СПОСОБ СОВМЕСТНОГО ПОЛУЧЕНИЯ МЕТИЛ 2-(1, 5, 8-ТРИТИА-3-АЗАЦИКЛОДЕКАН-3-ИЛ)АЛКАНОАТОВ И ДИМЕТИЛ 2, 2'-(1, 5, 8, 11, 15, 18-ГЕКСАТИА-3, 13-ДИАЗАЦИКЛОИКОЗАН-3, 13-ДИИЛ)ДИАЛКАНОАТОВ

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, в частности к способу совместного получения метил 2-(1,5,8-тритиа-3-азациклодекан-3-ил)алканоатов и диметил 2,2'-(1,5,8,11,15,18-гексатиа-3,13-диазациклоикозан-3,13-диил)диалканоатов общей формулы (1):

S,N-Содержащие макрогетероциклы находят применение в качестве селективных комплексообразователей меди и цинка [W.A. Freeman, W.L. Mock, N.-Y. Shih // J. Am. Chem. Soc, 1981, 103, 7367], ртути [Granzhan A., Ihmels H., Tian M. Arkivoc, 2015, vi, 494], а также эффективных сорбентов для выделения и очистки драгоценных металлов [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; Behcini A., Bianchi A., Dappoto P.J. // Chem. Soc. Chem. Commun., 1990, 1382; Bencini A., Bianchi A., Dapporto P. // Inorg. Chem., 1993, 32, 1204].

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.

Известным способом не могут быть получены метил 2-(1,5,8-тритиа-3-азациклодекан-3-ил)алканоаты и диметил 2,2'-(1,5,8,11,15,18-гексатиа-3,13-диазациклоикозан-3,13-диил)диалканоаты 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) циклоконденсацией 2,5-диформилтиофена с алифатическими диаминами в AcCN или СН₃ОН в качестве растворителей в условиях высокого разбавления.

Известным способом не могут быть получены метил 2-(1,5,8-тритиа-3-азациклодекан-3-ил)алканоаты и диметил 2,2'-(1,5,8,11,15,18-гексатиа-3,13-диазациклоикозан-3,13-диил)диалканоаты общей формулы (1).

Известен способ (Попов И.И. и др. // ХГС, 1990, 1, 136) получения тетратиатетразациклоалкана (4) взаимодействием бензимидазол-2-тиона с дибромэтаном.

Известным способом не могут быть получены метил 2-(1,5,8-тритиа-3-азациклодекан-3-ил)алканоаты и диметил 2,2'-(1,5,8,11,15,18-гексатиа-3,13-диазациклоикозан-3,13-диил)диалканоаты общей формулы (1).

Известен способ (M.W. Glenny, L.G.A. van de Water, J.M. Vere, A.J. Blake, C. Wilson, W.L. Driessen, J. Reedijk, M. Schroder. Polyhedron, 2006, 25, 599) получения 4-нитрофенил-1,4,10-тритиа-7-азациклододекана (5) взаимодействием бис-тозилпроизводного N,N-бис(гидроксиэтил)-N-нитрофениламина с 3-тиа-1,5-пентандитиолом в присутствии Cs₂CO₃ при 70°C.

Известным способом не могут быть получены метил 2-(1,5,8-тритиа-3-азациклодекан-3-ил)алканоаты и диметил 2,2'-(1,5,8,11,15,18-гексатиа-3,13-диазациклоикозан-3,13-диил)диалканоаты общей формулы (1).

Таким образом, в литературе отсутствуют сведения по получению метил 2-(1,5,8-тритиа-3-азациклодекан-3-ил)алканоатов и диметил 2,2'-(1,5,8,11,15,18-гексатиа-3,13-диазациклоикозан-3,13-диил)диалканоатов общей формулы (1).

Предлагается новый способ получения метил 2-(1,5,8-тритиа-3-азациклодекан-3-ил)алканоатов и диметил 2,2'-(1,5,8,11,15,18-гексатиа-3,13-диазациклоикозан-3,13-диил)диалканоатов общей формулы (1).

Сущность способа заключается во взаимодействии метилового эфира аминокислоты (метиловый эфир L-аланина, или метиловый эфир 1-валина, или метиловый эфир L-лейцина, или метиловый эфир L-метионина) с 1-окса-3,6,9-тритиациклодеканом в присутствии катализатора SmCl₃⋅6H₂O, взятыми в мольном соотношении метиловый эфир аминокислоты : 1-окса-3,6,9-тритиациклодекан : SmCl₃⋅6H₂O=1:1:(0.03-0.07), предпочтительно 1:1:0.05, при комнатной температуре (~20°C) и атмосферном давлении в среде растворителей этанол-хлороформ (1:1, объемное соотношение) в течение 2.5-3.5 ч. Общий выход метил 2-(1,5,8-тритиа-3-азациклодекан-3-ил)алканоатов и диметил 2,2'-(1,5,8,11,15,18-гексатиа-3,13-диазациклоикозан-3,13-диил)диалканоатов (1) составляет 75-92% в соотношении 1:1. Реакция протекает по схеме:

Метил 2-(1,5,8-тритиа-3-азациклодекан-3-ил)алканоаты и диметил 2,2'-(1,5,8,11,15,18-гексатиа-3,13-диазациклоикозан-3,13-диил)диалканоаты общей формулы (1) образуются только лишь с участием метилового эфира аминокислоты и 1-окса-3,6,9-тритиациклодекана, взятых в стехиометрических количествах. При другом соотношении исходных реагентов снижается выход целевых продуктов. Без катализатора SmCl₃⋅6H₂O реакция идет с выходом, не превышающим 20%. Проведение реакции в присутствии катализатора SmCl₃⋅6H₂O больше 7 мол. % по отношению к метиловому эфиру аминокислоты не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1). Использование в реакции катализатора SmCl₃⋅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) увеличиваются энергозатраты, при меньшей температуре (например, 0°C) снижается скорость реакции. Опыты проводили в среде растворителей этанол-хлороформ (1:1, объемное соотношение), т.к. в них хорошо растворяются исходные реагенты и целевые продукты.

Существенные отличия предлагаемого способа:

В известном способе реакция идет с участием в качестве исходных реагентов бис-тозилпроизводного N,N-бис(гидроксиэтил)-N-нитрофениламина и 3-тиа-1,5-пентандитиола в присутствии Cs₂CO₃ с образованием 4-нитрофенил-1,4,10-тритиа-7-азациклододекана (5). Известный способ не позволяет получать метил 2-(1,5,8-тритиа-3-азациклодекан-3-ил)алканоаты и диметил 2,2'-(1,5,8,11,15,18-гексатиа-3,13-диазациклоикозан-3,13-диил)диалканоаты общей формулы (1).

В предлагаемом способе в качестве исходных реагентов применяются метиловые эфиры аминокислот и 1-окса-3,6,9-тритиациклодекан. Реакция осуществляется в присутствии катализатора SmCl₃⋅6H₂O. Способ позволяет получать метил 2-(1,5,8-тритиа-3-азациклодекан-3-ил)алканоаты и диметил 2,2'-(1,5,8,11,15,18-гексатиа-3,13-диазациклоикозан-3,13-диил)диалканоаты общей формулы (1), синтез которых в литературе не описан.

Способ поясняется следующими примерами:

ПРИМЕР 1. В круглодонную колбу, установленную на магнитной мешалке, помещают 140 мг (1 ммоль) метилового эфира L-аланина в 5 мл этанола, 18 мг (0.05 ммоль) SmCl₃⋅6H₂O и 196 мг (1 ммоль) 1-окса-3,6,9-тритиациклодекана в 5 мл хлороформа. Реакционную смесь перемешивают при температуре ~20°C в течение 3 ч, колоночной хроматографией на SiO₂ выделяют метил 2-(1,5,8-тритиа-3-азациклодекан-3-ил)пропаноат и диметил 2,2'-(1,5,8,11,15,18-гексатиа-3,13-диазациклоикозан-3,13-диил)дипропаноат с общим выходом 81% в соотношении 1:1.

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице 1.

Все опыты проводили при комнатной температуре (~20°C) в среде растворителей этанол-хлороформ (1:1, объемное соотношение), т.к. в них растворяются исходные и целевые продукты. Соотношение целевых продуктов во всех опытах 1:1.

Спектральные характеристики метил 2-(1,5,8-тритиа-3-азациклодекан-3-ил)пропаноата и диметил 2,2'-(1,5,8,11,15,18-гексатиа-3,13-диазациклоикозан-3,13-диил)дипропаноата¹ (¹ Контроль реакции осуществляли методом TCX на пластинах Sorbfil (ПТСХ-АФ-В), 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 ¹Н) по стандартным методикам фирмы Bruker, внутренний стандарт Me₄Si, растворитель - CDCl₃. Масс-спектры получены на приборе MALDI TOF/TOF AUTOFLEX III фирмы Bruker.):

Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д.: 1.32 т (9Н, СН₃, J 7 Гц); 2.75-2.80 м (24Н, SCH₂CH₂S); 3.69 уш.с (9Н, ОСН₃); 3.91-3.94 м (3H, NCH), 4.01-4.13 м (12Н, NCH₂S). Спектр ЯМР ¹³С, δ, м.д.: 15.26 и 15.66 (СН₃), 30.67 и 31.00 (SCH₂CH₂S). 32.34 и 32.50 (SCH₂CH₂S), 51.79 и 51.94 (ОСН₃), 53.36 и 53.58 (NCH₂S), 55.57 и 57.53 (NCH), 173.62 и 173.75 (C=O).

MALDI TOF/TOF, т/z: 282 [М₁+Н]⁺ и 585 [M₂+Na]⁺.

Спектральные характеристики метил 3-метил-2-(1,5,8-тритиа-3-азациклодекан-3-ил)бутаноата и диметил 2,2'-(1,5,8,11,15,18-гексатиа-3,13-диазациклоикозан-3,13-диил)бис(3-метилбутаноата):

Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д.: 0.87 д (9Н, СН₃, J 7 Гц); 0.97 д (9Н, СН₃, J 7 Гц); 2.03-2.06 м (3H, СН); 2.75-2.81 м (24Н, SCH₂CH₂S); 3.12 д (NCH, J 10 Гц); 3.24 д (NCH, J 10 Гц); 3.68 уш.с (9Н, ОСН₃); 3.72 д и 3.87 д (NCH₂S, J13 Гц); 4.02 и 4.24 д (NCH₂S, J 13 Гц).

Спектр ЯМР ¹³С, δ, м.д.: 19.49 и 19.60 (СН₃), 19.81 и 19.90 (СН₃), 27.66 и 27.74 (СН₃СНСН₃), 31.38 и 31.55 (SCH₂CH₂S), 32.41 и 32.49 (SCH₂CH₂S), 51.54 и 51.66 (ОСН₃), 54.03 и 54.07 (NCH₂S), 69.04 и 70.06 (NCH), 172.38 и 172.47 (C=O).

MALDI TOF/TOF, m/z: 310 [М₁+H]⁺ и 641 [M₂+Na-H]⁺.

Спектральные характеристики метил 4-метил-2-(1,5,8-тритиа-3-азациклодекан-3-ил)пентаноата и диметил 2,2'-(1,5,8,11,15,18-гексатиа-3,13-диазациклоикозан-3,13-диил)бис(4-метилпентаноата):

Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д.: 0.90 уш.с (18Н, СН₃); 1.48-1.60 м (6Н, СН₂; 3H, СН); 2.72 уш.с (24Н, SCH₂CH₂S); 3.65 уш.с (9Н, ОСН₃); 3.68-3.75 м (NCH₂S, NCH); 3.82-3.87 м (NCH₂S, NCH); 3.99 д (NCH₂S, J 13 Гц); 4.15 д (NCH₂S, J 13 Гц). Спектр ЯМР ¹³С, δ, м.д.: 21.91 и 22.20 (СН₃), 22.79 и 22.92 (СН₃), 24.84 (СН), 30.93 и 31.05 (SCH₂CH₂S), 32.35 и 32.50 (SCH₂CH₂S), 38.73 и 38.55 (СН₂), 51.77 (ОСН₃), 53.65 и 53.88 (NCH₂S), 58.79 и 60.24 (NCH), 173.41 и 173.50 (C=O).

Спектральные характеристики метил 4-метилтио-2-(1,5,8-тритиа-3-азациклодекан-3-ил)бутаноата и диметил 2,2'-(1,5,8,11,15,18-гексатиа-3,13-диазациклоикозан-3,13-диил)бис(4-метилтиобутаноата):

Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д.: 1.92-2.02 м (6Н, СН₂); 2.11 уш.с (9Н, SCH₃); 2.53-2.57 м (6Н, SCH₂); 2.76-2.82 м (24Н, SCH₂CH₂S); 3.72 уш.с (9Н, ОСН₃); 3.94-4.23 м (12H, NCH₂S; 3H, NCH).

Спектр ЯМР ¹³С, δ, м.д.: 15.42 (SCH₃), 28.88 (СН₂), 30.81 и 30.92 (SCH₂), 30.99 и 31.25 (SCH₂CH₂S), 32.34 и 32.55 (SCH₂CH₂S), 51.91 и 52.03 (ОСН₃), 54.05 и 54.17 (NCH₂S), 59.89 и 61.00 (NCH), 172.80 и 172.95 (C=O).

MALDI TOF/TOF, m/z: 342 [М₁+H]⁺ и 705 [M₂+Na-H]⁺.