Способ получения α, ω-{ бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]} -алканов

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):

где n=1-6, отличающийся тем, что формальдегид (37%) подвергают взаимодействию с сероводородом или α,ω-дитиолом и ацетилацетоном в присутствии катализатора BF₃·Et₂O при мольном соотношении CH₂O:сероводород:ацетилацетон:BF₃·Et₂O=3:2:2:(0.03-0.07) или CH₂O:α,ω-дитиол:ацетилацетон:BF₃·Et₂O=2:1:2:(0.03-0.07), при комнатной температуре (~20°C) и атмосферном давлении в течение 5-7 ч в смеси растворителей хлороформ-этанол (объемы. 1:1). Технический результат: разработан способ получения α,ω-{бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-алканов, которые могут найти применение в качестве селективных сорбентов, экстрагентов, комплексообразователей и биологически активных веществ. 1 табл., 2 пр.

 

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].

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(NO₃)3·9H₂O 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;

X=3-PhCOC₆H₄Br 3-AcC₆H₄Br, PhBr, 2-CH₃C₆H₄Br, 4-CH₃C₆H₄Br, 4-CH₃C₆H₄I,4-CH₃OC₆H₄Br, 4-NO₂C₆H₄Br;

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).

Сущность способа заключается во взаимодействии формальдегида (37%) с сероводородом (H₂S) или α,ω)-дитиолом и ацетилацетоном в присутствии катализатора BF₃-Et₂О, при мольном соотношении CH₂O:сероводород:ацетилацетон:BF₃-Et₂O=3:2:2:(0.03-0.07), предпочтительно 3:2:2: 0.05 или СН₂О: дитиол: ацетилацетон: BF₃-Et₂О=2:1:2:(0.03-0.07), предпочтительно 2:1:2:0.05, в растворителе CHCl₃:С₂Н₅ОН (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%.

Проведение указанной реакции в присутствии катализатора BF₃Et₂O больше 7 мол. % не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1). Использование катализатора BF₃-Et₂O 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).

Существенные отличия предлагаемого способа. В предлагаемом способе в качестве исходных реагентов применяются ацетилацетон, формальдегид, H₂S 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.

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 CHCl₃ и 1.5 мл C₂H₅OH, 20 ммоль ацетилацетона и 0.05 ммоль BF₃-Et₂O, перемешивают при ~20°C в течение 6 ч. Из реакционной массы выделяют бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]-метан с выходом 85%.

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 CHCl₃ и 1.5 мл C₂H₅OH, 20 ммоль ацетилацетона и 0.05 ммоль BF₃·Et₂O, 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 H2S или α,ω-дитиол	Соотношение ацетилацетон:формальдегид:H2S или α,ω-дитиол:BF3·Et2O, ммоль	Время реакции, ч	Выход (1), %
2	H2S	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)

Масло желтого цвета. R_f=0.58

ИК-спектр (ν, см^-1): 720(C-S), 1074(С-О), 1420(СН₂-), 1726(С=O).

Спектр ЯМР ¹Н (δ, м.д., J, Гц): 2.12 (с, 12Н, СН₃ (14,17,18,19)); 2.82 (м, 4Н, СН₂ (4,8)); 3.65 (т, 2Н, СН(5,9)); 4.32 (уш. с, 2Н, СН₂ (2), J=6.65).

Масс-спектр, m/z: 322 [М+H₂O]⁺. Найдено (%): C, 50.82; H, 6.44; S, 20.11. C₁₃H₂₀O₄S₂. M_теор.=304. Вычислено (%): C, 51.29; H, 6.62; S, 21.07.

1,2-{Бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-этан (1б)

Кристаллы белого цвета. Т_пл.=138-140°C. R_f=0.6

ИК-спектр (ν, см^-1): 724(C-S), 1020(С-О), 1418(СН₂-), 1691 (С=O), 3434 (O-H).

Спектр ЯМР ¹H (δ, м.д., J, Гц): 2.34 (с, 12Н, СН₃ (15,18,19,20)); 2.55 (с, 4Н, СН₂ (2,3)); 2.75(уш. с, 4Н, СН₂ (5,9), 2Н, СН (6,10)).

Спектр ЯМР ¹³C (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).

Масс-спектр, m/z: 341[M+Na]⁺. Найдено (%): C, 50.86; H, 6.80; S, 23.60. C₁₄H₂₂O₄S₂. M_теор=318. Вычислено (%): C, 52.80; H, 6.96; S, 20.14.

1,3-{Бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-пропан (1в)

Масло оранжевого цвета. R_f=0.61

ИК-спектр (ν, см^-1): 726(C-S), 1078(С-O), 1419(СН₂-), 1698(С=O), 3446 (О-Н).

Спектр ЯМР ¹H (δ, м.д., J, Гц): 1.88 (м, 2Н, СН₂ (7)); 2.13 (с, 12Н, СН₃ (16,19,20,21)); 2.63 (м, 4Н, СН₂(6,8)); 2.71 (м, 4Н, СН₂(2,10)); 3.63 (с, 2Н, СН (3,11)).

Спектр ЯМР ¹³C (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).

Масс-спектр, m/z: 355[M+Na]⁺. Найдено (%): C, 53.96; H, 7.52; S, 20.04. C₁₅H₂₄O₄S₂. М_теор=332. Вычислено (%): C, 54.19; H, 7.28; S, 19.29.

1,4-{Бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-бутан (1 г)

Масло оранжевого цвета. R_f=0.59

ИК-спектр (ν, см^-1): 718(C-S), 1021(С-О), 1417(СН₂-), 1699(С=0), 3453 (О-Н).

Спектр ЯМР ¹H (δ, м.д., 7, Гц): 2.28 (м, 12Н, СН₃ (18,21,22,23) и 4Н, СН₂ (7,8)); 2.78 (м, 4Н, СН₂ (6,9)); 3.51 (с, 4Н, СН₂ (2,11)); 3.76 (уш. с, 2Н, СН (3,12)).

Спектр ЯМР ¹³С (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).

Масс-спектр, m/z: 379 [М+СН₃ОН+2Н]⁺. Найдено (%): C, 54.98; H, 7.12; S, 18.86. C₁₆H₂₆O₄S₂. M_теор.=346. Вычислено (%): C, 55.46; H, 7.56; S, 18.51.

1,5-{Бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-пентан (1д)

Масло оранжевого цвета. R_f=0.62

ИК-спектр (ν, см^-1): 720(C-S), 1022(С-О), 1417(СН₂-), 1699(С=O), 3445 (О-Н).

Спектр ЯМР ¹H (δ, м.д., J, Гц): 1.85 (м, 6Н, СН₂ (7,8,9)); 2.18 (с, 12Н, СН₃ (18,21,22,23)); 2.61 (м, 4Н, СН₂(6,10)); 3.41 (с, 4Н, СН₂(2,12)); 3.75 (с, 2Н, СН(3,13)).

Спектр ЯМР ¹³С (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).

Масс-спектр, m/z: 383[M+Na]⁺. Найдено (%): C, 56.39; H, 7.46; S, 18.07. C₁₇H₂₈O₄S₂. М_теор.=360. Вычислено (%): C, 56.63; H, 7.83; S, 17.79.

1,6-{Бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-гексан (1e)

Масло оранжевого цвета. R_f=0.62

ИК-спектр (ν, см^-1): 719(C-S), 1022(С-О), 1418(СН₂-), 1699(С=O).

Спектр ЯМР ¹H (δ, м.д., J, Гц): 1.42 (уш. с, 4Н, СН₂ (8,9)); 1.62 (уш. с, 4Н, СН₂ (7,10)); 2.25 (с, 12Н, СН₃ (19,22,23,24)); 2.53 (т, 4Н, СН₂ (6,10), J=7.2); 3.42 (с, 4Н, СН₂(2,13)); 3.65 (с, 2Н, СН (3,14)).

Спектр ЯМР ¹³С (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).

Масс-спектр, m/z: 397[M+Na]⁺. Найдено (%): C, 57.13; H, 7.95; S, 17.87. C₁₈H₃₀O₄S₂. М_теор.=374. Вычислено (%): C, 57.72; H, 8.07; S, 17.12.

Способ получения α,ω-{бис[(пентан-2,4-дион-3-ил)метилсульфанил]}-алканов общей формулы (1):

где n=1-6,
отличающийся тем, что формальдегид (37%) подвергают взаимодействию с сероводородом или α,ω-дитиолом и ацетилацетоном в присутствии катализатора BF₃·Et₂O при мольном соотношении CH₂O:сероводород:ацетилацетон:BF₃·Et₂O=3:2:2:(0.03-0.07) или CH₂O:α,ω-дитиол:ацетилацетон:BF₃·Et₂O=2:1:2:(0.03-0.07), при комнатной температуре (~20°C) и атмосферном давлении в течение 5-7 ч в смеси растворителей хлороформ-этанол (объемы. 1:1).