СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ α, ω-{ БИС[(ПЕНТАН-2,4-ДИОН-3-ИЛ)МЕТИЛСУЛЬФАНИЛ]} -АЛКАНОВ
METHOD OF OBTAINING α, ω-{ BIS[(PENTAN-2,4-DION-3-YL)METHYLSULPHANYL]}-ALKANES

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, в частности, к способу получения α,ω-{бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-алканов общей формулы (1):
Подобные O,S-содержащие соединения могут найти применение в качестве селективных сорбентов, экстрагентов, комплексообразователей и биологически активных веществ [J.Zabicky. The Chemistry of Metal Enolates (Chemistry of Functional Groups). 2009, Interscience, Part 1, 1249 p.; И.В.Свистунова, E.B.Федоренко. α-Замещенные ацетилацетонаты дифторида бора. ЖОХ, 2008, т.78, №8, с.1280-1288].
3
2
Известен способ [С.Ogawa, S. Kobayashi. Iron-catalized direct-tyre hidroxymethylation of 1,3-dicarbonyl compounds in water. Chemistry Letters, 2007, vol.36, №1, p.56-57] получения 2-(гидроксиметил)-2-метил-1-фенилбутан-1,3-диона (2) гидроксиметилированием 2-метил-1-фенилбутан-1,3-диона водным раствором формальдегида в присутствии каталитического количества Fe(NO)3·9HO и натрия додецилбензенсульфата (НДБС), при комнатной температуре в течение 48 ч с выходом 63% по схеме:
Известный способ не позволяет получать α,ω-{бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-алканы общей формулы (1).
Известен способ [N.Lego. Synthesis of arylacetones from aryl halides and acetylacetonate. Chemistry Letters, 1982, p.597-600] получения арилдиацетонов (3) реакцией арилгалогенидов с ацетилацетонатами натрия и калия в присутствии медного катализатора в диметилфталате (ДМФ) при 100°C по схеме:
М=Na, K;
6
4
6
4
3
6
4
3
6
4
3
6
4
3
6
4
2
6
4
X=3-PhCOCHBr 3-AcCHBr, PhBr, 2-CHCHBr, 4-CHCHBr, 4-CHCHI,4-CHOCHBr, 4-NOCHBr;
Y=Cl, Br, I.
Известный способ не позволяет получать α,ω-{бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-алканы общей формулы (1).
Известен способ [Y.Suzuki, М.Shimawaki, Е.Miyazaki, I.Osaka, К.Т. Quinoidal. Oligothiophenes with (acyl)cyanomethylene termini: synthesis, characterization, properties, and solution processed n-channel organic field-effect transistors. Chemistry of Materials, 2011, vol.23, №3, p.795-804] получения O,N,S-содержащих соединений общей формулы (4) взаимодействием бис-(2,2′-тиен-5,5′-диил)диацетонитрила с ацетилхлоридом в присутствии NaH по схеме:
Известным способом не могут быть получены α,ω-{бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-алканы общей формулы (1).
Таким образом, в литературе отсутствуют сведения по получению α,ω-{бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-алканов общей формулы (1).
Предлагается новый способ получения α,ω-{бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-алканов общей формулы (1).
2
3
2
2
3
2
2
3
2
3
2
5
Сущность способа заключается во взаимодействии формальдегида (37%) с сероводородом (HS) или α,ω)-дитиолом  и ацетилацетоном в присутствии катализатора BF-EtО, при мольном соотношении CHO:сероводород:ацетилацетон:BF-EtO=3:2:2:(0.03-0.07), предпочтительно 3:2:2: 0.05 или СНО: дитиол: ацетилацетон: BF-EtО=2:1:2:(0.03-0.07), предпочтительно 2:1:2:0.05, в растворителе CHCl:СНОН (объемн. 1:1), при комнатной температуре (~20°C) и атмосферном давлении в течение 5-7 ч, предпочтительно 6 ч. Выход α,ω - {бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-алканов общей формулы (1) составляет 61-87%. Реакция протекает по схеме:
α,ω-{Бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-алканы общей формулы (1) образуются только лишь с участием формальдегида, сероводорода (α,ω-дитиола) и ацетилацетона, взятыми в стехиометрическом соотношении 3(2):2(1):2. При другом соотношении исходных реагентов снижается селективность реакции. В присутствии других альдегидов (например, алкил-, арилзамещенные альдегиды), других 1,3-дикарбонильных соединений (например, диметилового эфира малоновой кислоты, ацетоуксусного эфира) целевые продукты общей формулой (1) не образуются. Без катализатора выход продуктов (1) не превышает 35%.
3
2
3
2
Проведение указанной реакции в присутствии катализатора BFEtO больше 7 мол. % не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1). Использование катализатора BF-EtO менее 3 мол. % снижает выход (1). Реакции проводили при комнатной температуре (~20°C). При температуре выше 20°C (например, 60°C) увеличиваются энергозатраты, а при температуре ниже 20°C (например, -10°C) снижается скорость реакции. Опыты проводили в смеси растворителей хлороформ-этанол (1:1 объемн.), т.к. в указанной смеси хорошо растворяются исходные реагенты и целевые продукты (1).
2
Существенные отличия предлагаемого способа. В предлагаемом способе в качестве исходных реагентов применяются ацетилацетон, формальдегид, HS или дитиолы, а в качестве катализатора-эфират трехфтористого бора. Способ позволяет получать α,ω-{бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-алканы общей формулы (1). В известном способе в качестве исходных реагентов применяются бис-(2,2′-тиен-5,5′ -диил)диацетонитрил с ацетилхлоридом, а в качестве катализатора применяется гидрид натрия. Известным способом не могут быть получены α,ω-{бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-алканы общей формулы (1)
Способ поясняется следующими примерами.
3
2
5
3
2
Пример 1: В стеклянный реактор, установленный на магнитной мешалке, снабженный газоподводящей трубкой, при комнатной температуре (~20°C) помещают 30 ммоль формальдегида (37% водный раствор), насыщают сероводородом (20 ммоль) в течение 30 мин, добавляют 1.5 мл CHCl и 1.5 мл CHOH, 20 ммоль ацетилацетона и 0.05 ммоль BF-EtO, перемешивают при ~20°C в течение 6 ч. Из реакционной массы выделяют бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]-метан с выходом 85%.
3
2
5
3
2
Пример 2: В сосуд Шленка, установленный на магнитной мешалке, в атмосфере аргона при комнатной температуре (~20°C) помещают 20 ммоль формальдегида (37% водный раствор), 10 ммоль 1,2-этандитиола и перемешивают в течение 30 мин, добавляют 1.5 мл CHCl и 1.5 мл CHOH, 20 ммоль ацетилацетона и 0.05 ммоль BF·EtO, перемешивают при ~20°C в течение 6 ч. Из реакционной массы выделяют 1,2-{бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-этан с выходом 81%.
Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице:
№ п/п
Исходный H<sub>2</sub>S или α,ω-дитиол
Соотношение ацетилацетон:формальдегид:H<sub>2</sub>S или α,ω-дитиол:BF3·Et<sub>2</sub>O, ммоль
Время реакции, ч
Выход (1), %
2
H<sub>2</sub>S
2:3:2:0.05
6
85
3
2:3:2:0.07
6
89
4
2:3:2:0.03
6
64
5
1,2-этандитиол
2:2:1:0.05
6
81
6
2:2:1:0.07
6
87
7
2:2:1:0.03
6
61
8
2:2:1:0.05
5
67
9
2:2:1:0.05
7
78
10
1,3-пропандитиол
2:2:1:0.05
6
82
11
1,4-бутандитиол
2:2:1:0.05
6
80
12
1,5-пентандитиол
2:2:1:0.05
6
87
13
1,6-гександитиол
2:2:1:0.05
6
84
Все опыты проводили в смеси растворителей хлороформ-этанол (1:1, объемн.) при комнатной температуре (~20°C).
Спектральные характеристики соединений (1a-e).
Бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]-метан (1а)
f
Масло желтого цвета. R=0.58
-1
2
ИК-спектр (ν, см): 720(C-S), 1074(С-О), 1420(СН-), 1726(С=O).
1
3
2
2
Спектр ЯМР Н (δ, м.д., J, Гц): 2.12 (с, 12Н, СН (14,17,18,19)); 2.82 (м, 4Н, СН (4,8)); 3.65 (т, 2Н, СН(5,9)); 4.32 (уш. с, 2Н, СН (2), J=6.65).
2
13
20
4
2
теор.
+
Масс-спектр, m/z: 322 [М+HO]. Найдено (%): C, 50.82; H, 6.44; S, 20.11. CHOS. M=304. Вычислено (%): C, 51.29; H, 6.62; S, 21.07.
1,2-{Бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-этан (1б)
пл.
f
Кристаллы белого цвета. Т=138-140°C. R=0.6
-1
2
ИК-спектр (ν, см): 724(C-S), 1020(С-О), 1418(СН-), 1691 (С=O), 3434 (O-H).
1
3
2
2
Спектр ЯМР H (δ, м.д., J, Гц): 2.34 (с, 12Н, СН (15,18,19,20)); 2.55 (с, 4Н, СН (2,3)); 2.75(уш. с, 4Н, СН (5,9), 2Н, СН (6,10)).
13
Спектр ЯМР C (δ, м.д.): 22.91 (С-15,18,19,20); 30.57 (С-9,5); 32.54 (С-2,3); 106.43 (С-6,10); 192.05(С-7,11,13,16).
+
14
22
4
2
теор
Масс-спектр, m/z: 341[M+Na]. Найдено (%): C, 50.86; H, 6.80; S, 23.60. CHOS. M=318. Вычислено (%): C, 52.80; H, 6.96; S, 20.14.
1,3-{Бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-пропан (1в)
f
Масло оранжевого цвета. R=0.61
-1
2
ИК-спектр (ν, см): 726(C-S), 1078(С-O), 1419(СН-), 1698(С=O), 3446 (О-Н).
1
2
3
2
2
Спектр ЯМР H (δ, м.д., J, Гц): 1.88 (м, 2Н, СН (7)); 2.13 (с, 12Н, СН (16,19,20,21)); 2.63 (м, 4Н, СН(6,8)); 2.71 (м, 4Н, СН(2,10)); 3.63 (с, 2Н, СН (3,11)).
13
Спектр ЯМР C (δ, м.д.): 27.47 (C-7); 29.47 (С-16,19,20,21); 30.31 (С-2,10); 31.32 (С-6,8); 68.19 и 106.73 (С-3,11); 191.98 (С-4,12,14,17).
+
15
24
4
2
теор
Масс-спектр, m/z: 355[M+Na]. Найдено (%): C, 53.96; H, 7.52; S, 20.04. CHOS. М=332. Вычислено (%): C, 54.19; H, 7.28; S, 19.29.
1,4-{Бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-бутан (1 г)
f
Масло оранжевого цвета. R=0.59
-1
2
ИК-спектр (ν, см): 718(C-S), 1021(С-О), 1417(СН-), 1699(С=0), 3453 (О-Н).
1
3
2
2
2
Спектр ЯМР H (δ, м.д., 7, Гц): 2.28 (м, 12Н, СН (18,21,22,23) и 4Н, СН (7,8)); 2.78 (м, 4Н, СН (6,9)); 3.51 (с, 4Н, СН (2,11)); 3.76 (уш. с, 2Н, СН (3,12)).
13
Спектр ЯМР С (δ, м.д.): 22.90 (С-7,11); 29.59 (С-17,20,21,22); 30.57 (С-2,11); 32.55 (С-6,9); 68,37 (С-3,12); 192.04 (С-4,13,15,18).
3
16
26
4
2
теор.
+
Масс-спектр, m/z: 379 [М+СНОН+2Н]. Найдено (%): C, 54.98; H, 7.12; S, 18.86. CHOS.M=346. Вычислено (%): C, 55.46; H, 7.56; S, 18.51.
1,5-{Бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-пентан (1д)
f
Масло оранжевого цвета. R=0.62
-1
2
ИК-спектр (ν, см): 720(C-S), 1022(С-О), 1417(СН-), 1699(С=O), 3445 (О-Н).
1
2
3
2
2
Спектр ЯМР H (δ, м.д., J, Гц): 1.85 (м, 6Н, СН (7,8,9)); 2.18 (с, 12Н, СН (18,21,22,23)); 2.61 (м, 4Н, СН(6,10)); 3.41 (с, 4Н, СН(2,12)); 3.75 (с, 2Н, СН(3,13)).
13
Спектр ЯМР С (δ, м.д.): 22.94 (С-7,8,9); 29.49 (С-18,21,22,23); 30.58 (С-2,12); 32.55 (С-6,10); 106.43 (С-3,13); 192.10 (С-4,14,16,19).
+
17
28
4
2
теор.
Масс-спектр, m/z: 383[M+Na]. Найдено (%): C, 56.39; H, 7.46; S, 18.07. CHOS. М=360. Вычислено (%): C, 56.63; H, 7.83; S, 17.79.
1,6-{Бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-гексан (1e)
f
Масло оранжевого цвета. R=0.62
-1
2
ИК-спектр (ν, см): 719(C-S), 1022(С-О), 1418(СН-), 1699(С=O).
1
2
2
3
2
2
Спектр ЯМР H (δ, м.д., J, Гц): 1.42 (уш. с, 4Н, СН (8,9)); 1.62 (уш. с, 4Н, СН (7,10)); 2.25 (с, 12Н, СН (19,22,23,24)); 2.53 (т, 4Н, СН (6,10), J=7.2); 3.42 (с, 4Н, СН(2,13)); 3.65 (с, 2Н, СН (3,14)).
13
Спектр ЯМР С (5, м.д.): 29.42 (С-7,10); 29.56 (С-4,15,17,20); 30.98 (С-2,13) 32.62 (С-6,11); 68.39 и 106.91 (С-3,14) (4,6,9,10,); 191.94 (С-4,15,17,20).
+
18
30
4
2
теор.
Масс-спектр, m/z: 397[M+Na]. Найдено (%): C, 57.13; H, 7.95; S, 17.87. CHOS. М=374. Вычислено (%): C, 57.72; H, 8.07; S, 17.12.