СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ N,N'-БИС-(3-МЕРКАПТОФЕНИЛ)ТЕТРАТИАДИАЗАЦИКЛОАЛКАНОВ
METHOD OF OBTAINING N,N'-BIS-(3-MERCAPTOPHENYL)TETRATHIADIAZACYCLOALKANES

Предлагаемое изобретение относится к органической химии, конкретно, к способу получения N,N′-бис-(3-меркаптофенил)тетратиадиазациклоалканов общей формулы (1):
В основе многих технических применений макроциклических соединений, имеющих в структуре электронодонорные (S,N)гетероатомы и обладающих способностью включать в свою полость катионы, лежит главное их уникальное свойство - способность избирательно захватывать строго определенные ионы в соответствии с размером полости кольца. В связи с этим, S,N-содержащие макрогетероциклы перспективны в качестве сорбентов и экстрагентов драгоценных металлов, а также селективных комплексообразователей иридия (Akhmetova V.R., Rakhimova Е.В., Vagapov R.A., Minnebaev A.B., Kopylova E.V., Buslaeva T.M., Kunakova R.V. // Trends in Heterocyclic Chemistry, 2011, 15(9), 33), палладия (Behcini A., Bianchi A., Dappoto P.J. // Chem. Soc. Chem. Commun., 1990, 1382; Bencini A., Bianchi A., Dapporto P. // Inorg. Chem., 1993, 32, 1204), меди и цинка (W.A. Freeman, W.L. Mock, N.-Y. Shih // J. Am. Chem. Soc, 1981, 103, 7367).
Известен способ (Black D. St., McLean I.A. // Chem. Commun., 1968, 1004) получения тетратиадиазациклооктадекана (2) с выходом 8% циклодимеризацией ди-(2-бромэтил)амина и динатриевой соли дитиогликоля в EtOH в качестве растворителя в условиях высокого разбавления.
Известный способ не позволяет получать N,N′-бис-(3-меркаптофенил)тетратиадиазациклоалканы общей формулы (1).
3
Известен способ (N.A. Bailey et al. // J. Chem. Soc, 1984, 2281; A. Lavery, S.M. Nelson, M.G.B. Drew // J. Chem. Soc, 1987, 2975) получения макроциклических оснований Шиффа (3) [2+2]-циклоконденсацией 2,5-диформилтиофена с алифатическими диаминами в AcCN или CHOH в качестве растворителей в условиях высокого разбавления.
Известным способом не могут быть получены N,N′-бис-(3-меркаптофенил)тетратиадиазациклоалканы общей формулы (1).
Известен способ (Попов И.И. и др. // ХГС, 1990, 1, 136; Arimand Farukh et al. // Medicinal Chemistry Research, 2010, 19(8), 794) получения тетратиатетразациклоалканов (4) и (5) взаимодействием бензимидазол-2-тиона с дигалогенпроизводными.
Известный способ не позволяет получать N,N′-бис-(3-меркаптофенил)тетратиадиазациклоалканы общей формулы (1).
м
2
2
Известен способ (Akhmetova V.R. et al. // Molecular diversity, 2010, 14, 463) совместного получения S,N-содержащего макрогетероцикла (6) (17%) и N-замещенного 1,3,5-дитиазинана (7) (52%) циклотиометилированием -аминотиофенола с помощью CHO и HS в соотношении 1:3:2 в EtOH за 3 ч при 20°C.
Известный способ не технологичен, так как предполагает применение газообразного и чрезвычайно токсичного сероводорода. Кроме того, известным способом не могут быть получены N,N′-бис-(3-меркаптофенил)тетратиадиазациклоалканы общей формулы (1).
Таким образом, в литературе отсутствуют сведения о получении N,N′-бис-(3-меркаптофенил)тетратиадиазациклоалканов общей формулы (1).
Предлагается новый способ получения N,N′-бис-(3-меркаптофенил)тетратиадиазациклоалканов общей формулы (1).
м
м
2
2
n
3
3
2
3
3
2
·
·
Сущность способа заключается во взаимодействии -аминотиофенола с формальдегидом и α,ω-алкандитиолом общей формулы HSCH(CH)SH (где n=1, 2, 3) в присутствии катализатора Sm(NO) 6HO при мольном соотношении -аминотиофенол:формальдегид:α,ω-алкандитиол:Sm(NO) 6HO=1:2:1:(0.03-0.07), предпочтительно 1:2:1:0.05, при комнатной температуре (~20°C) и атмосферном давлении в этаноле в качестве растворителя в течение 2.5-3.5 ч. Выход N,N′-бис-(3-меркаптофенил)тетратиадиазациклоалканов общей формулы (1) составляет 42-65%. Реакция протекает по схеме:
м
м
2
2
n
3
3
2
3
3
2
3
3
2
·
·
·
N,N′-бис-(3-меркаптофенил)тетратиадиазациклоалканы общей формулы (1) образуются только лишь с участием -аминотиофенола, формальдегида и α,ω-алкандитиола общей формулы HSCH(CH)SH (где n=1, 2, 3) под действием катализатора Sm(NO) 6HO. В присутствии других ариламинов (например, аминофенолов) целевые продукты (1) не образуются. Проведение реакции в присутствии катализатора Sm(NO) 6HO больше 7 мол.% по отношению к -аминотиофенолу не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1). Использование в реакции катализатора Sm(NO) 6HO менее 3 мол.% снижает выход (1), что связано с уменьшением каталитически активных центров в реакционной массе. Реакции проводили при комнатной температуре ~20°C. При более высокой температуре (например, 60°C) снижается селективность реакции и увеличиваются энергозатраты, при меньшей температуре (например, 0°C) снижается скорость реакции.
Существенные отличия предлагаемого способа.
2
В известном способе реакция идет с участием в качестве исходного реагента HS с образованием S,N-содержащего макрогетероцикла (6) и N-замещенного 1,3,5-дитиазинана (7). Известный способ не позволяет получать индивидуальные N,N'-бис-(3-меркаптофенил)тетратиадиазациклоалканы общей формулы (1).
2
2
n
3
3
2
·
В предлагаемом способе реакция идет с участием в качестве исходного реагента α,ω-алкандитиола общей формулы HSCH(CH)SH (где n=1, 2, 3) под действием катализатора Sm(NO) 6HO. В отличие от известных, предлагаемый способ позволяет селективно получать индивидуальные N,N′-бис-(3-меркаптофенил)тетратиадиазациклоалканы общей формулы (1), синтез которых в литературе не описан.
Способ поясняется следующими примерами.
м
3
3
2
2
·
ПРИМЕР 1. В сосуд Шленка, установленный на магнитной мешалке, в атмосфере аргона помещают 0.148 мл (2 ммоль) 37% формальдегида и 0.08 мл (1 ммоль) 1,2-этандитиола, затем прикапывают 0.125 г (1 ммоль) -аминотиофенола в 15 мл этанола и добавляют 0.022 г (0.05 ммоль) Sm(NO) 6HO. Реакционную смесь перемешивают при комнатной температуре (~20°С) в течение 3 ч, упаривают, вакуумируют и растворяют в хлороформе. Хлороформную фракцию хроматографируют на колонке с SiO и выделяют N,N′-бис(3-меркаптофенил)-1,5,8,12-тетратиа-3,10-диазациклотетрадекан с выходом 62%.
Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице 1.
Таблица 1
№№ п/п
Исходный α,ω-алкандитиол
Соотношение <i>м</i>-аминотиофенол:формальдегид:α,ω-алкандитиол:Sm(NO<sub>3</sub>)<sub>3</sub> <sup>·</sup>6H<sub>2</sub>O, ммоль
Время реакции, час
Выход (1), %
1
1,2-этандитиол
1:2:1:0.05
3
62
4
-«-
1:2:1:0.07
3
65
5
-«-
1:2:1:0.03
3
58
6
-«-
1:2:1:0.05
3.5
64
7
-«-
1:2:1:0.05
2.5
56
8
1,3-пропандитиол
1:2:1:0.05
3
51
9
1,4-бутандитиол
1:2:1:0.05
3
42
Все опыты проводили в этаноле при комнатной температуре (~20°С).
1
1
1
13
13
1
2
4
3
Спектральные характеристики N,N'-бис(3-меркаптофенил)-1,5,8,12-тетратиа-3,10-диазациклотетрадекана ( Контроль реакции осуществляли методом ТСХ на пластинах Silufol W-254, проявляли парами I. Для колоночной хроматографии использовали силикагель КСК (100-200 мкм). Спектры ЯМР 1D (Н, С) и 2D (COSY, HSQC, НМВС) сняты на спектрометре Bruker Avance 400 (100.62 МГц для С и 400.13 МГц для Р) по стандартным методикам фирмы Bruker, внутренний стандарт MeSi, растворитель - CDCl. Масс-спектры получены на приборе MALDI TOF/TOF AUTOFLEX III фирмы Bruker. Жидкостные хроматомасс-спектры APCI (Atmospheric Pressure Chemical Ionization) снимали на приборе Shimadzu LCMS 2010 EV с ионизирующим напряжением 1.5 кВ):
f
3
1
13
+
R 0.80 (Sorbfil, бензол-этанол, 9:1). Спектр ЯМР H (400 МГц, CDCl), δ, м.д.: 3.09 (8Н, уш.с, Н-6, Н-7, Н-13, Н-14); 3.48 (2Н, уш.с, SH); 4.80 (8Н, уш.с, Н-2, Н-4, Н-9, Н-11); 6.78-7.08 (6Н, м, Н-2′, Н-4′, Н-6′, Н-2′′, Н-4′′, Н-6′′); 7.15-7.28 (2Н, м, Н-5′, Н-5′′). Спектр ЯМР C, δ, м.д.: 35.7 (С-6, С-7, С-13, С-14); 54.6 (С-2, С-4, С-9, С-11); 113.2 (С-6′, С-6′′); 116.4 (С-2′, С-2′′); 120.9 (С-4′, С-4′′); 129.8 (С-5′, С-5′′); 131.2 (C-1', C-1′′); 148.1 (С-3′, С-3′′). Масс-спектр (Shimadzu LCMS), m/z 487 [M+H].
Спектральные характеристики N,N′-бис(3-меркаптофенил)-1,5,9,13-тетратиа-3,11-диазациклогексадекана:
f
3
1
13
R 0.9 (Sorbfil, бензол-этанол, 9:1). Спектр ЯМР Н (400 МГц, CDCl), δ, м.д.: 1.79-1.84 (4Н, м, Н-7, Н-15); 2.70 (8Н, уш.с, Н-6, Н-8, Н-14, Н-16); 3.51 (2Н, уш.с, SH); 4.73 (8Н, уш.с, Н-2, Н-4, Н-10, Н-12); 6.70-6.83 (6Н, м, Н-2′, Н-4′, Н-6′, Н-2′′, Н-4′′, Н-6′′); 7.10-7.28 (2Н, м, Н-5′, Н-5′′). Спектр ЯМР С, δ, м. д.:
+
29.0 (С-6, С-8, С-14, С-16); 32.0 (С-7, С-15); 56.5 (С-2, С-4, С-10, С-12); 110.9 (С-6′, С-6′′); 113.9 (С-2′, С-2′′); 119.9 (С-4′, С-4′′); 129.8 (С-5′, С-5′′); 131.8 (С-1′, С-1′′); 143.9 (С-3′, С-3′′). Масс-спектр (Shimadzu LCMS), m/z 515 [М+Н].
Спектральные характеристики N,N′-бис-(3-меркаптофенил)-1,5,10,14-тетратиа-3,12-диазациклооктадекана:
f
3
2
2
2
24
33
2
6
1
13
+
R 0.75 (Sorbfil, толуол-этилацетат-ацетон, 8:1:1). Спектр ЯМР Н (400 МГц, CDCl), δ, м.д.: 1.71 (8Н, уш.с, СН, Н-7, Н-8, Н-16, Н-17); 2.54 (8Н, уш.с, СН, Н-6, Н-9, Н-15, Н-18); 3.49 (2Н, уш.с, SH); 4.62 (8Н, уш.с, СН, Н-2, Н-4, Н-11, Н-13); 6.74-6.80 (4Н, м, СН, Н-4′, Н-6′, Н-4′′, Н-6′′); 6.88 (2Н, уш.с, СН, Н-2′, Н-2′′); 7.14 (2Н, т, J=7.8 Гц, СН, Н-5′, Н-5′′). Спектр ЯМР C, δ, м.д.: 27.7 (С-7, С-8, С-16, С-17); 30.9 (С-6, С-9, С-15, С-18); 53.5 (С-2, С-4, С-11, С-13); 113.1 (С-6′, С-6′′); 116.3 (С-2′, С-2′′); 120.7 (С-4′, С-4′′); 129.8 (С-5′, С-5′′); 131.8 (C-1′, C-1′′); 148.0 (С-3′, С-3′′). MALDI TOF, m/z 541.154 [M-H] (CHNS).