β-замещенные производные винилальд- и -кетиммония Y-C=C-C=N +R1 R2 . Х- в синтезе тиокарбонильных соединений тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

Актуальность работы. Одной из важных проблем современной органической химии является изучение полифункциональных систем, способных к реакциям с участием различных реакционных центров. Настоящая работа посвящена оЛуЗ-ненасыщенным тиоальдегидам и тиокетонам и используемым для их получения >3-гетерофункциональным а,Р-ненасыщенным солям иммония.

Актуальным направлением в химии органических соединений серы является развитие методов синтеза и изучение превращений карбофункциональных тиокарбонильных соединений, обладающих комплексом уникальных свойств. Помимо теоретического и синтетического интереса, такие соединения потенциально перспективны и в праетиче-ском отнощении для использования в, качестве синтонов, органических металлов, красителей, лекарственных препаратов и других биологически активных веществ, и т.д.

К началу наших исследований /9-гетерозамещенные о;/9-ненасыщенные тиоальдегиды и тиокетоны являлись малоизученными соединениями (были известны лишь /?-аминозамещенные непредельные тиокетоны). Соединения ряда У-С=С-С=8 (У К'КЛМ) до настоящего времени не были получены, вероятно, из-за того, что традиционные методы синтеза тиокарбонильных соединений не позволяли сохранить /3-гетерозаместитель У. Также отсутствовали сведения о бис(а,л-ненасыщенных) дитиокетонах типа 8=С-С=С-8-С=С-С=8.

Одним из способов получения енаминотиокетонов является реакция солей 3-алкокси- или 3-хлорзамещенных пропенилидениммония- с сернистыми нуклеофилами. При этом центром их атаки предполагался углеродный атом группировки У-С=С-С=>Л1'КЛ, связанный с заместителем У. с ненасыщенными центра, молекулы. Троблема региосе- • X катионах иммо-ость и прикладное г.ачу углубленного |)ункциональными их использования г1ркутского инсти-адание новых тех-X и элементоорга

КНИГА ИМЕЕТ

X . „. -В перепл. - I Л л; гл един, соедин ; (О №№ вып. : л &

Синтетические методы в химии органических соединений серы» (Нижний Новгород, 1996 г.), на Всероссийском симпозиуме «Химия органических соединений кремния и серы» (Иркутск, 2001 г.), на IX, XIV, ХУ1-Х1Х Международных симпозиумах по органической химии серы (Рига, 1980 г., Лодзь, 1990 г., Мерзебург, 1994 г., Цукуба, 1996 г., Флоренция, 1998 г., Шеффилд, 2000 г.).

Материалы диссертации изложены в 59 публикациях (в их числе 3 обзора) в отечественных и зарубежных изданиях.

Автор выражает искреннюю признательность своим коллегам, принимавшим участие в этой работе: к.х.н. Г. М. Пановой, к.х.н. В. А. Шагуну, с.н Д.-С. Д. Торяшиновой, д.х.н. Л. В. Каницкой. л

Особая благодарность моему учителю - профессору (В. А. Усову| и научному консультанту - академику М. Г. Воронкову, без постоянного интереса и содействия которого данная работа не могла бы быть представлена в настоящем виде.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ллГетерофункциональные сЛуб-ненасыщенные соли иммония обладают высокой и разносторонней реакционной способностью. Информация о реакциях нуклеофильного замещения в таких солях подтверждает амбидентный характер сопряженного катиона У-С=С-С=М* (У = НО, КО, Н8, К8, Н

§). При взаимодействии заряженного нуклеофила с группировкой У-С=С-С=Кл могут образоваться два промежуточных аддукта (А или Б) в соответствии с направлением атаки (на атомы С' или С'').

Исход нуклеофильного замещения в солях данного типа должен подчиняться как зарядовому, так и орбитальному контролю, и соответственно направление реакции должно зависеть от жестко-мягких свойств нуклеофила и обоих электрофильных центров в субстрате. Кроме того, в каждом конкретном случае необходимо учитывать влияние стерических и электронных эффектов заместителей в пентаде У-C(R')=C(R")-C(R"'>=NA'RA кислотно-основных свойств среды, эффекта сольватации, температуры и длительности процесса.

Известны примеры гидролиза, аминолиза, тиолиза солей иммония, в которых реакционным центром является либо атом С', либо СЛ, а иногда и оба эти электрофильные центры молекулы.

К началу наших исследований механизм тиолиза солей уЗ-алкокси-или у?-хлорвинилметиниммония трактовался однозначно - начальным центром атаки сульфгидрильным анионом считался атом СЛ. Этот процесс широко использовался для синтеза разнообразных енаминотиокетонов. Реакция солей у9-алкилтиовинилметиниммония с сернистыми нуклеофилами ранее не изучалась.

Предпринятое нами систематическое изучение тиолиза р-гетерозамещенных о;/9-ненасыщенных солей иммония позволило установить направление нуклеофильного замещения в солях указанного типа и разработать общий подход к синтезу ранее неизвестных тиокарбонильных соединений.

Исследуемые соли иммония весьма доступны. лу-(3-фенил-3-хлорпроп-2-ен-1-илиден)-ЛлД-диметилиммония перхлорат получен по реакции Вильсмайера действием комплекса ДМФА-РОСЬ на ацетофенон [1]. Этим же методом из индола и его замещенных синтезированы перхлораты индолилметилениммония. лАлкокси- и -алкилтиозамещенные соли про-пенового, циклогексенового и инденового рядов получены алкилировани-ем соответствующих енаминокетонов или енаминотиокетонов.

1. Использование солей иммония в синтезе тиоальдегидов

1.1. Гидротиолиз солей 3-алкилтио(хлор)проп-2-ен-1-илидениммония -подход к синтезу у?-гетерозамещенных оЛуб-ненасыщенных алифатических тиоальдегидов

Ранее сообщалось, что при реакции солей 3-замещенных пропенили-дениммония с мягкими нуклеофилами, как правило, атакуется связь СЛ-гетерозаместитель [1]. Однако мы нашли, что при взаимодействии Ы-(Ъ-фенил-3-хлорпроп-2-ен-1-илиден)-//Д-Диметилйммония перхлората (1) или Л'-(3-метилтио-3-фенилпроп-2-ен-1-илиден)-1УД-диметилиммония ио-дида с сероводородом в безводном ДМФА при -60°С атака ^S'-нуклеофила направляется только на карбиминиевую группу C=N*, приводя к образованию in situ соответствующих тиалей.

З-Феннл-З-хлор-2-пропентиаль (2) выделить в мономерной форме, а также идентифицировать в виде тримера, олигомера или циклоадцукта не удалось. По-видимому, это вызвано тем, что первоначально образующийся гидротиолизом соли 1 хлорпропентиаль 2 быстро реагирует с сероводородом по связи С-С1 и дает меркаптопропентиаль 3. Последний как тиол легко присоединяется in situ к связи С=С хлортиаля 2. Образующийся при этом сульфид 4 (61%) при действии триэтиламина (ТЭА) отщепляет HCl и превращается в бис(3-тиоксо-1-фенилпропенил)сульфид (5). Спектр ЯМР 'Н (CDCI3, S, м.д.) 1,7-дитиаля 5: 7.77 м (12Н, 2СбН5. 2НС=), 9.00 с и 9.06 с (2Н, 2CH=S) Наличие двух сигналов в области резонанса тиоальдегидной группы свидетельствует, что соединение 5 является смесью геометрических изомеров в соотношении 2.5:1.

Ph. л ллМлМег H2S,-60°C СЮ4' -НгЫ'лМег- СЮ

Ph Ph

Образующийся' при гидротиолизе Л'л-(3-метилтио-3-феншшроп-2-ен-1-илиден)-/лД-диметилиммония иодида (6) З-метилтио-З-фенил-2-пропентиаль (7) выделен в виде слабоокрашенного устойчивого тримера 8.

NлMe, Г + H,S тФл-6ОлСл SMe (3)

И SMe Ph SMe SMe H

Установленная регионаправленность гидротиолиза солей винилальдиммония при низкой температуре позволила сформулировать подход к синтезу yS-гетерозамещенных о;Д-ненасыщенных алифатических тиоальдегидов.

Известно, что тиоальдегиды склонны к внутри- и межмолекулярным превращениям. Механизм таких реакций практически не изучался, что во многом связано с трудностями экспериментального кинетического исследования. Поэтому перспективным представляется квантово-химическое рассмотрение этого вопроса.

Конформационная подвижность и возможные внутримолекулярные перегруппировки бис(3-тиоксо-1-фенилпропенил)сульфида (5) исследованы полуэмпирическим методом AMI. Найденные стационарные состояния, потенциально способные сохранять свою индивидуальность в реакционной среде, разделены на три группы. Вероятность перехода ротамеров из одной группы в другую мала вследствие высоких активационных параметров процесса (60 •л 130 ккал/моль), Вьщелена группа наиболее стабильных стационарных состояний, включающая восемь ротамеров. Исследовано влияние эффектов сольватации на активационные параметры и относительную устойчивость ротамеров. Среди полученных конформеров выделены структуры, электронное и геометрическое строение которых способствует образованию тиирановых циклов. Для открытых ротационных форм дитиаля 5 спонтанная тримеризация способна стать конкурирующим маршрутом по отношению к реакционному каналу образования тиирановых структур. Выделены наиболее перспективные с точки зрения тримериза-ции ротамеры. Проведено сравнение относительной устойчивости триме-ров и предложена структура самого стабильного из них.

Выполнено квантово-химическое исследование возможных структурных преобразований в З-метилтио-З-фенил-2-пррпентиале (7). В рамках полуэмпирических методов AMI и РМЗ показана принципиальная возможность образования в реакции наряду с тиалем 7а его таутомера - 3-метилтио-1-фенилпроп-2-ен-1-тиона (76). В полярных средах эти продукты способны тримеризоваться в структуры четырех типов. Вид тримера зависит от смещения равновесия в смеси тиаль 7а тион 76. Для каждого из. четырех типов тримеров характерно наличие трех шестичленных практически плоских псевдохелатньк циклов. Рассмотрена принципиальная возможность получения на основе продуктов реакции в неполярных растворителях производных 1,2-дитиолана - главного фрагмента липоевой кислоты.

Тиоальдегиды являются уникальным классом органических соединений серы. Долгое время они считались крайне неустойчивыми и потому оставались малоизученными. В последнее время за рубежом, особенно в Японии, Италии, США, возрос целенаправленный интерес к синтетической и прикладной химии тиоальдегидов, однако в нашей стране исследования в этой области находятся на начальном этапе.

1.2.3-Тиоформилиндол и его алкил(фенил)замещенные 1.2.1. Получение индолтиокарбальдегидов

До наших исследований тиоформильные производные индола были представлены только 3-тиоформш1-1,2-диметилиндолом (106) [2]. Мы установили, что в условиях его получения обработкой сооответствующей соли Вильсмайера водным раствором гидросульфида натрия перхлорат N-[(3-индолил)метилен]-ЯД-диметилиммония (9а) гидролизуется до 3-формилиндола. З-Тиоформилиндол (10а), а также его 2-метил-(10в)-, 2-фенил-(10г)- и 1-этил-(10д)-замещенные удалось синтезировать действием безводного гидросульфида натрия или сероводорода на соответствующие метиниммониевые соли 9 в среде ДМСО или ДМФА при -20 + 20°С.

СН=Ы''Ме2 СН=

-КНМег

R1 1-сюл К' (4)

9а-д 10а-д

9,10: к' =r2 Н (а); К' = Г = Ме (б); К' = Н, Г = Ме (в); к' = н,ал =рь(г);а' = а,ял = н (д)

Тиоальдегиды 10а, в, г, не содержащие заместителя у атома азота, выделены в виде кристаллосольватов с ДМСО или ДМФА состава 3:1 с выходом ~ 90% При растворении они легко диссоциируют с образованием мономерной формы соответствующего тиоальдегида, на что указывают интенсивно красная окраска раствора и данные спектров ЯМР 'Н. Тиоаль-дегиды 1(6 и 10д, содержащие у атома азота алкильную группу, комплексов с исследованными растворителями не образуют. З-Тиоформил-1-этилиндол (10д) выделен, в зависимости от температурных условий реакции, в виде либо мономера, либо его смеси с тримером.

Превращение перхлората 9а в 3-тиоформилиндол (10а) контролировалось методами полярографии и спектрофотометрии.

Полярографические характеристики и данные электронньк спектров соединений 9а, 10а, Ks

Соединение 9а

Электронный спектр.

Полярографическое восстановление в ДМФА, £й {Ус)

264 (4.01) -1.520(3.38)

275 (4.02) -2.530 (3.50)

28! (3.75)

342 (4.25)

275 (4.02) -0.925 (3.40)

283 (3.97) -1.700(5.00)

374 (4.40) -2480 (8.17)

512(1.56)

275 (3.95) -1.650(2.09)

277.8 (3.90) -2.530(2.12)

375 (4.34)

Приведенные в таблице характеристики свидетельствуют, что выделенный из реакции кристаллосольват [3 10а • МсгКСНО] (Ks) имеет отличные от образующегося в ходе реакции индивидуального тиоальдегида 10а параметры. В случае первого полоса п -> тс - перехода отсутствует, потенциал первой волны восстановления сдвинут в катодную область на 0.7 В, значения величин i/c меньше. Эти данные подтверждают образование устойчивых ассоциатов с растворителем.

Спектры ЯМР 'Н (ДМСО-Об, ДМФА-В?) тиоформилиндолов Юа-д содержат сигнал протона тиоальдегидной группы в области 11.29-11.41 МД.; в спектре ЯМР "С 3-тиоформилиндола (10а) углерод тиоальдегидной группы резонирует при 185.17 м.д. Реакцией тиоформилиндолов 10а, в с 2,4-динитрофенилгидразином в ДМФА получены соответствующие гидра-зоны.

Электронные спектры 3-тиоформилиндола (10а) и его замещенных Юб-д изучены экспериментальными (растворители ацетонитрил, диоксан) и расчетными (CNDO/S в приближении AMI) методами. Поглощение ис-следуемьк соединений в ближней УФ области обусловлено электронными' переходами различной природы и интенсивности. Два наиболее длинноволновых [напр., для 106 Xya>i, нм (Igf) (MeCN): 384 (4.44), 285 (3.88)], общемолекулярных и практически одноконфигурационных перехода (л -> л*) имеют взаимно перпендикулярную поляризацию и явно вьфаженный характер переходов с переносом заряда. Вычислено распределение элек- л тронного возбуждения по фрагментам молекулы, определены числа переноса заряда. Степень переноса заряда слабо зависит от заместителей у атома азота и весьма существенно возрастает с увеличением электронодонорных свойств заместителей у атома углерода во втором положении индоль-ного цикла.

1.2.2. Реакция 3-тиоформилиндола и его замещенных с бензоилдиметилселенониометанидом

На примере 3-тиоформилиндола (10а) и его замещенных 106, в впервые изучена реакция тиоальдегидов с селенониевым монокетоилидом 11. Последний генерируется в реакционной смеси депротонированием диме-тилфенацилселеноний бромида [(Ме28е*СН2СОРЬ)Вг'] в водном растворе едкого натра. Взаимодействие реагентов 10 и 11 легко протекает в ДМФА при -20 -г О С в атмосфере инертного газа.

Следовало ожидать, что присоединение бензоилдиметилселенонио-метанида (И) как С-нуклеофила к связи С=8 приведет к образованию соответствующих производных тиирана 12. Однако в случае незамещенного 3-тиоформилиндола (10а) из реакционной смеси вьщелены изомеры 13 и 14 в соотношении 3:1 (общий выход 65%) Спектр ЯМР 'Н (СВСЬ, д, м.д.): 3.96 с (2Н, СНг) (для соединения 13), 4.32 с (2Н, СНг) (для соединения 14), 7.08-8.35 м (1Н, НН и ЮН, Н аром.). Спектр ЯШ 'ЛС (СОСЬ, Зс, м.д.): 38.01 (СНг) (для соединения 13), 39.05 (СНг) (ДЛя соединения 14). Продуктами реакции 3-тиоформил-1,2-диметилиндола (106) оказались соответствующие меркаптоэтены 156 и 166 (общий выход 64%), а З-тиоформил-2-метилиндола (10в) - преимущественно меркаптоэтен 15в (61%). Образование продуктов 13-16 можно рассматривать как результат раскрытия неустойчивого в данных условиях тииранового цикла в соединениях 12а-в.

1.2.3. Взаимодействие 3-тиоформнл-1л-диметил- и -2-метилиндола с азиридином, 2-аминоэтантиолом и 2-аминоэтанолом

При взаимодействии 3-тиоформил-1,2-диметилиндола (106) с азири-дином (МеСМ, 20-50''С, аргон) вместо предполагаемого 2-(1,2-диметш1индол-3-ил)-1,3-тиазолидина (17) получен его ациклический изомер - 3-(2-меркаптоэтилиминометил)-1,2-диметилиндол (18а) (50%). В аналогичных условиях из тиаля 106 и 2-аминоэтантиола соединение 18а образуется с выходом 62%

106 + ННгСНгСНгЗН 18а + НгЗ

Реакция З-тиоформил-2-метилиндола (10в) с 2-аминоэтантиолом наряду с 3-(2-меркаптоэтилиминометил)-2-метилиндолом (186) (32%) привела к образованию 3-[2-(2-аминоэтилдитио)этилиминометил]-2-метилиндола (19) (40%). Кроме того, из реакционной смеси выделен димер исходного тиоальдегида - 2,4-бис(2-метилиндол-3-ил)-1,3-дитиетан (20) (8%).

СН=ЫСН2СН28Н ,СН=КСН2СН288СН2СН2ЫН

П НЗСНгСНгКНг

I (7)

2-Аминоэтанол при взаимодействии с тиоальдегадом 10в функционирует как амбидентный нуклеофил, что приводит к образованию 3-(2-гидроксиэтилиминометил)-2-метилиндола (21) (48%), 3-[(2-аминоэтокси)меркаптометил]-2-метилиндола (22) и азометинового тиола 186.

10в + H2NCH2CH20H КСН(8Н)МНСН2СН20Н

1.2.4. Комплексообразующая способность тиоформилиндолов

3-Тиоформилиндол (10а) и его замещенные Юб-г являются оригинальными комплексонами из-за наличия в их молекуле тиокарбонильной группы в сочетании с азотсодержащей гетероциклической системой. Нами изучена комплексообразующая способность этих тиоальдегидов по отношению к ионам Со, N1, Си, Ъл, Сс1,

§, РЬ. В зависимости от структуры молекулы тиоальдегида, природы металла и аниона соли получены комплексные соединения различного типа. Для З-тиоформил-1,2диметилиндола (106) характерно образование с солями переходных и тяжелых металлов молекулярных комплексов состава 2:1 и 1:1. Реакции тио-формилиндолов 10а, в, г, содержащих связь N-H и способных к ентиоль-ной таутомерии, протекают в нескольких направлениях. Так, хлорид ко-бальта(11) реагирует с 3-тиоформилиндолом (10а) с образованием меркап-тида Со(8-СН=С8НбМ)2, а его взаимодействие с 2-метилзамещенным тио-формилиндолом Юн осложняется выделением сероводорода, приводя к металлосодержащим соединениям различного состава. Многие из полученных комплексов обладают парамагнитными свойствами.

2. Реакции нуклеофильного замещения в 3-гетерозамещенных солях ЛЛ-(циклогекс-2-ен-1-илиден)иммония

2.1. Гидротиолиз солей лу-[3-алкокси(-алкилтио, -хлор)циклогекс-2-ен

1-илиден]иммония

Нами предпринято систематическое исследование гидротиолиза им-мониевьк солей, имеющих циклогексеновый остов. При изучении реакции солей Л'-(3-алкоксициклогекс-2-ен-1-илиден)иммония (23, У = 0А1к), их 3-алкилтио- (23, У = 8А1к) и 3-хлорзамещенных (23, У = С1) аналогов с сероводородом или гидросульфидом натрия при низкой температуре установлена двустадийность превращения исходных соединений 23 в енаминотио-кетоны 25.

HS'.-eox HNR•RЛ. го'с

-НКК'Кл * -HY

S<л=4лNR•Rл

R' = Н, ABc, cycto-AIk; RA = H, Alk, Ar, cydo-Alk; RA = H, Me; (9)'

Y = ОАВс, SAlk, Cl; X = BF4, СЮ4, J.

24; R4 = H, Y = OEt (a); R' = Me, Y = OMe (6); R^ = Me, Y = OEt (в);

R4 = Me, Y = SMe (r); R4 = Me, Y = SEt (д); R4 = Me, Y = Ci (e)

Первая стадия - гидротиолиз связи С'=М*, а не Сл-У, как это полагали прежде, - гладко протекает при -60 -40°С и с высоким выходом (7898%) приводит к ранее неизвестным 3-алкокси-(24а-в), 3-алкилтио-(24г, д) и 3-хлор-(24е)-циклогекс-2-ен-1-тионам, содержащим редкие группировки атомов: КО-С=С-С=8, К8-С=С-С=8, С1-С=С-С=8. Данная реакция открьша новый общий подход к синтезу у5-гетерозамещенных оЛуЗ-ненасыщенных тиокетонов.

Вторая стадия - аминолиз стабильньк интермедиатов 24 - осуществляется по связи С'-У и при 20°С быстро приводит к высокому выходу (7080%) енаминотиокетонов 25.

Соли 23 реагаруют с сероводородом только в среде биполярного ап-ротонного растворителя (ДМФА, даЛСО, ГМФТА), способного, как известно, избирательно сольватировать катионы, ослабляя связь Нл.'8Н, вследствие чего повышается нуклеофильность сульфгидрильного аниона. Кроме того, в таких растворителях анионы выступают как «истинные нук-леофилы». В связи с необходимыми температурными условиями реакции подходящим растворителем для превращения 23 24 является ДМФА. Добавка высокоосновного амина существенно ускоряет процесс и способствует увеличению выхода целевого продукта 24.

При 20°С, т.е. без выделения интермедиата 24, превращение 23 -> 25 заканчивается с относительно невысоким выходом (~ 10%) енаминотиоке-тона 25. В этом случае образующийся на первой стадии амин в значительной мере связывается отщепившейся кислотой (НВр4, НС1О4, Ш) и сероводородом, что препятствует быстрому осуществлению дальнейшего превращения 24 -> 25. Постадийный процесс 23 -> 24 25 регистрируется методом тех и спектрофотометрически. Например, найдено, что это превращение при У = ОМе, К'Кл = (СН2)2о(СН2)2, = Ме, X = I сопровождается последовательно батохромным и далее гипсохромным сдвигом длинноволновой полосы в электронных спектрах, связанным с изменением окраски раствора от бесцветной к малиново-красной и, наконец, к желтой: Л,ак.286нм(

§£3.8)-» Л,„с.390нм(

§£'4.6)-> Л„лл,323 ньл^е4Л).

Следует подчеркнуть, что лишь в случае /лД-дизамещенных солей иммония 23 гидротиолиз при низкой температуре ведет исключительно к соединениям 24. Л'-Монозамещенные соли 23 (У = 0А1к) реагируют с сероводородом в ДМФА в присутствии ТЭА с образованием смеси продуктов, в которой в небольших количествах присутствуют алкокситиокетон 24 (У = 0А1к) и соответствующий енаминотиокетон 25. Это можно объяснить тем, что в основной среде Я-монозамещенные соли депротонируются и легко переходят в менее реакционноспособные основания с группировкой А1кО-С==С-С=М-. Их гидротиолиз может осуществляться по атомам С' и (или) Сл и должен требовать более жестких условий.

2.2. Метантиолиз Л'-(5,5-диметнл-3-метилтиоциклогекс-2-ен-1-илиден)морфолиния иодида

Неожиданным оказалось, что при действии избытка метантиола на ./У-(5,5-диметил-3-метилтиоциклогекс-2-ен-1-илиден)морфолиния иодид (23а) в ДМФА в присутствии ТЭА образуется 5,5-диметил-З-метилтиоциклогекс-2-ен-1-тион (24г) (выход 60%), По данным [1] 3-алкокси- и 3-хлорзамещенные таких солей реагируют с алкантиолами по атому Сл

Вероятно, на первой стадии этой реакции - атаке на связь С'=>Г -образуется гаи-аминомеркапталь 26, реагирующий далее с метантиолом до 5,5-диметил-1,3,3-трис(метилтио)циклогекс-1-ена (27). Его диспропорцио-нирование должно привести к метилтиокетону 24г и диметилсульфиду.

Эта реакция является еще одним примером действия мягкого нук-леофила на связь С=М*' в иммониевых солях типа 23.

2.3. Гидролиз, алкоголиз, аминолиз и цианолиз 3-гетерозамещенных солей лу-(циклогекс-2-ен-1-илиден)иммония

Для получения дополнительных сведений о нуклеофильном замещении в иммониевых солях 23 нами проведены также их гидролиз, алкоголиз, аминолиз и цианолиз.

При реакции ЛЛ-(3-алкокси-5,5-диметилциклогекс-2-ен-1илиден)иммония иодидов и тетрафторборатов (23, У = 0А1к, X = Вр4,1) с водой в присутствии ТЭА при 20''С получены З-алкокси-5,5-диметилциклогекс-2-ен-1-оны (28) - продукты гидролиза по связи С'=>Г

12). В присутствии соляной кислоты алкоксизамещенные соли 23 гидро-лизуются до соответствующих енаминокетонов.

При взаимодействии ]У-(5,5-диметил-3-метоксициклогекс-2-ен-1-илиден)морфолиния перхлората (236) с метанолятом натрия в метаноле при 20°С происходит нуклеофильная атака на атом с образованием 5,5-диметил-3,3-диметокси-1-морфолиноциклогекс-1-ена (29) (выход 78%) Эта реакция является первым примером синтеза ацеталя енаминокетона.

МеОКа ЗыаОоГ

V У сю/

С аммиаком, первичными и вторичными аминами соединения 23 (У = 0А1к) реагаруют с образованием солей соответствующих енаминоими-нов 30 - продуктов аминолиза по связи С'-0А1к.

А В с О - ' Ч л

Х = ВР4,

• " Л I ннка -АкОН

При реакции Л'-(5,5-диметил-3-хлорциклогекс-2-ен-1илиден)пиперидиния перхлората (23в) с цианистым калием получен 5,5-диметил-З-пиперидино-1 -хлор-З-цианоциклогекс-1 -ен (31).

СКл ДМФА

Образование геминального аминонитрила 31 свидетельствует о том, что на первой стадии суммарной реакции нуклеофильного замещения в солях типа 23 мягкий нуклеофил присоединяется к связи С'=>Г, а не к связи

2.4. Квантово-химический анализ нуклеофильного замещения в 3-алкокси- и 3-алкилтиозамещенных солях АГ-(циклогекс-2-ен-1илиден)нммоння

Методом ПДЦП/2 в оригинальной параметризации были рассчитаны катионы л/-(3-метилтио)- (32) и -(3-метоксициклогекс-2-ен-1-илиден)-//,ЛЛ-диметилиммония (33). Результаты расчета, приведенные только для химически активного фрагмента У-С=С-С=К*Ме2, отражены на молекулярных диаграммах катионов 32 и 33 (см. таблицу) (первоначальная локализация положительного заряда в катионах 32, 33 энергетически более выгодна на ~ 2 эВ на атоме N. чем на атомах О или 8).

Результаты расчета катионов Л'л(З-метилтио)- (32) и -<3-мётоксициклогекс-2-ен-1 -илвден)-Л',ЛЛ-диме1нлиммония (33)

Атом или связь Форма 32 к: W Форма 33 к,

N -0.063 - -0L071

С(1) 0.275 036 - 0280 0.42

С(2) -0L104 - - -0.191 -

С(3) 0L211 0.26 - 0.312 0.

S 0021 - -

0 - -0.182

С(1)=1чГ - 1.560 - - I5I

С(1)-С(2) - 1.120 - - 1.

С(2)=С(3) - 1.642 - - 1.

C(3)-S - 1.071 - -

С(3)-0 - - - - 1.

Обозначения: ?! - зарады на атомах; - относительный вклад атомных я-орбиталей в низшую свободную молекулярную орбиталь; и- - индексы связей по Вибергу.

Анализ молекулярных диаграмм показал, что в случае 3-метилтиозамещенного катиона 32 предпочтительна атака нуклеофилов, как мягких, так и жестких, на связь С=Н* - это направление реакции подчиняется орбитальному и зарядовому контролю. В случае 3-метоксизамещенного катиона 33 мягкие нуклеофилы должны реагировать преимущественно по связи С=ЬГ (превалирует орбитальный контроль), а жесткие - по связи С-0 (превалирует зарядовый контроль), что может объясняться более высокой электроотрицательностью группы МеО по сравнению с Ме8. Таким образом, применение простейшего варианта метода возмущений подтверждает основной вывод эксперимента - преимущественную атаку мягких нуклеофилов на связь С=>Г, а также направление гидролиза и аминолиза в молекулах ;9-гетерозамещенных о;;9-ненасыщенных солей иммония,

3. Взаимодействие солей АГ//-дизамещенных 3-алкнлтио- и 3-алкокси-2-фенил-1-инденилидениммония с нуклеофильными реагентами

В развитие представлений о региоселективности нуклеофильного присоединения к сопряженным солям иммония нами изучено взаимодействие солей Л'-(3-этокси)-(34а) и -<3-метилтио-2-фенилинден-1-илиден)-Лл^л-диметилиммония (346, в, д) с тестовыми жесткими (А1кО', АсО"), «промежуточным» (СК") и мягкими (А1к8') анион-нуклеофилами в метаноле и системе метанол-гексан.

Реакция соли 346 с алкоголятами или ацетатом натрия проходит бистро и региоселективно по связи С'=>Г с образованием 1-алкокси- и 1-ацетокси-1-Лл//-диметиламино-3-метилтио-2-фенилинденов (35а, б) и (35в) соответственно.

Действие цианида натрия на соли 34а-в направлено также на связь С=Мл и приводит соответственно к 1-лУ,]У-диметиламино-2-фенил-1-циано-З-этоксииндену (35г) и 1-лУД-диметиламино-3-метилтио-2-фенил-1-цианоиндену (35д). Таким образом, по отношению к солям инденилиде-ниммония 34 цианид-анион проявляет свойства жесткого нуклеофила.

Атака метантиолят-аниона направлена только на второй электро-фильный центр в иммониевых солях 34а, б - на атом С'. Так, из соли 34а образуется 3-Л'лД-диметиламино-1-метилтио-2-фенил-1-этоксиинден (36а), а из соли 346 получен 3-ЛГД-диметиламино-1,1-бисметилтио-2-фенилинден (366).

Гидроксильный и гидросульфид-анионы реагируют по тем же направлениям, что и их метилзамещенные, однако приводят к продуктам нуклеофильного замещения. Так, гидролиз соли 346 водно-спиртовым раствором НаОН, как и алкоголиз, проходит по связи С'=Н* , Напротив, гидросульфид натрия аналогично алкантиолятам атакует связь С'-У в солях 34а, б, г, д. Эти процессы приводят к продуктам присоединенияэлиминирования - 3-метилтио-2-фенил-1-инденону (37) и З-амино-2-фенилинден-1-тионам (38) соответственно [3].

ЫаЗН , ЫаОЦНгО на атом СГ на агам С

28 . на атом С на агам СГ

-НУ РЬ

34: к' = = Ме, У = ЕЮ. X = Вр4 (а); К' = = Ме, У = Ме8, X = I (б); К' = = Ме, У = Ме8, X = С1О4 (в); К', = (СНз)?, У = ЕЮ, X = ВР4 (г); К', = (СНг);, У = }у1е8, X = I (д); Я', = (СН2)5, У = Ее8, X = Вр4 (е). 35: У = Ме8, Ъ = МеО (а); У = Ме8, г = /-ВиО (б); У = МеЗ, 2 = АсО (в); У = ЕЮ, 2 = СК (г); У = МеЗ, Ъ = (М (д). 36: У = ЕЮ (а); МеЗ (б). 38: а' = Г = Ме (а); К', а' = (СН2)5 (6). 39: К', Ял = (СН2)5, а' = И (а); к', = (СН2)5, Я* = Ме (б). 40: У = ЕЮ (а); МеЗ (б); ЕгЗ (в).

Полученные данные свидетельствуют, что строение аддуктов 35 и 36 обусловлено кинетическим контролем превращений 34 -» 35 и 34 -> 36. В соответствии с принципом ЖМКО атом С' в инденилидениммониевых катионах здесь может рассматриваться как жесткий, а атом - как мягкий Л!РЛ-реакционный центр.

Однако наблюдаемая зависимость и сделанный вывод изменяются на обратные в итоге изучения взаимодействия иммониевых солей 34а, б, г-е с ковалентными нуклеофилами. Так, тестовые жесткие аммиак и метиламин атакуют связь С -У (аналошчно мягким анионам К5' и Н8') в 3-этокси- и 3-алкилтиопроизводных 34г и 34д, е с образованием лУ//л-несимметричных 3-амино-1-имино-2-фенилинденов (39а, б). Напротив, атака мягкого сероводорода (как и жестких анионов АсО', КО', НО') направлена только на связь С'=Н*' в 3-этокси- и 3-алкилтиопроизводных 34а, г и 346, е, что приводит к 3-этокси- и 3-алкилтиозамещенным 40а и 406, в 2-фенил-1-индентионам соответственно. Итог данных превращений, как и в реакции с анион-нуклеофилами, практически не зависит от строения солей 34 и температуры в интервале -30 20°С. Полученные результаты показывают, что в данном случае атом С' является мягким, а атом - жестким арл-реакционным центром.

Таким образом, полученные экспериментальные данные свидетельствуют об обратимости жестко-мягких свойств 5/7Л-электрофильных центров с' и С'' в 3-гетерозамещенных катионах инденилидениммония 34 при их взаимодействии с ионными и ковалентными нуклеофилами.

4.3-Алкокси-, 3-алкилтно- и 3-хлорциклогекс-2-ен-1-тионы 4.1. Физические и спектральные свойства

3-Алкокси-(24а-в), 3-алкилтио-(24г, д) и 3-хлор-(24е)-циклогекс-2-ен-1-тионы (см. 2.1.) - легкоплавкие кристаллические или маслообразные вещества малинового или фиолетового цвета, легко растворимые в органических растворителях и нерастворимые в воде.

В ИК спектрах тиокетонов 24 присутствуют характеристические полосы поглощения двойной связи в циклогексеновом кольце - 1530-1590 см"' и тиокарбонильной группы - 1075-1125 см"'. В спектрах ЯМР "Н этих соединений сигналы основных групп протонов регистрируются отдельно. Например, спектр ПМР (СОСЬ, 5, м.д.) 5,5-диметил-3-этоксициклогекс-2-ен-1-тиона (24в): 103 с [5-С(СНз)2], 136 т (ОССН3), 2.22 д (4-СН2), 2.72 с (6-СН2), 3.93 к (ОСН2), 6.42 т (2-СН=); л(ОСНгСНз) = 7.0 Гц. В электронных спектрах 3-метокси-(24б)- и 3-метилтио-(24г)-замещенных циклогекс-2-ен-1-тиона проявляются полосы п -» к*- (Л<з1сс 498-564 нм, 1Е£;,акс. 1-401.82) и тс 1С*-(Я„„с, 315-359 нм, Ig£;,aкc4.49-4.53) переходов.

4.2. Некоторые химические свойства

3-Гетерозамещенные циклогексентионы 24 чрезвычайно реакционноспособны и весьма доступны. Они могут быть удобными синтонами в тонком органическом синтезе. Особенно легко протекают их реакции с нуклеофильными партнерами по связи С-У.

4.2.1. Взаимодействие с л-нуклеофилами.

Синтез и свойства дитиоаналога димедона

Сопряженные тиокетоны 24 позволили синтезировать дитиоаналог димедона - представитель поныне еще редкого типа соединений - Р-дитиодикетонов.

5,5-Диметил-3-меркаптоциклогекс-2-ен-1-тион (41) получен с количественным выходом при тиолизе соединений 24 гидросульфидом или сульфидом натрия в инертной атмосфере при 0-20°С в среде метанола. Соединение 41 получено также при реакщаи димедона 42 с сероводородом в спиртовой среде в присутствии хлористого водорода при -50°С (выход

Существование дитиоаналога димедона 41 в ентиолтионной форме доказано методами ЯМР 'Н и ИК спектроскопии. Спектр ПМР (CDCI3, S, МД) при -70°С : 1.00 с [5-С(СНз)2], 2.27 д (4-СН2), 2.66 с (6-СН2), 3.97 с (=C-SH), 6.80 т (2-СН=). Повышение температуры или разбавление раствора вызывают смещение сигнала S-H в сильное поле, а также слияние сигналов 4- и 6-СН2 групп из-за быстрого в шкале времени ПМР межмолекулярного протонного обмена типа -C=S + HS-C= <4 =C-SH + S=C-. Значение энергии активации этого процесса (AG*c = 131 ккал/моль), найденное с помощью метода динамического ПМР, показывает, что протонный обмен протекает в ентиолтионе 41 гораздо медленнее, чем в его кислородном аналоге (AG*c < 8 ккал/моль). Спектр ПМР при 20°С: 2.49 с (4- и 6-СН2), 3.32 с (=C-SH). Охлаждение раствора приводит к первоначальному спектру. ИК спектр тиолтиона 41 ( ц см''): 2500 (SH), 1120 (C=S), 1550 (С=С в циклогексеновом кольце).

Примечательно, что дитиоаналог димедона содержит три метилено-вые группы, потенциально способные участвовать в образовании бис(ентиольной) формы 41-А. Так, оказалось, что при действии ТЭА на раствор меркаптотиокетона 41 в хлороформе в присутствии диоксида свинца образуется ранее не описанное макроциклическое соединение -5,5а2,12,19,19,26,26-октаметил-1,2,8,9,15,16,22,23-октатиа-3,7,10,14,17,21,24,28-тетраметнно-3,4,10,11,17,18,24,25-циклооктакозатетраен (43) с выходом 78% Это окислительно-восстановительное превращение свидетельствует о реальности диендитиольной формы 41-А.

EtjN/Pb02 (16)

Спектр ЯМР 'Н (СОСЬ, О, м.д.) соединения 43: Q99 с [5-С(СНз)2], 2.19 м (6-СН2), 5.99 шир. м (2- и 4-СН=). Спектр модельного соединения -1,3-(Л/ЛЛ'-Дибензоил)бисфениламино-5,5-диметилциклогекса-1,3-диена:' 0.78 с [5-С(СНз)2], 2.18 м (6-СН2), 4.95-5.33 м (2- и 4-СН=), 7.15-7.25 м (CeHs). Ж спектр макроцикла 43 (v, см"'): 2960-2870 ш (С-Н); 1660, 1640 пл, 1590, 1550 (С=С). MUiiiB. 712 (методом прецизионной эбулиометрии).

4.2.2. Реакция с 1,2-этандитиолом

Оказалось, что при взаимодействии 5,5-диметил-З-метоксициклогекс-2-ен-1-тиона (246) с Дл-бинуклеофилом - 12-этандитиолом в молекуле тиокетона 246 затрагиваются два реакционных центра и образуется ранее неизвестный диспиро[бис(1,3-дитиолан)]-1,2';3,2'-(5,5-диметилциклогексан) (44) (выход 70%). Первой стадией реакции должно быть замещение группы МеО, а уже затем присоединение реагента к связи С=8. В противном случае подвижность метоксифуппы была бы значительно ослаблена вследствие нарушения системы сопряжения.

НЗ-СНг

Н8-СН2 -МеОН

S—сн, I

Ме НЗ-СНг

Н8СН2СН25Н 1Л8 '

4.2.3. Аминолнз

Универсальный способ получения 3-аминоциклогекс-2-ен-1-тионов

Аминолизом 3-замещенных тиокетонов 24 получены енаминотиоке-тоны 25 с разнообразными заместителями у атома азота (см. 2.1.). В реакции использовались аммиак, первичные алифатические (метиламин, бен-зиламин, //Д-диметиламиноэтиламин) и ароматические (анилин и его производные) амины, вторичные амины (диметиламин, дибутиламин, пирро-лидин, пиперидин, морфолин, пергидро-1,4-тиазин-1-оксид и др.).

Аминолиз проводился при 20°С в среде метанола (можно использовать и другие растворители - бензол, хлороформ, ДМФА). Мягкие условия процесса дают возможность вводить в реакцию 2-оксиэтиламин, 1,4-фенилендиамин, сульфаниловую кислоту, сохраняя в них второй нуклео-фильный центр.

Для препаративных целей в реакциях с аминами наиболее удобно использовать 5,5-диметил-3-метоксициклогекс-2-ен-1-тион (246), т.к. он весьма устойчив и образует енаминотиокетоны 25 с почти количественным выходом.

Изучение кинетики аминолиза 3-алкокси- и З-алкилтио-5,5-диметилциклогекс-2-ен-1-тионов 24 спектрофотометрическим методом свидетельствует о протекании данной реакции по схеме 1,4-присоединения-отщепления. В случае метилтиозамещенного тиокетона 24г доказано образование стабильного интермедиата.

5.3-Аминоцн1СЛогекс-2-ен-1-тионы

Для синтеза 3-аминоциклогекс-2-ен-1-тионов 25 наряду с аминоли-зом 3-алкоксизамещенных тиокетонов 24 разработаны другие способы -осернение соответствующих 3-аминоциклогекс-2-ен-1-онов декасульфи-дом фосфора и гидротиолиз 1-амино-3-иминоциклогекс-1-енов. При реакции с декасульфидом фосфора добиться высоких выходов соединений 25 не удалось. Взаимодействие енаминоиминов с сероводородом приводит только к Л'-монозамещенным енаминотиокетонам 25.

5.1. Спектральные свойства

В ИК спектрах енаминотиокетонов 25 присутствуют характеристические полосы поглощения в области 1040-1085 см'' (vC=S); 1515-1555 (С=С в циклогексеновом кольце); 1475-1494 и 1575-1594 (С=С в ароматических кольцах); 3160-3250 (NH). Отнесение данных полос сделано лишь при сопоставлении со спектрами соответствующих енаминокетонов.

Электронные спектры поглощения 3-аминоциклогекс-2-ен-1-тионов 25 характеризуются интенсивными полосами в интервале 365-386 нм, менее интенсивными с Д„„с. 246-290 нм и «краевым» поглощением в районе 217-260 нм.

Спектры ЯМР 'Н 3-аминоциклогекс-2-ен-1-тионов 25, снятые в различных растворителях и при разной температуре, однозначно подтверждают енаминотиокетонное строение образцов. При определенной концентрации образца и, как правило, при его нагревании сигнал виниленово-го протона проявляется в виде триплета, а сигнал протонов группы 4-СН2 -в виде дублета («аллильное» расщепление) с КССВ, равной ~ 1 Гц.

В енаминотиокетонах 25 методом динамического ПМР можно определить барьер заторможенного вращения вокруг парциальной связи С. - N вследствие определенного вклада в их структуру биполярной мезомерной формы (S=C-C=C-NR'R л 'S-C=€-C=N1R.'^). Так, в спектре ПМР 5,5-диметил-3-ЛЛД-диметиламиноциклогекс-2-ен-1-тиона (25а) с понижением температуры сигнал анизохронных iV-метильных групп претерпевает изменения, «типичные» при замедлении скорости вращения (ДСс = 14.4 ккал/моль).

5.2. Некоторые химические свойства

В рамках настоящей работы в первую очередь бьша поставлена задача рассмотреть протонирование и депротонирование енаминотиокетонов 25, а также их гидролиз в кислой и основной средах, связанный с этими процессами. Отношение тиокетонов 25 к воде имеет важное значение при изучении их биологической активности, так как действующим субстратом, скорее всего, оказываются продукты их гидролиза. Кроме того, мы кратко рассмотрели реакции алкилирования енаминотиокетонов 25 и их карбонильных аналогов, т.к. соответствующие S- и 0-алкилпроизводные являются исходными при синтезе 3-алкилтио- и 3-алкоксизамещенных цикло-гекс-2-ен-1-тиона 24.

5.2.1. Протонирование н гидролиз

Как правило, в енаминокетонах, амидах и тйоамидах «жесткие» кислоты (HCl, HCIO4) в воде протонируют жесткий нуклеофильный центр (Л", О), а карбоновые кислоты в ДМСО, хлороформе, ацетоне и т.п. выступают как "мягкие" и протонируют мягкие центры (С, S).

Методом спектроскопии ПМР нами изучено протонирование 5,5-диметил-3-Л'',Л'-диметиламинрциклогекс-2-ен-1-тиона (25а) «мягкой» (три-хлоруксусная) и «жесткой» (70%-ная НСЮ4) кислотами в ацетоне. Можно было полагать, что исход гидролиза енаминотиокетонов 25 в каждом конкретном случае будет предопределен типом (I или II) протонированной формы субстрата.

Действительно, гидролиз 3-аминоциклогекс-2-ен-1-тионов 25 независимо от характера замещения у атома азота в присутствии «жесткой» соляной (или хлорной) кислоты приводит только к дикетону 42. Это указывает на то, что енаммониевый катион I, образующийся в результате присоединения протона к атому М, гидролизуется по тиокарбонильной группе. Далее по обычной схеме происходит гидролиз промежуточного катиона иммония Ш до дикетона 42. Гидролиз аммониевой функции в катионе I привел бы к 5,5-диметил-3-меркаптоциклогекс-2-ен-1-ону (45), который в условиях реакции дикетон 42 не образует.

48 (для 25, а' = н,ал = РЬ) к' = я' = Ме (а), я' = Ял = Н (б). Я1, Я2 = (СН2)5 (в)

Гидролиз енаминотиокетонов 25 в 96%-ной «мягкой» уксусной кислоте происходит по иной схеме, и конечными продуктами процесса являются бис(5,5-диметил-3-оксоциклогекс-1-енил)сульфид (46) и енаминоке-тоны 47 (в случае анилинопроизводного 25 образуется также дианил 48). Протонирование исходных тиокетонов 25 по атому серы должно привести к иммониевому катиону II и в результате его гидролиза к меркаптокетону 45. Звенья дальнейшей цепи превращений 45 46 47 (+ 48) подтверждены отдельным экспериментом.

З-Аминоциклогекс-2-ен-Ьтионы 25 до 100°С устойчивы к щелочному гидролизу. При более высокой температуре образуется смесь ентиола 45 и дикетона 42.

5.3. Бактериостатическое действие 3-амино-5,5-диметилциклогекс-2-ен-1-тионов

3-Аминоциклогекс-2-ен-1-тионы 25 испытаны на бактериостатиче-скую активность в лаборатории исследования биологической активности в

ИрИОХ со АН. Выявилось, что при невысокой токсичности иг 50 12803000 мг/кг) нижеприведенные соединения 25 обладают выраженной антистафилококковой активностью (минимальная бактериостатическая концентрация 125 мкг/мл) не только к эталонному штамму 209-Р, но и к внут-рибольничным штаммам 25 и 36 стафилококка, и являются более эффективными, чем известный антибактериальный препарат стрептомицина сульфат (50 мкг/л при 10%о 328 мг/кг).

Я' = Н,аЛ = СН2СН20Н; л~<Ш}1в к' = Н. = 4-МеОСбН4 ;

25 а' = Н,КЛ = 4-ЫН2СбН

Во ВНИТИГ (Уфа) с помощью специальной алгоритмической системы получены данные о взаимосвязи «строение циклогекс-2-ен-1-тионов -бактериостатическое действие». В результате анализа найдены элементы структуры, потенциально ответственные за бактериостатическую активность, сконструированы и предложены для синтеза новые структуры с потенциально более высокой бактериостатической активностью.

6. Тример 5,5-диметил-3-цианоциклогекс-2-ен-1-тиона

Синтезированные до сих пор циклогексентионы 24,25,41 имеют в уЛ-положении заместители (У = МКг, ОК, 8Н, 8К, С1), обладающие +М и +Е эффектами. Возможность мезомерной стабилизации по схеме У-С=С-С=8 о ^л=С-С=С-8' обусловливает их устойчивость в тиокетонной форме. Сцнтез тиокетонов с аналогичной группировкой, в которой У соответствует СМ, N02, 802К и другим группам, вызывающим -М и -Е эффекты, традиционными путями затруднителен. Поэтому такие соединения не были известны. Нами установлено, что 3-алкокси-5,5-диметилциклогекс-2-ен-1-тионы (246, в) легко реагируют с цианистым калием в метаноле при 20°С, образуя в растворе 5,5-диметил-3-цианоциклогекса-2,6-диен-1-тиолят калия (49). Его циклогексадиеновое строение подтверждено методом ЯМ? 'Н спектроскопии с использованием данных по аналогичным модельным структурам, а также окислением в соответствующий дисульфид 50. После обработки реакхщонной смеси углекислотой вместо ожидаемого 5,5-диметил-3-цианоциклогекс-2-ен-1-тиона (51) получен его тример - трис-пиро [трис(5',5'-диметил-3'-цианоциклогекс-2'-ен)-Г,2; Г,4; Г,6-(1,3,5-тритиан)] (52). Это соединение образуется также из хлорциклогексентиона

24е и цианистого калия. ИК спектр тритиана 52 (v, см"'): 1565, 1630 см"' (С=С), 2230, 2240 пл (CsN), 2880-2970 (С-Н). Спектр ЯМР 'Н (CDClj, 5, М.Д.): 103 узк. м [5-С(СНз)2], 1.78-2.50 шир. м (4- и б-СНг). М,,авд 485 (криоскопически в бензоле). Meu4„„. 495. Данные рентгеновских эмиссионных SKo- и ЗКЛпектров свидетельствуют о сульфидном характере атома серы в соединении 52.

Таким образом, цианогруппа в промежуточном цианотионе 51 дестабилизирует связь C=S.

7.1,7-Дитиоксозамещенные системы 8=С-С=С-8-С=С-С=

Химия дитиокарбонильных соединений мало изучена. Известные представители соединений этого класса часто неустойчивы, а имеющиеся сведения о путях их синтеза и свойствах лишь отрывочны. 1,7-Дитиокарбонильные соединения практически не известны.

Нами впервые предпринято систематическое исследование путей синтеза 1,7-дитиоксозамещенных систем со структурным фрагментом 8=С-С=С-8-С=С-С=8. С этой целью изучен гидротиолиз иммониотиоксо-, иммониооксо- и бисиммониозамещенных а;/?-ненасыщенных сульфидов пропенового, циклогексенового и инденового рядов.

7.1. Синтез солей иммония -предшественников 1,7-дитиокарбонильных соединений

7.1.1. Реакция 3-бром-2-фенилинден-1-она с енаминотиокетонами -метод синтеза иммониооксозамещенных ненасыщенных сульфидов

3-Бром-2-фенилинден-1-он (53) в присутствии перхлорат-аниона взаимодействует с тиокарбонильной группой З-ЛлД-диметиламино-1-фенилпроп-2-ен-1-тиона (54), 5,5-диметил-3-морфолиноциклогекс-2-ен-1-тиона (25г), 3-Л'лЛ-диметиламино-2-фенилинден-1-тиона (38а) в мягких условиях (метанол, 40°), образуя (1-7УД-диметилиммонио-3-фенилпроп-2-ен-3-ил)(1-оксо-2-фенилинден-3-ил)сульфид перхлорат (55) (72%), (5,5-диметил-1 -морфолиниоциклогекс-2-ен-3-ил)( 1 -оксо-2-фенилинден-З-ил)сульфид перхлорат (56) (98%), (1-ЛлД-диметилиммонио-2-фенилинден-3-ил)(1-оксо-2-фенилинден-3-ил)сульфид перхлорат (57) (79%), соответственно.

7.1.2. Конденсация 3-меркаптозамещенных тиокетонов с перхлоратами галогенпроизводных иммония - путь к синтезу иммониотиоксозамещенных солей

Реакцией 5,5-диметил-3-меркаптоциклогекс-2-ен-1-тиона (41) с Л'-(5,5-диметил-3-хлорциклогекс-2-ен-1-илиден)морфолиний перхлоратом (23г) в ацетонитриле при 10°С получен (5,5-диметил-1морфолиниоциклогекс-2-ен-3-ил)(5,5-диметил-1-тиоксоциклогекс-2-ен-3-ил)сульфид перхлорат (58) с выходом 39%

Ме Ме. Ме МеЛе МеЛе лллл

НЗ-ЧЛЛЛЗ С1-''ЧХЛН,ЛЛо -НС! .М О

41 23г 58 СЮл

7.1.3. Получение бисиммониозамещенных йЛу9-непредельных сульфидов взаимодействием енаминотиокетонов с перхлоратами галогенпроизводных иммония

-(3-Фенил-3-хлорпроп-2-ен-1-илиден)-Л'Д-диметилиммоний перхлорат (1) или Л'-(5,5-диметил-3-хлорциклогекс-2-ен-1-илиден)морфолиний перхлорат (23г) реагируют с енаминотиокетонами 25г, 38а, 54 (метанол, 30-40°С), образуя соответствующие симметричные и несимметричные 1,Г-бисиммониозамещенные а;у9-непредельные сульфиды: бис(1-ЛЛД-диметилиммонио-3-фенилпроп-2-ен-3-ил)сульфид дипер-хлорат (59) (80%), бис(5,5-диметил-1-морфолиниоциклогекс-2-ен-3-ил)сульфид диперхлорат (60) (81%), (1-ЛЛД-диметилиммонио-3-фенилпроп-2-ен-3-ил)(5,5-диметил-1 -морфолиниоциклогекс-2-ен-З -ил)сульфид диперхлорат (61) <*3!%>1, (1-ЛЛД-диметилиммонио-3-фенилпроп-2-ен-3-ил)(1-Л'ЛД-диметилиммонио-2-фенилинден-3-ил)сульфид диперхлорат (62) (84%), (5,5-диметил-1-морфолиниоциклогекс-2-ен-3-ил)( 1 -ЛЛ,//-диметилиммонио-2-фенилинден-3-ил)сульфид диперхлорат (63) (67%).

7.2. Образование производных тиохромена

Исследуя синтетический потенциал синтезированных бисиммоние-вых солей, мы обнаружили, что (1-ЛлД-диметилиммонио-3-фенилпроп-2-ен-3-ил)(5,5-диметил-1-морфолиниоциклогекс-2-ен-3-ил)сульфид дипер-хлорат (61) способен превращаться в 5,5-диметил-7-морфолинио-2-фенил-5,6-дигидро-7Я-тиохромен перхлорат (64) (выход 91%) Гетероциклизация легко осуществляется в среде метанола в присутствии каталитического количества ТЭА при 20°С. Гидролизом соединения 64 получено его 7-оксопроизводное 65, строение которого подтверждено методом рентгено-структурного анализа.

Таким образом, на основе енаминотиокетонов и галогензамещенных солей иммония нами найден новый подход к синтезу труднодоступных производных тиохромена.

7.3. Гидротиолиз карбофункциональиых оЛуЛненасыщенных сульфидов

7.3.1. Взаимодействие иммониооксо- и иммониотиоксозамещенных оЛ/Т-непредельных сульфидов с сероводородом

Взаимодействие (5,5-диметил-1-морфолиниоциклогекс-2-ен-3-ил)(1-оксо-2-фенилинден-3-ил)сульфида перхлората (56) с сероводородом (МеСМ, ТЭА, -40°С) приводит к разрыву сульфидной связи в исходной соли 56 с образованием 3-гидрокси-2-фенилинден-1-тиона (40, У = ОН).

Гидротиолиз иммониотиоксозамещенных о;>3-ненасыщенных сульфидов апробирован на примере (5,5-диметил-1-морфолиниоциклогекс-2-ен-3-ил)(5,5-диметил-1 -тиоксоциклогекс-2-ен-3-ил)сульфида перхлората (58) (НгЗ, МеСН ТЭА, -40 ч- -15°С). Образования целевого дитиоксосульфида не наблюдалось. Из реаюдионной смеси выделен 5,5-диметил-3-морфолиноциклогеке-2-ен-1-тион (25г) - продукт расщепления связи С-8 в сульфиде 58.

73.2. Гидротиолиз бисиммониевых солей

Реакция симметричного бис(1-ЛлД-диметилиммонио-3-фенилпроп-2-ен-3-ил)сульфида диперхлората (59) с сероводородом (МеСЫ, ТЭА, -40°С) приводит к (1-тиоксо-3-фенилпроп-2-ен-3-ил)(1-ЛГ,ЛЛ-диметилиммонио-3-фёнилпроп-2-ен-3-ил)сульфиду перхлорату (66) - продукту гидротиолиза одной иммониевой группы соли 59. Взаимодействие перхлората 59 с сероводородом в ДМФА при -50 -60°С протекает как с образованием соединения 66, так и с замещением обеих диметилиммониевых групп и образованием бис(3-тиоксо-1-фенилпропенил)сульфида (5), быстро полимери-зующегося при его выделении из реакционной смеси.

1-ЛГД-Диметилиммонио-3-фенилпроп-2-ен-3-ил)(5,5-диметил-1-морфолиниоциклогекс-2-ен-3-ил)сульфид диперхлорат (61) реагирует с сероводородом в ДМФА только по одной иммониевой фуппе, образуя (1-тиоксо-3 -фенилпроп-2-ен-3-ил)(5,5-диметил-1 -морфолиниоциклогекс-2-ен-3-ил)сульфид перхлорат (67).

При попытке синтеза (5,5-диметил-3-тиоксоциклогекс-1-енил)(3-тиоксо-2-фенилинден-1-ил)сульфида (68) гидротиолизом (5,5-диметил-1-морфолиниоциклогекс-2-ен-3-ил)(1-ЛЛД-диметилиммонио-2-фенилинден-3-ил)сульфида диперхлората (63) [НзЗ, МеСМ (ДМФА), ТЭА, -40 + -60°С, аргон] происходит расщепление сульфидной связи в исходной соли 63 с образованием тиокетонов 25г и 38а.

7.4. Бис(5,5-диметнл-3-тиоксоциклогекс-1-енил)сульфид

Первый преавитель динепредельных 1,7-дитионов - б5,5-диметил-3-тиоциклоге1-енилльфид (69) - полученвьдом 77% реакцией б5,5-диметил-1-морфолиниоциклоге2-ен-3-илльфида диперхлората (60)сероводородом в ацетонитриле в првии каталитичого количва ТЭА при -40°С в атмере аргона. Дитион 69 - тем-, но-зеленое кралличое вещво, ойчивое в инертной атмере при 0°С. Спектр ЯМР 'Н (СОСЬ, 5, м.д.): 1.07(12Н, СНз); 2.34 д (4Н, 6-СНг, V 12 Гц); 2.77(4Н, 4-СН2); 6.92 т (2Н, НС=С, V 1.2 Гц). Жектр (ЬСВг, V,''): 1110-1120 (С=8), 1540-1548 (С=С-8). УФектр [СНСЬ, Л.а, нм (1££)]: 296 (4.16), 349 (4.13), 392 (4.20), 573 (1.75). [Щ* 310.

Ме Ме Ме Ме

Ме Ме

Кроме ожидаемого дитиона 69 выделен (5,5-диметил-1-морфолиниоциклогекс-2-ен-3-ил)(5,5-диметил-1-тиоксоциклогекс-2-ен-3-ил)сульфид перхлорат (58) (20%) - продукт гидротиолиза одной иммоние-вой фуппы соли 60.

Изучено пространственное строение дитиоксосульфида 69 методами двумерной спектроскопии ЯМР, дипольных моментов и неэмпирическими квантово-химическими расчетами (базис 6-310*). Результаты расчетов энергий и дипольных моментов четырех возможных конформеров соединения 69 показали, что самым стабильным является неплоский цис-транс-конформер. Данные спектров ЯМР 'Н и 'ЛС [лЬ.м.д., 232.61 (С=8)] дитиона 69 в растворе СВС1з также свидетельствуют о реализации только одного из рассматриваемых конформеров. Проведено сравнение химических сдвигов ядер 'ЛС соединения 69 и модельного 5,5-диметил-Зметилтиоциклогекс-2-ен-1-тиона (24г). По совокупности полученных данных сделан вывод о существовании дитиоксосульфида 69 в газовой фазе и растворах преимущественно в виде неплоского 1/ис-/иранс-конформера.

Исследованы другие пути синтеза бис(5,5-диметил-3-тиоксоциклогекс-1-енил)сульфида (69). Установлено, что 5,5-диметил-З-меркаптощ1клогекс-2-ен-1-тион (41) при -10 л -5°С без растворителя или в растворе хлороформа претерпевает процесс автоконденсации с выделением сероводорода и образованием дитиоксосульфида 69. При обработке 5,5-диметил-3-хлорциклогекс-2-ен-1-тиона (24е) тиосульфатом натрия в метаноле при -20 + -30°С образование дитиоксосульфида 69 зафиксировано методами тех и ИК спектроскопии. Взаимодействие бис(5,5-диметил-3-оксоциклогекс-1-енил)сульфида (46) с НгЗ в присутствии хлористого водорода в метаноле или системе метанол-диоксан при -30 -г- -40°С привело к образованию сложной смеси малоустойчивых серосодержащих продуктов. Анализ смеси методами ЛМР 'Н, 'ЛС и двумерной ЯМР спектроскопии (эксперимент НЕТСОК) позволил установить присутствие ранее неизвестных 3-оксо-3'-тиоксо-бис(5,5-диметилциклогекс-1-енил)сульфида (70) (26%), З-гидрокси-З-меркапто-З '-оксо-бис(5,5-диметилциклогекс-1 енил)сульфида (71), 5,5-димеркапто-3,3-диметилциклогексанона (72).

Ме I Ме

Изучены некоторые химические превращения дитиоксосульфида 69. Осуществлены его реакции с гидразином, 1,1-диметилгидразином (1,1-ДМГ) и 2,4-динитрофенилгидразином (2,4-ДНФГ) при различных соотношениях реагентов и их концентрациях в растворе. Действием избытка гад-разина на дитион 69 получен его дигидразон 73, тогда как с 1,1-ДМГ и 2,4-ДНФГ в тех же условиях образуются моногидразоны 74,75.

Me Me Me Me

Me Me Me Me

• NNH2 •NNMej

73 Me Me

Me Me

•ЫКН-СбНз-2,4-(К02)

При гидролизе дитиона 69 в системе MeCN-ТЭА образуется смесь бис(5,5-диметил-3-оксоциклогекс-1-енил)сульфида (46) и его изомера с другим положением двойной связи в одном из циклов - (5,5-диметил-З-оксоциклогекс-1-енил)(3,3-диметил-5-оксоциклогекс-1-енил)сульфида (46-I). Структура изомеров и их соотношение (46:46-1 как 8:2) установлены методами ЯМР 'Н и 'ЛС с использованием многоимпульсных экспериментов (APT) и методов двумерной ЯМР спектроскопии (HETCOR, NOESY), а также количественных подходов к анализу смесей органических соединений. Независимым подтверждением структуры изомера 46-1 служит ИК спектр его смеси с изомером 46, в котором наблюдаются три полосы валентных колебаний связей С=0 (1649,1668, 1717 см'').

К этим же изомерам (46:46-1 как 8.7:1.3) приводит гидролиз бис(5,5-диметил-1-морфолинио-2-циклогексен-3-ил)сульфида диперхлората (60) в вышеупомянутых условиях. Здесь можно заметить, что ранее образование диоксосульфида 46 наблюдалось при реакции 5,5-диметил-З-хлорциклогекс-2-ен-1-она с МагЗ (выход 5%; т.пл. 176-177°С) [4]. Направленный синтез диоксосульфида 46 гидролизом бисиммониевой соли 60 в среде ацетонитрила в присутствии каталитического количества ТЭА позволил нам получить его с выходом 45% и установить, что он имеет т.пл. 80-81 °С.

Me Me

A' A'

H2O I MeCN. EtjN

Me л Me

A" A"

H2O I MeCN, KjN Me Me

Г м е Г м е

СЮ4'0 N

N 0СЮ4'

7.5.1,7-Дитиоксозамещенные соединения как потенциальные конвертеры солнечной энергии

В рамках метода RHF/6-31G** в приближении самосогласованного реактивного поля (SCRF) проведено исследование термодинамической устойчивости, структурных и электронных характеристик тиабициклических структур, потенциально способных образовываться в бис(3-тиоксо-1-феншшропенил)сульфиде (5), бис(3-тиоксо-1-пропенил)сульфиде (76) и бис(5,5-диметил-3-тиоксоциклогекс-1-енил)сульфиде (69) в фотоиниции-руемых реакциях. Аккумулирование энергии в тиабициклических структурах происходит за счет образования метастабильных высоконапряженных конденсированных систем, содержащих тиирановый и циклобутановые циклы. Теплоты реакций темнового изомерного превращения тиабициклических структур в ациклические имеют значения в пределах 50 + 250 кДж/моль. Энергии активации термических переходов в ациклические состояния составляют 90 4- 310 кДж/моль. Учет влияния полярности среды приводит к повышению тепловых эффектов реакций и снижению энергий активаций. Полученные результаты позволяют рекомендовать рассматриваемые соединения в качестве исходных для поиска потенциально эффективных преобразователей солнечной энергии. вьшоды

1. в результате систематического исследования реакций нуклео-фильных реагентов со специфическими гетероатомными сопряженными системами - уЗ-замещенными производными винилальд- и -кетиммония ¥-С=С-С=М1К.'КЛ- X' [У = КО, КЗ, Hlg, 2=С-С=С-8 (2 = О, 8, ТЛЛЛК"- X)] разработано новое научное направление в химии тиокарбонильных соединений. Установленная региоселективность гидротиолиза связи С=>Г в вышеназванных солях иммония позволила впервые сформулировать и реализовать общий подход к синтезу ранее неизвестных или труднодоступных тиоальдегидов и тиокетонов.

2. Найдены условия синтеза о;у9-непредельных алифатических тиоальдегидов. Гидротиолиз солей Л'-(3-метилтио-3-фенил)- или -(3-фенил-3-хлорпроп-2-ен-1-илиден)-ЛлД-диметилиммония при -60°С в среде ДМФА протекает исключительно по связи С=>Г и приводит к 3-метилтио-3-фенил- и З-фенил-З-хлор-2-пропентиалю, соответственно.

3. Мезомерно стабилизированные гетероароматические тиоальдеги-ды - 3-тиоформилиндол и его гидрокарбилзамещенные - получены действием безводного гидросульфида натрия или сероводорода на соответствующие перхлораты индолилметилениммония. Тиоальдегиды, не содержащие заместителя у атома азота, выделены в виде кристаллосольватов с ДМСО или ДМФА. Методами полярографии и спектрофотометрии осуществлен мониторинг процесса образования 3-тиоформилиндола.

- На примере 3-тиоформилиндола и его производных впервые изучена реакция тиоальдегидов с селенониевым монокетоилидом. Из 3-тиоформилиндола образуются индолилзамещенные изомерные тиоксобен-зоилэтаны, а З-тиоформил-2-метил- и -1,2-диметилиндол превращаются в соответствующие изомерные меркаптобензоилэтены.

- Реакция 3-тиоформил-1,2-диметилиндола с азиридином, 2-аминоэтантиолом и 2-аминоэтанолом приводит к ациклическим изомерам индолилзамещенного тиазолидина или оксазолидина. При взаимодействии З-тиоформил-2-метилиндола с указанными бинуклеофилами получены соответствующие основания Шиффа, а также меркаптополуацеталь. В реакции 2-метилзамещенного тиоформилиндола с 2-аминоэтанолом последний выступает как амбидентный нуклеофил.

4. Детально исследовано взаимодействие З-гетерозамещенных солей Л'-(циклогекс-2-ен-1-илиден)иммония с нуклеофильными реагентами (гидролиз, алкоголиз, гидротиолиз, аминолиз, цианолиз). Изучение реакции гидротиолиза позволило установить двустадийность превращения исходных солей в 3-аминоциклогекс-2-ен-1-тионы. Квантово-химический расчет (ППДП/2) подтвердил экспериментально полученные данные о преимущественной атаке мягких нуклеофилов (Н8", К8', С>Г) на связь С=ЬГ в катионах Л'-[3-алкокси(-алкилтио)циклогекс-2-ен-1-илиден]-Л'Д-диметилиммония.

5. Разработан общий подход к синтезу трех новых типов л гетерозамещенных о;у5-ненасыщенных тиокетонов, содержащих группировку У-С=С-С=8 (У = А1кО, А1к8, С1). Методом низкотемпературного гидротиолиза соответствующих солей Л'-(цикпогекс-2-ен-1-илиден)иммония впервые синтезированы 3-алкокси-, 3-алкилтио- и 3-хлорзамещенные циклогекс-2-ен-1-тиона.

6. 3-Гетерозамещенные циклогекс-2-ен-1-тиона показали себя высокоэффективными синтонами:

- реакция 3-алкокси- и 3-хлорзамещенных циклогекс-2-ен-1-тиона с гидросульфидом натрия привела к ранее недоступному 5,5-диметил-З-меркаптоциклогекс-2-ен-1-тиону - представителю малоизученных л дитиодикетонов. Его окисление диоксидом свинца в производное циклоок-такозатетраена явилось новым подходом к ненасыщенным макроцикличе-ским соединениям, содержащим дисульфидные звенья;

- при взаимодействии 5,5-диметил-3-метоксициклогекс-2-ен-1-тиона с 5',5-бинуклеофилом - 1,2-этандитиолом - в молекуле тиокетона затрагиваются два реакционных центра и образуется ранее неизвестный диспиро[бис(1,3-дитиолан)]-1,2';3,2'-(5,5-диметилциклогексан);

- реакция 3-алкоксициклогекс-2-ен-1-тионов с аминами явилась основой нового универсального способа получения З-аминоциклогекс-2-ен-1-тионов. Изучение кинетики этой реакции спектрофотометрическим методом показало, что она протекает по схеме 1,4-присоединения-отщепления. В случае метилтиозамещенного исходного тиокетона доказано образование стабильного тетраэдрического интермедиата. Исследованы протонирование, гидролиз и алкилирование 3-аминоциклогекс-2-ен- 1-тионов;

- цианолиз З-гетерозамещенных циклогекс-2-ен-1-тиона позволил впервые получить аД-ненасыщенный тиокетон, /лгетерозаместитель которого обладает -М и -Е эффектами, - 5,5-диметил-3-цианоциклогекс-2-ен-1-тион, стабилизирующийся путем тримеризации.

7. Разработаны методы синтеза ранее неизвестных иммониооксо-, иммониотиоксо- и бисиммониозамещенных симметричных и несимметричных о;/б-ненасыщенных сульфидов, содержащих пропенильный, цик-логексенильный и инденильный заместители, - потенциальных предшественников 1,7-дитиоксозамещенных систем и их монокислородных аналогов.

8. Изучен гидротиолиз синтезированных карбофункциональных а,л ненасыщенных сульфидов с целью получения 1,7-дитиокарбонильных соединений. Выявлено, что направление данной реакции определяется природой заместителей, обрамляющих фрагмент -C=C-S-C=4i;-.

9. Низкотемпературным гидротиолизом бис(5,5-диметил-1-морфолиниоциклогекс-2-ен-3-ил)сульфида диперхлората синтезирован первый представитель динепредельных 1,7-дитионов - бис(5,5-диметил-3-тиоксоциклогекс-1-енил)сульфид. Изучено его пространственное строение методами двумерной спектроскопии ЯМР, дипольных моментов и неэмпирическими квантово-химическими расчетами (базис 6-31G*). Это позволило установить, что дитиоксосульфид существует в газовой фазе и растворах преимущественно в виде неплоского 1/«с-»гр<знс-конформера.

- Исследованы альтернативные пути синтеза бис(5,5-диметил-3-тиоксоциклогекс-1-енил)сульфида. Он образуется при реакции 5,5-диметил-3-хлорциклогекс-2-ен-1-тиона с тиосульфатом натрия и путем автоконденсации 5,5-диметил-3-меркаптоциклогекс-2-ен-1-тиона.

- Гидролиз бис(5,5-диметил-3-тиоксоциклогекс-1-енил)сульфида, а также бис(5,5-диметил-1-морфолиниоциклогекс-2-ен-3-ил)сульфида ди-перхлората в системе MeCN-EtsN приводит к смеси бис(5,5-диметил-3-оксоциклогекс-1-енил)сульфида и его изомера с другим положением двойной связи в одном из циклов - (5,5-диметил-3-оксоциклогекс-1-енил)(3,3-диметил-5-оксоциклогекс-1-енил)сульфида.

- На примере бис(5,5-диметил-3-тиоксоциклогекс-1-енил)сульфида, бис(3-тиоксо-1-фенилпропенил)сульфида и бис(3-тиоксо-1-пропенил)сульфида исследованы квантово-химическим методом (RHF/6-31G* в приближении SCRF) внутримолекулярные изомерные превращения тиабициклических структур в ациклические в фотоинициируемых процессах. Полученные результаты указывают, что соединения со структурным фрагментом S=C-C=C-S-C=C-C=S могут являться преобразователями солнечной энергии.

ВЫВОДЫ 39