СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 3,3-ДИ(МЕТОКСИКАРБОНИЛ)-1,5-ДИТИАЦИКЛОАЛКАНОВ

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, в частности, к способу получения 3,3-ди(метоксикарбонил)-1,5-дитиациклоалканов общей формулы (1):

X=(CH₂)_n где n=1,2

Подобные 0,8-содержащие гетероциклические соединения могут найти применение в качестве биологически активных веществ, обладающих фунгицидной активностью по отношению к патогенным грибам, а также селективных экстрагентов и комплексообразователей переходных металлов [J.Zabicky. The Chemistry of Metal Enolates (Chemistry of Functional Groups). 2009, Interscience, Part 1, 1249 p.; S.Schuiz, J.S.Dickschat, B.Kunze, I.Wagner-Dobler and other. Biological activity of volatiles from marine and terrestrial bacteria. Mar. Drugs, 2010, 8, p.2976-2987].

Известен четырехстадийный способ [Е.Juaristi, L.Valle, В.А.Valenzuela and M.A.Aguilar. S-C-P Anomeric Interactions. 4. Conformational Analysis of 2-(Diphenylphosphinoyl)-1,3-ditiane. J. Am. Chem. Soc., 1986, p.2000-2005] получения 5-метил-1,3-дитиана (2) взаимодействием диэтилового эфира 2-метилмалоновой кислоты с алюмогидридом лития в присутствии диэтилового эфира, затем с p-TsCl в пиридине с образованием тозилата 3-метилпропан-1,3-диола, который под действием калиевой соли ацетилмеркаптана в этаноле и этилендиамине превращается в 3-метилпропан-1,3-дитиол. На последней стадии под действием диметилацеталь формаля в присутствии эфирата трехфтористого бора образуется 5-метил-1,3-дитиан (2) с выходом 67% по схеме:

Известный способ не позволяет получать 3,3-ди(метоксикарбонил)-1,5-дитиациклоалканы общей формулы (1).

Известен способ [B.B.F.Mirjalili, A.Bamoniri, A.Akbari. Nano-BFs/SiO₂: A reusable and eco-friendly catalyst for thioacetalization and trans-thioacetalization reactions. Iranian Journal of catalysis, 2011, 1(2), p.87-92] получения производных 1,3-дитиолана и 1,3-дитиана (3) реакцией транстиоацетализации ацеталей в присутствии ВР₃, нанесенного на наночастицы SiO₂, в растворителях CH₂Cl₂ или СНСl₂ при комнатной температуре с выходом 83-94%, по схеме:

n=1,2

R¹=Ph; 4-NO₂-С₆Н₄; 4-Сl-С₆Н₄; 3-Вr-С₆H₄; 4-Вr-С₆Н₄; 2,6-di-Cl-С₆Н₃; 4-ОН-С₆Н₄; 4-Сl-С₆Н₄; 3,4-di-OH-C₆H₃

R²=Н; СН₃

Известным способом не могут быть получены 3,3-ди(метоксикарбонил)-1,5-дитиациклоалканы общей формулы (1).

Известен аналогичный вышеописанному хемоселективный способ [S.K.De. Yttrium triflate as an efficient and useful catalyst for chemoselective protection of carbonyl compounds. Tetrahedron Lett., 2004, 45, p.2339-3241] получения производных 1,3-дитиолана и 1,3-дитиана (4) реакцией ацеталей с дитиолом в присутствии каталитического количества иттрия трифталата в среде ацетонитрила, при комнатной температуре, в течение 25-390 мин с выходом 83-93% по схеме:

R¹=4-NO₂-С₆Н₄; 4-МеО-С₆Н₄; С₆Н₁₁; C₅H₁₂; Ph; Ph-C₂H₂;

R²=H; СН₃

Известный способ не позволяет получать 3,3-ди(метоксикарбонил)-1,5-дитиациклоалканы общей формулы (1).

Известен способ [S.A.Pourmousavia, M.Hadavandkhani. Preparation of 1-benzyl-4-aza-l-azoniabicyclo[2.2.2]octane tribromide and its application as a mild and chemoselective catalyst for thioacetalization of carbonyl compounds. Journal of Sulfur Chemistry, 2009, vol.30, №1, p.37-45] получения бис-(2-метил-1,3-дитиолан-2-ил)метана (5) взаимодействием ацетилацетона с 1,2-этандитиолом в присутствии каталитического количества 1-бензил-4-аза-1-азониабицикло[2.2.2]-октана трибромида (БАБОТ) в среде этилацетата, в течение 4 ч, при комнатной температуре с выходом 90% по схеме:

Известным способом не могут быть получены 3,3-ди(метоксикарбонил)-1,5-дитиациклоалканы общей формулы (1).

Известен способ [D.Seebach, E.J. Согеу, Generation and synthetic applications of 2-lithio-l,3-dithianes. J. Org. Chem., 1975, 40, p.231-237] получения метил-1,3-дитиан-2-ил-формиата (6) через промежуточное литий производное-1,3-дитиана, которое образуется при действии бутил лития на 1,3-дитиан в тетрагидрофуране при -30°С по схеме:

Известный способ не позволяет получать 3,3-ди(метоксикарбонил)-1,5-дитиациклоалканы общей формулы (1).

Известен способ [R.B.Woodward, I.J.Pachter, M.L.Scheinbaum. Dithiotosylates as reagents in organic synthesis. J.Org. Chem. 1971, vol. 36, №8, p.1137-1139] получения 1,3-дитиолан-2,2-диметоксикарбонила и 1,3-дитиан-2,2-диметоксикарбонила (7) реакцией 1,3-ди(метоксикарбонил)ацетона с дитиотозилатами в присутствии ацетата калия в среде этанола в течение 8 ч с выходом 68-71% по схеме:

Известным способом не могут быть получены 3,3-ди(метоксикарбонил)-1,5-дитиациклоалканы общей формулы (1).

Таким образом, в литературе отсутствуют сведения по получению 3,3-ди(метоксикарбонил)-1,5-дитиациклоалканов общей формулы (1).

Предлагается новый способ получения 3,3-ди(метоксикарбонил)-1,5-дитиациклоалканов общей формулы (1).

Сущность способа заключается во взаимодействии формальдегида (37%) с сероводородом (H₂S) или 1,2-этандитиолом и диметиловым эфиром малоновой кислоты (ДМЭМК) в присутствии катализатора FeCl₃, взятыми в мольном соотношении СН₂О: сероводород: ДМЭМК: FеС1₃=3:2:1: (0.03-0.07), предпочтительно 3:2:1: 0.05 или СН₂О: 1,2-этандитиол: ДМЭМК: FеСl₃=2:1:1: (0.03-0.07), предпочтительно 2:1:1: 0.05, в растворителе СНСl₃: С₂Н₅OН (объемн. 1:1), при комнатной температуре (~20°С) и атмосферном давлении в течение 6-9 ч, предпочтительно 8 ч. Выход 3,3-ди(метоксикарбонил)-1,5-дитиациклоалканов общей формулы (1) составляет 63-83%. Реакция протекает по схеме:

3,3-Ди(метоксикарбонил)-1,5-дитиациклоалканы общей формулы (1) образуются только лишь с участием формальдегида, сероводорода (1,2-этандитиола) и диметилового эфира малоновой кислоты, взятыми в стехиометрическом соотношении 3(2):2(1):1. При другом соотношении исходных реагентов снижается селективность реакции. В присутствии других альдегидов (например, алкил-, арилзамещенные альдегиды), других 1,3-дикарбонильных соединений (например, ацетилацетон, ацетоуксусный эфир), а также в отсутствии катализатора, целевые продукты общей формулой (1) не образуются.

Проведение указанной реакции в присутствии катализатора FеСl₃ больше 7 мол.% не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1). Использование катализатора FеСl₃ менее 3 мол.% снижает выход (1). Реакции проводили при комнатной температуре (~20°С). При температуре выше 20°С (например, 70°С) увеличиваются энергозатраты, а при температуре ниже 20°С (например, 0°С) снижается скорость реакции. Опыты проводили в смеси растворителей хлороформ-этанол (1:1 объемн.), т.к. в указанной смеси хорошо растворяются исходные реагенты и целевые продукты (1).

Существенные отличия предлагаемого способа.

В предлагаемом способе в качестве исходных реагентов применяются диметиловый эфир малоновой кислоты, формальдегид, Н₂S или 1,2-этандитиол, а в качестве катализатора - FеСl₃. Способ позволяет получать однореакторным методом 3,3-ди(метоксикарбонил)-1,5-дитиациклоалканы общей формулы (1). В известном способе синтеза 1,3-дитиациклоалканов в качестве исходных реагентов применяются 1,3-ди(метоксикарбонил)ацетон, дитиотозилаты, которые синтезируют в несколько стадий, а в качестве катализатора применяется ацетат калия.

Способ поясняется следующими примерами/

Пример 1: В стеклянный реактор, установленный на магнитной мешалке, снабженный газоподводящей трубкой при комнатной температуре (~20°С) помещают 2.21 мл (30 ммоль) формальдегида (37% водный раствор), насыщают сероводородом (20 ммоль) в течение 30 мин, добавляют 1.5 мл СНСl₃ и 1.5 мл С₂Н₅OН, 1.32 г (10 ммоль) диметилового эфира малоновой кислоты и 0.0081 г (0.05 ммоль) FеСl₃, перемешивают при ~20°С в течение 8 ч. Из реакционной массы выделяют 3,3-ди(метоксикарбонил)-1,5-дитиациклогексан с выходом 72%.

Пример 2: В сосуд Шленка, установленный на магнитной мешалке, в атмосфере аргона при комнатной температуре (~20°С) помещают 1.47 мл (20 ммоль) формальдегида (37% водный раствор), 0.94 г (10 ммоль) 1,2-этандитиола и перемешивают в течение 30 мин, добавляют 1.5 мл СНСl₃ и 1.5 мл С₂Н₅OН, 1.32 г (10 ммоль) диметилового эфира малоновой кислоты и 0.0081 г (0.05 ммоль) FеСl₃, перемешивают при -20°С в течение 8 ч. Из реакционной массы выделяют 3,3-ди(метоксикарбонил)-1,5-дитиациклогептан с выходом 77%.

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице:

Все опыты проводили в смеси растворителей хлороформ-этанол (1:1 объемн.) при комнатной температуре (~20°С).

Спектральные характеристики соединений (1а,б).

3,3-Ди(метоксикарбонил)-1,5-дитиациклогексан (1а)

Масло желтого цвета. R_f=0.45

ИК-спектр (ν,cм^-1): 714(C-S), 1025(C-O), 1419(CH₂-), 1681(C=O), 3534 (O-Н).

Спектр ЯМР ¹H (δ, м.д., J, Гц): 3.56 (с, 4Н, CH₂ (4,6)); 3.74 (с, 6Н, СН₃ (9,12));4.11(с,2Н,СН₂(2)).

Спектр ЯМР ¹³С (δ, м.д.): 29.69 (С-4,6); 38.48 (С-2); 53.70 (С-9,12); 64.66 (С-5); 169.20 (С-7,10).

Масс-спектр, m/z (I_отн (%)): 236 [М]⁺ (6); 205 [М-СН₃О]⁺ (8); 192 [М-CH₃OCH]⁺(27); 173 (10); 159 [M-SCHS]⁺ (27); 147 [М-СН₂CH₂СООСН₃]⁺ (64); 131 [M-CH₂SCP₂SCH]⁺ (66); 114 [М-СH₂SCH₂SСНОН]⁺ (72); 101 [M-CH₂SCH₂ CH₂COOHCH₃+2H]⁺(33); 87 [М-СН₃ОСОСН₂CH₂SCH₂О]⁺ (69); 77 [СН₃ОСО СНСН₂СН₂СООСН₃]⁺ (8); 55 (100). Найдено (%): С, 40.10; Н, 5.07; S, 27.00. C₈H₁₂O₄S₂. М_теор=236. Вычислено (%): С, 40.66; Н, 5.12; S, 27.14.

3,3-Ди(метоксикарбонил)-1,5-дитиациклогептан (1б)

Масло желтого цвета. R_f=0.48

ИК-спектр (ν,см^-1): 702(C-S), 1031(С-O), 1436(СН₂-), 1734(С=O), 3465 (O-Н).

Спектр ЯМР ¹H (δ, м.д., J, Гц): 2.72 и 2.85 (м, 4Н, СН₂ (2,3)); 3.05 и 3.19 (м, 4Н, СН₂(5,7)); 3.61 (с, 6Н, СН₃ (10,13)).

Спектр ЯМР ¹³С (δ, м.д.): 30.25 и 32.28 (С-5,7); 36.51 (С-2,3); 52.97 (С-10,13); 66.49 (С-6); 169.86 (С-8,11).

Масс-спектр, m/z (I_отн (%)): 251 [M+H]⁺(6); 238 [М-СН]⁺ (24); 204 [М-CH₃S]⁺(48); 189 (28); 179 [М-CH₂CH₂SCH₂C]⁺ (61); 159 [M-SCH₂CH₂S]⁺(44); 145 [M-SCH₂CH₂SСН₂]⁺ (100); 132 [М-СН₂СН₂SСН₂СООСН₃]⁺ (33); 113 (72); 87 [СН₃СООСН₂СН₂]⁺ (67); 73 [CH₂CH₂SCH₂CH]⁺(69); 61 (54); 55 [М-СН₃ОС=С] (57). Найдено (%): С, 42.15; Н, 6.11; S, 25.87. C₉H₁₄O₄S₂. М_теор=250. Вычислено (%): С, 43.18; Н, 5.64; S, 25.62.