Способ получения 3,3-дизамещенных 1,2,4,5,7-тетраоксатиоканов

Изобретение относится к способу получения 3,3-дизамещенных 1,2,4,5,7-тетраоксатиоканов, который заключается во взаимодействии 3,3-дизамещенных 1,2,4,5,7-пентаоксоканов (3-гексил-3-метил-1,2,4,5,7-пентаоксакан или 3-бутил-3-этил-1,2,4,5,7-пентаоксакан или 3,3-дибутил-1,2,4,5,7-пентаоксакан или 3-(адамантил-2-ил)-1,2,4,5,7-пентаоксакан) с сероводородом в присутствии катализатора Sm(NO₃)₃⋅6H₂O при комнатной температуре и атмосферном давлении в течение 4-6 ч. Выход 3,3-дизамещенных 1,2,4,5,7-тетраоксатиоканов (1) составляет 76-89%. 1 табл., 1 пр.

 

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, конкретно к способу получения 3,3-дизамещенных 1,2,4,5,7-тетраоксатиоканов (1):

Фрагмент восьмичленного циклического азапероксида содержит биологически активный алкалоид фумитреморгин (fumitremorgins) Verruculogen, который производится грибами рода Penicilfium verrucutosum [Cole, R.J.; Kirksey, J.W.; Moore, J.H.; Blankenship, B.R.; Diner, U.L.; Davis N.D. J. Appl. Microbiol. 1972, 24, 248-250], Aspergillus caepitosus [Schroeder, H.W.; Cole, R.J.; Hein, H.; Kirksey, J.W. J Appl. Microbiol. 1975, 29, 857-858], A. fumigatus [Dorner, J.W.; Cole, R.J.; Hill, R.A. J. Agric. Food. Chem. 1984, 32, 411-413], A. fisheri [Patterson, D.S.P.; Shreeve, В.J.; Roberts, B.A.; MacDonald, S.M. Appl. Environ. Microbiol. 1981, 42, 916-917], Penicillum piscarium [Gallagher, R.T.; Latch, G.C.M. Appl. Environ. Microbiol 1977, 33, 730-731], P. paxilli [Cockrum, P.A.; Culvenor, C.C.J.; Edgar, J.A.; Payne, A.L. J. Nat. Prod. 1979, 42, 534-536], P. estinogenum [Day, J.B.; Mantle, P.G.; Show, B.I. J. Gen. Microbiol. 1980, 117, 405-410], P. simplicissmum, P. piceum, P. nigricans, P. raistricki [Day, J.B.; Mantle, P.G. Appl. Environ. Microbiol. 1982, 43, 514-516], Eupenicillium sp. [Y. Horie, Y. Maebayashi, and M. Yamazaki, Maikotokishin (Tokyo), 1985, 22, 35 (Chem. Abstr., 1986, 105, 3148)] и Neosartorya fischeri [Nelsen, P.V.; Beuchat, L.R.; Frisvad J.C. // Appl. Environ. Microbiol. 1988, 54, 1504-1510].

Известен способ получения 1,4-диалкил-2,3-диокса-7-тиабицикло[2.2.1]гептана формулы 4 фотоокислением раствора соответствующих 2,5-диалкилтиофена 2 в хлористом метилене при -78°С с последующим восстановлением тиоозонида 3 (Waldemar Adam, Henny J. Eggelte // Angew. Chem. - 1978. - 90. - P. 811) по схеме:

Известным способом не могут быть получены 3,3-дизамещенные 1,2,4,5,7-тетраоксатиоканы общей формулы (1).

Известен способ получения тиоозонидов 7 а,b с выходом до 70% озонолизом виниловых эфиров 5 a,d в присутствии тиоадамантан-2-она 6 (Т. Tabuchi, М. Nojima, and S. Kusabayashi // J. Chem. Soc., Chem. Commun. - 1990. - P. 625-627).

Известным способом не могут быть получены 3,3-дизамещенные 1,2,4,5,7-тетраоксатиоканы общей формулы (1).

Известен способ получения тиоозонида формулы 9 фотоокислением 2,5-диметилтиофена 8 в присутствии тетрафенилпорфирина (ТРР) в хлористом метилене при температуре 13°С (K. Gollnick, A. Griesbeck // Tetrahedron Lett. - 1984. - V. 25. - №43. - P. 4921-4924).

Известным способом не могут быть получены 3,3-дизамещенные 1,2,4,5,7-тетраоксатиоканы общей формулы (1).

Таким образом, в литературе отсутствуют сведения о способах получения 3,3-дизамещенных 1,2,4,5,7-тетраоксатиоканов формулы (1).

Предлагается новый способ селективного получения 3,3-дизамещенных 1,2,4,5,7-тетраоксатиоканов общей формулы (1).

Сущность способа заключается во взаимодействии 3,3-дизамещенных 1,2,4,5,7-пентаоксаканов [3-гексил-3-метил-1,2,4,5,7-пентаоксакан, 3-бутил-3-этил-1,2,4,5,7-пентаоксакан или 3,3-дибутил-1,2,4,5,7-пентаоксакан или 3-(адамантил-2-ил)-1,2,4,5,7-пентаоксакан] с сероводородом в присутствии катализатора Sm(NO₃)₃⋅6H₂O, взятыми в мольном соотношении пентаоксакан : сероводород : Sm(NO₃)₃⋅6H₂O=10 : 20 : (0.03-0.07), предпочтительно 10 : 20 : 0.5, при комнатной температуре (~20°С) и атмосферном давлении в тетрагидрофуране в качестве растворителя в течение 4-6 ч, предпочтительно 5 ч. Выход 3,3-дизамещенных 1,2,4,5,7-тетраоксатиоканов (1) составляет 76-89%. Реакция протекает по схеме:

3,3-Дизамещенные 1,2,4,5,7-тетраоксатиоканы (1) образуются только лишь с участием 3,3-дизамещенных 1,2,4,5,7-пентаоксаканов и сероводорода. В присутствии других S-содержащих соединений (например, Na₂S, NaHS) целевые продукты (1) не образуются. Без катализатора реакция не идет.

Проведение указанной реакции в присутствии катализатора Sm(NO₃)₃⋅6H₂O больше 7 мол. % не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1). Использование катализатора Sm(NO₃)₃⋅6H₂O менее 3 мол. % снижает выход продукта (1), что связано, возможно, со снижением каталитически активных центров в реакционной массе. Реакции проводили при температуре 20°С. При температуре выше 20°С (например, 60°С) снижается селективность реакции и увеличиваются энергозатраты, а при температуре ниже 20°С (например, -10°С) снижается скорость реакции. Опыты проводили в тетрагидрофуране, т.к. в нем хорошо растворяются исходные реагенты.

Существенные отличия предлагаемого способа:

В известном способе реакция озонолиза идет с участием в качестве исходных соединений виниловых эфиров в присутствии тиоадамантан-2-она. Способ не позволяет получать 3,3-дизамещенные 1,2,4,5,7-тетраоксатиоканы общей формулы (1).

В предлагаемом способе в качестве исходных реагентов применяются пентаоксаканы, сероводород и Sm(NO₃)₃⋅6H₂O в каталитических количествах. В отличие от известных предлагаемый способ позволяет получать индивидуальные 3,3-дизамещенные 1,2,4,5,7-тетраоксатиоканы общей формулы (1).

Способ поясняется следующими примерами:

Синтез исходного 3-гексил-3-метил-1,2,4,5,7-пентаоксакана. В сосуд Шленка, установленный на магнитной мешалке, при температуре ~20°С помещают 5 мл тетрагидрофурана, 1.46 мл (20 ммоль) водного раствора (37%) формальдегида и 1.92 г (10 ммоль) 3,3-дигидропероксинонан (D. Azarifar, Z. Najminejad, K. Khosravi. Synthetic Commun. 2013, 43, 826-836), затем добавляют 0.02 г (0.05 ммоль) Sm(NO₃)₃⋅6H₂O. Реакционную смесь перемешивают при температуре ~20°С в течение 5 ч, выделяют 3-гексил-3-метил-1,2,4,5,7-пентаоксакан с выходом 86% (N.N. Makhmudiyarova, G.M. Khatmullina, R.Sh. Rakhimov, A.G. Ibragimov, and U.M. Dzhemilev. Arkivoc, 2016, V, pp. 427-433).

ПРИМЕР 1. В сосуд Шленка, установленный на магнитной мешалке, помещают 5 мл тетрагидрофурана, 2.34 г (10 ммоль) 3-гексил-3-метил-1,2,4,5,7-пентаоксакана (N.N. Makhmudiyarova, G.M. Khatmullina, R.Sh. Rakhimov, A.G. Ibragimov, and U.M. Dzhemilev. Arkivoc, 2016, V, pp. 427-433) 0.02 г (0.05 ммоль) Sm(NO₃)₃⋅6H₂O, перемешивают в течение 1 часа, затем непрерывно барботируют сероводород в количестве 0.34 г (20 ммоль) в течение 3 часов при 20°С. Из реакционной массы выделяют 3-гексан-3-метил-1,2,4,5,7-тетраоксатиокан с выходом 84%.

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в табл. 1.

Все опыты проводили в тетрагидрофуране при комнатной температуре (~20°С).

3-Гексан-3-метил-1,2,4,5,7-тетраоксатиокан. R_f 0.73 (PE/Et₂O=10/1). ¹H ЯМР (400 MHz, CDCl₃, 25°С): δ=0.89-0.92 (м, 3Н, СН₃), 1.28-1.75 (м, 13Н, СН₂), 4.81-5.29 (м, 4Н, СН₂). ¹³С NMR (100 MHz, CDCl₃, 25°С): δ=14.1, 18.9, 22.5, 23.9, 24.1, 29.4, 31.6, 33.9, 82.5, 83.7, 111.4. MALDI TOF/TOF, m/z: 235 [М-Н]⁺. Найдено для C₁₀H₂₀O₄S: С, 50.82; Н, 8.53; S, 13.57%. Вычислено С, 50.80; Н, 8.51; S, 13.55%.

3-Бутил-3-этил-1,2,4,5,7-тетраоксатиокан. R_f 0.75 (PE/Et₂O=10/1). ¹Н ЯМР (400 MHz, CDCl₃, 25°С): δ=0.89-0.94 (м, 6Н, СН₃), 1.32-1.33 (м, 4Н, СН₂), 1.66-1.74 (м, 4Н, СН₂), 5.00-5.26 (м, 4Н, СН₂). ¹³С ЯМР (100 MHz, CDCl₃, 25°С): δ=7.9, 13.9, 22.4, 22.8, 25.5, 25.6, 28.5, 29.6, 81.4, 81.6, 113.7, 113.8. MALDI TOF/TOF, m/z: 221 [М-Н]⁺. Найдено для C₉H₁₈O₄S: С, 48.63; Н, 8.16; S, 14.42%. Вычислено С, 48.61; Н, 8.14; S, 14.40%.

3,3-Дибутил-1,2,4,5,7-тетраоксатиокан. R_f 0.74 (PE/Et₂O=10/1). ¹Н ЯМР (400 MHz, CDCl₃, 25°С): δ=0.92-0.94 (м, 6Н, СН₃), 1.27-1.75 (м, 12Н, СН₂), 4.97-5.31 (м, 4Н, СН₂). ¹³С ЯМР (100 MHz, CDCl₃, 25°С): δ=7.9, 13.9, 22.8, 25.6, 25.7, 25.9, 29.1, 29.3, 29.8, 81.7, 82.4, 83.6, 113.3, 113.6. MALDI TOF/TOF, m/z: 249 [М-Н]⁺. Найдено для C₁₁H₂₂O₄S: С, 52.77; Н, 8.86; S, 12.81%. Вычислено С, 52.75; Н, 8.85; S, 12.80%.

3-(Адамантил-2-ил)-1,2,4,5,7-тетраоксатиокан. R_f 0.76 (PE/Et₂O=10/1). ¹Н ЯМР (400 MHz, CDCl₃, 25°С): δ=1.67-1.71 (м, 6Н, СН₂), 1.88 (с, 1Н, СН), 2.01-2.03 (м, 4Н, СН₂), 2.33 (с, 1H, СН), 2.38 (с, 1H, СН), 5.21 (д, 4Н, J=4 Hz, СН₂). ¹³С ЯМР (100 MHz, CDCl₃, 25°С): δ=26.9, 27.0, 27.1, 31.2, 31.5, 33.7, 37.7, 37.1, 81.7, 112.1, 112.6. MALDI TOF/TOF, m/z: 257 [М-Н]⁺. Найдено для C₁₂H₁₈O₄S: С, 55.79; Н, 7.02; S, 12.41%. Вычислено С, 55.77; Н, 7.00; S, 12.40%.

Способ получения 3,3-дизамещенных 1,2,4,5,7-тетраоксатиоканов общей формулы (1):

характеризующийся тем, что 3,3-дизамещенные 1,2,4,5,7-пентаоксоканы (3-гексил-3-метил-1,2,4,5,7-пентаоксакан или 3-бутил-3-этил-1,2,4,5,7-пентаоксакан или 3,3-дибутил-1,2,4,5,7-пентаоксакан или 3-(адамантил-2-ил)-1,2,4,5,7-пентаоксакан) подвергают взаимодействию с сероводородом в присутствии катализатора Sm(NO₃)₃⋅6H₂O, при мольном соотношении пентаоксокан : сероводород : Sm(NO₃)₃⋅6H₂O=10 : 20 : (0.03-0.07), при комнатной температуре (~20°С) и атмосферном давлении в тетрагидрофуране в качестве растворителя в течение 4-6 ч.