Способ получения 6-[4-гидрокси(тио,карбокси)фенил]-1,11-диокса-4,8-дитиа-6-азациклотридеканов

Изобретение относится к способу получения 6-[4-гидрокси(тио,карбокси)фенил]-1,11-диокса-4,8-дитиа-6-азациклотридеканов общей формулы (1):

. Технический результат: разработан новый способ получения соединений общей формулы (1), которые могут найти применение в качестве сорбентов и экстрагентов драгоценных металлов, а также селективных комплексообразователей, заключающийся во взаимодействии 4-аминофенола, или 4-аминотиофенола, или 4-аминобензойной кислоты с 1,6,9-триокса-3,12-дитиациклотридеканом в присутствии катализатора Sm(NO₃)₃⋅6H₂O. 1 табл., 1 пр.

 

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, в частности к способу получения 6-[4-гидрокси(тио,карбокси)фенил]-1,11-диокса-4,8-дитиа-6-азациклотридеканов общей формулы (1):

O,S,N-Содержащие макрогетероциклы находят применение в качестве ионофоров [Granzhan A., Ihmels Н., Tian М. Arkivoc, 2015, vi, 494], 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], ртути [A. Granzhan, H. Ihmels, M. Tian. ARKIVOC 2015, vi, 494], а также эффективных сорбентов для выделения и очистки драгоценных металлов [Хираока М. Краун-соединения: свойства и применение. М.: Мир, 1986; Akhmetova V.R., Rakhimova Е.В., Vagapov R.A., Minnebaev A.B., Kopylova E.V., Buslaeva T.M., Kunakova R.V. Trends in Heterocycl. Chem., 2011, 15, 9, 33].

Известен способ ( Т., D., R., Ros-Lis J.V., Royo S., F., Soto J., Costero A.M., Gil S., Parra M. Tetrahedron Letters, 2009, 3885) получения 10-фенил-1,4-диокса-7,13-дитиа-10-азациклопентадекана (2) реакцией N,N-бис(галоген-этил)-N-фениламина с 3,6-диокса-1,8-октандитиолом в присутствии карбоната цезия.

Известным способом не могут быть получены 6-[4-гидрокси(тио,карбокси)фенил]-1,11-диокса-4,8-дитиа-6-азациклотридеканы общей формулы (1).

Известен способ ( D., R., F., Ros-Lis, J. V., Soto J., Benito , E. European journal of inorganic chemistry, 2005, 12, 2393) получения 10-фенил-1,4-диокса-7,13-дитиа-10-азациклопентадекана (2) реакцией бис-мезилпроизводного N,N-бис(гидроксиэтил)-N-фениламина с 3,6-диокса-1,8-октандитиолом в присутствии карбоната калия.

Известным способом не могут быть получены 6-[4-гидрокси(тио,карбокси)фенил]-1,11-диокса-4,8-дитиа-6-азациклотридеканы общей формулы (1).

Известен способ [S.L. Selektor, О.А. Raitman, D.A. Silant’eva, N.V. Ivanova, G. Yonusauskas, E.V. Lukovskaya, P. Batat, V.V. Arslanov. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 2011, 47, 4, 484] получения 10-тозил-1,4-диокса-7,13-дитиа-10-азациклопентадекана (3) взаимодействием трис-тозилпроизводного диэтаноламина с 3,6-диокса-1,8-октандитиолом в присутствии карбоната цезия.

Известным способом не могут быть получены 6-[4-гидрокси(тио,карбокси)фенил]-1,11-диокса-4,8-дитиа-6-азациклотридеканы общей формулы (1).

Известен способ [N.N. Makhmudiyarova, L.V. Mudarisova, E.S. Meshcheryakova, A.G. Ibragimov, U.M. Dzhemilev. Tetrahedron, 2015, 259] получения 6-(галогенфенил)-1,11-диокса-4,8-дитиа-6-азациклотридеканов (4) реакцией N,N-бис(метоксиметил)-N-галогенфениламинов с 3,6-диокса-1,8-октандитиолом в присутствии хлорида меди.

Известным способом не могут быть получены 6-[4-гидрокси(тио,карбокси)фенил]-1,11-диокса-4,8-дитиа-6-азациклотридеканы общей формулы (1).

Таким образом, в литературе отсутствуют сведения по получению 6-[4-гидрокси(тио,карбокси)фенил]-1,11-диокса-4,8-дитиа-6-азациклотридеканов общей формулы (1).

Предлагается новый способ получения 6-[4-гидрокси(тио,карбокси)фенил]-1,11-диокса-4,8-дитиа-6-азациклотридеканов общей формулы (1).

Сущность способа заключается во взаимодействии ароматического амина (4-аминофенол, или 4-аминотиофенол, или 4-аминобензойная кислота) с 1,6,9-триокса-3,12-дитиациклотридеканом в присутствии катализатора Sm(NO₃)₃⋅6H₂O, взятыми в мольном соотношении ароматический амин : 1,6,9-триокса-3,12-дитиациклотридекан : Sm(NO₃)₃⋅6H₂O=1:1:(0.03-0.07), предпочтительно 1:1:0.05, при комнатной температуре (~20°C) и атмосферном давлении в среде растворителей этанол-хлороформ (1:1, объемное соотношение) в течение 2.5-3.5 ч. Выход 6-[4-гидрокси(тио,карбокси)фенил]-1,11-диокса-4,8-дитиа-6-азациклотридеканов общей формулы (1) составляет 63-80%. Реакция протекает по схеме:

6-[4-Гидрокси(тио,карбокси)фенил]-1,11-диокса-4,8-дитиа-6-азациклотридеканы общей формулы (1) образуются только лишь с участием 4-аминофенола, или 4-аминотиофенола, или 4-аминобензойной кислоты и 1,6,9-триокса-3,12-дитиациклотридекана, взятых в стехиометрических количествах. При другом соотношении исходных реагентов снижается выход целевых продуктов (1). Без катализатора Sm(NO₃)₃⋅6H₂O реакция идет с выходом, не превышающим 20%. Проведение реакции в присутствии катализатора Sm(NO₃)₃⋅6H₂O больше 7 мол. % по отношению к ароматическому амину не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1). Использование в реакции катализатора Sm(NO₃)₃⋅6H₂O 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) увеличиваются энергозатраты, при меньшей температуре (например, 0°C) снижается скорость реакции. Опыты проводили в среде растворителей этанол-хлороформ (1:1, объемное соотношение), т.к. в них хорошо растворяются исходные реагенты и целевые продукты.

Существенные отличия предлагаемого способа.

В известном способе реакция идет с участием в качестве исходных реагентов N,N-бис(метоксиметил)-N-галогенфениламина и 3,6-диокса-1,8-октандитиола в присутствии катализатора CuCl с образованием 6-(галогенфенил)-1,11-диокса-4,8-дитиа-6-азациклотридеканов (4). Известный способ не позволяет получать 6-[4-гидрокси(тио,карбокси)фенил]-1,11-диокса-4,8-дитиа-6-азациклотридеканы общей формулы (1).

В предлагаемом способе в качестве исходных реагентов применяются 4-аминофенол, или 4-аминотиофенол, или 4-аминобензойная кислота и 1,6,9-триокса-3,12-дитиациклотридекан. Реакция осуществляется в присутствии катализатора Sm(NO₃)₃⋅6H₂O.

Предлагаемый способ обладает следующими преимуществами.

Способ позволяет получать с высокой селективностью индивидуальные 6-[4-гидрокси(тио,карбокси)фенил]-1,11-диокса-4,8-дитиа-6-азациклотридеканы общей формулы (1), синтез которых в литературе не описан.

Способ поясняется следующими примерами.

Пример 1. В круглодонную колбу, установленную на магнитной мешалке, помещают 0.23 г (1 ммоль) 1,6,9-триокса-3,12-дитиациклотридекана в 5 мл CHCl₃ и 0.022 г (0.05 ммоль) Sm(NO₃)₃⋅6H₂O, затем прибавляют по каплям 0.11 г (1 ммоль) 4-аминофенола в 5 мл EtOH. Реакционную смесь перемешивают при температуре ~20°C в течение 3 ч, колоночной хроматографией на SiO₂ выделяют 6-[4-гидроксифенил]-1,11-диокса-4,8-дитиа-6-азациклотридекан с выходом 69%.

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице 1.

Все опыты проводили при комнатной температуре (~20°C) в среде растворителей этанол-хлороформ (1:1, объемное соотношение), т.к. в них растворяются исходные и целевые продукты.

Спектральные характеристики 6-[4-гидроксифенил]-1,11-диокса-4,8-дитиа-6-азациклотридекана¹ (¹ Контроль реакции осуществляли методом ТСХ на пластинах Sorbfil (ПТСХ-АФ-В), проявляли парами I₂. Для колоночной хроматографии использовали силикагель КСК (100-200 мкм). Спектры ЯМР ID (¹Н, ¹³С) и 2D (COSY, HSQC, НМВС) сняты на спектрометре Bruker Avance 400 (100.62 МГц для ¹³С и 400.13 МГц для ¹Н) по стандартным методикам фирмы Bruker, внутренний стандарт Me₄Si, растворитель - CDCl₃. Масс-спектры получены на приборе MALDI TOF/TOF AUTOFLEX III фирмы Bruker.):

Спектр ЯМР ¹Н (DMSO-d₆, δ, м.д., J/Гц): 2.64 уш.с (4Н, Н^3,9); 3.47-3.57 м (8Н, Н^2,10,12,13); 4.61 уш.с (4Н, Н^5,7); 6.70 д (2Н, U^16,18); 6.82 д (2Н, H^15,19); 8.93 уш.с (1Н, ОН). Спектр ЯМР ¹³С, δ, м.д.: 29.1 (С^3,9), 55.5 (С^5,7), 70.0 (С^12,13), 71.3 (С^2,10), 116.0 (С^16,18), 118.5 (С^15,19), 139.3 (С¹⁴), 151.4 (С¹⁷). Масс-спектр (MALDI TOF/TOF), m/z (I_отн., %): 316 [М+Н]⁺ (100).

Спектральные характеристики 6-[4-тиофенил]-1,11-диокса-4,8-дитиа-6-азациклотридекана:

Спектр ЯМР ¹Н (DMSO-d₆, δ, м.д., J/Гц): 2.66 уш.с (4Н, H^3,9); 3.50 уш.с (8Н, Н^2,10,12,13); 4.57 уш.с (4Н, Н^5,7); 6.65 д (2Н, Н^15,19, J 8 Гц); 7.18 д (2Н, Н^16,18, J 8 Гц). Спектр ЯМР ¹³С, δ, м.д.: 29.4 (С^3,9), 52.0 (С^5,7), 69.9 (С^12,13), 71.0 (С^2,10), 114.9 (С^15,19), 134.0 (С¹⁷), 135.1 (С^16,18), 146.4 (С¹⁴). Масс-спектр (MALDI TOF/TOF), m/z (I_отн., %): 354 [M+Na]⁺ (30); 332 [М+Н]⁺ (60); 330 [М-H]⁺ (100).

Спектральные характеристики 6-[4-карбоксифенил]-1,11-диокса-4,8-дитиа-6-азациклотридекана:

Спектр ЯМР ¹Н (DMSO-d₆, δ, м.д., J/Гц): 2.66 т (4Н, H^3,9, J 4 Гц); 3.53 уш.с (4Н, Н^12,13); 3.79 т (4Н, Н^2,10, J 4 Гц); 5.06 уш.с (4Н, Н^5,7); 7.09 д (2Н, H^15,19, J 8 Гц)); 7.32 д (2Н, Н^16,18, J 8 Гц). Спектр ЯМР ¹³С, δ, м.д.: 29.0 (С^3,9), 54.6 (С^5,7), 70.1 (С^12,13), 74.5 (С^2,10), 114.1 (С^15,19), 119.0 (С¹⁷), 129.3 (С^16,18), 145.7 (С¹⁴), 168.0 (С²⁰). Масс-спектр (MALDI TOF/TOF), m/z (I_отн., %): 343 [M]⁺ (100); 344 [М+Н]⁺ (53).

Способ получения 6-[4-гидрокси(тио,карбокси)фенил]-1,11-диокса-4,8-дитиа-6-азациклотридеканов общей формулы (1):

отличающийся тем, что 4-аминофенол, или 4-аминотиофенол, или 4-аминобензойную кислоту подвергают взаимодействию с 1,6,9-триокса-3,12-дитиациклотридеканом в присутствии катализатора Sm(NO₃)₃·6H₂O при мольном соотношении ароматический амин : 1,6,9-триокса-3,12-дитиациклотридекан : Sm(NO₃)₃·6H₂O = 1:1:(0.03-0.07) при комнатной температуре (~20°C) в среде растворителей этанол-хлороформ (1:1, объемное соотношение) в течение 2.5-3.5 ч.