Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ N-АРИЛ-1,5,3-ДИТИАЗОНАНОВ

Предлагаемое изобретение относится к области органической химии, конкретно - к способу получения N-арил-1,5,3-дитиазонанов общей формулы (1):

R=Н, м-СН₃, м-ОСН₃, п-Cl, п-Br

Циклические азот- и серусодержащие соединения перспективны в качестве биологически активных соединений [Z. Brzozowski, F. Saczewski, М. Gdaniec. Bioorganic & Medicinal Chemistry, 2003, №11, p 3673; R.B. Pawar, V.V. Mulwad. ХГС, 2004, №2, с.257], селективных сорбентов и экстрагентов благородных и драгоценных металлов [Ю.И. Муринов, В.Н. Майстренко, Н.Г. Афзалетдинова. Экстракция металлов S,N-органическими соединениями. М.: Наука, 1993, 192 с.].

Известен способ (В.Р. Ахметова, З.Т. Ниатшина, Г.Р. Хабибуллина, И.С. Бушмаринов, А.О. Борисова, З.А. Старикова, Л.Ф. Коржова, Р.В. Кунакова. Синтез, кристаллическая структура и взаимные превращения новых N-арил-1,3,5-дитиазинанов, 1,3,5-тиадиазинанов и 1,5-дитиа-3,7-диазациклооктанов // Изв. АН. Сер. хим., 2010, 5, С.980-986) получения восьмичленных N,S-содержащих гетероциклов, а именно N,N′-дифенил-1,5-дитиа-3,7-диазациклооктанов (2) взаимодействием анилина, водного формальдегида (37%) и сероводорода при температуре 0°С по схеме:

Известным способом не могут быть получены N-арил-1,5,3-дитиазонаны общей формулы (1).

Известен способ (P.P. Хайруллина, Б.Ф. Акманов, Р.В. Кунакова, А.Г. Ибрагимов, У.М. Джемилев. Эффективное каталитическое тиометилирование гидразидов карбоновых кислот // Изв. АН. Сер. хим., 2013, 1, С.98-103) получения] N-(1,5,3-дитиазонан-3-ил)амидов (3) взаимодействием N¹,N¹,N⁸,N⁸-тетраметил-2,7-дитиаоктан-1,8-диамина с гидразидами карбоновых кислот в хлороформе в присутствии SmCl₃·6H₂O по схеме:

Известным способом не могут быть получены N-арил-1,5,3-дитиазонаны общей формулы (1).

Известен способ (Н.Н. Мурзакова, К.И. Прокофьев, Т.В. Тюмкина, А.Г. Ибрагимов. Синтез N-арил-1,5,3-дитиазепинанов и N-арил-1,5,3-дитиазоцинанов с участием Sm- и Со-содержащих катализаторов // ЖОрХ. 2012. Т. 48. Вып.4. С.590) получения 3-арил-1,5,3-дитиазепинанов или 3-арил-1,5,3-дитиазоцинанов общей формулы (4) взаимодействием ариламинов с N-трет-бутил-1,5,3-дитиазепинаном или N-трет-бутил-1,5,3-дитиазоцинаном в присутствии катализатора Sm(NO₃)₃·6H₂O, с выходом 63-86% по схеме:

R=Н, м-СН₃, м-ОСН₃, м-NO₂, n=1,2

По известному способу N-арил-1,5,3-дитиазонаны общей формулы (1) не образуются.

Предлагается новый способ получения N-арил-1,5,3-дитиазонанов общей формулы (1).

Сущность способа заключается во взаимодействии N,N-бис(метоксиметил)-N-арил(фенил, м-толуидин, м-анизидин, п-хлорфенил, п-бромфенил)амина с 1,4-бутандитиолом, в присутствии катализатора кристаллогидрата азотнокислого самария, нанесенного на γ-оксид алюминия (Sm(NO₃)₃·6H₂O/γ-Al₂O₃), взятыми в соотношении N,N-бис(метоксиметил)-N-ариламин (ммоль) : 1,4-бутандитиол (ммоль) : Sm(NO₃)₃·6H₂O/γ-Al₂O₃ (мас.%) = 1:1:(0.03-0,07), предпочтительно 1:1:0.05, при комнатной (~20°С) температуре и атмосферном давлении в этиловом эфире уксусной кислоты в качестве растворителя в течение 4-6 ч, предпочтительно 5 ч. Выход соответствующих N-арил-1,5,3-дитиазонанов общей формулы (1) составляет 76-97%. Реакция протекает по схеме:

R=Н, м-СН₃, м-ОСН₃, п-Cl, п-Br

N-Арил-1,5,3-дитиазонаны общей формулы (1) образуются только лишь с участием N,N-бис(метоксиметил)-N-ариламинов и 1,4-бутандитиола, взятых в стехиометрических количествах. При другом соотношении исходных реагентов снижается селективность реакции. Без катализатора реакция не идет.

Проведение указанной реакции в присутствии катализатора Sm(NO₃)₃·6H₂O/γ-Al₂O₃ больше 7 мас.% в расчете на исходный N,N-бис(метоксиметил)-N-ариламинне приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1). Использование катализатора Sm(NO₃)₃·6H₂O/γ-Al₂O₃ менее 3 мас.% снижает выход (1), что связано, возможно, со снижением каталитически активных центров в реакционной массе. Реакции проводили при температуре 20°С. При температуре выше 20°С (например, 60°С) снижается селективность реакции и увеличиваются энергозатраты, а при температуре ниже 20°С (например, 10°С) снижается скорость реакции. Опыты проводили в этиловом эфире уксусной кислоты, т.к. в нем хорошо растворяются исходные реагенты и целевые продукты.

Существенные отличия предлагаемого способа:

В известном способе реакция идет с образованием 3-арил-1,5,3-дитиазепинанов и 3-арил-1,5,3-дитиазоцинанов общей формулы (4) взаимодействием ариламинов с N-трет-бутил-1,5,3-дитиазепинаном или N-трет-бутил-1,5,3-дитиазоцинаном в присутствии Sm(NO₃)₃·6H₂O с выходами 63-86%. Реакция протекает в присутствии гомогенного катализатора Sm(NO₃)₃·6H₂O, который не может быть регенерирован и использован повторно.

В предлагаемом способе в качестве исходных реагентов применяются N,N-бис(метоксиметил)-N-арил(фенил, м-толуидин, м-анизидин, п-хлорфенил, п-бромфенил)амины и 1,4-бутандитиол, а в качестве катализатора Sm(NO₃)₃·6H₂O/γ-Al₂O₃, который может быть использован многократно без регенерации. В отличие от известных предлагаемый способ с участием гетерогенного катализатора позволяет синтезировать N-арил-1,5,3-дитиазонаны общей формулы (1) с выходом 76-97%.

Катализатор Sm(NO₃)₃·6H₂O/γ-Al₂O₃ готовят в соответствии с известными общими принципами приготовления нанесенных катализаторов [Н.А. Пахомов. Научные основы приготовления катализаторов: введение в теорию и практику. Новосибирск: издательство СО РАН, 2011, с. 262] путем пропитки носителя γ-Al₂O₃ раствором нитрата самария с последующей сушкой при 120-130°С. Катализатор содержит 12.8 мас.% Sm(NO₃)₃·6H₂O и 87.2 мас.% γ-Al₂O₃.

Способ поясняется следующими примерами:

ПРИМЕР 1. В сосуд Шленка, установленный на магнитной мешалке, в атмосфере аргона помещают 0.18 г (1 ммоль) N,N-бис(метоксиметил)-N-фениламина и 0.12 г (1 ммоль) 1,4-бутандитиола, 5 мл этилацетата, 0.009 г (5 мас.% в расчете на N,N-бис(метоксиметил)-N-фениламин) Sm(NO₃)₃·6H₂O/γ-Al₂O₃, перемешивают при комнатной (~20°С) температуре 5 ч, выделяют N-фенил-1,5,3-дитиазонан (1) с выходом 87%.

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в табл.1.

Все опыты проводили при эквимольном соотношении N,N-бис(метоксиметил)-N-ариламина и 1,4-бутандитиола в этиловом эфире уксусной кислоты при комнатной температуре (-20°С). Во всех опытах повторное (трехкратное) применение гетерогенного катализатора Sm(NO₃)₂·6H₂O/γ-Al₂O₃ не приводит к существенному снижению выхода целевого продукта (1).

Спектральные характеристики 1М-фенил-1,5,3-дитиазонана: Спектр ЯМР 1H (δ, м.д, CDCl3, J/Гц): 1.66 (м., 4Н, СН2 (8,7)); 2.54 (м, 4Н, СН2 (6,9)); 4.65 (м, 4Н, СН2 (2,4)); 6.89 (м, 2Н, СН (11,15)); 7.28-7.33 (м, 2Н, СН (12,14)); 6.95-6.99 (м, Н, СН (13));. Спектр ЯМР 13С (δ, м.д., J/Гц): 28.49 (С-8,9); 29.00 (С-7,8); 30.98 (С-6,9) 53.93 (С-2,4); 115.90 (С-11,15); 129.25 (С-12,14); 119.70 (С-13); 147.24 (С-10). Спектральные характеристики N-(м-метилфенил)-1,5,3-дитиазонана: Спектр ЯМР 1Н (δ, м.д., CDCl3, J/Гц): 1.58-1.86 (м., 4Н, СН2 (8,7)); 2.30 (с, 3Н, СН3 (16)); 2.52-2.69 (м, 4Н, СН2 (6,9)); 4.68 (м, 4Н, СН2 (2,4)); 6.83-7.15 (м, 4Н, СН (11, 12, 13, 15));. Спектр ЯМР 13С (δ, м.д., J/Гц): 21.90 (С-16); 28.66 (С-6,9); 32.06 (С-7,8); 53.66 (С-2,4); 113.14 (С-15); 116.31 (С-11); 120.76 (С-13); 129.12 (С-12); 139.02 (С-14); 147.34 (С-10). Спектральные характеристики Н-(м-метилфенил)-1,5,3-дитиазонана: Спектр ЯМР 1Н (δ, м.д., CDCl3, J/Гц): 1.61-1.86 (м., 4Н, СН2 (8,7)); 3.81 (с, 3Н, СН3 (16)); 2.49-2.70 (м, 4Н, СН2 (6,9)); 4.62 (м, 4Н, СН2 (2,4)); 6.85-6.96 (м, 4Н, СН (11,12,13,15));. Спектр ЯМР 13С (δ, м.д., J/Гц): 28.53 (С-6,9); 31.98 (С-7,8);

50.90 (С-16); 53.66 (С-2,4); 112.87 (С-15); 117.02 (C-11); 121.76 (C-13); 129.05 (С-12); 140.02 (С-14); 147.61 (С-10). Спектральные характеристики N-(п-хлорфенил)-1,5,3-дитиазонана: Спектр ЯМР 1Н (δ, м.д., CDCl3, J/Гц): 1.60-1.72 (м, 4Н, CH2 (8,7)); 2.53-2.67 (м, 4Н, СН2 (6,9)); 4.63 (м, 4Н, СН2 (2,4)); 6.87 (д, 2Н, СН (11,15) J=10); 7.21 (д, 2Н, СН (12,14) J=5). Спектр ЯМР 13С (δ, м.д., J/Гц): 27.68 (С-6,9); 31.35 (С-7,8); 54.65 (С-2,4); 116.31 (C-11,15); 129.02 (С-12, 14); 124.76 (С-13); 145.62 (С-10). Спектральные характеристики N-(п-бромфенил)-1,5,3-дитиазонана: Спектр ЯМР 1Н (δ, м.д., CDCl3, J/Гц): 1.58-1.63 (м., 4Н, СН2 (8,7)); 2.48-2.55 (м, 4Н, СН2 (6,9)); 4.60 (м, 4Н, СН2 (2,4)); 6.87 (д, 2Н, СН (11,15) J=10); 7.12 (д, 2Н, СН (12, 14) J=5). Спектр ЯМР 13С (δ, м.д., J/Гц): 27.66 (С-6,9); 31.29 (С-7,8); 53.45 (С-2,4); 115.41 (C-11,15); 128.92 (С-12, 14); 123.96 (С-13); 144.82 (С-10).