Взаимодействие бензо[b]фуран-2-тиолов с окислителями Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Органический синтез и биотехнология

УДК 547.794.3: 547.569.8 Д.А.Андросов1, Ф.С.Тепляков2, М.Л.Петров3

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ БЕНЗО[Ь]ФУРАН-2-ТИОЛОВ С ОКИСЛИТЕЛЯМИ

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет) 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., 26

4-(2-Гидроксиарил)-1,2,3-тиадиазолы под действием оснований разлагаются с выделением азота и образованием бензо[^фуран-2-тиолатов. При окислении тиолатов получены полисульфиды бензо[Цфуран-2-тиолов. Только для 4-(2-гидрокси-5-метил-3-нитрофенил)-1,2,3-тиадиазола разложение под действием трет-бутилата калия и последующее окисление перекисью водорода приводит к соответствующему бис(2-бензо[Цфуранил)дисульфиду.

Ключевые слова: бензофуран, тиадиазол, дисульфид, тиолат, окисление

К настоящему времени известны только незамещенный бензо[Ь]фуран-2-тиол, 3-аллилбензо[Ь]фуран-2-тиол и несколько примеров 2-сульфанилбензо[Ь]фуран-3-альдегидов [1-8]. Сам бензо[Ь]фуран-2-тиол получают металлированием бензо[Ь]фурана бутиллитием, с последующим действием серы и выделением бензо[Ь]фуран-2-тиола подкислением [1, 4]. 2-Сульфанилбензо[ь]фуран-3-альдегиды синтезированы из 2-галогенбензо[ь]фуран-3-альдегидов действием гидросульфита натрия [6, 7]. 3-Аллилбензо[Ь]фуран-2-тиол получен перегруппировкой аллил(2-бензо[Ь]фурил)сульфида [8]. Производные бен-зо[Ь]фуран-2-тиолов проявляют биологическую активность [1] и находят применение в органическом синтезе [1-7]. Хотя сами бензо[Ь]фуран-2-тиолы мало стабильные соединения, окисление гетероциклических тиолов обычно приводит к более стабильным дисульфидам [9]. Следует отметить, что в литературе описан лишь один бис(2-бензо[Ь]фуранил)дисульфид, имеющий а-этилбензольный заместитель в 3 и 3' положении бензофуранового кольца [2]. 3,3'-Незамещённые бис(2-

бензо[Ь]фуранил)дисульфиды в литературе не описаны.

Недавно мы предложили новый метод получения как незамещенного, так и ранее не известных, замещенных в ароматическое ядро, бензо[Ь]фуран-2-тиолов из легко доступных 4-(2-гидроксиарил)-1,2,3-тиадиазолов [10]. Исходные 4-(2-гидроксиарил)-1,2,3-тиадиазолы (3а-в) нами были получены из 2-гидроксиацетофенонов (1а-в) через образование соответствующих этоксикарбонил-гидразонов (2а-В) с последующей обработкой хлористым тионилом [11]. 1,2,3-Тиадиазолы (3г,д) получены аналогично. к

он сн3

1 а-д

он сн3

2 а-д

С02Е‘ 80С1

он

3 а-д

к = Н (а), 4-Ме (б), 5-Ме (в), 5-С1 (г), 3-Ш2, 5-Ме (д).

4-(2-Гидроксиарил)-1,2,3-тиадиазолы (3а-д) под действием основания, карбоната калия или трет-бутилата калия, в абсолютном диметилформамиде или тетрагидро-фуране разлагаются с выделением азота и образованием 2-(2-гидроксиарил)этинтиолата калия (4а-д). Далее внут-

римолекулярный перенос протона приводит к производным тиокетена (5а-д). В результате внутримолекулярной циклизации с участием гидроксильной группы и тиокете-нового фрагмента и последующего подкисления анионов (6а-д) были получены бензо[Ь]фуран-2-тиолы (7а-г).

3 а-д

Д ДМФА

- N2

С5С*

4 а-д

7 а-г, Я=И (а); 6-Ме (б); 5-Ме (в); 5-С1 (г).

О 5 а-д

Я

Я

ГУ^и

О '^‘■-О

7 а-г

При попытках окисления продуктов разложения тиадиазолов бензо[Ь]фуран-2-тиолатов (6а-д), действием различных окислителей (кислород воздуха, йод, перекись водорода), были выделены не ожидаемые бис(2-бензо[Ь]фуранил)дисульфиды, а трудно растворимые продукты (8а-Г) жёлтого и оранжевого цвета. Лишь в случае 4-(2-гидрокси-5-метил-3-нитрофенил)-1,2,3-

тиадиазола (3д) удалось выделить соответствующий дисульфид (8Д с выходом 68 %.

о^ +о

N

[О]

6 а-д

і +

о о

8 д

№

го

я

Я

КСО

Н3С

СН

о

8 а-г

1 Андросов Дмитрий Александрович, канд. хим. наук, ст. науч. сотр. каф. органической химии, [email protected]

2 Тепляков Федор Сергеевич, аспирант каф. органической химии, [email protected]

3 Петров Михаил Львович, д-р хим. наук, профессор, заведующий каф. органической химии, [email protected]

Дата поступления - 7 декабря 2011 года

В ЯМР :Н спектрах соединений (8а-Г) присутствует сложный мультиплетный сигнал в области 7.0-7.5 м.д. соответствующий сигналам ароматического ядра. В масс-спектрах данных соединений присутствует набор фрагментов кратных по массе бензофуран-2-сульфанильному остатку. Возможными продуктом окисления является сложная смесь олигомерных полисульфидов (8а-г).

Строение дисульфида (8д) подтверждено спектрами ЯМР :Н, 13С и масс-спектром. Спектр ЯМР :И соединения (8д) подтверждает строение дисульфида. Сигнал протона Н3 смещён в область слабого поля б(Н3) = 7.34 м.д. по сравнению с 2-алкилсульфанильными производными бензофурана 6.63-6.76 м.д [10].

В спектре ЯМР 13С соединения (84) зафиксированы сигналы ядер атомов углерода при 114.8 м.д. (С3-атом) и при 152.8 м.д. (С2-атом), что является характерным для 2-сульфанилбензофуранов.

Масс-спектр соединения (8д) также подтверждает структуру дисульфида: зафиксированы пики молекулярных ионов, изотопный состав которых соответствует рассчитанному. В частности, наряду с интенсивным пиком молекулярного иона [М]+ присутствуют достаточно интенсивные пики [М+1]+ [М+2]+, что свидетельствует о наличии двух атомов серы в молекуле. Одним из путей дальнейшей фрагментация молекулярного иона [М]+ является выброс атомов серы, о чем свидетельствует наличие интенсивных пиков [М-32]+ и [М-64]+, процесс сопровождается перегруппировками с переносом атомов водорода. Интенсивный пик [М/2+1]+ обусловлен разрывом связи между двумя атомами серы с переносом атома водорода на заряженный фрагмент. Наличие пиков [М-2]+ и [М-32-2]+ может свидетельствовать о том, что одно из направлений фрагментации молекулярного иона [М]+ и осколочного иона [М-32]+ сопровождается потерей водорода.

Экспериментальная часть

Температуры плавления измерены на приборе ВоёйиБ. Спектры ЯМР 1Н и 13C зарегистрированы на приборах Bruker AMX-400 (400 и 100 МГц), внутренний стандарт - сигналы остаточных протонов (1Н) и ядер углерода (13C) дейтерированных растворителей. Масс-спектры снимали на масс-спектрометре Finnigan INCOS MAT 95 с прямым вводом образца, энергия ионизирующих электронов 70 эВ, температура ионизационной камеры 200°C. Контроль за ходом реакций осуществляли методом ТСХ на пластинах Silica Gel 60 F254, проявление УФ светом и парами иода. Все растворители, использованные в работе, очищены и абсолютированы по стандартным методикам. 2-Гидрокси-3-нитро-5-метилацетофенон (1л) получен

взаимодействием 2-гидрокси-5-метилацетофенона с азотной кислотой, в среде уксусной кислоты, в соответствии с данными работы [12].

Этоксикарбонилгидразон 2-гидрокси-5-метил-3-нитроацетофенона (2л). Смесь 0.1 моль 2-гидроксиацетофенона (1л), 0.11 моль этоксикарбонилгид-разина и каталитического количества уксусной кислоты кипятили в растворе изопропанола в течение 2-3 ч. Оставили на ночь. Выпавший осадок этоксикарбонилгидразона (2л) отфильтровали, промыли изопропанолом и высушили. Выход 92.2 %, светло-желтые кристаллы, т.пл. 208-210°С (разл.), Rf 0.49 (ацетон - четыреххлористый углерод, 1:2). Спектр ЯМР ^Н (ДМСО-ds), S, м.д.: 1.31 т (3Н, СН2СН3), 2.30 с (6Н, АГ-СН3, СН3С=^, 4.23 кв (2Н, СН2СН3), 7.58 с (2Н, Н2, Н4), 10.97 с уш. (1Н, NH), 14.30 с уш. (1Н, ОН). Спектр ЯМР 13С (ДМСО-ds), Sc, м.д.: 13.5,

14.4, 19.7 (АГ-СН3), 61.3 (O^N), 121.5, 125.4, 126.6, 132.8, 138.3, 150.3, 151.8, 153.8. Масс-спектр, m/z (/отн, %):: 281(78) [M]+, 280 (57) [M-H]+, 235 (41) [M-NO2]+, 208 (42) [M-EtOCO]+, 192 (80) [M-EtOCONH2]+, 162 (100) [M-EtOCONH2-NO]+, 146 (61) [M-EЮШNH2-NO2]+, 132 (59), 118 (36), 104(38), 91 (35), 77 (46). Найдено, %: С 51.43, 51.61; Н 5.52, 5.73. C12H15N3O5. Вычислено, %: C 51.24; Н 5.38 М 281.27.

4-(2-Гидрокси-5-метил-3-нитрофенил)-

1.2.3-тиадиазол (3л). В колбе, снабженной обратным холодильником и системой для отвода и поглощения газообразного НС1, при охлаждении до 0-5°С, к 25 г (89 ммоль) этоксикарбонилгидразона 2-гидрокси-5-метил-3-нитроацетофенона (3л) прибавили 64 мл охлажденного до 0-5°С хлористого тионила, затем охлаждающая баня была убрана; постепенно начиналась активная реакция с выделением НС1. После прекращения активного выделения газов, реакционную смесь грели при 60°С в течение 1 ч. После охлаждения до 20-25°С избыток хлористого тионила отогнали под вакуумом. Остаток разлагали 50 мл холодной воды, выпавший осадок отфильтровали и сушили. Выход неочищенного продукта 19 г (90.5 %). Кристаллизация из метанола дала 15 г (71.4 %) светлооранжевого кристаллического тиадиазола. Т.пл. 124-125°С (удлинённые призмы), Rf 0.52 (гексан - ацетон -диэтиловый эфир,5:2:1). Спектр ЯМР 1Н (ДМСО-ds, S, м.д.): 2.35 с (3Н, СН3), 7.83 с (1Н, Н6), 8.40 с (1Н, Н4), 9.39 с (1Н, Н5н0, 11.06 с (1Н, ОН). Спектр ЯМР 13С (ДМСО-ds, Sc, м.д.): 19.7 (СН3), 121.4, 125.0, 129.2, 135.2, 135.9, 137.0,

148.4, 155.7. Масс-спектр, m/z (/Отн, %): 237 (3) [MI+, 209 (91) [M-N2]+, 192 (70) [М-^-ОН]+, 162 (100) [M-N2-OH-NO]+, 134 (61) [M-N2-OH-NO-CO]+, 108 (12), 89 (27), 77 (6). Найдено, %: С 45.17, 45.51; Н 3.14, 3.29. C9H7NзOзS. Вычислено, %: С 45.57; Н 2.97 М237.23.

бис(5-Метил-7-нитробензофуран-2-ил)дисульфид (8л). В двухгорлую плоскодонную колбу (100 мл), снабженную магнитной мешалкой и обратным холодильником, а также счетчиком пузырьков, поместили 1 г (4.22 ммоль) 4-(2-гидрокси-3-нитро-5-метилфенил)-

1.2.3-тиадиазола (34), 40 мл свежеперегнанного ТГФ, и присыпали в один приём 0.95 г (8.44 ммоль) трет-бутилата калия. Раствор становится тёмно-фиолетовым, появление окраски сопровождается интенсивным выделением азота. Перемешивали в течение 30 мин, затем добавили ТГФ, насыщенный хлористым водородом, до кислой реакции, при этом реакционная масса желтеет. Отфильтровали от неорганических солей и добавили 3 эквивалента 3 %-ной перекиси водорода и выдержали 1 час. Удалили под вакуумом растворитель. Остаток растворили в этилацетате и фильтровали через слой силикагеля. После удаления этилацетата получили 0.6 г (68.3 %) светложёлтого порошкообразного дисульфида. Т.пл. 134-154°С. Спектр ЯМР 1Н (CDCI3, S, м.д.): 2.54 с (3Н, СН3), 7.34 с (1Н, Н3), 7.76 с (1Н, Н4), 8.06 с (1Н, Hs). Спектр ЯМР 13С (CDCI3, Sc, м.д.): 20.7 (СН3), 114.8, 122.9, 128.0, 131.7, 132.9, 133.3, 146.9, 152.8. Масс-спектр, m/z (/отн , %): 416 (60) [М]+, 414 (20) [M-2H]+, 384 (44) [M-S]+, 352 (98) [M-2S]+, 209 (100) [5-метил-7-нитробензофуран-2-тиол]+. Найдено, %: С 52.13, 52.24; Н 3.12, 3.27. C18H12N2O6S2. Вычислено, %: С 51.92; Н 2.90 М416.42.

Литература

1. Wierzbicki М., Kirsch D., Gagniant D., Liebermann М., Schafer T. W. HeterocycIes aminoalcoyles. Synthese et proprirtes biologiques // Eur. J. Med. Chem. Chimica Thera-peutica. 1977. Vol. 12. №3. P. 557

2. Montevecchi P.C., Navacchia M.L. Addition of het-eroaromatic thiols to electron-rich alkenes: a reversed hetero ene reaction // J. Org. Chem. 1995. Vol. 60. №20. P. 64556459

3. Benati L., Capella L., Montevecchi P.C., Spagnolo P. Free-radical addition of heteroarenethioles and het-eroarylmethanethioles to hexyne and phenylacetylene. // J. Org. Chem. 1995. Vol.60, P. 7941-7946.

4. Анисимов А.В., Бабайцев В.С., Колосова Т.А., Викторова Е.А. Реакции гетероароматических тиолов с бутадиеном-1,3 и циклопентадиеном. // Химия гетероцикл. соединений. 1982. № 10. С. 1335-1337.

5. Janosik T., Stensland B., Bergman J. Sulphur-rich heterocycles from 2-metalated benzothiophene and benzofu-rane: sunthesis and structure.// J.Org. Chem. 2002. Vol. 67. № 17. P. 6220-6223.

6. Вайсбург А.Ф., Мортиков В.Ю., Литвинов В.П. Конденсированные гетероциклы. 44. Синтез и структура иминов 2-меркаптобензофуран 3 - карбальдегидов. // Химия гетероцикл. соединений. 1985. № 5. С. 598-602.

7. Литвинов В.П., Мортиков В.Ю., Вайсбург А.Ф. Конденсированные гетероциклы. 48. Бензофуран меркап-то- и селеноальдегиды в синтезе бифункциональных и комплекс-образующих соединений. Изв. АН СССР. Сер. хим. 1990. № 2. С. 422-427.

8. Анисимов А.В., Бабайцeв В.С., Викторова Е.А.

Сигматропные перегруппировки аллил(2-

бензофурил)сульфидов. // Журн. Орг. Хим. 1981. Т. 17. Вып. 6. С. 1316-1319.

9. Общая органическая химия: в 12 т. / под ред. Д. Бартона, У.Д. Оллиса. М.: Химия. 1983. Т.5. 147 с.

10. Петров М.Л., Тепляков Ф.С., Андросов Д.А., Ихлев М. Новый метод синтеза бензофуран-2-тиолов из 4-(2-гидроксиарил)-1,2,3-тиадиазолов. // Журн. Орг. Хим. 2009. Т. 45. Вып. 11. С. 1731-1733.

11. Петров М.Л., Дехаен В., Абрамов М.А., Абрамова И.П., Андросов Д.А. 4-(2-Гидроксиарил)-1,2,3-тиадиазолы как источники 2-бензофурантиолатов // Журн. Орг. Хим. 2002. Т. 38. Вып. 10. С. 1563-1571.

12. Josh/ G., Singh S. Nitrohydroxy Aromatic Ketones. I. Nitrohydroxyacetophenones // J. Am. Chem. Soc. 1954. №19. P. 4993