СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ N,N'-БИС-(3-МЕРКАПТОФЕНИЛ)ТЕТРАТИАДИАЗАЦИКЛОАЛКАНОВ

Предлагаемое изобретение относится к органической химии, конкретно, к способу получения N,N′-бис-(3-меркаптофенил)тетратиадиазациклоалканов общей формулы (1):

В основе многих технических применений макроциклических соединений, имеющих в структуре электронодонорные (S,N)гетероатомы и обладающих способностью включать в свою полость катионы, лежит главное их уникальное свойство - способность избирательно захватывать строго определенные ионы в соответствии с размером полости кольца. В связи с этим, S,N-содержащие макрогетероциклы перспективны в качестве сорбентов и экстрагентов драгоценных металлов, а также селективных комплексообразователей иридия (Akhmetova V.R., Rakhimova Е.В., Vagapov R.A., Minnebaev A.B., Kopylova E.V., Buslaeva T.M., Kunakova R.V. // Trends in Heterocyclic Chemistry, 2011, 15(9), 33), палладия (Behcini A., Bianchi A., Dappoto P.J. // Chem. Soc. Chem. Commun., 1990, 1382; Bencini A., Bianchi A., Dapporto P. // Inorg. Chem., 1993, 32, 1204), меди и цинка (W.A. Freeman, W.L. Mock, N.-Y. Shih // J. Am. Chem. Soc, 1981, 103, 7367).

Известен способ (Black D. St., McLean I.A. // Chem. Commun., 1968, 1004) получения тетратиадиазациклооктадекана (2) с выходом 8% циклодимеризацией ди-(2-бромэтил)амина и динатриевой соли дитиогликоля в EtOH в качестве растворителя в условиях высокого разбавления.

Известный способ не позволяет получать N,N′-бис-(3-меркаптофенил)тетратиадиазациклоалканы общей формулы (1).

Известен способ (N.A. Bailey et al. // J. Chem. Soc, 1984, 2281; A. Lavery, S.M. Nelson, M.G.B. Drew // J. Chem. Soc, 1987, 2975) получения макроциклических оснований Шиффа (3) [2+2]-циклоконденсацией 2,5-диформилтиофена с алифатическими диаминами в AcCN или CH₃OH в качестве растворителей в условиях высокого разбавления.

Известным способом не могут быть получены N,N′-бис-(3-меркаптофенил)тетратиадиазациклоалканы общей формулы (1).

Известен способ (Попов И.И. и др. // ХГС, 1990, 1, 136; Arimand Farukh et al. // Medicinal Chemistry Research, 2010, 19(8), 794) получения тетратиатетразациклоалканов (4) и (5) взаимодействием бензимидазол-2-тиона с дигалогенпроизводными.

Известный способ не позволяет получать N,N′-бис-(3-меркаптофенил)тетратиадиазациклоалканы общей формулы (1).

Известен способ (Akhmetova V.R. et al. // Molecular diversity, 2010, 14, 463) совместного получения S,N-содержащего макрогетероцикла (6) (17%) и N-замещенного 1,3,5-дитиазинана (7) (52%) циклотиометилированием м-аминотиофенола с помощью CH₂O и H₂S в соотношении 1:3:2 в EtOH за 3 ч при 20°C.

Известный способ не технологичен, так как предполагает применение газообразного и чрезвычайно токсичного сероводорода. Кроме того, известным способом не могут быть получены N,N′-бис-(3-меркаптофенил)тетратиадиазациклоалканы общей формулы (1).

Таким образом, в литературе отсутствуют сведения о получении N,N′-бис-(3-меркаптофенил)тетратиадиазациклоалканов общей формулы (1).

Предлагается новый способ получения N,N′-бис-(3-меркаптофенил)тетратиадиазациклоалканов общей формулы (1).

Сущность способа заключается во взаимодействии м-аминотиофенола с формальдегидом и α,ω-алкандитиолом общей формулы HSCH₂(CH₂)_nSH (где n=1, 2, 3) в присутствии катализатора Sm(NO₃)₃ ^·6H₂O при мольном соотношении м-аминотиофенол:формальдегид:α,ω-алкандитиол:Sm(NO₃)₃ ^·6H₂O=1:2:1:(0.03-0.07), предпочтительно 1:2:1:0.05, при комнатной температуре (~20°C) и атмосферном давлении в этаноле в качестве растворителя в течение 2.5-3.5 ч. Выход N,N′-бис-(3-меркаптофенил)тетратиадиазациклоалканов общей формулы (1) составляет 42-65%. Реакция протекает по схеме:

N,N′-бис-(3-меркаптофенил)тетратиадиазациклоалканы общей формулы (1) образуются только лишь с участием м-аминотиофенола, формальдегида и α,ω-алкандитиола общей формулы HSCH₂(CH₂)_nSH (где n=1, 2, 3) под действием катализатора Sm(NO₃)₃ ^·6H₂O. В присутствии других ариламинов (например, аминофенолов) целевые продукты (1) не образуются. Проведение реакции в присутствии катализатора Sm(NO₃)₃ ^·6H₂O больше 7 мол.% по отношению к м-аминотиофенолу не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1). Использование в реакции катализатора Sm(NO₃)₃ ^·6H₂O менее 3 мол.% снижает выход (1), что связано с уменьшением каталитически активных центров в реакционной массе. Реакции проводили при комнатной температуре ~20°C. При более высокой температуре (например, 60°C) снижается селективность реакции и увеличиваются энергозатраты, при меньшей температуре (например, 0°C) снижается скорость реакции.

Существенные отличия предлагаемого способа.

В известном способе реакция идет с участием в качестве исходного реагента H₂S с образованием S,N-содержащего макрогетероцикла (6) и N-замещенного 1,3,5-дитиазинана (7). Известный способ не позволяет получать индивидуальные N,N'-бис-(3-меркаптофенил)тетратиадиазациклоалканы общей формулы (1).

В предлагаемом способе реакция идет с участием в качестве исходного реагента α,ω-алкандитиола общей формулы HSCH₂(CH₂)_nSH (где n=1, 2, 3) под действием катализатора Sm(NO₃)₃ ^·6H₂O. В отличие от известных, предлагаемый способ позволяет селективно получать индивидуальные N,N′-бис-(3-меркаптофенил)тетратиадиазациклоалканы общей формулы (1), синтез которых в литературе не описан.

Способ поясняется следующими примерами.

ПРИМЕР 1. В сосуд Шленка, установленный на магнитной мешалке, в атмосфере аргона помещают 0.148 мл (2 ммоль) 37% формальдегида и 0.08 мл (1 ммоль) 1,2-этандитиола, затем прикапывают 0.125 г (1 ммоль) м-аминотиофенола в 15 мл этанола и добавляют 0.022 г (0.05 ммоль) Sm(NO₃)₃ ^·6H₂O. Реакционную смесь перемешивают при комнатной температуре (~20°С) в течение 3 ч, упаривают, вакуумируют и растворяют в хлороформе. Хлороформную фракцию хроматографируют на колонке с SiO₂ и выделяют N,N′-бис(3-меркаптофенил)-1,5,8,12-тетратиа-3,10-диазациклотетрадекан с выходом 62%.

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице 1.

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

Спектральные характеристики N,N'-бис(3-меркаптофенил)-1,5,8,12-тетратиа-3,10-диазациклотетрадекана¹ (¹ Контроль реакции осуществляли методом ТСХ на пластинах Silufol W-254, проявляли парами I₂. Для колоночной хроматографии использовали силикагель КСК (100-200 мкм). Спектры ЯМР 1D (¹Н, ¹³С) и 2D (COSY, HSQC, НМВС) сняты на спектрометре Bruker Avance 400 (100.62 МГц для ¹³С и 400.13 МГц для ¹Р) по стандартным методикам фирмы Bruker, внутренний стандарт Me₄Si, растворитель - CDCl₃. Масс-спектры получены на приборе MALDI TOF/TOF AUTOFLEX III фирмы Bruker. Жидкостные хроматомасс-спектры APCI (Atmospheric Pressure Chemical Ionization) снимали на приборе Shimadzu LCMS 2010 EV с ионизирующим напряжением 1.5 кВ):

R_f 0.80 (Sorbfil, бензол-этанол, 9:1). Спектр ЯМР ¹H (400 МГц, CDCl₃), δ, м.д.: 3.09 (8Н, уш.с, Н-6, Н-7, Н-13, Н-14); 3.48 (2Н, уш.с, SH); 4.80 (8Н, уш.с, Н-2, Н-4, Н-9, Н-11); 6.78-7.08 (6Н, м, Н-2′, Н-4′, Н-6′, Н-2′′, Н-4′′, Н-6′′); 7.15-7.28 (2Н, м, Н-5′, Н-5′′). Спектр ЯМР ¹³C, δ, м.д.: 35.7 (С-6, С-7, С-13, С-14); 54.6 (С-2, С-4, С-9, С-11); 113.2 (С-6′, С-6′′); 116.4 (С-2′, С-2′′); 120.9 (С-4′, С-4′′); 129.8 (С-5′, С-5′′); 131.2 (C-1', C-1′′); 148.1 (С-3′, С-3′′). Масс-спектр (Shimadzu LCMS), m/z 487 [M+H]⁺.

Спектральные характеристики N,N′-бис(3-меркаптофенил)-1,5,9,13-тетратиа-3,11-диазациклогексадекана:

R_f 0.9 (Sorbfil, бензол-этанол, 9:1). Спектр ЯМР ¹Н (400 МГц, CDCl₃), δ, м.д.: 1.79-1.84 (4Н, м, Н-7, Н-15); 2.70 (8Н, уш.с, Н-6, Н-8, Н-14, Н-16); 3.51 (2Н, уш.с, SH); 4.73 (8Н, уш.с, Н-2, Н-4, Н-10, Н-12); 6.70-6.83 (6Н, м, Н-2′, Н-4′, Н-6′, Н-2′′, Н-4′′, Н-6′′); 7.10-7.28 (2Н, м, Н-5′, Н-5′′). Спектр ЯМР ¹³С, δ, м. д.:

29.0 (С-6, С-8, С-14, С-16); 32.0 (С-7, С-15); 56.5 (С-2, С-4, С-10, С-12); 110.9 (С-6′, С-6′′); 113.9 (С-2′, С-2′′); 119.9 (С-4′, С-4′′); 129.8 (С-5′, С-5′′); 131.8 (С-1′, С-1′′); 143.9 (С-3′, С-3′′). Масс-спектр (Shimadzu LCMS), m/z 515 [М+Н]⁺.

Спектральные характеристики N,N′-бис-(3-меркаптофенил)-1,5,10,14-тетратиа-3,12-диазациклооктадекана:

R_f 0.75 (Sorbfil, толуол-этилацетат-ацетон, 8:1:1). Спектр ЯМР ¹Н (400 МГц, CDCl₃), δ, м.д.: 1.71 (8Н, уш.с, СН₂, Н-7, Н-8, Н-16, Н-17); 2.54 (8Н, уш.с, СН₂, Н-6, Н-9, Н-15, Н-18); 3.49 (2Н, уш.с, SH); 4.62 (8Н, уш.с, СН₂, Н-2, Н-4, Н-11, Н-13); 6.74-6.80 (4Н, м, СН, Н-4′, Н-6′, Н-4′′, Н-6′′); 6.88 (2Н, уш.с, СН, Н-2′, Н-2′′); 7.14 (2Н, т, J=7.8 Гц, СН, Н-5′, Н-5′′). Спектр ЯМР ¹³C, δ, м.д.: 27.7 (С-7, С-8, С-16, С-17); 30.9 (С-6, С-9, С-15, С-18); 53.5 (С-2, С-4, С-11, С-13); 113.1 (С-6′, С-6′′); 116.3 (С-2′, С-2′′); 120.7 (С-4′, С-4′′); 129.8 (С-5′, С-5′′); 131.8 (C-1′, C-1′′); 148.0 (С-3′, С-3′′). MALDI TOF, m/z 541.154 [M-H]⁺ (C₂₄H₃₃N₂S₆).