CC BY
31
УДК 547.712.:547.124
А. Б. Хачатурян (асп.), А. В. Зорин (к.х.н., с.н.с.), В. В. Зорин (д.х.н., проф., зав. каф., член-корр. АН РБ)
Взаимодействие енолятов ацилатов лития с сероуглеродом
Уфимский государственный нефтяной технический университет, кафедра биохимии и технологии микробиологических производств 450062, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1; тел. (347) 2431935, e-mail: bio2@rusoil.net
A. B. Khachaturyan, A. V. Zorin, V. V. Zorin
Interaction acylates lithium enolates with carbon disulfide
Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str, 450062, Ufa, Russia; ph. (347) 2431935, e-mail: bio2@rusoil.net
Исследовано влияние строения енолят-анионов, содержащих анионоидный центр у первичного, вторичного и третичного а-атома углерода, генерируемых металлированием различных кар-боновых кислот диизопропиламидом лития, на синтез дитиокарбоновых кислот и их эфиров в реакции с сероуглеродом. Показано, что характер продуктов взаимодействия енолят-анионов ацилатов лития с сероуглеродом, их выходы и селективность протекания реакции в целом существенно зависят от строения енолят- анионов.
Ключевые слова: дитиокарбоновые кислоты; енолят-анионы; карбоновые кислоты; металли-рование; сероуглерод; синтез.
Известно, что енолят-анионы, генерируемые из кетонов, карбоновых кислот и сложных эфиров, активно вступают в реакции с углекислым газом и сероуглеродом, образуя карбоновые и дитиокарбоновые кислоты 1-4. Ди-тиокарбоновые кислоты и их производные представляют значительный интерес для органического синтеза в качестве промежуточных продуктов 4.
Наиболее распространенным и удобным методом синтеза дитиокарбоновых кислот и их производных является взаимодействие литий- и магнийорганических соединений с сероуглеродом 4.
Для литийорганических соединений наиболее часто приводятся примеры реакций с участием металлированных метиленовых групп, реже — метильных, и практически отсутствуют сведения об участии СН-кислот с активированными метиновыми группами 4.
Дата поступления 25.03.13
The influence of the structure of enolate anions containing anionoid centre at the primary, secondary and tertiary a-carbon atom obtained by various carboxylic acids metallation by lithium diisopropylamide on the dithiocarboxylic acids and their esters synthesis by reaction with carbon disulfide was investigated. It is shown, that the nature of the lithium acylates enolate anions with carbon disulfide reaction products, their yields and selectivity of the reaction generally significantly depend on the structure of the enolate anions
Key words: carbon disulfide; carboxylic acids; dithiocarboxylic acid; enolate anions; metal-lation; synthesis.
В известной нам литературе имеется лишь один пример, описывающий взаимодействие енолятов ацилатов лития с сероуглеродом 5.
Показано, что при взаимодействии метал-лированных нонановой, 2-метилнонановой и гексадекановой кислот с сероуглеродом и при последующей обработке реакционной смеси эквивалентным количеством метилиодида образуются соответствующие S-метиловые эфи-ры 2-оксикарбонилдитиокарбоновых кислот 5.
Ранее нами 6 было показано, что в отличие от енолят- анионов, генерируемых из алифатических карбоновых кислот, образующих в последовательных реакциях с сероуглеродом и метилиодидом S-метиловые эфиры 2-оксикар-бонилдитиокарбоновых кислот 5, при взаимодействии металлированной диизопропилами-дом лития фенилуксусной кислоты в тетрагид-рофуране в атмосфере аргона с сероуглеродом и последующей обработке реакционной смеси метилиодидом, образуется метиловый эфир
Кч ЬБЛ ^СООИ -►
1,2
^—СОО"
1а,2 а
8 * И
"8 СОО" 5а,6а
СИ31
5а,6а -
Схема 1. И=С2Н5 (1,5), С3Н7(2,6)
8 *
си38 СОО-5б,6б
И+
сн
3\
ЬБЛ
соон
сн
2\
соо"
7а
С82
8 *
СИ38 СООИ 5,6
8ч
ЧС- сн2
"8 соо"
8а
8
л
С сн2
"8 соо
8а
7а
Схема 2.
"8
С сн
"8 соо" 8б
1)СИз1
2)н+ *
СИ38
С сн
СИ
8
сооИ
дитиофенилуксусной кислоты. Последний образуется в результате декарбоксирования промежуточного Б-метилового эфира 2-оксикарбо-нилфенилдитиоуксусной кислоты в условиях реакции.
В связи с этим, нами исследовано влияние строения енолят-анионов, генерируемых из различных карбоновых кислот, содержащих анионоидный центр у первичного, вторичного и третичного а-атома углерода, на синтез замещенных монодитиомалоновых кислот и их эфиров в реакциях с сероуглеродом.
На примере масляной (1) и валерьяновой (2) кислот исследована эффективность получения а-замещенных карбоновых кислот, содержащих дитиокарбоксильную группу прямой функционализацией енолят-анионов соответствующих ацилатов лития с анионоидным центром у вторичного а-атома углерода под действием сероуглерода.
Установлено, что при взаимодействии ме-таллированной диизопропиламидом лития (ЬЭЛ) масляной (1) или валерьяновой (2) кислот в тетрагидрофуране в атмосфере аргона с сероуглеродом (3) при —65 0С в течение 10 мин и последующей обработке реакционной смеси метилиодидом (4) при мольном соотношении реагентов (ЬЭЛ):(1, 2):(3):(4) = 2:1:1.1:1, при —50 0С в течение 30 мин образуются литиевые
соли а-(метилдитиокарбокси)масляной (5б) и а-(метилдитиокарбокси)валерьяновой (6б) кислот. После обработки реакционной смеси раз-бавленой соляной кислотой, экстракции диэти-ловым эфиром подкисленного водного слоя и упаривания эфирной вытяжки выделяются а-(метилдитиокарбокси)масляная (5) и а-(ме-тилдитиокарбокси)валерьяновая (6) кислоты с выходами 70 и 75% от теоретического соответственно (схема 1).
В отличие от масляной (1) и валерьяновой (2) кислот в аналогичных условиях при взаимодействии енолята ацетата (7а) лития с сероуглеродом (3) и последующей обработке реакционной смеси метилиодидом (4) образуется 1,1-диметилдитиаль карбоксикетена (8) с выходом 13%. Ожидаемый продукт — метилдитио-карбоксиуксусная кислота в реакционной смеси не обнаружена. Судя по данным ГЖХ-ана-лиза и спектра ЯМР реакция протекает неселективно и наряду с дитиалем кетена (8), образуются другие продукты, выделить и идентифицировать которые не удалось.
В соответствии с литературными данными по синтезу 1,1-диметилдитиалей, в реакции металлированных СН- кислот с сероуглеродом и метилиодидом 4 образование продукта (8) можно представить схемой 2.
7
8
\ LDA \ У- COOH -► Л— COO-
CS2
S
- У
-S
COO-
9
10а
-CO2
9а
S
► У
-S
10а
9а
10б
CH3I
S
CH3S
Схема 3.
Генерируемый под действием диизопропил-амида лития (ЬЭЛ) на уксусную кислоту (7) енолят ацетата лития (7а) взаимодействует с сероуглеродом с образованием литиевой соли монодитиомалоновой кислоты (8а), метилено-вая группа которой, связанная с карбоксильной и тиотионовой группами, очевидно, имеет высокую СН-кислотность и в условиях реакции металллируется енолятом ацетата лития (7а) (рКаН=24) с образованием 1,1-дитиолата карбоксикетена (8а). Б-Алкилирование последнего метилиодидом приводит к конечному продукту (8). Характерно, что диметилдити-аль карбоксикетена (8) образуется даже при избытке сероуглерода. По-видимому, высокая СН- кислотность метиленовой группы в литиевой соли монодитиомалоновой кислоты обеспечивает полное переметелирование с еноля-том ацетата лития.
При исследовании взаимодействия метал-лированной изомасляной кислоты (9а) с сероуглеродом в тех же условиях было установлено, что реакция протекает также неселективно с образованием различных продуктов, среди которых в спектрах ЯМР 1Н и 13С выявлены сигналы, относящиеся к метилдитиоизобути-рату (10) и 1,1-диметилдитиалю 2,2-диметил-кетена (11) в мольном соотношении 11:9. Суммарный выход продуктов 10 и 11 составил 48%. Образование продуктов реакции 10 и 11 можно представить следующей схемой 3.
Енолят-анионы, генерируемые под действием ЬЭЛ из изомасляной кислоты (9), превращаются при взаимодействии с сероуглеро-
У
10
CH3S CH3S
к
11а
CH3I
У
к
: \
11
дом в литиевую соль 2,2-диметилмонодитиома-лоновой кислоты (10а), которая, по видимому, в условиях реакции нестабильна и декарбокси-лируется в литиевую соль дитиоизомасляной кислоты (10б). Последняя в присутствии метил-иодида переходит в метиловый эфир 2-метил-пропандитионовой кислоты (10) или металли-руется под действием енолята изобутирата лития (9а). Движущей силой этого взаимодействия является различие в рКа изобутирата лития и его серосодержащего гетероаналога. Образующийся енолят-анион дитиоизобутира-та (11а) лития переходит в 1,1-диметилдити-аль 2,2-диметилкетена (11).
Таким образом, полученные результаты показывают, что характер продуктов взаимодействия енолят-анионов ацилатов лития с сероуглеродом, их выходы и селективность образования существенно зависят от строения енолят-анионов.
Экспериментальная часть
Спектры ЯМР 1Н и С записаны в CDCl3 на приборе Bruker АМ-300 (рабочая частота 300 и 75.47 МГц соответственно).
В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром и газоподводящей трубкой, в атмосфере аргона помещали 2.14 г (0.02 моль) диизопропиламида лития (LDA) в 60 мл осушенного тетрагидрофурана. Затем при нормальной температуре и перемешивании прикапывали 0.01 моль карбоновой кислоты (1,2,7,9) в 10 мл ТГФ, при этом температура
реакционной смеси повышалась до 35 °С. Смесь перемешивали в течение 60 мин, поддерживая температуру с помощью водяной бани. Затем реакционную смесь охлаждали в бане из сухого льда и ацетона до —65 °С и добавляли 0.836 г (0.011 моль) сероуглерода (3) в 5 мл ТГФ, перемешивание продолжали в течение 10 мин. После чего добавляли 1.56 г (0.011 моль) метилиодида (4) в 5 мл ТГФ при температуре —50 °С, и перемешивали еще 30 мин. После завершения реакции смесь обрабатывали соляной кислотой до рН 1, водный слой экстрагировали эфиром (3х100 мл). Объединенные эфирные вытяжки сушили над безводным сульфатом натрия, затем растворитель упаривали, образовавшиеся продукты анализировали методами ГЖХ, ЯМР *H и С.
а-(Метилдитиокарбокси)масляная кислота (5), спектр ЯМР *Н (в CDCl3, 8, м.д.): 0.94 т (3Н, CH3CH2), 2.05-2.16 м (2Н, СН^СН), 2.65 с (3Н, CH3S), 4.10 т [1Н, CHC(S)S]; спектр ЯМР 13C (в CDd3, 8, м.д.): 11.58 (CH3CH2), 20.18 (GHsS), 27.06 (CHXH), 66.62 [CHC(S)S], 174.63 (COO), 231.65 [C(S)S].
Литература
1. Levine R., Hauser C. R. // J. Am. Chem. Soc.-1944.- V.66.- P.1768.
2. Reiffers S., Strating J., Wynberg H. // Tetrahedron Lett.- 1971.- V.12.- P.3001.
3. Reiffers S., Strating J., Wynberg H. // Tetrahedron Lett.- 1971.- V.12.- P.2339.
4. Получение и свойства органических соединений серы./Под ред. Беленького Л. И.- М.: Химия, 1998.- 560 с.
5. Konen D. A., Pfeffer P. E., Silbert L. S. // Tetrahedron.- 1976.- V.32.- P.2507.
6. Хачатурян А. Б., Зорин А. В., Зорин В. В./ / БХЖ.- 2011.- Т.18, №2.- С.135.
а-(Метилдитиокар6окси)валериановая кислота (6), спектр ЯМР (в СЭС13, 8, м.д.): 0.92 т (3Н, СН3СН2), 1.35 м (2Н, СН2СН3), 1.95-2.15 м (2Н, СН^СН), 2.65 с (3Н, СН3Б), 4.21 т [1Н, СН-С(8)Б]; спектр ЯМР 13С (в СЭС13, 8, м.д..): 13.74 (СН3СН2), 20.15 (СН3Б), 20.29 (СН2СН3), 36.76 (СН2СН), 64.80 [СН-С(8)8], 174.94 [С(О)О], 231.70 [С(8)Б].
1,1-Диметилдитиаль карбоксикетена (8), спектр ЯМР (в СЭС13, 5, м.д.): 2.26 с (6Н, 2СН38), 5.14 с (1Н, СН=С); спектр ЯМР 13С (в СЭС13, 8, м.д.): 17.54 (СН3Б), 110.15 (СН=С), 152.03 [С(БСН3)2], 165.38 [С(О)О].
Метилдитиоизобутират (10), спектр ЯМР *Н (в СЭС13, 5, м.д.): 1. 64 д [6Н, (СН3)2СН], 2.56 с (3Н, СНчБ), 3.37 м [1Н, СНС(8)Б]; спектр ЯМР 13С (в СЭС13, 8, м.д.): 20.36 (СН3Б), 24.04 [(СНз)2СН], 49.24 [(СН(СН3)2], 225.07 [С(8)Б].
1,1-Диметилдитиаль 2,2-диметилкетена (11), спектр ЯМР (в СЭС13, 8, м.д.): 2.34 с (6Н, 2СН38), 2.48 с [6Н, (СН3)2С]; спектр ЯМР 13С (в СЭС13, 8, м.д.): 19.02 [(СН3)2С)], 19.95 (СН38), 135.42 [(С(СН3)2], 140.63 [С(8СН3)2].
References
1. Levine R., Hauser C. R. // J. Am. Chem. Soc.— 1944.- V.66.- P.1768.
2. Reiffers S., Strating J., Wynberg H. // Tetrahedron Lett.- 1971.- V.12.- P.3001.
3. Reiffers S., Strating J., Wynberg H. // Tetrahedron Lett.- 1971.- V.12.- P.2339.
4. Poluchenie i svojstva organicheskih soedinenij sery./Pod red. Belen'kogo L. I.- M.: Himija, 1998.- 560 s.
5. Konen D. A., Pfeffer P. E., Silbert L. S. // Tetrahedron.- 1976.- V.32.- P.2507.
6. Khachaturyan A. B., Zorin A. V., Zorin V. V./ / Bash. khim. zh.- 2011.- V.18, №2.- P.135.
