Новые сульфенилирующие реагенты: алкил-, винил- и алкинилсульфенилирование олефинов и ацетиленов в условиях сульфонатной активации тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

>' ' \

Г Г- '

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ и ордена ТРУДОВОГО КРАСНОГО знамени ¡'ОСУЛА1ХЛ'Ва1Ш^! УНИВЕРСИТЕТ имени М.В.ЛОМОНОСОВА .

ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

На правах рукописи ЗДК М7.26' 122: М7.37* Л:547.425

ДЕНИСКО Ольга Владимировна

НОВЫЕ СУЛЬЬЕНИЛИРУОЦИЕ РЕАГЕНТЫ: АЛКИЛ-, БИНИЛ- И АЛКИНШ1СУЛЬ5ЕНИЛИРОВАШЕ ОЛЕФИНОВ И АЦЕТИЛЕНОВ В УСЛОВИЯХ ШШЖАТНСй' АКТИВАЦИИ

02.00.03 - Органическая шля

Автореферат? диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Иосхва - ¡993

Работа выполнена на кафедре органической химии в лаборатории органического синтеза Химического факультета Московского Государственного университета им. М.. В. Ломоносова.

Научные руководители: доктор хим. наук

зык н.в.

кандидат хик. наук

КУТАТЕЛАДЗЕ А.Г,

Научный консультант; академик ЗВФИРОВ Н.С,

Офи^атьные оппоненты: доктор хим. наук, профессор

ФЕДОСЕЕВ В.Ы.

доктор хим. наук, вед.научн.сотр. Ф0В1АЮВСЮ1Й А.А.

Ведущая организация: ЫПГУ им.В.И.Ленина

Залита состоится "23" апреля ГАЮ года 8 II часов в аудитории 337 наг заседании специализированного Ученого Совета Д 053.05.46 по адресу: 119890, ГСП, Москва, В-234, Ленинские горы, МГУ, химический факультет.

I

С диссертацией кожно ознакомиться в библиотеке Химического факультета {¿ГУ им.Ы.В,Ломоносова.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совет, кандидат химических наук

Актуальность проблеш. Реакции электрофильного присоединения производных сульфеновой кислоты ( R-S-0H ) нашли широкое применение в органической химии в качестве методов функционализации алкенов и способов получения соединений, содержащих атом серы (II). Однако процессы, где в качества электрофила вистулает RS + частица, изучены почти исключительно на примерах арилсульфеигалогенидов. Получаемые при их присоединении к олефинам или ацетиленам р-хлоралкил- или р-хлорвиниларилсульфиды стабильны и малопригодны для дальнейшего использования в тонком органическом синтезе. В последнее десятилетие появилась серия работ, в том числе и выполненных в нашей лаборатории, в которых в роли сульфени-лирующих реагентов используются амиды или эфиры арилсульфено-вых кислот. Следовательно, и в этих случаях в молекулу непредельного субстрата вводится опять-таки тиоарильная группа. Поэтому является актуальным расширение привычного круга электрофильных сульфенилирущих реагентов, а такие поиск путей активации слабых электрофилов, что, в свою очередь, раздвигает границы синтетического использования рассматриваемых реагентов и дает дополнительные факты для осмысления закономерностей Adg-реакциЙ. В этой связи несомненный теоретический и практический интерес вызывают соединения, содержащие в своем составе ординарные связи сера-азот,.и, в первую очередь, с наличием у атома серы легко функционализирующихся групп, например, винильного или этинильного фрагментов.

Цель работы. Целью работы явилось изучение процессов электрофильного алкил-, винил- и алкинилсульфенилнрования непредельных субстратов в присутствии серного ангидрида или его комплекса с пиридином, поиск новых электрофильных реагентов сульфенилирующего типа и исследование их синтетических возможностей.

Научная новизна. Впервые показано, что в результате взаимодействия алифатических или .1 .^-непредельных сульфен-амидов с серным ангидридом или пиридинсульфотриоксидом образуются высоко реакционоспособные реагенты сульфенилирующего действия. Изучены новые реакции электрофильного присоединения к ряду ациклических, моно- и бициклических олефинов, откры-

ващие доступ к Ы,Ы-диаакилсульфаматным производным ' алкил-, винил- или алкинилткоспиртов. Найдено, что электро-фидьное сульфенилирование фенил- и дифенилацетиленов приводит к образованию нового ¡сласса соединений -р-ткозалкщеикых винилсульфакатов. Изучена реакция сульфонатно-активированного присоединения аминосульфенхл о.ридов к фскилацзтилену.

Практическая значимость. Нами разработан перспективный метод синтеза р> -хлор-_ргсульфамагодиапкилсульфедов и <А,]г>-не-насшценних сульфидов. Предложен новый способ получения ^-алкллтиовишлсульфаматов, Изученные электрофильные реагенты и соединения, полученные на их основе, могут найти применение в тонком органическом синтезе»

Публикации. Но материалам диссертационной работы опубликовано 3 статьи.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на 18-й конференции по химии и технологии органических соединений серы ( Казань, 1992г.) и на Ломоносовских чтениях Химического факультета МГ'У ( Москва, 1992 г.).

Объем и структура диссертационной работы. Диссертационная работа изложена на страницах машинописного текста и состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части и выводов; содержит 2 таблицы, список цитируемой литературы из 455" наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ I. Взаимодействие алкил-,, алкенил- или алкинилсульфенг амидов с одефинами в присутствии серного ангидрида или его комплекса с пиридином 1.1. Синтез р-галогензаыацешшх алкилсульфенамидов и их реакции с олефинами в присутствии пиридинсульфотри-оксида

Ряд р-галогеналкилсульфенамидов был нами синтезирован электрофильным присоединением оминосульфенгалогенидов к оле-финам, при этом в случае несимметричных алкенов получены смеси рсгиоизомерных продуктов.

о1

На1 = а

На1 = Вг *

(¿N3401

си2а2

-20ЛС

^.б-н о

Г г^ V-/

ич

и

я

*С=СН2

ой за сад,

Р1Рч2=(сн2)3 я1=сн3| кг=н

Но( X

К1.

гй-сн^-ыо * а

-5

т {

9

К,

Б-И о

£ ю

Далее ми нашли, что полученные алкилсульфенамиды Ц-4) гладко взаимодействуют с олефинамк в присутствии комплекса серного ангидрида с пиридином в абсолютном хлористом'метилене при комнатной температуре. При это» на первой стадии реакции происходит генерирование нового электрефнльного реагента сульфенилируо'дего действия, содэрхацего в качестве противо-иона сульфаматную группу и способного присоединяться по двойным углерод-углеродным связям.

ч,.г/ А1к-Б

А1к- Б^ЯРу- БОз

-с-с

/

050гШ2

Удобными субстратами для выяснения эффективной электро-фильности реагента являются производные бицикло/2.2Л/гептана. Поэтому закономерен интерес, к простейшему из этого класса соединений - норборнену. Мы нашли, что реакции сульфенамидов I и 2 с норборненом в присутствии пиридинсульфотриоксида приводят к образованию двух диастереомерных сульфаматов II и 12 или 13 и 14 соответственно в соотношении 1:1.

При взаимодействии 2-хлорцаклогйксилаульфенмор£олида I с тетрафторбензобарргленои при активами Ру•Б Од также получена смесь диастереонернш 1,2-аддуктов 15 и 16 в соотношении 1:1.

А

- О

оэоиы})

Мы исследовали также реакцию алкнлсульфенамэда 2 с нор-борнадненом б присутствии пиридкнсульфотриоксмда. При этом вэделены две пары диастереомерных суяьфаматов ряда 3,5-диза-иещенных нортрицикленов, продуктов электрофильного присоединения с участием второй двойной связи норборнадиена.

О^-Со Д/ 1

а

Ру*03

" -к

СЬ

Строение полученных аддуктов доказано спектроскопией ЯМР и «с, состав подтвержден данными масс-спсктромотрин.

I.?.. Синтез алкенилсульфснамидов и процессы электрофиль-

ного винилсульфонилировалия олефинов Винилсульфен амиды - сравнительно новый класс серосодержащих соединений, химия которого практически не изучена. Эти субстраты можно синтезировать илсктрофильным присоединением аминосульфенгалогенидов к алкинам, однако присоединение к фенилацетилену досих пор не исстидовано. Мы нашли, что морфолин- и пияеридинсульфенхлорнды гладко присоединяются к фенилацетилену с образованием смеси региоизоиерних винил~ сульфенамидов 21 • 22 или 23, 24 соответственно в соотношения 3:2.

/—Ч /_^

Ох гъ .а РЬ-СэСН-----С--С ^ + с=с

СН2а2 а/ ЧН £>8'

*=0 11 .22 Х = СН2 > _23

В условиях сульфокатной активации пиридинсульфотриоксидом полученные аддукты генерируют элсктрофильный винилсульфени-лирущий реагент, приводящий при взаимодействии с олефинами к образованию и .^ненасыщенных сульфидов.

)ОС( + Ру-БОз --

' оэОгМЯа

Нами найдено, что смесь регионаомерных винилсульфенамидов 21 и 22 реагирует с норборненом в присутствии Ру^О^ с образованием исключительно соответствующих транс-1,2-аддуктов и сохранением соотношения региоизомеров.

РИ Б-© РЬЧ С1

чос + с=с'

/ \ /~"Ч / N

а н о N'-5 н 21 п

РЬ

а

25 0202М_0

Ру50з

-ь

ОБОгМ^О

При взаимодействии этих сульфенамидов или их пипериди-новых аналогов с корборнадиеном при активации пиридинсульфо-триоксидом получены как 3,5-нортрициклсновые производные, так и продукты 1,2-присоединения, что свидетельствует о низкой эффективной олектрофдльносги реагентов, генерируемых в условиях реакции из р-хлорзвмещенных винилсульфенамидов.

рь рь а

а" н О^' чн

Ру-эо.

РЬ

27 31

ОБО. о

х=о х-~сн2

23 32

ОЭОрЫ X I

* ~ н

21 33

а обо^ы х ' РЬ

30 ЗА

н

I

V а

1.3. Синтез алкинилсульфснэмидов и олглстрофнльное

шнсинилсульфенилирование олефипов Реакционная способность исходных сульфенамидов при переходе от алкил- к винил- и далее к алкинилсульфенамидам закономерно понижается. Так, реакция фенилэтлнилсульфенмор-фолида 35, синтезированного взаимодействием фенилацетиленкда лития и морфолинсульфенхлорида, с норборненом п присутствии пиридинсульфотриоксида протекает крайне медленно и приводит к образованию единственного 1,2-адцукта 36 наряду с продуктами осмоленил.

- +

РЬ-СгС II--;--* РЬ-ОС-Э-Ы О

-иа ~ ру* зо3

СН2СЬ2. 20° С

36

обо^О

В связи с этим наш осуществлены реакции целого ряда N,М-дк-алкилзамещенных фенилэтинилсульфзнамидов с норборненом в присутствии более эффективного активатора - свободного серного ангидрида. В результате были получены только продукты перегруппировки Вагнера-Меервейна, что указывает на высокую эффективную электрофильность генерируемого при помощи Б Од реагента.

^'СЗСРЯ РЬСнС-5ч

рь-СЭС-Б-М^ ^-—> /А^Ж^И*

ьиз ,-70 с

М«г1р(сна)2 ^ ^ ^

К2=(СН2)5 Ы

р = с2н5 38

Таким образом, применение в качестве активирукцих агентов свободного серного ангидрида или пиридинсульфотриоксида приводит к образованию принципиально .отличающихся по своей структуре и эффективной электрофильности реагентов, что позволяет синтезировать в зависимости от условий реакции либо перегруппированные, либо нзперегруппкрованние аддукты.

В результате реакций тех ко алкииилсульфснамидов с норборнадиеном в присутствии свободного серного ангидрида нами выделены только экзо-эндо- и экзо-экзо-изомеры соот- , ветстпувдих 3,5-дизамсщениых нортрицикленов.

35,37, 38 г . 2

Б-СгС-РИ + [^ЫСоБО /X /Б-СгС-РЬ

Я2=(СН2)20(СИ2)2 45 Л± ■ '

Я2=(СН2)£ 47 4&

Н--С2НБ 49 _50.

Строение полученных здцуктов доказано при помощи спектроскопии ЯМР Ни Ж-спектроскопии, а состав подтвержден данным^ масс-спектроыетрки.

Особый интерес представляет проблема синтеза сульфидо-сульфаматов на олефинах, не имеющих жесткого каркасного строения. Известно, что при сульфонатно-активированном присоединении Ы,Ы-димотиларилсульфенамндов к ациклическим или моноциклическим олефинам, в которых легко достигается строго анти-перипяанарная конформацпк, образуются нестабильные сульфаматы, быстро перегруппировывающиеся в бетаины, которые, . как правило, я являются основными выделяемыми продуктами. Тем не менее, при электрофильном присоединении Ы.Ы-диметил-фенилэтинилсульфенамида _Ь1 к циклогексену в присутствии пи-

8

ридинсульфотриоксида в качество единственного продукта получен тралс-сульфамаг 52, что может быть объяснено тг -акцепторным влиянием тройной сзязи и, следовательно, ослаблением анхимерного содействия сери уходу сульфаматной группы и образованию иона эписульфония.

О

0^5-С = С-РЬ 51 52

Реакция Ы.Ы-диэтил-фенилэтинилсульфенамида 38 с цикло-гексеном при активации пиридинсульфотриоксидом привела к образованию смеси транс-сульфамата 53 и продукта его гидролиза - спирта 54.

.0 г-/-(жРь г^>5ч:зсрь

РЬ-СнС-Б-ЫЕ^---П + 11

РуБОз ^"'ОБО^Е^ 38 53 54

Взаимодействие сульфенамида _51 с и-гексеном-1 в присутствии пиридинсульфотриоксида протекает нерегиоселективно с образованием смеси Ыарковниковских и анти-Марковниковских оддуктоз - сульфа'/атов 55 и 56 и продуктов их гидролиза 57 и 58.

С4Н9-СН=СН2 ^СН2~5-С = С-РЬ

РЬ-СгС-Б-Ме, --> С^НдСН______+

51 2 Ру 503 9 ^ОБО^Ме^

— 55

^CH20S0pNMe2 , ~

+ С,Н3СН + С^НэСН(0Н)сНа5-С5С-РН *

""Б-С-С-РЬ _57

— ь С^ НуСН-Б-Сг С-РН

СН2ОН _58_

II. Синтез , ^непредельных сульфаматов сульфенили-роваяием алкинов в присутствии серного ангидрида или его комплексов ПЛ. Реакции электрофильного сульфенилирования

фенил ацетилена в присутствии серного ангидрида До настоящего времени аминосульфенхлориды были исследованы только в реакциях, приводящих к.разрыву связи Б-С1, в то время как достаточно реакционоспособнал связь Б-И оставалась незатронутой. Атака серного ангидрида теоретически может происходить как по электронной паре атома азота, так и по атому хлора с образованием соответственно хлорсуль-фенилирущего реагента типа "А" или аминосульфенилирующего реагента типа "Б", способных присоединяться по кратным связям.

ЯоЫБОоО-БСЬ < 5°3 -Г^ЫБа —-^^ЫБ-ОБОгСи

поЭ-Мсвим * ™>$-С1свя5И

*А" "Б*

Мы нашли, что в условиях реакции С -90° С, абсолютный хлористый метилен ) осуществляется внедрение серного ангидрида по связи Б-Ы, приводящее к образованию реагента "А", который достаточно легко присоединяется к фенилацетилену по правилу Марковникова. Образование получающегося при этом р> -сульфама-товинилсульфенхлорида "В" доказано последующей реакцией с циклогексеном, в результате которой были вьщелены аддукты 59 и 60, а также побочный продукт 61.

БОдг т Р|1-С=СН

.^МБСЬ-^[Я2Ы5020-8СЬ]

» а"

ЧС=<

сО'''«»-. сс'ю'

МСЧ°(СН4 ^ аа

Я = СН3 60.

Присоединение реагента "А" и промежуточного винилсульфснхло-рида "В" к фенилацетилему и циклогексену соответственно, протекает регио- и стереоспецифично.

Мы изучили также способность получаемого in situ винилсульфенхлорида "В" взаимодействовать с алкином, проведя реакцию в избытке фенилацетилена. При этом был получен несимметричный р-замещенный дивинилсульфид 62.

£>so2On Н "

С = С Ph/ nscl

PhCsCH р\ '/SX /h -> C = C c = c' +

ci/ SH H' NOSO2NJ>

p h S4 Ph 62 ß чсДс- чсДс"

cl и н а 63

Необходимо отметить, что во всех этих реакциях кроме целевых аддуктов были получены р-хлорзамещенные сульфиды 61 и 63, образование которых может быть объяснено либо деградацией реагента "А", либо его BaawMOfleüCTBHeiM с непредельным субстратом, вводимым на заключительной стадии.

II.2. Синтез '/ь-тиозамещенных винилсульфаматов суль-фенилированием ащетиленов в присутствии пири-динсульфотриоксида

Сложности оптимизации условий проведения реакций в присутствии свободного серного ангидрида и низкие выходы винилсульфаматов стимулировали нас искать другой подход к синтезу целевых соединений. Он заключается возведении в реакцию с ацетиленами р-хлорал:шлсульфенамидов в присутствии пиридинсульфотриоксида, подобно тому, как ото осуществлялось в реакциях электрофильного сулъфенилирования олефинов.

Мы нашли, что в результате реакции 2-хлорциклогексил-сульфенморфолида 2 с фенилацетилоком в присутствии Py-SO^ в качестве единственного продукта образуется сульфамат 59, полностьо идентичный продукту, полученному в реакции морфо-линсульфе.чхлорида в присутствии серного ангидрида с фенил-

ацетиленом и далее с циклогексеном.

РЬ

кАа Ру• Б02 кАа ^ ОБО^О 1 59

При введении в реакцию смесей региоизомерных сульфонамидов 5 и 6 или 7 и § изменения соотношения региоизоморов в продуктах реакции не наблюдалось. Взаимодействие этих суль-фенамидов с фенилацетиленом в присутствии пиридинсульфотриок-сида позволило получить ряд ^-алкилтиовинилсульфаматов с ациклическими заместителями при атоме серы (II).

РЬСгСК

■я-сн-сн^-й? -1- я-сн-сн^си

а (5-8У ь-Со Ру'2°3

✓ ^ /Ь Л

Я-СН с =С + Я-О-К

ча ../ ~ .о. I

С^ ч

н

обо^Го си2а < ^^Р

Я-С,,И9 64 _6$

Общность реакции сульфснилирования ацетиленов при помощи алифатических сульфенамидов в присутствии комплекса серного ангидрида с пиридином показана нами при использовании в качестве непредельного субстрата симметричного дифенилацетилена.

^ РИ-СнС-РЬ

я-сн-сНо-Б-ы о + я-сн-сн2-а ->

I А V—/ I К п

а (5-,0) *0> Ру'503

снр-а

—РН р-енс 2

П У "К ^ Т-Г'

„гн 0502МЛ» р/^о^

К = С<,Н9 £8, 69. ^^

К = 70 .д_

К = СН5 Л 73

Способность тиобисаминов взаимодействовать с серным ангидридом или его .комплексом с пиридином с внедрением БО^ по одной или обеим Э-ЬХ связям ранее изучена на примерах реакций получаемых интермедиатов с олефинами. Аналогичные реакции тиобисаминов с алкинами, тем не менее, до настоящего времени но были исследозалн.

Мы нашли, что реакция тиобисморфолина с фенилацетиленом в присутствии пиридинсульфотриоксида протекает значительно быстрее, чем аналогичные реакции алкилсульфенамидов и приводит к образовании единственного продукта 21»

^ гл РМзС-Н О5, РЬ

о н-э-ыо--> С=с

Ч-/ Р^. СП / N /-\

74 ~

Попытки ввести в реакцию менее реакционоспособные алкины, такие как н-гексин-1, дифенилацетилсн или пропаргилхлорид, привели к получению только дитиобисморфолкна, представляющего собой продукт деградации исходного тиобисамина.

ваводу

I. На основе реакций "ключевых" соединений - аминосуль-фенгалогенидов - с олефинами, ацетиленами, а также с ацетиле-иидом лития получены замещенные алкил-, алкенил- и алкинил-сульфенамиды и изучени их реакции с непредельными субстратами з условиях: сульфонатной активации.

Z. Найдено, что присоединение р>-галогеналкилсульфснами-дов в присутствии пиридинсульфотриоксида к олефинам приводит к образованию р-галоген-^сульфамато-диалкилсульфидов. Установлено, что в результате реакции образуются диасгереомерные продукты, при этом диастереоселективности реакции не наблюдается.

3. Впервые показано, что в условиях сульфонатной активации адцукта аминосульфенгалогенидов с фенштцетиленом генерируется электрофкльная винилсульфенилирущая частица, способная присоединяться по двойной углерод-углеродной связи.

4. Показано, что алкинилсульфенамиды вступают в Ас^-реак-цию с олефинами в присутствии свободного серного ангидрида: впервые осуществлена реакция электрофильного алкинилсульфени-лирования олефинов.

5. Найдено, что электрофильное сульфенилирование фенил-и дифенилацетиленов при помощи алифатических сульфенамидов

в присутствии шридинсульфотриокеида приводит к образованию нового класса органических соединений -р-агскилтиовинилсульфа-матов. Установлено, что эти процессы протекают регио- и стерео-специфично.

6. Изучена реакция сульфонатно-активированного присоединения аминосульфенхлоридов к фенилацетилену. Синтезирован первый представитель ранее неизвестного класса соединений -

- р-винилтиовинилсульфаматов.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях:

Г.Кутателадзе А.Г., Зык Н.В., Дениско С.В., Зефиров Н.С. Винилсульфенилироэание олеинов в условиях сульфонатной активации // Изв.АН СССР. Сер.хим. 1990. F7. C.I68S-I690.

2.Кутателадзе А.Г., Зык Н.В., Декиско О.В., Зефиров Н.С. Аминосульфенгалогениды в синтезе несимметричных диастерео-мерных сулъфамато-сульфэдов // й.Орг.Хим. 1991. Т.27. Вып.З. С.659-661. * З.Кутатсладзе АЛ'., Дениско О.В., Зык Н.В., Зефиров Н.С. Винил- и алкинилсульфенилирование олефинов в условиях сульфонатной активации // 18-я конференция по химии и технологии органических соединений серы: Тез.докл. Казань. 1992. Ч.З. С.177.

4j)enisko О Л., Kutateladze A..G., Zyk N.V., Zefirov N.S. riienylethynylGulfenyl sulfamate - a new sulfenylating reagent //Sulfur betters. In press.