CC BY
3
Научная статья УДК 547.781
DOI: 10.14529/chem240108
СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ИОДСОДЕРЖАЩИХ ИМИДАЗО[2,1-Ь][1,3]ТИАЗИНИЕВЫХ СИСТЕМ
Е.С. Ильиных^, В.В. Шарутин
Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск, Россия в ilinykhes@susu. ru
Аннотация. Впервые исследована гетероциклизация S-алкенильных производных 1-метил-имидазол-2-тиола (1-метил-2-пренилсульфанилимидазола (1), 1-метил-2-циннамил-сульфанилимидазола (4) и 2-(3-бутенил)сульфанил-1-метилимидазола (7)) под действием йода (иодциклизация) в различных растворителях (хлороформ, дихлорметан, ледяная уксусная кислота) и при варьировании соотношения субстратата и йода (1 : 1, 1 : 2). Установлено, что независимо от условий реакций взаимодействие с йодом соединений 1, 4 и 7 протекает региоселективно, сопровождается линеарным аннелированием тиазиниевого цикла и образованием бициклической конденсированной гетероциклической системы. В результате синтезированы новые иодсодер-жащие имидазо[2,1-й][1,3]тиазиниевые системы - полииодид/иодид 6-иод-1,5,5-триметил-6,7-дигидро-5^-имидазо[2,1-й][1,3]тиазиния (2, 3), трииодид/иодид 6-иод-1-метил-5-фенил-6,7-дигидро-5^-имидазо[2,1-й][1,3]тиазиния (5, 6) и иодид 6-иодметил-1-метил-6,7-дигидро-5№ имидазо[2,1- й][1,3]тиазиния (9). Строение синтезированных соединений исследовано и доказано методами спектроскопии ЯМР 1Н и С. Доказательством протекания реакций гетероциклизации алкенилсульфидов 1, 4 и 7 является отсутствие в спектрах ЯМР 1Н продуктов гетероциклизации сигналов протонов алкенильных фрагментов и наличие более сложной картины расщепления сигналов протонов тиазиниевого цикла. Методом РСА однозначно установлены и охарактеризованы структуры полииодида 2 и трииодида 5. Согласно данным РСА, в ячейке полииодида 2 содержатся два гетероциклических катиона, трииодид-анион и иодид-анион. В кристалле трииоди-да 5 гетероциклическим катионам соответствуют два типа кристаллографически независимых трииодид-анионов: в одной ячейке содержатся восемь молекул гетероциклического катиона и восемь трииодид-анионов. Структурная организация кристаллов формируется посредством коротких контактов между атомами: I(4)-H(3) (2,95 Ä), I(4)-I(1) (3,57 Ä), H(8a)-I(2) (3,13 Ä) (в кристалле полииодида 2), I(2)-I(4) (3,95 Ä), I(5)-H(5) (3,14 Ä), I(4)-H(7a) (3,12 Ä), I(4)-H(7b) (3,17 Ä) (в кристалле трииодида 5).
Ключевые слова: 1-метил-2-пренилсульфанилимидазол, 1-метил-2-циннамилсульфанилими-дазол, 2-(3-бутенил)сульфанил-1-метилимидазол, гетероциклизация, иодциклизация, иодсодер-жащие имидазо[2,1-й][1,3]тиазиниевые системы, спектроскопия ЯМР :Н и 13С, «эффект тяжелого атома», рентгеноструктурный анализ
Для цитирования: Ильиных Е.С., Шарутин В.В. Синтез и исследование структуры иодсодержащих имидазо[2,1-й][1,3]тиазиниевых систем // Вестник ЮУрГУ. Серия «Химия». 2024. Т. 16, № 1. С. 108-117. DOI: 10.14529/chem240108
Original article
DOI: 10.14529/chem240108
SYNTHESIS AND STUDY OF THE STRUCTURE OF IODINE-CONTAINING IMIDAZO[2,1-b][1,3]THIAZINIUM SYSTEMS
E.S. IlinykhV.V. Sharutin
South Ural State University, Chelyabinsk, Russia ^ ilinykhes@susu. ru
Abstract. Heterocyclization of S-alkenyl derivatives of 1-methylimidazole-2-thiol (1-methyl-2-prenyl-sulfanylimidazole (1), 1-methyl-2-cinnamylsulfanylimidazole (4), and 2-(3-butenyl)sulfanyl-1-methyl-imidazole (7)) has been studied for the first time under the action of iodine (iodocyclization) in
© Ильиных Е.С., Шарутин В.В., 2024.
various solvents (chloroform, dichloro-methane, glacial acetic acid), and at different substrate and iodine ratios (1 : 1, 1 : 2). It has been found that the interaction of compounds 1, 4, 7 with iodine proceeds regioselectively, regardless of the reaction conditions, and it is accompanied by the linear annelation of the thiazinium ring and formation of a bicyclic fused heterocyclic system. As a result, new iodine-containing imidazo[2,1-b][1,3]thiazinium systems have been synthesized - 6-iodo-1,5,5-trimethyl-6,7-dihydro-5^imidazo[2,1-b][1,3]hiazinium polyiodide / iodide (2, 3), 6-iodo-1-methyl-5-phenyl-6,7-dihydro-5№imidazo[2,1-b][1,3]thiazinium triiodide / iodide (5, 6), and 6-iodomethyl-1-methyl-6,7-dihydro-5^imidazo[2,1-b][1,3]thiazinium iodide (9). The structure of the synthesized compounds has been studied and proved by :H and 13C NMR spectroscopy. The evidence for heterocyclization reactions of alkenyl sulfides 1, 4, and 7 is the absence of signals for the alkenyl protons and the presence of a more complex splitting pattern of signals for the thiazinium ring protons in the 1H NMR spectra of heterocyclization products. The structures of polyiodide 2 and triiodide 5 have been unambiguously established and characterized by X-ray diffraction analysis. According to the X-ray analysis data, the cell of polyiodide 2 contains two heterocyclic cations, a triiodide anion, and an iodide anion. In the triiodide crystal 5 heterocyclic cations correspond to two types of crystallographically independent triiodide anions: one cell contains eight molecules of a heterocyclic cation and eight triiodide anions. The structural organization in the crystals is due to short contacts between atoms: I(4)--H(3) (2.95 A), I(4)--I(1) (3.57 A), H(8a)-I(2) (3.13 A) (in crystal 2), I(2)-I(4) (3.95 A), I(5)--H(5) (3.14 A), I(4)—H(7a) (3.12 A), I(4)-H(7b) (3.17 A) (in crystal 5).
Keywords: 1-methyl-2-prenylsulfanylimidazole, 1-methyl-2-cinnamylsulfanylimidazole, 2-(3-buten-yl)sulfanyl-1-methylimidazole, heterocyclization, iodocyclization, iodine-containing imidazo[2,1-b][1,3]-thiazinium systems, :H and 13C NMR spectroscopy, "heavy atom effect", X-ray diffraction analysis
For citation: Il'inykh E.S., Sharutin V.V. Synthesis and study of the structure of iodine-containing imidazo[2,1-b][1,3]thiazinium systems. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Chem. 2024;24(1): 108-117. (In Russ.) DOI: 10.14529/chem240108
Введение
Имидазолы и их производные представляют определенный научный интерес в связи с широким спектром их фармакологической активности [1-5]. Известно также об их использовании в качестве агрохимикатов, красителей, фотохимических веществ, ингибиторов коррозии, эпоксидных отвердителей и пластических модификаторов [6].
Различные S-непредельные производные азол- и азинтиолов служат удобным синтоном для их дальнейшей функционализации и синтеза конденсированных гетероциклических систем на их основе. В обзоре [7] обобщены данные по электрофильной гетероциклизации ненасыщенных серо- и фосфорсодержащих соединений. Ранее нами исследована электрофильная гетеро-циклизация ряда S-непредельных производных 1,2,4-триазол-3-тиолов [8, 9] и бензимидазол-2-тиола [10] под действием галогенов и показано, что региоселективность реакций зависит от структуры исходного субстрата и условий реакций: при образовании конденсированных гетероциклических систем возможно замыкание как пятичленного (тиазолиевого), так и шестичлен-ного (тиазиниевого) циклов.
Введение в структуру производных азолов и других гетероциклических соединений атомов галогенов является перспективным направлением их модификации. Широкий спектр действия и высокий терапевтический эффект иодсодержащих лекарственных препаратов, а также применение препаратов на основе молекулярного иода в качестве антисептиков определяют актуальность физико-химических исследований органических соединений иода и прогнозирования их фармакологического и бактерицидного действия [11].
Статья [12] посвящена исследованию нуклеофильной циклизации 2-пропаргилсульфанил-бензимидазолов, стимулируемой йодом, N-бром/иодсукцинимидом и другими электрофилами. Однако в литературе отсутствуют данные о гетероциклизации 2-алкенилсульфанил-1-метил-имидазолов под действием галогенов. Целью данной работы является разработка методов синтеза и исследование строения ранее неизвестных иодсодержащих имидазоРД-^^^тиазиниевых систем.
Экспериментальная часть
Синтез исходных 2-алкенилсульфанил-1-метилимидазолов (1, 4, 7) описан в работе [13].
Синтез полииодида 6-иод-1,5,5-триметил-6,7-дигидро-5#-имидазо[2,1-й][1,3]тиазиния (2)
(методы (А) и (В)). К раствору 1,016 г (4 ммоль) йода в 5 мл CH2Cl2 (метод (А)) или лед. AcOH (метод (В)) добавляли раствор 0,364 г (2 ммоль) 1-метил-2-пренилсульфанилимидазола 1 в 5 мл CH2Cl2 (метод (А)) или лед. AcOH (метод (В)). Через 4 суток отгоняли растворитель, получали масло темно-коричневого цвета, растворяли его в 10 мл ацетона и добавляли иодид натрия. Образования осадка иодида не наблюдали, поэтому к реакционной смеси приливали избыток воды. Выпавший кристаллический осадок отфильтровывали и сушили. Получали трииодид 2 в виде темно-коричневых кристаллов ромбовидной формы, выход 0,066 г (5 %) (метод (А)), 0,106 г (8 %) (метод (В)), т. пл. 185 °С. Спектр ЯМР 'Н, ô, м. д. (J, Гц): 1,69 (3Н, с, 5-СНз); 1,76 (3Н, с, 5-СНз); 3,68 (3Н, с, 1-СНз); 3,83 (1Н, дд, 2J = 14,0, 3J = 6,5, -SCHaHb-); 4,08 (1Н, дд, 2J = 14,0, 3J = 3,0, -SCHaHb-); 5,22 (1Н, м, -CHI-); 7,79 (1Н, д, 3J = 2,2, Н-2); 7,98 (1Н, д, 3J = 2,2, Н-3). Спектр ЯМР 13С, ô, м. д.: 26,42 (5-CH3); 28,91 (5-CH3); 30,51 (С-6); 33,10 (C-7); 34,43 (1-CH3); 61,41 (C-5); 119,93 (C-2); 123,33 (C-3); 139,95 (C-8a).
Синтез иодида 6-иод-1,5,5-триметил-6,7-дигидро-5Д-имидазо[2,1-й][1,3]тиазиния (3) (метод (С)). К раствору 0,508 г (2 ммоль) йода в 5 мл лед. AcOH добавляли раствор 0,364 г (2 ммоль) 1-метил-2-пренилсульфанилимидазола 1 в 5 мл лед. AcOH. Через 4 суток отгоняли растворитель, получали масло темно-коричневого цвета, растворяли его в 10 мл ацетона и добавляли иодид натрия. Образовавшийся осадок отфильтровывали, промывали ацетоном и сушили. Получали иодид 3 в виде коричневого порошка, выход 0,131 г (15 %), т. пл. 167 °С. Данные ЯМР и 13С иодида 3 идентичны соответствующим данным ЯМР полииодида 2.
Синтез трииодида 6-иод-1-метил-5-фенил-6,7-дигидро-5Д-имидазо[2,1-й][1,3]тиазиния (5) (метод (А)). К раствору 1,016 г (4 ммоль) йода в 5 мл CHCl3 добавляли раствор 0,460 г (2 ммоль) 1-метил-2-циннамилсульфанилимидазола 4 в 5 мл CHCl3. Через 4 суток получали трииодид 5 в виде темно-коричневых кристаллов, которые отфильтровывали, промывали хлороформом и сушили. Выход 0,513 г (35 %), т. пл. 140 °С. Данные ЯМР и 13С трииодида 5 идентичны соответствующим данным ЯМР иодида 6.
Синтез иодида 6-иод-1-метил-5-фенил-6,7-дигидро-5#-имидазо[2,1-й][1,3]тиазиния (6) (методы (B) и (C)). К раствору 1,016 г (4 ммоль) йода в 5 мл CH2Cl2 (метод (В)) или лед. AcOH (метод (С)) добавляли раствор 0,460 г (2 ммоль) 1-метил-2-циннамилсульфанилимидазола 4 в 5 мл CH2Cl2 (метод (В)) или лед. AcOH (метод (С)). Через 4 суток отгоняли растворитель, получали масло темно-коричневого цвета, растворяли его в 10 мл ацетона и добавляли иодид натрия. Образовавшийся осадок отфильтровывали, промывали ацетоном и сушили. Получали иодид 6 в виде жёлтого порошка, выход 0,242 г (25 %), т. пл. 130 °С. Спектр ЯМР :Н, ô, м. д. (J, Гц): 3,43 (1Н, дд, 2J = 13,8, 3J = 2,7, -SCHaHb-); 3,72 (1Н, дд, 2J = 13,8, 3J = 6,5, -SCHaHb-); 3,76 (3Н, с, 1-СН3); 5,30 (1Н, м, -CHI-); 6,07 (1Н, д, 3J = 5,2, -CH(Ph)-); 7,26-7,28 (2Н, м, Ндт); 7,45-7,47 (4Н, м, Ндт, Н-2); 7,78 (1Н, д, 3J = 2,2, Н-3). Спектр ЯМР 13С, ô, м. д.: 20,60 (С-6); 31,93 (C-7); 34,52 (1-СН3); 66,50 (C-5); 122,79 (C-2); 123,71 (C-3); 126,83 (С^-2, С^-6); 129,17 (С^-3, С^-4, С^-5); 136,98 (Сдг-1); 140,74 (C-8a).
Синтез иодида 6-иодметил-1-метил-6,7-дигидро-5#-имидазо[2,1-й][1,3]тиазиния (9) (методы (А), (B), (С) и (D)). К раствору 1,016 г (4 ммоль) йода в 5 мл CHCl3 (метод (А)), CH2Cl2 (метод (В)) или к раствору 0,508 г (2 ммоль) йода в 5 мл CH2Cl2 (метод (С)), лед. AcOH (метод (D)) добавляли раствор 0,336 г (2 ммоль) 2-(3-бутенил)сульфанилимидазола 7 в 5 мл CHCl3 (метод (А)), CH2Cl2 (методы (В) и (С)) или лед. AcOH (метод (D)). Через 4 суток отгоняли растворитель, получали масло темно-коричневого цвета, растворяли его в 10 мл ацетона и добавляли иодид натрия. Образовавшийся осадок отфильтровывали, промывали ацетоном и сушили. Получали иодид 9 в виде жёлтого порошка, выход 0,540 г (64 %) (метод (А)), 0,490 г (58 %) (метод (В)), 0,219 г (26 %) (метод (С)), 0,093 г (11 %) (метод (D)), т. пл. 192 °С. Спектр ЯМР 1Н, ô, м. д. (J, Гц): 2,33 (1Н, м, -СН2-); 2,48 (1Н, м, -СН2-); 3,52 (2Н, м, -CH2I); 3,67 (3Н, с, 1-СН3); 3,81 (1Н, дд, 2J = 11,0, 3J = 3,4, -SCHaHb-); 3,90 (1Н, дд, 2J = 11,0, 3J = 6,3, -SCHaHb-); 4,49 (1Н, м, -N CH-); 7,77 (1Н, д, 3J = 2,1, Н-2); 7,95 (1Н, д, 3J = 2,1, Н-3). Спектр ЯМР 13С, ô, м. д.: 8,67 (-CH2I); 22,75 (C-6); 27,46 (C-7); 34,26 (1-СН3); 54,94 (C-5); 121,63 (C-2); 122,85 (C-3); 141,46 (C-8a).
Температуры плавления установлены на аппарате для определения температуры плавления «ПТП ТУ-25-11-1144-76» и не корректировались.
Спектры ЯМР XH, 13C записаны на приборе Bruker DRX-400 в ДМСО-й^, внутренний стандарт - ТМС.
Рентгеноструктурный анализ (РСА) кристаллов соединений 2 и 5 проводили на дифракто-метре Bruker D8 Quest (Mo Ка-излучение, X 0,71073 Ä, графитовый монохроматор) при 296(2) К. Сбор, редактирование данных и уточнение параметров элементарной ячейки, а также учет поглощения проведены по программам SMART и SAINT-P/hs [14]. Все расчеты по определению и уточнению структуры выполнены по программам SHELXL/PC [15] и OLEX2 [16]. Структуры определены прямым методом и уточнены методом наименьших квадратов в анизотропном приближении для неводородных атомов. Кристаллографические данные и результаты уточнения структур приведены в таблице. Полные таблицы координат атомов, длин связей и валентных углов для структур депонированы в Кембриджском банке структурных данных (№ CCDC 2051648 для соединения 2, № CCDC 2076851 для соединения 5; [email protected]; http: //www .ccdc.cam.ac.uk).
Таблица
Кристаллографические данные, параметры эксперимента и уточнения структур 2 и 5
Параметр 2 5
Формула C9H14I3N2S QSHM^S
М 562,98 737,92
Сингония Триклинная Моноклинная
Пр. группа Р-1 C2/c
a, А 7,028(9) 17,675(13)
b, А 8,970(9) 8,306(5)
с, А 13,179(16) 26,99(3)
а, град. 82,69(6) 90
в, град. 76,85(7) 92,66(4)
Y, град. 72,07(4) 90
V, А3 768,2(16) 3959(6)
Z 2 8
р (выч.), г/см3 2,434 2,476
д, мм-1 6,215 6,396
F(000) 514,0 2672,0
Размер кристалла, мм 0,46 х 0,31 х 0,1 0,65 х 0,5 х 0,46
Область сбора данных по 20, град. 5,906-56,928 5,598-56,994
Интервалы индексов отражений -9 < h < 9, -11 < k < 11, -17 < l < 17 -23 < h < 23, -11 < k < 11, -36 < l < 36
Измерено отражений 22073 45322
Независимых отражений 3848 (Rmt = 0,0273) 5009 (Rint = 0,0833)
Переменных уточнения 151 185
GOOF 1,027 1,031
^-факторы по I>=2g(I) R1 = 0,0426, WR2 = 0,0891 R1 = 0,0807, WR2 = 0,1748
^-факторы по всем отражениям R1 = 0,0533, wR2 = 0,0957 R1 = 0,1000, wR2 = 0,1842
Остаточная электронная плотность (max/min), e/А3 0,52/-0,56 2,68/-2,06
Обсуждение результатов
В настоящей работе с целью синтеза новых представителей имидазо[2,1-6][1,3]тиазиниевых систем впервые исследована электрофильная гетероциклизация 1-метил-2-пренилсульфанил-имидазола, 1-метил-2-циннамилсульфанилимидазола и 2-(3-бутенил)сульфанил-1-метилимидазола под действием йода в различных растворителях и при разном соотношении субстрата и йода. Синтез и исследование структуры указанных S-алкенильных производных 1-метилимидазол-2-тиола осуществлены нами ранее и описаны в работе [13].
Следует отметить, что электрофильная гетероциклизация с участием 1-метилимидазол-2-тиола и его S-алкенильных и алкинильных производных может протекать с высокой степенью региоселективности с образованием конденсированных гетероциклических систем исключительно линеарного строения вследствие наличия в структуре только одного нуклеофильного центра (свободного атома азота N-3).
В литературе рассматриваются три возможных механизма электрофильной гетероциклиза-ции под действием галогенов (галогенциклизации) [17-21]: механизм «присоединение -циклизация», синхронный механизм и галогенониевый механизм.
Авторы работ [20, 21], основываясь на электрофильном механизме присоединения галогенов к алкенам, сделали вывод, что галогенциклизация протекает через промежуточное образование гетероциклического интермедиата - галогенониевого иона (галогенониевый механизм) (схема 1).
Схема 1. Галогенониевый механизм галогенциклизации
Реакции иодирования 1-метил-2-пренилсульфанилимидазола (1) исследованы нами в CH2Cl2 и в лед. AcOH при варьировании соотношения реагирующих компонетов. Установлено, что взаимодействие соединения 1 с двукратным избытком йода в CH2Cl2 (метод (А)), а также иодирование в лед. AcOH при соотношении субстрат : йод, равном 1 : 2 (метод (В)) и 1 : 1 (метод (С)), сопровождается гетероциклизацией искомого пренилсульфида и образованием индивидуального продукта гетероциклизации, полииодида 6-иод-1,5,5-триметил-6,7-дигидро-5Н-имидазо[2,1-Ь][1,3]тиазиния (2).
В результате реакций, проведенных по методам (А) и (В), полииодид 2 был выделен в виде темно-коричневых кристаллов ромбовидной формы. Полученный в методе (С) полииодид 2 представляет собой темно-фиолетовое масло, действием на которое Nal в ацетоне был выделен иодид 6-иод-1,5,5-триметил-6,7-дигидро-5Н-имидазо[2,1-Ь][1,3]тиазиния (3) в виде коричневого порошка с выходом 15 % (схема 2).
Схема 2. Иодциклизация 1-метил-2-пренилсульфанилимидазола (1)
Строение полииодида 2 (в виде кристаллов) и иодида 3 исследовано и доказано методами ЯМР Н и С спектроскопии. Спектры ЯМР 'Н и С полииодида 2 идентичны соответствующим спектрам иодида 3.
Доказательством протекания реакции гетероциклизации пренилсульфида 1 является отсутствие в спектрах ЯМР Н полииодида 2 и иодида 3 сигналов протонов пренильного фрагмента и наличие более сложной картины расщепления сигналов протонов тиазиниевого цикла.
Кроме того, наблюдается смещение сигналов гетероароматических протонов Н-2 и Н-3 ими-дазольного цикла в спектрах продуктов иодциклизации в более слабое поле на 3 0,82 м. д. по сравнению с соответствующими сигналами протонов в спектре исходного соединения 1, что обусловлено образованием заряженной конденсированной гетероциклической системы.
В спектрах ЯМР 13С полииодида 2 и иодида 3 в сильном поле присутствуют сигналы атомов углерода двух 5-СН3-групп при 3 26,42 и 28,91 м. д. Самый слабопольный сигнал (3 139,95 м. д.) соответствует узловому атому углерода С-8а, связанному с электроотрицательными атомом серы и двумя атомами азота (N-1, N-4). Несмотря на выраженную электроотрицательность атома йода, сигнал атома углерода С-6, непосредственно связанного с йодом, расположен в области сильного поля (3 30,56 м. д.), что обусловлено «эффектом тяжелого атома» [22]. Данный эффект встречается в спектрах ЯМР 13С различных галогенпроизводных ароматических и гетероароматических соединений [23-27].
Методом РСА однозначно установлена и охарактеризована структура полииодида 2 (рис. 1), выделенного в кристаллическом виде. Согласно данным РСА, в ячейке полииодида 2 содержатся два гетероциклических катиона, трииодид-анион и иодид-анион.
б)
Рис. 1. Общий вид молекулы (а) и упаковка кристалла полииодида 6-иод-1,5,5-триметил-6,7-дигидро-5Н-имидазо[2,1-Ь][1,3]тиазиния (2): проекция вдоль оси a (б), оси Ь (в), оси c (г)
Атомы С(4), N(1), С(1) и S(1) тиазиниевого цикла располагаются практически в одной плоскости, которую образуют атомы имидазолиевого цикла. Плоскость, в которой находятся атомы углерода С(8) и С(9) двух метильных групп, образует угол 120,8(7)° с плоскостью гетероцикла и атомом С(4) тиазиниевого цикла. Выход атомов углерода С(5) и С(6) тиазиниевого цикла из плоскости составляет 2,250 и 1,487 А, соответственно. Трииодид-анионы образуют монослои между гетероциклическими катионами, а иодид-анионы располагаются на гранях кристаллической ячейки. При этом структурная организация кристалла формируется посредством коротких
контактов между атомами: I(4)-H(3) (2,95 Á), I(4)-I(1) (3,57 Á) и H(8a)-I(2) (3,13 Á). Кристаллографические данные, параметры эксперимента и уточнения структуры полииодида 2 представлены в таблице.
Иодирование 1-метил-2-циннамилсульфанилимидазола (4) двукратным избытком йода исследовано нами в различных растворителях - CHCl3 (метод (А)), CH2Cl2 (метод (В)), лед. AcOH (метод (С)). Установлено, что взаимодействие циннамилсульфида 4 с йодом в указанных условиях, аналогично гетероциклизации соединения 1 под действием йода, протекает по пути анне-лирования тиазиниевого цикла и приводит к образованию индивидуального продукта иодцик-лизации, полииодида 6-иод-1-метил-5-фенил-6,7-дигидро-5Н-имидазо[2,1-Ь][1,3]тиазиния (5).
При проведении реакции в CHCl3 (метод (А)) полииодид 5 был выделен в виде темно-коричневых кристаллов, пригодных для РСА. Полученный в методах (В) и (С) полииодид 5 представляет собой темно-фиолетовое масло, действием на которое Nal в ацетоне был выделен иодид 6-иод-1-метил-5-фенил-6,7-дигидро-5Н-имидазо[2,1-Ь][1,3]тиазиния (6) в виде порошка желтого цвета с выходом 25 % (схема 3).
методы '
Ph (А)-( С )
(А) 212_ СНС13 20-25 °С; (В) 212, СН2С12, 20-25 °С; (С) 212 лед. АсОН, 20-25 °С Схема 3. Иодциклизация 1-метил-2-циннамилсульфанилимидазола (4)
Строение полииодида 5 (в виде кристаллов) и иодида 6 исследовано и доказано методами ЯМР Н и С спектроскопии. Спектры ЯМР 'Н и С полииодида 5 идентичны соответствующим спектрам иодида 6.
Наличие более сложной картины расщепления сигналов протонов в спектрах ЯМР Н полииодида 5 и иодида 6 и отсутствие сигналов протонов циннамильного фрагмента является доказательством протекания реакции гетероциклизации циннамилсульфида 4. В частности, сигналы протонов ^СН2- тиазиниевого цикла расщепляются на два дублета дублетов при 3 3,43 и 3,72 м. д., тогда как сигнал протонов ^СН2- исходного соединения 4 представляет собой дублет.
Кроме того, наблюдается смещение сигналов гетероароматических протонов Н-2 и Н-3 ими-дазольного цикла в спектрах продуктов иодциклизации в более слабое поле на 3 0,64 м. д. по сравнению с соответствующими сигналами протонов в спектре исходного соединения 4, что обусловлено образованием заряженной конденсированной гетероциклической системы.
В спектрах ЯМР 13С полииодида 5 и иодида 6, как и в случае иодсодержащих имидазотиази-ниевых систем 2 и 3, также наблюдается «эффект тяжелого атома»: сигнал атома углерода С-6, связанного с йодом, резонирует в области сильного поля (3 20,60 м. д.). Самый слабопольный сигнал при 3 140,74 м. д. соответствует узловому атому углерода С-8а, связанному с электроотрицательными атомом серы и двумя атомами азота (N-1, N-4). Слабопольные сигналы закономерно дают атомы углерода фенильного фрагмента и гетероароматические атомы углерода С-2 и С-3.
Методом РСА однозначно установлена и охарактеризована структура полииодида 5 (рис. 2), выделенного в кристаллическом виде. Согласно данным РСА, в кристалле полииодида 5 гетероциклическим катионам соответствуют два типа кристаллографически независимых трииодид-анионов: в одной ячейке содержатся восемь молекул гетероциклического катиона и восемь трии-одид-анионов.
Атомы С(5), N(4), С(8) и S(1) тиазиниевого цикла располагаются практически в одной плоскости, которую образуют атомы имидазолиевого цикла. Плоскость, в которой расположено кольцо фенильного заместителя, ангулярна плоскости гетероцикла и атома С(5) и образует относительно нее угол 140°. Выход атомов углерода С(6) и С(7) тиазиниевого цикла из плоскости составляет 2,176 и 1,756 А соответственно. Структурная организация кристалла формируется посредством коротких контактов между атомами: 1(2)--1(4) (3,95 А), 1(5)-Н(5) (3,14 А), 1(4)--Н(7а) (3,12 А), 1(4)-"Н(7Ь) (3,17 А). Кристаллографические данные, параметры эксперимента и уточнения структуры трииодида 5 представлены в таблице.
в) г)
Рис. 2. Общий вид молекулы (а) и упаковка кристалла трииодида 6-иод-1-метил-5-фенил-6,7-дигидро-5Н-имидазо[2,1-Ь][1,3]тиазиния (5): проекция вдоль оси a (б), оси Ь (в), оси c (г)
Реакции иодирования 2-(3-бутенил)сульфанил-1-метилимидазола (7) исследованы нами в различных растворителях при варьировании соотношения реагирующих компонентов. Установлено, что взаимодействие соединения 7 с двукратным избытком йода в СНС13 (метод (А)) и в СН2С12 (метод (В)), а также иодирование при соотношении субстрат : йод, равном 1 : 1, в СН2С12 (метод (С)) и в лед. АсОН (метод (D)) сопровождается гетероциклизацией искомого бутенил-сульфида и образованием индивидуального продукта, иодида 5-иодметил-1-метил-6,7-дигидро-5Н-имидазо[2,1-Ь][1,3]тиазиния (9) (схема 4). Иодид 9 в виде жёлтого порошка выделен с выходами от 11 до 64 % действием иодида натрия в ацетоне на первоначально образующийся полиио-дид 5-иодметил-1-метил-6,7-дигидро-5Н-имидазо[2,1-Ь][1,3]тиазиния (8), представляющий собой масло темно-коричневого цвета.
методы ( А )-( D )
7
1Н2С
1Н2С
8
9
(А) 212, СНС13, 20-25 °С; (В) 212, СН2С12, 20-25 °С; (С) 12, СН2С12, 20-25 °С; ^) 12, лед. АсОН, 20-25 °С Схема 4. Иодциклизация 2-(3-бутенил)сульфанил-1-метилимидазола (7)
п
Строение иодида 9 исследовано и доказано методами ЯМР 'H и С спектроскопии. Доказательством протекания реакции гетероциклизации является отсутствие в спектре ЯМР 'H иодида 9 сигналов протонов бутенильного фрагмента и наличие более сложной картины расщепления сигналов. В частности, протоны ^СН2- тиазиниевого цикла расщепляются на два дублета дублетов при S 3,8! и 3,90 м. д. в отличие от триплета (S 3Д2 м. д.) протонов -SCH2- в спектре исходного соединения 7. Спиновая система протонов -CH2I является более сжатой, чем спиновая система протонов —SCH2—, однако у обеих систем наблюдается выраженный «эффект крыши»: интенсивности центральных линий в составе мультиплетов больше, чем интенсивности крайних линий.
Кроме того, образование заряженной конденсированной гетероциклической системы приводит к дезэкранированию протонов имидазольного цикла продукта иодциклизации 9 и к смещению их сигналов в более слабое поле на S 0,84 м. д. по сравнению с соответствующими сигналами протонов в спектре исходного соединения 7.
Результат спин-орбитального взаимодействия («эффект тяжелого атома») приводит к регистрации сигнала атома углерода фрагмента -CH2I в спектре ЯМР '3С иодида 9 в сильном поле (S 8,67 м. д.). Самый слабопольный сигнал при S М',46 м. д. соответствует узловому атому углерода ^8a, связанному с электроотрицательными атомом серы и двумя атомами азота (N-' N-4).
Заключение
Установлено, что гетероциклизация '-метил-2-пренилсульфанилимидазола, '-метил-2-цин-намилсульфанилимидазола и 2-(3-бутенил)сульфанилЛ-метилимидазола под действием йода (иодциклизация) протекает региоселективно с аннелированием исключительно тиазиниевого цикла независимо от условий реакции (соотношение реагентов, растворитель). Строение синтезированных иодсодержащих имидазо[2,'-Ь][',3]тиазиниевых систем подробно исследовано и доказано методами спектроскопии ЯМР 'H и "С, выявлены общие закономерности и специфические особенности спектров полученных соединений. Структуры двух продуктов иодциклизации установлены и охарактеризованы методом РСА.
Список источников
L Tonacchera M., Chiovato L., Bartalena L. et al. // J. Endocrinol. Invest. 2020. V. 43. P. 257. DOI: 10.1007/s40618-019-01148-w.
2. Zhao X., He Y, Wang Y. et al. // Food Chem. 2020. V. 309. '25787. DOI: 10.1016/j.foodchem.2019.125787.
3. Giuliani C., Bucci I., Napolitano G. // Med. Hypotheses. 202L V. M6. П0473. DOI: 10.1016/j.mehy.2020.110473.
4. Iwamura H., Kondo K., Kikuta S. et al. // Cell Tissue Res. 20'9. V. 378. P. П5. DOI: 10.1007/s00441-019-03047-1.
5. Methimazole derivatives and tautomeric cyclic thiones to inhibitor cell adhesion: pat. WO 2005/0948^ A' Canada; appl. '6.03.2004; publ. ВЛ0.2005. 98 p.
6. Xavier R.J., Dinesh P. // Spectrochim. Acta, Part A. 20M. V. П8. P. 999. DOI: '0.'0'6/j.saa.20'3.09.'20.
7. Gevaza Yu.I., Staninets V.I. // Chem. Heterocycl. Compd. '986. V. 22, No. 3. P. 23L DOI: 10.1007/BF00514985.
8. Il'inykh E.S., Kim D.G. // Chem. Heterocycl. Compd. 20П. V. 47, No. 5. P. 636. DOI: ШЛ007Ы0593-0П-0809-х.
9. Il'inykh E.S., Kim D.G., Kodess M.I. et al. // J. Fluorine Chem. 20B. V. M9. P. 24. DOI: 10.1016/j.jfluchem.2013.01.025.
Ю. Il'inykh E.S., Kim D.G. // Bull. S. Ural State University, Ser. Chemistry. 20И. V. 7, No. 3. P. EDN: UATWBR.
П. Chernov'yants M.S., Burykin I.V. // Russ. Chem. Bull. 2009. V. 58, No. 9. P. П72. DOI: ШЛ007ЫП72-009-0243-8.
П. ShakerR.M. // ARKIVOC. 2006. No. (ix). P. 59-П2. DOI: '0.3998/ark.5550'90.0007.904.
И. Ильиных Е.С., Игнатьева И.Ю. // Вестник ЮУрГУ. Сер. Химия. 2023. Т. И, № 3. С. Ш. DOI: '0.'4529/chem230307.
14. Bruker. SMART and SAINT-Plus. Versions 5.0. Data Collection and processing software for the SMART system. Bruker AXS Inc., Madison, Wisconsin, USA, 1998.
15. Bruker. SHELXTL/PC. Versions 5.10. An integrated system for solving, refining and displaying crystal structures from diffraction data. Bruker AXS Inc., Madison, Wisconsin, USA, 1998.
16. Dolomanov O.V., Bourhis L.J., Gildea R.J. et al. // J. Appl. Cryst. 2009. V. 42, No. 2. P. 339. DOI: 10.1107/S0021889808042726.
17. Геваза Ю.И., Станинец В.И., Зефиров Н.С. Электрофильная внутримолекулярная циклизация олефинов. Киев: Наукова думка, 1990. 156 с.
18. Staninets V.I., Shilov E.A. // Russ. Chem. Rev. 1971. V. 40, No. 3. P. 272. DOI: 10.1070/RC 1971v040n03ABEH001918.
19. Rodinovskaya L.A., Sharanin Yu.A., Shestopalov A.M. et al. // Chem. Heterocycl. Compd. 1988. V. 24, No. 6. P. 658. DOI: 10.1007/BF00475603.
20. Undheim K. // Heterocycles. 1981. V. 15, No. 2. P. 1349. DOI: 10.3987/S-1981-02-1349.
21. Cardillo G., Orena M. // Tetrahedron. 1990. V. 46, No. 10. P. 3221. DOI: 10.1016/S0040-4020(01)81510-6.
22. Solov'ev K.N., Borisevich E.A. // Physics-Uspekhi. 2005. V. 48, No. 3. P. 231. DOI: 10.1070/PU2005v048n03ABEH001761.
23. Преч Э., Бюльманн Ф., Аффольтер К. Определение строения органических соединений. М.: Мир, 2009. 439 с.
24. Ионин Б.И., Ершов Б.А.., Кольцов А.И. ЯМР-спектроскопия в органической химии. Ленинград: Химия, 1983. 272 с.
25. Нифантьев И.Э., Ивченко П.В. Практический курс спектроскопии ядерного магнитного резонанса. Методическая разработка. М.: МГУ, 2006. 199 с.
26. Гюнтер Х. Введение в курс спектроскопии ЯМР. М.: Мир, 1984. 465 с.
27. Structure Elucidation by NMR in Organic Chemistry. A Practical Guide / ed. E. Breitmaier. West Sussex, England: John Wiley & Sons Ltd, 2002. 258 p.
Информация об авторах:
Ильиных Елена Сергеевна - кандидат химических наук, доцент кафедры теоретической и прикладной химии, Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия. E-mail: [email protected].
Шарутин Владимир Викторович - доктор химических наук, главный научный сотрудник управления научной и инновационной деятельности, Южно-Уральский государственный университет, Челябинск, Россия. E-mail: [email protected], [email protected]
Статья поступила в редакцию 28 ноября 2023 г. The article was submitted 28 November 2023.
