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

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

Циклические азот- и серосодержащие соединения перспективны в качестве биологически активных соединений [Z. Brzozowski, F. Saczewski, M. Gdaniec. Bioorganic & Medicinal Chemistry, 2003, №11, p 3673; R.B. Pawar, V.V. Mulwad. ХГС, 2004, №2, c. 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°C по схеме:

Известным способом не могут быть получены N-арил-1,5,3-дитиазеканы 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-дитиазеканы 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 Co-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:

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

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

Сущность способа заключается во взаимодействии N,N-бис(метоксиметил)-N-арил(фенил, n-толуидин, o-анизидин, о-хлорфенил, м-хлорфенил)амина с 1,5-пентандитиолом в присутствии катализатора кристаллогидрата азотнокислого самария, нанесенного на γ-оксид алюминия (Sm(NO₃)₃*6H₂O/γ-Al₂O₃), взятых в соотношении N,N-бис(фенил, n-толуидин, о-анизидин, о-хлорфенил, м-хлорфенил)-N-ариламин (ммоль) : 1,5-пентандитиол (ммоль) : Sm(NO₃)₃*6H₂O/γ-Al₂O₃ (мас.%) = 1:1:(0.03-0.07), предпочтительно 1:1:0.05, при комнатной (~20°C) 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-дитиазеканов общей формулы (1) составляет 79-90%. Реакция протекает по схеме:

N-Арил-1,5,3-дитиазеканы общей формулы (1) образуются только лишь с участием N,N-бис(метоксиметил)-N-ариламинов и 1,5-пентандитиола, взятых в стехиометрических количествах. При другом соотношении исходных реагентов снижается выход целевых продуктов (1). 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-ариламин не 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°C. При температуре выше 20°C (например, 60°C) увеличиваются энергозатраты, а при температуре ниже 20°C (например, 10°C) 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, n-толуидин, о-анизидин, о-хлорфенил, м-хлорфенил)амины и 1,5-пентандитиол, 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-дитиазеканы общей формулы (1) с выходом 79-90%.

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°C. 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 0.13 г (1 ммоль) 1,5-пентандитиола, 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°C) температуре 5 ч, выделяют N-фенил-1,5,3-дитиазекан (1) с выходом 85%.

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

Все опыты проводили при эквимольном соотношении N,N-бис(метоксиметил)-N-ариламина и 1,5-пентандитиола в этиловом эфире уксусной кислоты при комнатной температуре (~20°C). 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 N-фенил-1,5,3-дитиазекана:

Спектр ЯМР 1H (δ, м.д., CDCl3, J/Гц): 1.38-1.60 (м., 6H, CH2 (7-9)); 2.59-2.51 (м, 4H, CH2(6,10)); 4.67 (с, 4Н5 CH2 (2,4)); 6.87 (м, 2H, CH (12,16)); 7.27-7.31 (м, 2H, CH (13,15)); 6.96-6.98 (м, Н, CH (14));. Спектр ЯМР 13C (δ, м.д., J/Гц): 24.52 (С-8); 29.63(C-7,9); 31.35 (C-6,10); 54.01 (C-2,4); 115.86 (C-12,16); 119.73 (С-14); 129.29 (C-13,15); 147.27 (C-11).

Спектральные характеристики N-(n-метилфенил)-1,5,3-дитиазекана:

Спектр ЯМР 1H (δ, м.д., CDCl3, J/Гц): 1.48-1.68 (м., 6H, CH2 (7-9)); 2.31 (с, 3H, CH3 (17)); 2.51-2.71 (м, 4H, CH2(6,10)); 4.66 (с, 4H, CH2 (2,4)); 7.06 (д, 2H, CH (12, 16) J=8 Гц); 7.12 (д, 2H, CH (13,15) J=8 Гц);. Спектр ЯМР 13C (δ, м.д., J/Гц): 21.00 (C-17); 24.55 (C-8); 29.40 (C-7,9); 31.36 (C-6,10); 54.02 (C-2,4); 114.02 (C-12,16); 127.76 (C-14); 129.84 (C-13,15); 145.17 (C-11).

Спектральные характеристики N-(о-метоксифенил)-1,5,3-дитиазекана:

Спектр ЯМР 1H (δ, м.д., CDCl3, J/Гц): 1.33-1.64 (м., 6H, CH2 (7-9)); 3.85 (с, 3H, CH3 (17)); 2.43-2.57 (м, 4H, CH2 (6,10)); 4.59 (с, 4H, CH2 (2,4)); 6.73-6.90 (м, 4H, CH (13-16)). Спектр ЯМР

Спектральные характеристики N-(о-хлорфенил)-1,5,3-дитиазекана:

Спектр ЯМР 1H (δ, м.д., CDCl3, J/Гц): 1.38-1.63 (м., 6H, CH2 (7-9)); 2.52-2.60 (м, 4H, CH2 (6,10)); 4.57 (с, 4H, CH2 (2,4)); 6.72-7.31 (м, 4H, CH (13-15)). Спектр ЯМР 13C (δ, м.д., J/Гц): 24.57 (C-8); 29.39 (C-7,9); 30.57 (C-6,10); 54.36 (C-2,4); 112.86 (C-16); 118.54 (C-14); 119.87 (C-12); 127.79 (C-13); 129.29 (C-15); 141.83 (C-11).

Спектральные характеристики N-(м-хлорфенил)-1,5,3-дитиазекана:

Спектр ЯМР 1H (δ, м.д., CDCl3, J/Гц): 1.48-1.68 (м, 6H, CH2 (7-9)); 2.51-2.63 (м, 4H, CH2 (6,10)); 4.63 (с, 4H, CH2 (2,4)); 6.84-7.22 (м, 4H, CH (12,14-16)). Спектр ЯМР 13C (δ, м.д., J/Гц): 24.47 (C-8); 29.54 (C-7,9); 31.34 (C-6,10); 54.34 (C-2,4); 113.04 (C-16); 115.53 (C-12); 119.47 (C-14); 130.49 (C-15); 135.09 (C-13); 147.49 (C-11).