Химия бета-оксоалкансульфокислот тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах

ЕФИМОВА Татьяна Петровна

ХИМИЯ р-ОКСОАЛКАНСУЛЬФОКИСЛОТ

02.00.03 - органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1997

Работа выполнена на кафедре органической химии Российского государственного педагогического университета имени АИ.Герцена

Научный руководитель: доктор химических наук, профессор

Официальные оппоненты: доктор химических наук, старший научный сотрудник

ЛИПИНА

Энгелина Семеновна

ЛИБМАН Натан Менделевич

кандидат химических наук, КРИВОРУЧКО

руководитель испытательного центра Александр Анатольевич

при Санкт-Петербургской химико-фармацевтической академии

Ведущая организация - Санкт-Петербургский технологический университет

Защита состоится " 18 " июня 1997 года в 15 часов на заседании Диссертационного Совета Д 113.05.05 в Российском государственном педагогическом университете имени А.И.Герцена по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, д. 48, химический факультет, корп. 2, ауд. 21

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Российского государственного педагогического университета имени АИ.Герце

Отзывы и замечания, заверенные печатью, просим направлять в адрес Диссертационного Совета.

Автореферат разослан " 12 " мая 1997 года

Ученый секретарь Диссертационного Совета, кандидат химических наук, доцент I \ Т.Д Ладыжникова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важность использования в органическом синтезе сулъфоаналогов соответствующих алифатических карбоновых и фосфоновых кислот определяется тем, что наличие сульфогруппы придает этим соединениям и их производным ряд практически ценных свойств - высокую стабильность, хорошую растворимость в воде и потенциальную биологическую активность, что нашло отражение в работах последних лет. Известно, что сульфоаналоги у-аминомасляной кислоты - томотаурин - и препарата "баклофен"- 3-амино-2-(4'-клорфенил)пропансульфокислота - обладают высокой биологической активностью и находят применение в медицинской практике. Стабильность и обнаруженные интересные биологические свойства послужили основанием для синтеза эяда сульфоаналогов природных соединений. Наибольший интерес среди которых представляют сульфоаналоги нуклеозидмонофосфатов, дающие юзможность построения сульфонилсодержащих РНК.

Сведения о способах получения функционализированных алифатических ;ульфокислот весьма ограничены. Особый интерес для органического синтеза федставляют р-оксоалкансульфокислоты, являющиеся полифункциональными «единениями, содержащими фрагмент с тремя реакционными центрами сульфо-, метиленовой и карбонильной группами). Основываясь на их труктурной аналогии с эфирами р-оксоалканкарбоновых кислот, можно >жидать высокую СН-активность эфиров исследуемых соединений, что дает озможность вводить их в целенаправленные синтезы для получения 1алодоступных полифункциональных алкансульфокислот, а также гетероциклов.

Кроме решения синтетических задач эфиры р-оксоалкансульфокислот редставляют интерес и для теоретической органической химии, поскольку вляются новыми объектами для изучения проблемы кето-енольной таутомерии.

Цель работы. Исследование строения практически не изученных р-оксо-икансульфонатов и их поведения в реакциях, характерных для СН-кислот.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи: Разработка общего способа синтеза ранее неизвестных метиловых эфиров р-оксоалкансульфокислот.

Изучение спектральными методами строения эфиров р-оксоалкан-сулъфокислот и оценка их способности к кето-енольной таутомерии. Исследование поведения р-оксоалкансульфонатов в щелочных средах. Изучение р-оксоалкансульфонатов как СН-кислот в реакциях: Михаэля, азосочетания, нитрозирования и альдолъной конденсации. Исследование возможности использования р-оксоалкансулъфокислот как исходных для генерации сульфенов с целью их введения в реакции циклопри-соединения.

Научная новизна и практическая значимость. Предложен препаративно обный способ синтеза ранее неизвестных метил Р-оксоалкансульфонатов. гервые спектральными методами исследовано их строение и способность к то-енольной таутомерии, а также поведение в различных средах. Впервые >иры (З-оксоалкансульфокислот введены в реакции, характерные для СН-слот: Михаэля, азосочетания, нитрозирования, - и синтезированы новые

полифункциональные алифатические сульфокислоты. Полученные результа позволяют расширить область применения алкансульфокислот в практа органического синтеза. Предложен новый способ генерации ароилсульфен непосредственно из (3-оксоалкансульфокислот и исследовано их участие ш ай реакциях с азометинами. Показана возможность синтеза продуктов [2+2] и ^ циклоприсоединения, представляющих собой диоксиды замещенных 1 тиазетидинов (р-сультамы) и 1,4,3-оксатиазинов.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались обсуждались на 16-ом Международном симпозиуме по химии органическ соединений серы (Мерзубург, Германия, 1994 г.); на Международной кон<| ренции молодых ученых "Органический синтез: история развития и совреме . ные тенденции" (Санкт-Петербург, Россия, 1994 г.); на Международном сими зиуме по органической химии (Санкт-Петербург, Россия, 1995 г.); на 19-Всероссийской конференции по химии и технологии органических соединен: серы (Казань, Россия, 1995 г.); на научных конференциях в г.Каунасе (Лип 1994, 1996 гг.); на VI Всероссийской конференции "Карбонильные соединения синтезе гетероттиклов" (г.Саратов,. 1996 г.): а также на ежегодных научных ко ференциях "Герценовские чтения" (Санкт-Петербург, 1994-1997 гг.).

Публикации. По теме исследования имеется 7 публикаций.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 114 страницах, сс тоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы, состоящего из 1 источников. В первой главе представлены литературные данные об использое нии алифатических сульфокислот, в том числе (3 -функционализированных, органическом синтезе, и в частности в реакциях, характерных для СН-кислот. ] второй главе обсуждаются полученные автором результаты. В последней гла приведены экспериментальные данные по методам синтеза новых сульфокисл и их производных, а также их химических превращений. В качестве приложен диссертацию дополняют рисунки спектров основных типов полученных соед нений.

Работа выполнена в соответствии с планами кафедры органической хию и проблемной лаборатории нитросоединений Российского государственно педагогического университета им. А.И.Герцена по теме: "Создание лекарстве: ных препаратов широкого диапазона действия на основе ГАМК и а-пирролид на" (номер государственной регистрации 01.9.30 010141), а также при подцерж следующих грантов: грант Международной Соросовской Программ Образования в области Точных наук (ГБвЕР) "Соросовские аспиранты" (грш а96-2650), персональный грант 1996 г. для студентов, аспирантов и молода ученых по исследованиям в области гуманитарных, естественных, технических медицинских наук совместно Мэрии Санкт-Петербурга и Санкг-Петербургско: государственного университета

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Синтез и строение ал кил р -оксоалкансульфонатов

Исходными соединениями для синтеза целевых эфиров являются р-оксо-алкансульфокислоты, которые получены сульфированием соответствующих карбонильных соединений комплексом диоксансульфотриоксида по известной методике. Ранее были описаны лишь соли этих сульфокислот, а также хлорангидрид, этиловый и фениловый эфиры бензоилметансульфокислоты.

Традиционный метод синтеза эфиров алифатических сульфокислот основан на взаимодействии хлорангидридов с соответствующими спиртами. Данным способом были получены ранее неизвестные метил р-оксоалкансульфонаты (Зв, 5в, 7в) из соответствующих хлорангидридов, два из которых (11, 12) вами синтезированы впервые.

1 ч, 20° С

Х-С6Н4-С-СН2-802С1 + СН3ОН—:-•» Х-С6Н4-С-СН2-80зСНз (1)

О I)

X = Н, п-С1 (11), п-СНз (12) (Зв, 5в, 7в)

Эднако этот способ не является универсальным и оказался непригодным для получения эфиров ацетилметансульфокислоты и ее метального гомолога, так как :оответствующие хлорангидриды в литературе не описаны и синтезировать их не ждалось. Нами был разработан общий способ получения метиловых эфиров р-жсоалкансульфокислот, представляющий одностадийное взаимодействие сульфокислот с диазометаном. Этим способом были получены ранее геизвестные метил р-оксоалкансульфонаты (1в-7в), среди них сульфоаналог щетоуксусного эфира и его метальный гомолог.

(С2Н5)20, -60°С

К-С-СН-БОзН + Си2Х2 -» Я-С-СН-ЙОзСНз (2)

О R1 (1а-7а) ^ ' 2 4 О R1 (1в-7в)

(1а-7а)

R^H; R=CH3 (1), С6Н5 (3), C6D5 (4), n-Cl-QH4 (5),п-СН30-С6Н4 (6), п-СН3-С6Н4 (7) R=R1=CH3 (2)

Спектральные характеристики р-оксоалкансульфокислот и их производных > литературе отсутствуют. Анализ данных ИК спектров синтезированных «единений (табл. 1) и исследованных ранее различных алифатических ульфокислот и их эфиров позволяет предложить для свободных сульфокислот или солей) и их эфиров следующие аналитические полосы vas (SO3) и vs (SO3):

■ первых - 1280-1200 и 1070-1050 см"1, а у вторых - 1370-1320 и 1180-1120 см'1. 1аличие двух элекгроноакцепторных групп (карбонильной и сульфогруппы) [редполагает высокую СН-кислотность исследуемых соединений. Сопоставление пектров ПМР р-оксоалкансульфокислот и их эфиров со спектрами карбоновых налогов позволило выявить следующие особенности: 1) больший ;езэкранирующий эффект группы SO3R по сравнению с COOR на а-[етиленовые протоны ; 2) в отличие от С-аналогов лишь небольшой сдвиг игналов а-метиленовых протонов у солей сульфокислот в сильное поле по

• Таблица 1

" Выходы, температуры плавления и кипения и данные ИК, ПМР спектров метил р-оксоалкансульфонатов (1 в-7в)

№ ■ . соединения R Ri Выход, % Т.кип. °С (р, мм рт. ст.) Т.пл. °С ПМР спектр, 5, м.д. (CDCI3) ИК спектр,V, см"1

SO3X CHR1 R SO3 с=о Ar

■ 1в СНз Н 20 90 (1) 3.89 с 4.21 с 2.30 с : 1365 1180 1720 -

2в СН3 СН3 18 97 (3) 3.88 с 1.49 д, ■4.14 м 2.33 с 1360 И80 1720 -

Зв с6н5 н 28 , 75-77 3.89 с 4.66 с 7.46 -7.83 м 1370 1180 1690 1600 1450

4в c6d5 н 22 73-75 3.94 с 4.96 с - 1380 1185 1700 1585

5в С1-СбН4 н 41 85-87 3.89 с 4.61 с 7.44 д 7.91 д 4 Гц 1370 1180 1685 1580

6в СНзО-СбН4 н 37 133-135 3.91 с 4.85 с 6.91 д 7.85 д 5 Гц 3.83 с 1370 1180 1675 1590 1570

7 в СНз-СбЩ н 71-73 3.89 с 4.59 с 7.11 д 7.69 д 4 Гц 2.34 с 1370 1180 1680 1600

Примечание: Спектры ПМР, 5, м.д. (CDCI3): ацетоуксный эфир - 1.18 т, 4.11 к (СООС2Н5), 3.36 с (СН2), 2.18 с (СН3); бензоилуксусный эфир - 1.08 т, 4.01 к (СООС2Н5), 3.78 с (СН2), 5.56 с (=СН), 7.31-7.66 м (QH5), 12.55 с (ОН) 16%.

сравнению с эфирами, что позволяет предположить сохранение высокой .СН-кислотности у свободных 3-оксоалкансульфокислот.

(З-Оксоалканкарбоновые эфиры являются классическими объектами изучения кето-енольной таутомерии, поэтому представлялось целесообразным исследовать способность сульфоаналогов к таутомерным превращениям. В результате исследования спектров ПМР1 эфиров (1в, Зв-7в) вне зависимости от полярности растворителя, в отличие от карбоновых аналогов, присутствие енольной формы не обнаружено, Подобный вывод можно сделать и на основании УФ2 спектров, снятых в гептане и этаноле (табл. 3): у метилсульфо-ната (1в) отсутствует поглощение в области длин волн выше 200 нм, а у эфира (Зв) наблюдается только один максимум, относящийся к поглощению бензоиль-ного фрагмента, причем картина спектров не меняется во времени. Однако метил бензоилметансульфонат (Зв) при стоянии обесцвечивал раствор брома в абсолютном метаноле с образованием а-бромбензоилметансульфокислоты, а при взаимодействии метил ароилметансульфонатов с избытком диазометана были выделены только О-метиловые эфиры (8-10) с относительно высоким выходом. Строение синтезированных эфиров 2-метокси-2-арилэтен-1-сульфокислот (8-10) подтверждено спектральными методами. ИК спектры этих соединений содержат полосы поглощения, характерные для кратной связи, при отсутствии полос поглощения карбонильной группы. В ПМР спектрах присутствуют сигналы всех протонов О-эфира енольной формы и отсутствуют сигналы метиленовой группы, (табл. 2).

0°С

Х-С6Н4-С-СН2-80зК + СН2К2-^-► Х-С6Н4-С=СН-50311 (3)

О " 2 ¿)СН3

(Зг, 5в, 6в) (8-10)

Х=Н, С1, сн3о

к=сн3, С2Н5

Таблица 2

Выходы и данные ПМР и ИК спектров соединений (8-10)

№ соединения Я X Выход, % ПМР спектр, 5, м.д. (СОС13) ИК спектру, см'^СБОз)

ОСНз =сн ХС6Нд X с=с

8 с2н5 н 76 3.63 с 1.31 т 4.23 к 5.74 с 7.32 м - 1350 1160 1620

9 СН3 С1 60 3.66 с 3.81 с 5.79 с 7.34 м - 1360 1160 1610

10 СНз ОСН3 100 3.69 с 3.83 с 5.68 с 6.83 д 7.26 д 4 Гц 3.76 с

Спектры ПМР записаны на спектрометре Те$1а В8-487С (рабочая частота 80 МГц) УФ спектры получены на спектрофотометре вресоп! М-40

Таким образом в результате исследования нами установлено, что в эфирах р-оксоалкансульфоновых кислот, в отличие от С-аналогов, не наблюдается присутствие енодьной формы. Однако, исследуемые соединения можно отнести I легко енолизующимся, образующим в реакции с диазометаном только О-эфиры.

2. Химические превращения р-оксоалкансульфонатов 2.1. Поведение р-оксоалкансульфонатов в щелочных средах

Большинство реакций, характерных для СН-кислот, осуществляются при участии различных оснований, поэтому было изучено поведение р-оксоалкансульфонатов в основных средах.

На основании спектральных исследований и препаративных опытов нами предложена схема 4, описывающая поведение р-оксоалкансульфонатов I щелочных средах.

—».Я-С-О" + СНзБОз" О

ОН,

ж

(4)

"ОН ("(Ж) медленно

К-С-СНг-БОзСНз & (1в, Зв-7в)

"ОН (ОЯ)

(Нт)

б

К-С=СН-803СН3

К=СбН5, Сб05

-К-С-СН2-503Ыа •

А

Я=СН3, Аг

'ОН1

■он

медленно

(Н+) д

Я-ОСН-ЗОз"

а 5%-ный раствор КаОН (Н20) или №ОН (ШОСНз) в СН3ОН/СНС13. ^Подкисление щелочного растворов эфиров. в МаОН, СН3ОН/СНС13. г 20%-ный раствор ЫаОН (Н20). д НС1. е 5%-ный раствор №ОН (Н20) или КаОСНз (СН3ОН/СНС13). ж 20%-ный раствор ШОИ №0).

Так, р-оксоалкансульфоэфиры, подобно р-оксоалканкарбоновым эфирам, растворяются в водных щелочах. Согласно спектральным данным несмотря на высокий ацидифицирующий эффект вОзИ., алкил р-оксоалкансульфонаты при этом подвергаются полной енолизации с образованием енолятов ( схема 4, а). В спектрах ПМР, снятых в этих условиях, наблюдается исчезновение сигналов протонов СНг-группы и появление сигнала винильного протона в области ароматических протонов (табл. 3, для сравнения приведены спектральные данные этиловых эфиров ацето- и бензоилуксусной кислот, АУЭ и БУЭ). Подобное отнесение сигнала винильного протона для ароилметансульфонатов подтверждено спектральным исследованием дейтерированного эфира (4в). По данным УФ спектров, эта енолизация обратима: при подкислении картина

Таблица 3

Данные ПМР и УФ спектров ß-оксоалкансулъфоэфиров (1в, Зв, 5в-7в), ацетоуксусного (АУЭ) и бензоилуксусного (БУЭ) эфиров в разных средах

№ еди- ;ния Спектр ПМР, 5, м.д. УФ спектр, X иаи., нм (е)

растворитель SO3CH, ch7 =сн r

1в CDC13 Na0R/CD30D а 3.89 c 3.61 с 4.17 c 7.49 с 2.29 с 1.75 с гептан 5% NaOH-243 (13300)

Зв cdci3 NaOD/CD3OD CF3COOH 4.35 c 4.00 c 4.22 c 5.10 c 5.06 c 7.64 с 7.85 д 8.31 д 7.64 д 7-94 д 7.74 д 8.16 д 70%с2н50н-254(12400) NaOH6 - 226(10600) 282(9500) HCl8 - 254(12200)

5в cdci3 Na0D/CD30D 4.38 c 3.95 с 5.13 с 7.64 с 7.88 д 8.31 д 8 Гц 7.51 д 7.79 д 8 Гц 70%с2н50н-263(16000) NaOH - 234(12800) 288(10000) HCl - 264(14250)

5в CDCI3 Na0D/CD30D 4.36 c 4.06 с 5.03 с 7.64 с 7.38 д 8.28 д 9 Гц 7.11 д 7.91 д 9 Гц 70% с2н50н-226(8000) 291(16000) NaOH - 245(10000) 287(16000) HCl - 226(7200) 292(14400)

7в CDCI3 Na0D/CD30D 4.38 с 3.4 c 5.08 с 7.63 с 7.68 д 8.20 д 8 Гц 7.43д 7.85 д 8 Гц 70%C2H50H-265(15000) NaOH - 232(11700) 284(12000) HCl - 265(13000)

УЭ cdci3 Na0R/CD30D 1.18 т 4.11 к 1.10 т 3.88к 3.36 с 7.46 с 2.18 с 1.73 с гептан - 244(8400) 5% NaOH- 272(22600)

/Э CDCI3 Na0D/CD30D 1.08 t 4.01 к 1.04 т 3.83 к 3.78 с 5.56 с 7.15 с 7.317.66 м 7.157.45 м 70%C2H50H-248(11000) 292(4000) NaOH - 231(11000) 310(14500) HCl- 245(10000) 292(4500)

шечание.а Спиртовая щелочь добавляется к раствору в СБС1з. 6 Твердая ючь добавляется к водно-спиртовому раствору. в Подкисление щелочного гвора.

спектров (3-оксосульфоэфиров восстанавливается (табл. 3). Однако, образующиеся еноляты нестабильны и уже при нормальных условиях во времени наблюдается расщепление, которое по аналогии с р-оксокарбоновыми эфирами можно интерпретировать как "кислотное" (схема 4, е). Нами установлена зависимость скорости расщепления от природы заместителя в бензольном кольце, так в ряду: СН3О, Н, С1 - период полупревращения закономерно уменьшается (табл. 4). Этот результат, а также наличие изобестической точки в электронных спектрах при исследовании щелочных растворов метил р-оксоалкансулъфонатов (Зв, 5в, 6в) во времени подтверждают, что, аналогично кислотному расщеплению р-оксокарбоновых эфиров, распаду подвергается кетонная форма Однако, в отличие от С-аналогов, расщепление происходит быстрее и в более мягких условиях, что объясняется большей активностью карбонильной группы в р-оксоалкансульфонатах. Результаты спектральных исследований подтверждены препаративными данными: выделены соли метансульфоки слоты и соответствующих карбоновых кислот.

Таблица 4

Кислотное расщепление метил ароилметансульфонатов (Зв, 5в, 6в) в 5% ИаОН (Н20)

№ соединения X ^ макс, у НМ (б) Период полупревращения X (мин.) ^ ыакс.) НМ (е)т

Зв Н 224 (9200) 278 (8500) 150 223,5 (8100) 278 (4200)

5в а 233 (11000) 283 (9600) 60 234 (11000) 281 (4600)

6в осн2 248 (10000) 285 (16000) 210 248 (11000) 280 (8000)

Установлено также, что в отличие от р-оксокарбоновых кислот способность к енолизации сохраняется и у солей р-оксоалкансульфокислот (схема 4, г, д), хотя и требует более жестких условий, чем в случае исследуемых эфиров: полная енолизация наблюдается в 20%-ном растворе щелочи. В отличие от енолятов эфиров, образующиеся дианионы характеризуются большей стабильностью и подвергаются распаду лишь при кипячении (схема 4, ж), с образованием тех же продуктов кислотного расщепления.

Таким образом показано, что в щелочных средах происходит полная и обратимая енолизация метил р-оксоалкансульфонатов с образованием енолятов. Способность к енолизации сохраняется и у солей р-оксоалкансульфокислот, хотя и требует более жестких условий, чем в случае их эфиров. Установлена способность р-оксоалкансульфонатов подвергаться "кислотному" расщеплению.

2.2. Реакции р -оксоалкансульфонатов по метиленовой группе

Однотипность строения эфиров р-оксоалкансульфо- и р-оксокарбоновых кислот позволяет ожидать аналогии в их химическом поведении не только в щелочных -средах, но я в других реакциях, характерных для -ОН-тш слот. Синтетические возможности производных р-оксоалкансульфокислот исследованы недостаточно. Хорошо изучены реакции по карбонильной группе с Т^-нуклео-филами. Сведения о реакциях р-оксоанкансульфонатов по метиленовой группе весьма ограничены.

2.2.1. Метил р-оксоалкансульфонаты в реакции азосочетапия

Впервые метил р-оксоалкансульфонаты введены нами в реакцию азосо-эетания. Легкость гидролиза алкил сульфонатов не дает возможность использовать условия проведения реакции аналогичные для р-оксокарбоновых эфиров, что требовало подбора соответствующей методики. В результате азосочетания метиловых эфиров р-оксоалкансульфокислот (1в, Зв, 5в, 7в) с хлоридом фенилдиазония в апротонной среде в присутствии основания с хорошими выходами получены продукты (13-16), строение которых подтверждено физико-шмическими методами (табл. 5).

Я-С-СН2-50зСН3 + Л-С-С-БОзСНз (5)

й О С, 10 мин И Й^Н-С6Н5

К=СН3 (1в), С6Н5 (Зв), (13-16)

п-С1-С6Н4 (5в), п-СН3-С6Н5 (7в)

В спектрах ПМР продуктов (13-15), полученных из ароилсульфонатов, тблюдаются лишь сигналы одной гидразоформы. Исключение составляет соединение (16), в спектре ПМР (СБС1з, (СОз^СО) которого наблюдается удвоение сигналов протонов ацетильной и метилсульфонатной групп, а также трисутствуют сигналы в области 8 11.29 м.д. (N11) и 14.29 м.д. (ОН). Эти данные щют возможность предположить наличие двух таутомерных форм: гидразона и иосоединения, согласно интегральным интенсивностям, находящихся в соотношении (1:2) соответственно.

9 ?н

СНз-С-^-503СН3 СНз-С=^-803СНз (6) М-Ш-С6Н5 N=N-0^5

(16)

3 отличие от метил а-фенилгидразон-ацетилметансульфоната (16) у продукта аосочетания ацетоуксусного эфира подобное таутомерное равновесие не 1аблюдается, вероятно, это можно объяснить проявлением эффекта поля ;ульфогруппы и особенностями конформационного строения соединения (16). Этсутсгвие азоформы в метил а-фенилгидразон-ароилметансульфонатах (13-15)

Таблица 5

Выходы, данные ПМР и УФ спектров соединений (13-18)

№ соединения К X У Выход, % Спектр ПМР, 8, м.д. УФ спектр

растворитель БОзХ У я растворитель ыакс.1 нм (е)

13 СбН5 СНз МН-С6Н5 72 СБС13 4.17 с 11.36 с 7.35 с 7.65 с СНзСИ 244 (14400) 356 (21000)

14 С1-С6Н4 СНз МН-С6Н5 73 СБОз 4.15 с 11.40 с 7.04 д 7.64 д 7.26 д CHзCN 244(13300) 354(19300)

15 СНз-С6Н4 СНз НН-С6Н5 53 СБСЬ 4.10 с 11.21 с 7.15 2.35 с 7.71 м сн3ск 232(13000) 352(18300)

16а СНз СНз КН-С6Н5 50 СБС13 3.99 с 3.84 с 11.29 с 7.1:7 м 2.39 с 2.51 с сн3ск 226(8300) 348(17600)

' 17 С6н5 Ыа ОН 60 [(СЕ>зШэРО - - 7.287.43 м 70% С,Н^ОН 258(12250)

18 С1-С6Н4 N3 ОН 57 (СБз^О - - 7.717.98 м 70% с,н,он 266(13700)

Примечание. а В спектре ПМР присутствует сигнал 8 14.20 м.д. (ОН) 66%.

возможно связано с большей энергетической выгодностью ароильного фрагмента.

2.2.2. Метил р -оксоалкансульфонаты в реакции питрозирования

Важное синтетическое значение представляет реакция нитрозирования (3-оксоалкансульфокислот. Дальнейшая трансформация образующихся в этой реакции продуктов может привести к а-амино-р-гадроксиалкансульфокислотам, являющихся сульфоаналогами а-амино-р-гидроксикарбоновых кислот. .

Впервые метил р-оксоалкансульфонаты введены в реакцию нитрозирования в условиях, аналогичных для зфиров р-оксокарбоновых кислот. В результате получены соли а-оксимино-р-оксосульфокислот (17-19), строение которых подтверждено спектральными данными (табл. 5).

СН3СООН

R-C-CH2-SO3CH3 + NaNC>2 3 » R-C-C-S03Na (7)

Ji О С 2ч II tt

О и 4 О N-OH

R= С5Н5 (Зв), п-С1-СбН4 <5в), (17-19)

п-СНз-СбН4 (7в)

2.2.3. р - Оксоалкансульфонаты в реакциях образования С-С-связей

В результате работы показано, что р-оксоалкансульфонаты, подобно эфи-рам p-кетокарбоновых кислот, и в отличие от их солей, вступают в реакции эбразования С-С-связей: альдольную конденсацию и реакцию Михаэля. Конденсацией бензоилметансульфокислоты с ароматическими альдегидами нами полугены ранее неизвестные а-ацилстирилсульфонаты (20, 21). Строение синтезиро-занных соединений подтверждено спектральными данными (табл. 6). В спектрах [IMP присутствуют сигналы только в области олефиновых и ароматических хротонов, а в ИК спектрах наблюдаются интенсивные полосы сопряженных сратных связей и сульфогруппы.

СбНз-С-СНз-БОзН+Х-СбЩ-С*0 L5% NaOH'2V QH5-C-C-SO3H (8)

Ö (За) н 2-Н ^н-ед-х

Х=Н, Ci (20, 21)

Таблица 6

выходы, температуры плавления и спектральные данные соединений (20, 21)

№ :оед. X Выход, % Т.р. (°С) ПМР спектр, 5, м.д. ИК спектр,V, см"1 (нуйол)

растворитель =сн Ar SOj С=С С=0

20 н 21 265 CD3OD 7.45 с 7.45 м 7.95 м 1240 1050 1640 1680

21 С1 23 275 (CD3)2SO 7.6 с 7.8 м 8.25 м 1260 1060 1630 1670

В литературе известны лишь единичные случаи участия алифатически: сульфокислот в качестве доноров (дифениловый эфир сульфоуксусной кислоты I амид хлорметансульфокислоты) в реакции Михаэля. Использование в это! реакции р-оксоалкансульфонатов и нитроолефинов представляет интерес, та1 как дает возможность получать а,р-замещенные-у-нитросульфонаты предшественники р-арилгомотауринов. Нами впервые в реакцию Михаэл5 введен представитель р-оксоалкансульфокислот: при взаимодействии этиловоп эфира бензоилметансульфокислоты с нитростиролом был выделен аддухт (22) строение которого подтверждено спектральными данными (табл. 7). Тем самыъ показана принципиальная возможность использования данного класс! алифатических сульфокислот в реакции Михаэля.

1.СН3(Жа, СН3ОН (9)

0+5°С, 2 ч

С6Н5-С-СН2-80ЗС2Н5 + С6Н5-СН=СН-Ы02-+—1-

Д 2. Н

С-С6Н5

о

-- ЫОгСНд НВ-СНА1 -СНВ1 - БОзВД

С6н5 (22)

Т.пл.136-138 °С (17%)

Таблица 7

Спектральные данные этилового эфира а-бензоил-р-фенил-у-нитропропансульфокислоты (22)

ПМР спектр, 6, м.д., 1(Гц) (СБС13) ИК спектр,V, см"1 (СБС13)

803С2Н5 СН?1М09 СНА1 СНв1 С6Н5 БОз N02 С=0 с6н5

На НВ

1.27 т 5.25 дц 4.96 д 5.64 д 4.58 дд 7.09 с 1355 1560 1685 1590

4.36 кв 1нанв= 1нанв= 1н1н»= 7.35- 1170 1370 1445

1=7 13.5 13.5 11 11 7.57 м

1нанп= 1нпна=

5 5

Образование нитросульфоэфиров, по данным ИК и ПМР спектров, наблюдалось и в реакции нитростирола с рядом других р-оксоалкансульфонатов (метил и фенил бензоилметансульфоната, метил п-хлорбензоил- и ацетилметансульфона-тов). Однако продукты реакции были выделены в виде масел, представляющих по-видимому смесь диастереомеров, которые не удалось разделить.

2.3. Синтез ароилсульфенов и их реакции in situ с азометинами

Подвижность а-водородных атомов в 3-оксоалкансульфокислотах облегчает бразование интермедиатов - сульфенов, которые относятся к классическим етерокумуленам, привлекающим внимание как реакционноспособные интерме-иаты, используемые в органическом синтезе.

Наиболее часто применяемым методом генерации сульфенов является лиминирование производных алкансульфокислот под действием оснований, апример алкансульфохлоридов и триэтиламина. В последние годы в литературе оявшгась данные о генерировании простейшего сульфена взаимодействием [етансульфокислоты с малоприменяемым, но легко доступным дегидратирую-1ИМ реагентом - хлоридом ([хлорсульфинилокси)метилен]диметиламмония.

CH3SO3H + Cl-S-0-CH=^+Cl"_2На _ДМФА) _"S02 [ch2=SO2] (10) О СНз

тот метод представляется наиболее перспективным, так как не требует исполь-эвания алкансульфохлоридов, которые, как правило, получаются с небольшими аходами и известны не для всех сульфокислот.

Из р-оксоалкансульфокислот ранее был генерирован только бензоил-шьфен взаимодействием соответствующего сульфохлорида с триэтиламином. В !тературе имеются данные о его участии в реакциях циклоприсоединения с гектронообогащенными непредельными соединениями (виниловыми эфирами, шминами, кетенацеталями и азометинами), с образованием как 4-, так и 6-1енных гетероциклов, что объясняется мезомерным строением бензоилсульфе-1.

Ароилсульфены были генерированы нами непосредственно из р-оксо-[кансульфокислот и введены in situ в реакции циклоприсоединения с ометинами. Так, из бензоилметансульфокислоты (За) с использованием ;орида ([хлорсульфинилокси)метилен]диметиламмония при взаимодействии с нзальанилином и бензальбензиламином выделены продукты [2+2] гклоприсоединения (24, 25), которые по физико-химическим характеристикам (ентичны и полностью соответствуют 4-членным гетероциклам - 2-мещенным 4-бензоил-3-фенил-1,2-тиазетидин 1,1-диоксидам, полученным нее из бензоилсульфонилхлорвда и соответствующих азометинов.

В аналогичных условиях взаимодействие п-метилбензоилметансульфокис-ты (7а) с азометинами идет по другому пути и приводит к образованию ;стичленных гетероциклов (26, 27) - продуктам [4+2] циклоприсоединения - 3-мещенным 2-фенил-б-(4'-метилфенил)-1,4,3-оксатиазин 4,4-диоксидам. В ИК ектре аддуктов обнаружены характерные полосы сопряженной кратной связи =С (1625 см"1) и сульфонильной группы (1365, 1165 см"1) при отсутствии лосы, ответственной за колебания связей карбонильной группы. В УФ спектре исутствуют два интенсивных максимума; 255 (12000) и 312 (18000) нм, что сви-гельствует об эффективной системе сопряжения. В спектре ПМР наблюдаются

сигналы только в слабом поле: 5 6.83 с (метановый протон) и сигнал винильног протона в области ароматических протонов б 7.48 с (табл. 8). Эти данны подтверждают предложенную структуру синтезированного соединение образование которого следует предположить через стадию сульфенг взаимодействующего с олефином как 1,4-диполь.

Однако, при взаимодействии п-хлор- и п-метоксибензоилметансульфс кислот (5а, 6а) с бензальанилином и бензальбензиламинов были выделен) продукты (28-30), спектральные данные которых, а также встречный синтез пр: взаимодействии соответствующих кислот с амином позволяют представить и как аммонийные соли данных сульфокислот (табл. 8). Аналогичный результа был получен и при генерировании п-хлорбензоилсульфена из соответствующег сульфохлорида (11) и его участии в реакции с бензальанилином: с выходом 235 была выделена таже анилиниевая соль п-хлорбензоилметансульфокислогы (28).

СН3

СН2С12, О С, 20 мин

Х-СбН4-С-СН2-503Н + С1-8-0-СН=1ГС1" ________ .

(П)

и О

II

о

¿Н3

-д тчил

Х=Н (За), СН3 (7а), п-С1 (5а), л-СН30 (6а)

|Х-СбН4-С=СН-802-

I. I - ©

о©

►Х-С6Н4-С-СН=502-

Е^М/СНгС!}/ СбН5-СН=К-К К=С6Н5, СН2С6Н5

О

© © ■

•Х-С6Н4-С-СН-802 О

20°С, 4 ч

сн3-с6н4-с=сн Ч >02

н5с6 Я

(26, 27)

С6Н5-

?02 сн-ж

ЩС6 К

(24, 25)

Х-СеЩ-^-СН2-80з ИНЗ-Ы О

Х=п-С1 (28, 29), п-СН30 (30)

Х=Н

Е^, диоксан, 20 С, 24 ч

Х=С1

Х-С6Н4-<^-СН2-802С1 + С6Н5-СН=М-С6Н5

о

Таким образом, впервые показана разноплановость реагировать различных ароилсульфенов, что, по-видимому, связано с повышенно] чувствительностью направления реакции к природе заместителя ] ароилсульфене.

Полученные гетероциклы, в частности 4-членные, представляют собо] сульфоаналоги р-лакгамов, являющихся фрагментами антибиотиков, а следова тельно, представляют интерес как потенциальные биологически активны! соединения.

Таблица 8

Выходы, температуры плавления и спектральные данные соединений (24-30)__

№ соед. Формула Т.пл. °с Выход, % Спектр ПМР, 6, м.д., I (Гц) ИК спектр, V, см"1 Уфа спектр

растворитель СНА СНВ сн2 Аг X БОг, Б03 с=о, с=с Аг ^■макс.) НМ (в)

24 СбНз-^-СН-ЯОг СН-м Н5Сб СбН5 167 9.5 диоксан 5.63д 1=5 6.01д 1=5 7.11 м 7.48 м 1335 1170 1680 1595 1500 252(18000)

25 С^Нз-^-СН-рг сн-и Н5Сб СН2СбН5 143145 16 диоксан 4.87м 5.74м 4.12д 1=7 7.07 м 7.32 м 1330 1160 1680 1590 247(15000)

26 СНз-СбН^СН 205206 6 ГМА 6.83с 7.48с 7.117.89 м 2.54с 1365 1165 1625 1570 240(13000) 255(12000) 312(18000)

27 СН3-СбН4-р=СН Яс_ >о2 н5<5б ^НгСбНз 201203 20 (СВ^О 7.22с б 4.40 с 7.48 м 2.60с 1350 1160 1615 1500 256(12000) 309(7000)

28 С1-С6Н4-^-СН2-1озЙНзС5Н5 208210 42 ГМА 4.17 с 7.19д 8.10 д 1=8 1220 1050 1665 1580 1465 263(18000)

29 а-СбН4-^-снг-?о38н3сн2с6Н5 211213 29 (СВ^О/ СРзСОСЮ 4.12с 4.46с 7.49 м 8.09 м 1200 1050 1650 1575 1480 263(17600)

30 СНзО-СбН4-^-СН2-?О^НзСбН5 185187 49 (СБзЬБО/ СРзСОСЮ 4.40 с 7.05 д 8.03 д 7.48 с 3.93 с 1250 1030 1640 1570 1450

Примечание: а УФ спектры соединений сняты: (24-27) - в СНзСМ; (28, 29) - в НгО. 6 Сигнал Нв попадает в область ароматических протонов.

Р-Сультамы также привлекают внимание как исходные для получен и замещенных тауринов. Нами был осуществлен гидролиз сульфамидной связи 4 бензоил-2,3-дифенил- 1,2-тиазетидин 1Д-диоксида (24) при кипячении в кисло среде, что привело к образованию с 70% выходом 2-анилино-2-фенил-1 бензоилэтансульфокислоты (31), строение и состав которой подтвержден] физико-химическими методами.

О ,р

С6Н5ЛсН-802 1.5нна,бч)А @ Ч Сб1§

СН-Ич -^ С6Н5-Ш2-СН-СН-5оР

Н5(^6 С6Н5 С6Н5

(24) (31) Т пл. 174-176 0 С

ВЫВОДЫ

1. Исследованы строение ряда р-оксоалкансульфонатов и возможность их использования в реакциях, характерных для СН-кислот.

2. Разработан общий способ получения ранее неизвестных метил р-оксоалкансульфонатов, заключающийся в непосредственном взаимодействии соответствующих сульфокислот с диазометаном.

3. В отличие от карбоновых аналогов присутствие енольной формы эфиров р-оксоалкансульфокислот спектральными методами (УФ и ПМР) не обнаружено. Однако исследуемые эфиры следует отнести к енолизующимся соединениям, что подтверждено образованием в реакции с диазометаном только О-метиловых эфиров.

4. Исследовано поведение эфиров и солей р-оксоалкансульфокислот в водно-щелочных растворах. Установлено, что:

- в водно-щелочных растворах метил р-оксоалкансульфонатов наблюдается обратимая енолизация, а их соли имеют енолятное строение;

- способность к подобной енолизации сохраняется и у солей р-оксоалкан-сульфокислог хотя и требует более жестких условий;

- с течением времени в щелочной среде эфиры подвергаются "кислотному" расщеплению (аналогичному для эфиров Р-кетокарбоновых кислот), причем выявлена зависимость скорости расщепления от природы заместителя в бензольном кольце. В отличие от эфиров соли р-оксоалкансульфокислот более стабильны и распадаются лишь при кипячении.

5. Показана способность эфиров р-оксоалкансульфокислот вступать в реакции, характерные для СН-кислот: Михаэля, азосочетания и нитрозирования, в результате которых синтезированы новые группы полифункциональных алифатических сульфокислот.

6. Предложен препаративно удобный способ генерирования ароилсульфенов непосредственно из Р-оксоалкансульфокислот при действии доступного

дегидратирующего реагента - хлорида [(хлорсульфинилокси)метилен]диме-тиламмония. Ароилсульфены in situ введены в реакцию с азометинами. Установлено, что бензоил- и и-метилбензоилсульфены образуют с азометинами продукты [2+2] и [4+2] циклоприсоединения.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. Bodina R.I., Lipina E.S., Aboskalova N.I., Efimova T.P. The derivatives of aliphatic sulfonic acids in the reactions of C-C-bond formation // Abstracts of 16 th International Symposium of the Organic Chemistry of Sulfur (ISOCS). Merseburg, Germany. - July, 1994. - P. 160.

2. Ефимова Т.П., Липина E.C., Бодина Р.И. Взаимодействие ß-оксоалкан-сульфокислот с ароматическими аддегидами // Тезисы докладов Международной конференции молодых ученых "Органический синтез: история развития и современные тенденции". - Санкт-Петербург. - Сентябрь, 1994. - С. 15.

3. Ефимова Т.П., Липина Е.С. Химия алкил ß-оксоалкансульфокислот // Тезисы докладов Международного симпозиума по органической химии. -Санкт-Петербург. - Май, 1994. - С. 14.

4. Ефимова Т.П., Липина Е.С., Беркова Г.А, Поздняков В.П. Химия алкил ß-оксоалкансульфонатов // Тезисы докладов 19-ой Всероссийской конференции по химии и технологии органических соединений серы. - Казань. - Октябрь, 1995. - С. 85.

5. Ефимова Т.П., Липина Е.С., Кузьмина Н.В., Беркова Г.А., Поздняков В.П. Синтез, строение и свойства производных ß-оксоалкансульфокислот // Tarptautines konferencijos "Chemija ir chemine technologija". - Kaunas, Lietuva. -1996. - P. 87-88.

6. Ефимова Т.П., Липина E.C., Кузьмина H.B. Строение и реакционная способность ß-кетоалкансульфокислот // Тезисы докладов VI Всероссийской конференции "Карбонильные соединения в синтезе гетероциклов". - Саратов.

- Сентябрь, 1996. - С. 177.

7. Ефимова Т.П., Липина Е.С., Беркова Г.А, Поздняков В.П. Алкил ß-оксоалкансульфонаты. 1. Синтез и строение // ЖОрХ. - 1996. - Т.32, вып. 10.

- С. 1473-1477.