CC BY
18
УДК 547.425
СИНТЕТИЧЕСКИЕ ТРАНСФОРМАЦИИ ПРОДУКТОВ РЕАКЦИИ ХЛОРСУЛЬФЕНИЛИРОВАНИЯ ЦИКЛОГЕКСЕНА: НУКЛЕОФИЛЬНОЕ ЗАМЕЩЕНИЕ ГАЛОГЕНА НА АМИНО-И МЕРКАПТО-ГРУППУ. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ АМИНОСУЛЬФИДОВ И МЕРКАПТОСУЛЬФИДОВ В РЕАКЦИЯХ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ
Н.С. Дубинина, Е.К. Белоглазкина, Н.В. Зык
(кафедра органической химии)
На основе (2-хлорциклогексил)фенилсульфида и 2,2'-дихлордициклогексилсульфида по реакции Габриэля или действием тиомочевины с последующим щелочным гидролизом синтезированы (2-аминоциклогексил)фенилсульфид, (2-меркаптоциклогек-сил)-фенилсульфид, 2,2'-диаминодициклогексилсульфид и 2,2'-димеркаптодицикло-гексилсульфид. Изучена возможность комплексообразования полученных соединений с переходными металлами (N¡(11), Со(И), Си(Н), Ре(Ш)).
Ранее нами был разработан метод галогенсульфени-лирования непредельных соединений производными сульфеновых и сульфоксиловых кислот (сульфенами-дами и сульфенилацетатами [1, 2], тиобисаминами [3], дитиобисаминами [4]) в присутствии оксогалоге-нидов фосфора. Простота эксперимента, высокие выходы и устойчивость исходных соединений делают найденные реакции удобной альтернативой существующим методам галогенсульфенилирования при помощи сульфенилгалогенидов и галогенидов серы (II). В данной работе исследована возможность синтетических трансформаций продуктов присоединения арил-сульфенамидов и тиобисаминов к алкенам в присутствии РОНа13, проведено также исследование (2-хлор-циклогексил)фенилсульфида 1 и 2,2'-дихлордицикло-гексилсульфида 2, синтезированных по предложенным ранее методикам [2, 3], в реакциях нуклеофильного замещения галогена на амино- и меркаптогруппу. На схеме 1 для соединений 2, 5 и 6 показан только один из двух образующихся диастереомеров.
Для получения меркаптосульфидов 3, 5 был использован стандартный метод замещения галогена на меркапто-группу действием тиомочевины с последующим омылением образовавшейся алкилти-оурониевой соли. Диамины 4, 6 были получены двухстадийным синтезом по Габриэлю. Для гидролиза промежуточно образующегося фталимидного
производного помимо щелочного гидролиза были опробованы также методы обработки кислотой и расщепления гидразингидратом, однако выяснилось, что к максимальному выходу целевого продукта приводит щелочной гидролиз.
Поскольку дихлорсульфид 2, использовавшийся для получения соединений 5, 6, представляет собой смесь диастереомеров, диамин 6 и дитиол 5, также имеющие в своем составе по три асимметрических центра, были выделены в виде смесей двух диасте-реомерных форм, отличающихся конфигурацией заместителей при атомах С1 и С2 и проявляющихся в спектрах ПМР в виде набора сигналов одинаковой мультиплетности с различными химическими сдвигами [5]. По данным спектров ЯМР соотношение (с11)-\ мезо- = 1:1 (схема 2).
Полученные соединения 3-6, имеющие в своем составе 2 или 3 донорных атома азота или серы и представляющие собой поэтому потенциальные лиганды для комплексообразования с переходными металлами, были введены в реакции с солями N¡(11), Со(П), Си(П) и Ре(Ш). В случае реакции металлических солей с диаминосульфидом 6 не наблюдается никаких видимых изменений, однако при смешивании этанольных растворов 3-5 и соли металла происходит быстрое изменение окраски раствора, свидетельствующее о протекании координации лиганда с ионом металла.
рн5-Ш2 ГУ
К2Ы-5-Ж2
гоа.
БРЬ
а
СТО
С1 С1 2
гт
Схема 1 БРЬ
БН БРЬ
3,60%
4,70%
ЫН2
6, 75%
I. 1 - С8(Ш2)2, ЕЮН; 2 - Ыа0Н/Н20. II. 1 - РШК; 2 - ЫаОН; Н20
Полученные металлические комплексы 7-13 были охарактеризованы данными ИК-, УФ- и масс-спектро-метрии, состав определен на основании данных элементного анализа. Соединения 7-13 представляют собой окрашенные порошкообразные вещества (7^ > 300°С. Установлено, что бидентатный Ы8-лиганд 4 образует с солями переходных металлов МХ2 иН20 комплексы состава М^^ /иЬ^О (М = N¡(11), Си(И); п = 1, 2; X = С1 или С104; Ь = 4, т = 0 или 4):
4 + №(С104)2-6Н20 №(4)2(С104)2
7
4 + СиС12-4Н20 -> Си(4)С12-4Н20
8
Электронные спектры полученных комплексов отличаются от соответствующих спектров исходных металлических солей, что подтверждает координацию
X X мезо- форма
X = С1, БН, ЫН2
лиганда с ионом металла. Так, для медного комплекса 8 в видимой области наблюдаются четыре полосы поглощения средней интенсивности при 257, 306, 461 и —885 нм, тогда как для слабо окрашенного никелевого комплекса 7 в видимой области вообще не удается наблюдать каких-либо полос поглощения заметной интенсивности, что характерно для октаэд-рических никелевых комплексов. Единственным наблюдаемым в УФ-спектре пиком оказывается полоса при 255 нм, обусловленная, по-видимому, поглощением органического лиганда.
Тиол 3 и дитиол 5, чувствительные к окислению, в ходе комплексообразования окисляются, вероятно, кислородом воздуха, и продуктами их реакций с солями металлов являются комплексы соответствующих дисульфидов 9-13 (схема 3).
В комплексах 9-13 в координации с ионом металла участвуют, вероятно, сульфидные и дисульфидные атомы серы органических лигандов. Для никелевого комплекса 9, как и для соединения 7, отсутствуют какие-либо сигналы в видимой части электронного спектра, что свидетельствует об октаэдрической координации иона металла. Наличие дисульфидных мостиков в органических лигандах комплексов 9-13 установлено на основании данных масс-спектромет-рии (для всех исследованных комплексов в масс-
Схема 3
М = Ni, n = 2, m = 24 (9) M = Co, n = 4, m = 12(10)
M = Ni,n=l (11) M = Co, n= 1 (12) M = Fe-Cl, n = 2 (13)
3 + МСЬ'бНгО M = Ni или Со
5 + МХщ'бНгО — MX,,, = NiCb, C0CJ2 или FeCb
спектрах наблюдаются пики полисеросодержащих ионов: 224 [(C6C10)S3Ph] (10); 178 [(C6C10)S3], 260 [(C6C10)2S3], 292[(C6C10)2S4], 374[(C6C10)3S4]) (11-13).
В масс-спектрах исследованных комплексов, полученных при ионизации электронным ударом, отсутствуют пики молекулярных ионов. Однако при использовании для анализа полученных соединений одного из наиболее мягких способов ионизации в масс-спектрометрии MALDI в масс-спектрах положительных ионов для комплексов 7, 11, 12 удалось наблюдать пики молекулярных ионов. Для комплексов 8, 9 в масс-спектре MALDI имеются пики, соответствующие частично дегидратированным молекулярным ионам, а для комплексов 10, 13 даже при регистрации масс-спектров образцов, адсорбированных на матрице, наблюдаются только пики ионов, образующихся при фрагментации М+.
Экспериментальная часть
Спектры ЯМР 1Н записывали на приборе "Varían VXR-400" с рабочей частотой 400 МГц при температуре 28°С. В качестве растворителя использовали CDC13. ИК-спектры записывали на приборе "UR-20" в тонкой пленке или в вазелиновом масле; электронные спектры - на приборе "Specord-M40" (200-900 нм) в кварцевой кювете толщиной 0,1 см при 20-22°С.
Масс-спектры с ионизацией электронным ударом (ЭУ) регистрировали с использованием хромато-масс-спектрометра "JMS-D300" с компьютером "JMA-2000" и хроматографом "НР-5890". Стандартные масс-спектрометрические условия: температура источника ионов 150°С, энергия ионизирующих электронов 70 эВ, ускоряющее напряжение 3 кВ, диапазон массовых чисел 40-400 а.е.м. Масс-спектральное исследование методом MALDI выполняли на времяпро-летном масс-спектрометре "Vision 2000" с Ы2-лазером (длина волны излучения 336 нм). В качестве матрицы использовали [3-(4-трет-бутилфенил)-2-метилпроп-2-енилидеи]малодинитрил (DCTB). Результаты, полученные при использовании в качестве матриц орто-ромбической серы и 9-нитроантрацена, были хуже. Регистрировали как положительные, так и отрицательные ионы. Приготовление образца заключалось в следующем: на металлическую мишень с помощью тонкого капилляра наносили несколько капель (менее 1 мкл) насыщенного раствора матрицы до образования (после испарения растворителя) тонкой пленки. Раствором анализируемого вещества также с помощью капилляра смачивали поверхность матричной пленки. Наилучшие условия для анализа были достигнуты при использовании описанной выше методики при регистрации положительных ионов. Для при-
готовления образца матрицу и вещество растворяли в ДМФА.
(2-Меркаптоциклогексил)фенилсульфид (3). К раствору 1,7 г (7,5 ммоль) 2-хлорциклогексил-фенилсульфида (1) в 30 мл С2Н5ОН добавили 1,14 г (15 ммоль) тиомочевины и кипятили в течение 6 ч. Выпавшую при охлаждении 8-алкилтиоурониевую соль отфильтровывали и без дополнительной очистки гидролизовали до тиола. Для гидролиза в двугорлую колбу помещали отфильтрованную тиоурониевую соль, добавляли 2-кратный избыток 0,5 N раствора ЫаОН и кипятили с обратным холодильником в течение 2 ч, пропуская слабый ток аргона. Охлажденную реакционную смесь подкисляли 2Ы НС1 до рН -4-5, отделили маслообразный органический слой, водный слой экстрагировали диэтиловым эфиром, объединенные органические слои сушили над М§804. После упаривания растворителя в вакууме получали 1,5 г тиола 3 с выходом 60 % в виде вязкой бесцветной жидкости, кристаллизующейся при хранении (20°С). Спектр ]Н ЯМР (5, м.д.): 7,20-7,50 м (5Н, РЬ), 3.4 м (1Н, НС8), 2.88 м (2Н, НСЭ), 2.00-2.30 м (2Н), 1.30-1.70 м (6Н). Спектр ИК: 2800 см"1 (8Н). Найдено, %: С 63,80; Н 7,14. С12Н1682. Вычислено, %: С 64,24; Н 7,19.
(2-Аминоциклогексил)фенилсульфид (4). К раствору 5,24 г (23 ммоль) 2-хлорциклогекс ил фенил-сульфида (1) в 40 мл ДМФА добавляли 3,4 г (23 ммоль) фталимида калия и кипятили в течение 7 ч. Раствор упаривали в вакууме досуха. К полученному 2-амино(К-фталимидоциклогексилфенил)сульфиду в 40 мл ЕЮН добавляли 2,3 г (46 ммоль) гидразингид-рата и кипятили смесь в течение 14 ч, после чего добавляли 2 мл конц. НС1 и кипятили еще 1 ч. После охлаждения выпавший фталоилгидразид отфильтровывали, а фильтрат упаривали досуха в вакууме. Полученный твердый остаток без дополнительной очистки растворяли в смеси Н20/ЕЮН (10 мл/10 мл) и после добавления 10%-го раствора ЫаОН до щелочной реакции проэкстрагировали Е^О. Органический экстракт сушили над Ыа2804 и упаривали в вакууме. Получили 3,3 г амина (70% от теоретического). Для получения дигидрохлорида соединения 4 его обрабатывали избытком эфирного раствора НС1, отфильтровывали выпавший осадок и высушивали в вакуум-эксикаторе Спектр ЯМР ]Н (5, м.д.): 7,15 м (5Н, аром); 2,60 м (2Н, НСИ, НС8); 1,95 с (2Н, Ш2); 1,80-1,05 м. (8Н). Спектр ЯМР 13С: 133,76 (С8
аром.); 132,85 и 128,54 (2С и 2С, аром.); 126,92 (аром.), 56,78 (СЫ); 53,71 (С8); 35,29; 33,25; 26,16; 24,68. Для гидрохлорида найдено, %: С 58,78; Н 7,31; N 5,51. С12Н18С1И8. Вычислено, %: С 59,10; Н 7,01; N 5,75.
2,2-Димеркаптодициклогексилсульфид (5). К раствору 8 г (30 ммоль) 2,2'-ди(хлорциклогексил)суль-фида 2 в 30 мл С2Н5ОН добавляли 5 г (70 ммоль) тиомочевины и кипятили в течение 6 ч. Выпавшую при охлаждении 8-алкилтиоурониевую соль отфильтровывали и без дополнительной очистки гидролизовали до тиола. Для гидролиза в двугорлую колбу помещали отфильтрованную тиоурониевую соль, добавляли двукратный избыток 0,5 N раствора №ОН и кипятили с обратным холодильником в течение 2 ч, пропуская слабый ток аргона. Охлажденную реакционную смесь подкисляли 2И НС1 до рН ~4-5, отделяли маслообразный органический слой, водный слой экстрагировали диэтиловым эфиром, объединенные органические слои сушили над М§804. После упаривания растворителя в вакууме получили 4,72 г дитиола 5 (выход 60 %) в виде вязкой бесцветной жидкости, кристаллизующейся при хранении (20°С). Спектр *Н ЯМР (8, м.д.): 3.95 ддд и 3.85 ддд (2Н, НС8, для обоих сигналов Jx 11.7 Гц, Зг 7.8 Гц, У3 3.7 Гц), 3.10 м и 3.05 м (2Н, НС8, для обоих сигналов У, 11.5 Гц, У2 4.5 Гц, Зъ 4.0 Гц), 2.37 м (4Н), 1.82 м (4Н), 1.37 м (4Н). Спектр ИК: 2800 см"1 (8Н). Найдено, %: С 55,53; Н 8,57; С12Н22 83. Вычислено, %: С 54,91; Н 8,45. Масс-спектр (ЭУ): 281 (М+-Н).
2,2-Диаминодициклогексилсульфид (6). К раствору 8 г (30 ммоль) 2,2'-ди(хлорциклогексил)сульфида 2 в 20 мл ДМФА добавляли 11.3 г (61 ммоль) фталимида калия и кипятили в течение 7 ч. Выпавший при охлаждении осадок 2,2'-ди(1Я-фталимидоцикло-гексил)сульфида отфильтровали и перекристаллизовали из С2Н5ОН. Выход дифталимидного производного составил 10,84 г (80% от теоретического); Т^ 220°С.
Для получения диамина 10,84 г 2,2'-ди(Ы-фтали-мидоциклогексил)сульфида растворяли при нагревании в 50 мл 40%-го ИаОН. Полученный раствор экстрагировали диэтиловым эфиром (2x25 мл), сушили над К2СОэ. После отгонки растворителя получили 5,13 г 2,2'-ди(аминоциклогексил)сульфида (выход 75% в расчете на исходный дихлорид) в виде коричневого масла. Для получения дигидрохлорида соединения 6 его обрабатывали избытком эфирного ра-
створа HCl, отфильтровывали выпавший осадок и высушивали в вакуум-эксикаторе. Спектр ПМР (5, м.д.): 3.25 ддд и 3.30 ддд (2Н, HCS, для обоих сигналов J, 14.5 Гц, J2 9.9 Гц, Jъ 4.3 Гц), 2.38 ддд и 2.52 ддд (2Н, HCN, для обоих сигналов J, 12.3 Гц, J2 9.9 Гц, J3 4.0 Гц), 2.21-1.92 м (8Н), 1.90 уш.с. (4Н, NH2), 1.70-1.56 м (8Н). Для дигидрохлорида найдено, %: С 47,54; Н 8,68; N 9,05. C12H26N2SC12. Вычислено, %: С 47,83; Н 8,70; N 9,30.
Получение комплексов Ni(II) и Cu(II) с (2-аминоциклогексил)фенилсульфидом 4
К 0,001 моль 4, растворенного в минимальном количестве EtOH, добавили 0,0005 моль Ni(C104)2-6H20 (или СиС12-6Н20), растворенного в минимальном количестве того же растворителя и оставляют полученный раствор на воздухе на несколько дней. После полного испарения растворителя к образовавшемуся маслу добавляли 3 мл Et20. Выпавший светло-зеленовато-серый (комплекс с Ni) или темно-зеленый (комплекс с Си) порошкообразный осадок отфильтровывали на воронке Бюхнера и сушили в вакууме.
Ni(C104)2(4)2 (7). Спектр ИК (см1): 1580, 1640, 3200-3500 (широкая полоса, Н20). УФ-спектр (X, нм (е, л моль'1 дм"1)): 255 (22860). Найдено, %: С 42,37; Н 5,25; N 3,68; C24H34Cl2N2NiOgS2. Вычислено, %: С 42,88; Н 5,10; N 4,17. Масс-спектр (MALDI): 670 (М+).
СиС12(4)4Н20 (8). УФ-спектр (X, нм (е, л моль-1 дм"1)): 257 (50360), 306 (25150), 461 (6550), -885 (5500). Найдено, %: С 34,00; Н 4,04; N 3,85. C12H23C12CuN04S. Вычислено, %: С 35,00; Н 5,63; N 3,40. Масс-спектр (ЭУ, m/z, (/, %)): 55 (С4Н7, 65%), 91 (С6Н9, 85%), 110 (PhSH, 100%), 123 (PhSCH2, 44%), 191 (C6HgSPh, 33%), 208 (4, 27%). Масс-спектр (MALDI): 394 (М+-Н20).
Получение комплексов Ni(II) и Co(II) с (2-меркаптоциклогексил)фенилсульфидом 3
К 0,001 моль тиола 3, растворенного в минимальном количестве СНС13, добавляли 0,0005 моль NiCl26H20 (СоС126Н20), растворенного в минимальном количестве спирта. Смесь кипятили с обратным холодильником 3-4 ч (при нагревании происходит постепенное потемнение раствора). После упаривания растворителя в вакууме к образовавшемуся тем-
но-коричневому маслу добавляли 3 мл ЕцО, выпавший коричневый порошкообразный осадок отфильтровывали на воронке Бюхнера и сушили в вакууме.
(NiCl2)2'[(PhS-CeH10-S)2]'24H2O (9). Спектр ИК (X, нм): 1620, 1650, 3200-3500 (Н20). УФ-спектр (X, нм (е, л моль"1 дм"1)): 248 (50880). Найдено, %: С 19,90; Н 5,09. C24H7gCl4Ni2024S4. Вычислено, %: С 20,59; Н 5,72. Масс-спектр (MALDI): 702 ((NiC 12)2 (PhS-C6H 10-S)2), 774 ((NiCl2)2 (PhS-C6H10-S)24H20).
(CoCI2)4'[(PhS-C6H10-S)2J12H2O (10). УФ-спектр (X, нм (e, л моль"1 дм-1)): 253 (118670), 333 (50860), 573 (5530), 679 (5920) . Найдено, %: С 26,02; Н 3,59. C24H54ClgCo4012S4. Вычислено, %: С 25,80; Н 4,60. Масс-спектр (ЭУ, m/z, (/, %)): 81 (С6Н9, 100%), 109 (PhS, 94%), 110 (PhSH, 98%), 123 (PhSCH2, 48%), 192 (C6H10S2Ph, 23%), 224 (C6H10S3Ph, 40%). Масс-спектр (MALDI): 574 (CoCl2 (PhS-C6H10-S)2), 703 ((CoCl2)2 (PhS-C6H10-S)2).
Получение комплексов Ni(II), Co(II), Fe(III) с 2,2'-дитиодициклогексилсульфидом 5
К 0,006 моль тиола 5, растворенного в минимальном количестве СН2С12, добавляли 0,003 моль NiCl26H20 (С0(СН3С00)26Н20, FeCljöHp), растворенного в минимальном количестве спирта. При этом немедленно образуется темно-коричневый (в случае солей Ni н Со) или оранжевый (в случае Fe) порошкообразный осадок. Полученный комплекс отфильтровывали, промывали последовательно водой, спиртом, EtjO и сушили в вакууме.
Ni[(C6H10)4S6] (11). Найдено, %: С 52,85; Н 7,53. C24H40NiS6. Вычислено, %: С 49,73; Н 6,96. Масс-спектр (MALDI): 578 (М+).
Co[(C6H10)4Se] (12). Найдено, %: С 49,95; Н 6,99. C24H40CoS6. Вычислено, %: С 49,71; Н 6,95. Масс-спектр (ЭУ, m/z, (I, %)): 81 (СбН9, 100%), 114 (C6H10S, 45%), 178 (C6H10S3, 54%), 260 ((C6H10)2S3, 42%), 374 ((C6H10)3S4, 5%). Масс-спектр (MALDI): 579 (M+).
Fe2[(C6H10)4S6]Cl2 (13). Найдено, %: С 41,03; Н 5,78. C24H40Fe2S6Cl2. Вычислено, %: С 40,97; Н 5,73. Масс-спектр (ЭУ, m/z, (I, %)): 81 (С^, 100%), 114 (C6H10S, 47%),-178 (C6H10S3, 47%), 260 ((C6H10)2S3, 10%), 292 ((C6H10)2S4, 7%). Масс-спектр (MALDI): 576 ((C6H10)4S6Fe).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Белоглазкина Е.К., Зык Н.В., Тюрин B.C., Титанюк И.Д., Зефи-
ров Н.С. // Докл. АН. 1994. 344. С. 487 [Dokl. Chem. 1994 (Engl. Trans.)]
2. ZykN. V, Beloglazkina E.K., Gazzaeva R., Tyurin VS., Titanyukl.D.
//Phosphorus, Sulfur, Silicon, Relat. Elem. 1999. 155. C. 33.
3. Зык H.B., Белоглазкина E.K., Вацадзе C.3., Титанюк И.Д., Ду-
бинская Ю.А. // ЖОрХ. 2000. 36. № 6. С. 828.
4. Зык Н.В., Белоглазкина Е.К., Зефиров Н.С. Н Изв. Акад. Наук.
Сер. хим. 1996. № 10. С. 2522.
5. Tolstikov G.A. И Sulfur Reports. 1983. 3. P. 39.
Поступила в редакцию 15.06.04
CYCLOHEXENE CHLOROSULFENILATION: NUCLEOFILIC SUBSTITUTION OF HALOGEN FOR AMINO- AND MERCAPTO-GROUPS. AN INVESTIGATION OF OBTAINED AMINOSULFIDES AND MERCAPTOSULFIDES IN COMPLEX FORMATION REACTIONS
N.S. Dubinins, E.K. Beloglazkina, N.V. Zyk
(Division of Organic Chemistry)
(2-aminocyclohexyl)phenylsulfide,(2-mercaptocyclohexyl)phenylsulfide, 2,2'-biaminobicyclohexylsulfide and 2,2'-bimercaptobicyclohexylsulfide were synthesed from the base of (2-chIorcycIohexyl)phenylsulfide and 2,2'-bichlorbicyclohexylsulllde by Gabrial reactions and action of thiourea.
The possibility of transition metall complex formation (Ni(II), Co(II), Cu(II),Fe(III)) are investigated.
