C12 (310 мл). После перекристаллизации из аце-тонитрила бензоксазол 12 получен с выходом 90% (0,83 г), т.пл. 182-184°. ЯМР :H спектр (DMSO-d6): 3.46 (м, 2 H, SCH2), 4.28 (м, 2 H, CH2C1), 4.76 (м, 1 H, CHI), 7.10-7.34 (м, 4H, Ar). ЯМР 13C спектр (CDC13): 27.87 (CHI), 43.85 (SCH2), 48.20 (CH2C1), 109.84, 117.26, 122.55, 123.99 (C6 -C9), 131.38 (C5), 141.87 (C4), 153.65 (C2). Масс-спектр: (m/ z, I отн.,%): 353 [M+](2), 226(26), 206(6), 191(96), 176(100), 162(62), 150(3), 122(63), 77(16), 51(13). Найдено, %: C 33.90, H 2.50, N 3.97. C10H9C1INOS. Вычислено, %: C 33.97, H 2.54, N 3.97.
2-(2-Хлор-3-иодопропилтио)бензтиазол (13) и 2-(3-хлор-2-иодопропилтио)бензтиазол (14). По методике, описанной для бензимидазола 1 с дихлориодатом калия, получена смесь бензтиазолов 13 и 14 (4:1), выход 83% (0,85 г), Тпл = 141-143°.
2-(2-Хлор-3-иодопропилтио)бензтиазол (13). ЯМР :H спектр (DMSO-d6): 3.82 (дд, 2 H, CH2I), 4.05 (дд, 2 H, SCH2), 4.62 (дд, 2 H, CHS), 5.95 (м, 1 H, CHC1), 7.62 -8.29 (м, 4 H, Ar). ЯМР спектр (CDC13): 6.34 (CHI), 43.22 (SCH2), 62.89 (CHC1), 115.23, 125.22, 127.11, 129.00, 134.10, 136.27 (C4 -C9), 183.01 (C2).
2-(3-Хлор-2-иодопропилтиотио)бензтиазол (14). ЯМР 1H спектр (DMSO-d6): 4.17 (дд, 2 H, CH2S), 4.35 (дд, 2 H, SCH2), 4.93 (дд, 2 H, CH2C1), 5.19 (м, 1 H, CHI), 5.21 (дд, 2 H, CH2C1), 7.70-8.33 (м, 4 H, Ar). ЯМР 13C спектр (CDC13): 6.34 (CHI), 43.22 (SCH2), 62.89 (CHC1), 115.23, 125.22, 127.11, 129.00, 134.10, 136.27 (C4 -C9), 183.01 (C2). Масс-спектр: (m/z, I отн.,%): 242 [M -I](34), 206(100), 192(54), 173(15), 167(70), 148(6), 122(13), 108(39), 75(13), 69 (31). Найдено, %: C 32.52, H 2.40, N 3.70. C10H9C1INS2. Вычислено, %: C 32.50, H 2.43, N 3.79.
Данная работа выполнена при финансовой поддержке научной программы Министерства образования РФ
(грант № 98-8-1.1-80) и РФФИ (грант N 99-03-33093).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Tolstikov G.A. // Sulfur Reports. 1983. 3. P. 39.
2. Lautenschlaeger F.K. // J. Org. Chem. 1969. 34. P. 3998.
3. MuehlstaedtM., Uhlmann H. // Z. Chem. 1987. 27. P. 34.
4. Архипов А.Ю., Чертков В.А., Самошин В.В., Анисимов А.В. //
ХГС. 1996. С. 564.
5. Grishkyan А.А., Koldobsky А.В., Tarakanova А.У., Anisimov A.V. //
Sulfur Letters. 1996. 20. P. 117.
6. Langhals H, Wagner B, Polborn K. // Tetrahedron. 1996. 52. P. 1961.
7. Macho S., Rees C. W., Rodriguez T., Torroba T. // Chem. Сот. 2001.
P. 403.
8. Zefirov N.S., Sereda G.A., Sosonuk S.E. et al. // Synthesis. 1995.
P. 1359.
9. Suri O.P., Khajuria R.K., Saxena D.B. et al. // J. Heterocyc. Chem.
1983. 20. P. 813.
Поступила в редакцию 18.05.02
