ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ, 2019, том 89, № 3, с. 468-471

ПИСЬМА В

РЕДАКЦИЮ

УДК 547.732

СИНТЕЗ НОВЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ РЯДА

СУЛЬФОЛАНОПИРАЗОЛИДИНОВ

^a Российский государственный педагогический университет имени А. И. Герцена,

наб. р. Мойки 48, Санкт-Петербург, 191186 Россия

*e-mail: kohrgpu@yandex.ru

^b Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет),

Санкт-Петербург, Россия

^cВоенно-медицинская академия имени С. М. Кирова, Санкт-Петербург, Россия

Поступило в Редакцию 15 ноября 2018 г.

После доработки 15 ноября 2018 г.

Принято к печати 21 ноября 2018 г.

На основе реакций 2-бензилиден-3-метил-4-нитро-3-тиолен-1,1-диоксида и его замещенных аналогов с

гидразином получены

3-арил-6а-метил-6-нитрогексагидротиено[2,3-d]пиразол-4,4-диоксиды

- новые

представители оригинальных бициклических структур, сочетающих в молекуле конденсированные

пиразолидиновое и сульфолановое кольца. Строение полученных бициклов установлено на основании

комплексного анализа данных ИК, ЯМР ¹Н, ¹³С{¹Н}, ¹Н-¹³С HMQC, ¹Н-¹³С HMBC спектроскопии и

квантово-химических расчетов.

Ключевые слова: сульфоланы, пиразолидины, бициклы, гидразин, нуклеофильное присоединение, аза-

реакция Михаэля

DOI: 10.1134/S0044460X19030211

Гетероциклические системы ряда пиразола и его

диастереомера с конфигурацией 3R*,3aR*,6aR*,6R*

гидрированных производных являются ключевыми

(схема 1). Факторами, способствующими образо-

фрагментами алкалоидов

[1], витаминов

[2],

ванию данных бициклов, являются основность

макроциклических структур [3], β-лактамов [4] и

реагента и электронодефицитность субстрата. На

других практически значимых соединений. Среди

основании литературных данных [10-13] для этих

соединений данного ряда довольно редкую и

превращений предложен механизм домино-

труднодоступную группу составляют бициклические

процесса

[8,

9], инициируемого аза-реакцией

производные с кольцами пиразолина и сульфолана,

Михаэля (aza-MIRC).

получаемые на основе

1,3-диполярного цикло-

Учитывая легкость образования целевых

присоединения диазометана к

2-тиолен-1,1-ди-

сульфоланопиразолидинов в реакциях с указанными

оксидам в жестких условиях [5, 6].

N,N-бинуклеофилами, представлялось важным

Новый тип бициклов, в структурах которых

расширить круг реагентов и выявить границы

нитросульфолановое кольцо аннелировано с

пиразолидиновой системой, впервые был получен

Схема 1.

путем взаимодействия

2-бензилиден-3-метил-4-

NO₂

нитро-3-тиолен-1,1-диоксида и его аналогов [7] с

семикарбазидом

[8] и фенилгидразином

[9],

протекающего в мягких условиях (18°С, этанол

SO₂

или ДМСО,

24-72 ч). Было установлено, что

R H

сульфоланопиразолидины в этих реакциях

выделяются преимущественно в виде одного

X = C(O)NH₂, Ph.

468

СИНТЕЗ НОВЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ РЯДА СУЛЬФОЛАНОПИРАЗОЛИДИНОВ

469

Схема 2.

что относительная конфигурация данных соединений

NO₂

3R*,3aR*,6R*,6aR*.

NH₂NH₂

В целом, установлено, что реакции 2-бензилиден-

3-метил-4-нитро-3-тиолен-1,1-диоксидов с гидра-

EtOH, 18С

SO₂

зином, как и с его производными (фенилгидра-

зином, семикарбазидом), подчиняются общим

16

закономерностям и хорошо согласуются с приня-

712

тым механизмом. Мягкие условия и стереоселек-

тивность взаимодействия, а также высокие выходы

R = Ph (1, 7), 4-BrC₆H₄ (2, 8), 4-O₂NC₆H₄ (3, 9),

продуктов позволяют рассматривать данные

4-MeC₆H₄ (4, 10), 4-HOC₆H₄ (5, 11), фур-2-ил (6, 12).

превращения в качестве препаративно удобного

метода синтеза оригинального типа пиразолидин-

применимости исследуемого взаимодействия.

содержащих бициклов - гексагидро-3Н-тиено[2,3-

С этой целью, а также для подтверждения

d]пиразол-4,4-диоксидов.

принятого механизма и его закономерностей нами

Общая методика синтеза сульфоланопиразол-

изучены реакции 2-бензилиден-3-метил-4-нитро-3-

идинов

7-12. К суспензии

1 ммоль бензил-

тиолен-1,1-диоксидов 1-6 с гидразингидратом.

иденнитротиолен-1,1-диоксида 1-6 в 7 мл этанола

Высокая основность выбранного бинуклеофила

прибавляли 1 ммоль (в случае соединений 4-6 -

способствовала увеличению эффективности

2 ммоль) гидразингидрата. Реакционную смесь пере-

процесса по сравнению с ранее изученными

мешивали при комнатной температуре в течение 5-

реакциями [8, 9], что позволило ввести в данное

24 ч. Образовавшийся осадок отфильтровывали,

взаимодействие соединения

5 и

6 с электро-

промывали этанолом и сушили на воздухе.

нодонорными ароматическими заместителями и

6а-Метил-6-нитро-3-фенилгексагидротиено-

сократить время образования бициклов

7-9 из

[2,3-d]пиразол-4,4-диоксид (7). Время реакции -

более электронодефицитных диенов 1-3 до 5 ч. В

5 ч. Выход 0.23 г (77%), белый порошок, т. пл. 138-

результате был получен довольно широкий ряд

140°C. ИК спектр, ν, см^-1: 1134, 1309 (SO₂), 1369,

гексагидро-3Н-тиено[2,3-d]пиразол-4,4-диоксидов

1555 (NO₂), 1603 (С=С), 3279, 3296 (NH). Спектр

7-12, выделяемых в виде одного диастереомера с

ЯМР ¹Н, δ, м. д. (J, Гц): 1.44 с (3H, Ме), 3.56 д. д

выходом до 90% (схема 2).

(1H, C⁵H₂, ²J = 13.4, ³J = 6.1), 3.85 д. д (1H, C⁵H₂,

Данные ИК, ЯМР ¹Н, ¹³С{¹Н}, ¹Н-¹³С HMQC,

¹Н-¹³С HMBC спектроскопии подтвердили

принятые структуры бициклов 7-12 и обнаружили

полную аналогию с характеристиками ранее

полученных гексагидро-3Н-тиено[2,3-d]пиразол-

4,4-диоксидов [8, 9].

Структурные параметры бицикла

7 и его

модельного N-фенилсодержащего аналога,

исследованного ранее методом РСА [9], получены

на основании квантово-химических расчетов при

помощи программы Gaussian

[14] на

теоретическом уровне B3LYP/6-311++G**

[15].

Молекулярная модель, соответствующая оптимизи-

рованному набору геометрических параметров

молекулы 7, показана на рисунке. Расчет силовых

постоянных подтвердил, что минимуму на

поверхности потенциальной энергии соответствуют

структуры соединения 7 и его модельного аналога

с (R)-конфигурацией всех хиральных центров. На

основании полного подобия спектров ЯМР

¹Н

Молекулярная модель соединения 7 по результатам

всего ряда бициклов 7-12 логично предположить,

квантово-химических расчетов.

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 89 № 3 2019

470

ЕФРЕМОВА и др.

J = 13.4, ³J = 12.2), 4.30 д (1H, C^3aH, ³J = 5.2), 4.65-

20.19 (Me), 53.25 (C⁵), 68.30 (C³), 74.67 (C^3a), 76.66

4.72 м (2Н, С³Н, N²H), 4.09 д (1Н, N¹H, ³J = 9.7),

(C^6a), 88.49 (C⁶), 126.53, 128.83, 131.42, 137.11 (Ar).

5.19 д. д (1H, C⁶H, ³J = 6.1, ³J = 12.2), 7.22-7.44 м

Найдено, %: C 50.49; H 5.25; N 12.96. C₁₃H₁₇N₃O₄S.

(5H, Ph). Спектр ЯМР ¹³С, δ_С, м. д.: 19.49 (Me),

Вычислено, %: C 50.15; H 5.50; N 13.50.

53.26 (C⁵), 68.48 (C³), 75.00 (C^3a), 76.83 (C^6a), 88.31

3-(4-Гидроксифенил)-6а-метил-6-нитрогекса-

(C⁶), 127.36, 128.22, 128.41, 135.33 (Ar). Найдено,

гидротиено[2,3-d]пиразол-4,4-диоксид

(11).

%: C

48.04; H

5.32; N

14.04. C₁₂H₁₅N₃O₄S.

Время реакции - 24 ч. Выход 0.13 г (43%), белый

Вычислено, %: C 48.48; H 5.09; N 14.13.

порошок, т. пл. 143-145°C. ИК спектр, ν, см-1

1123, 1329 (SO₂), 1341, 1558 (NO₂), 1613 (С=С),

3-(4-Бромфенил)-6а-метил-6-нитрогекса-

3123 (ОН), 3174, 3297 (NH). Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.

гидротиено[2,3-d]пиразол-4,4-диоксид (8). Время

д. (J, Гц): 1.42 с (3H, Ме), 2.14 уш. с (1Н, ОН), 3.55

реакции - 5 ч. Выход 0.23 г (60%), белый порошок,

д. д (1H, C⁵H₂, ²J = 13.2, ³J = 6.1), 3.83 д. д (1H,

т. пл. 140-143°C. ИК спектр, ν, см-1: 1123, 1318

C⁵H₂, ²J = 13.2, ³J = 12.2), 4.23 д (1H, C^3aH, ³J = 5.8),

(SO₂), 1368, 1551 (NO₂), 1592 (С=С), 3272, 3302

4.55-4.67 м (2Н, С³Н, N²H), 4.06 д (1Н, N¹H, ³J =

(NH). Спектр ЯМР ¹Н, δ, м. д. (J, Гц): 1.42 с (3H,

9.2), 5.18 д. д (1H, C⁶H, ³J = 6.1, ³J = 12.2), 6.74 д и

Ме), 3.57 д. д (1H, C⁵H₂, ²J = 13.4, ³J = 6.1), 3.86 д. д

7.20 д (4H, 4-HOС₆Н₄, ³J = 8.5). Найдено, %: C

(1H, C⁵H₂, ²J = 13.4, ³J = 12.2), 4.29 д (1H, C^3aH, ³J =

45.82; H 4.91; N 13.75. C₁₂H₁₅N₃O₅S. Вычислено, %:

5.8), 4.60-4.76 м (2Н, С³Н, N²H), 4.10 уш. с (1Н,

N¹H), 5.18 д. д (1H, C⁶H, ³J = 6.1, ³J = 12.2), 7.29 д и

C 46.00; H 4.83; N 13.41.

7.49 д (4H, 4-BrС₆Н₄, ³J = 8.5). Спектр ЯМР ¹³С, δ_С,

6а-Метил-6-нитро-3-(фуран-2-ил)гексагидро-

м. д.: 19.05 (Me), 53.20 (C⁵), 67.87 (C³), 74.44 (C^3a),

тиено[2,3-d]пиразол-4,4-диоксид

(12).

Время

76.51 (C^6a), 88.26 (C⁶), 120.67, 128.65, 131.19, 134.01

реакции - 24 ч. Выход 0.10 г (38%), белый порошок,

(Ar). Найдено,

%: C

38.52; H

4.01; N

11.27.

т. пл. 123-126°C. ИК спектр, ν, см-1: 1134, 1315

C₁₂H₁₄BrN₃O₄S. Вычислено, %: C 38.31; H 3.75; N

(SO₂), 1364, 1552 (NO₂), 1614 (С=С), 3279, 3313

11.17.

(NH). Спектр ЯМР ¹Н, δ, м. д. (J, Гц): 1.48 с (3H,

Ме), 3.67 д. д (1H, C⁵H₂, ²J = 13.4, ³J = 6.1), 3.95 д. д

6а-Метил-3-(4-нитрофенил)-6-нитрогекса-

(1H, C⁵H₂, ²J = 13.4, ³J = 12.0), 4.16-4.18 м (1H,

гидротиено[2,3-d]пиразол-4,4-диоксид (9). Время

C^3aH), 4.40-4.43 м (2Н, С³Н, N²H), 4.60-4.63 м (1Н,

реакции - 5 ч. Выход 0.30 г (90%), светло-желтый

N¹H), 5.25 д. д (1H, C⁶H, ³J = 6.1, ³J = 12.0), 6.42-

порошок, т. пл. 134-138°C. ИК спектр, ν, см-1:

6.45 м и 7.48-7.50 м (3Н, фуран). Найдено, %: C

1129, 1314 (SO₂), 1350, 1558 (NO₂), 1601 (С=С),

42.16; H 4.04; N 14.11. C₁₀H₁₃N₃O₅S. Вычислено, %:

3276, 3315 (NH). Спектр ЯМР ¹Н, δ, м. д. (J, Гц):

C 41.81; H 4.56; N 14.63.

1.49 с (3H, Ме), 3.66 д. д (1H, C⁵H₂, ²J = 13.4, ³J =

5.9), 3.95 д. д (1H, C⁵H₂, ²J = 13.4, ³J = 12.2), 4.45 д

Физико-химические исследования выполнены с

(1H, C^3aH, ³J = 5.2), 4.82-4.88 м (2Н, С³Н, N²H),

использованием оборудования Центра коллективного

4.20-4.23 м (1Н, N¹H), 5.25 д. д (1H, C⁶H, ³J = 5.9,

пользования Российского государственного

³J = 12.2), 7.64 д и 8.24 д (4H, 4-O₂NС₆Н₄, ³J = 8.5).

педагогического университета им. А.И. Герцена.

Найдено, %: C 42.03; H 4.50; N 15.83. C₁₂H₁₄N₄O₆S.

Вычислено, %: C 42.10; H 4.12; N 16.37.

Спектры ЯМР ¹Н, ¹³С{¹H}, ¹Н-¹³С HMQC, ¹Н-

¹³С HMBC получены на спектрометре Jeol

6а-Метил-3-(4-метилфенил)-6-нитрогекса-

ECX400A с рабочими частотами 399.78 (¹H) и 100

гидротиено[2,3-d]пиразол-4,4-диоксид

(10).

(13С) MГц в CD3CN с использованием остаточного

Время реакции - 24 ч. Выход 0.15 г (47%), белый

сигнала недейтерированного растворителя как

порошок, т. пл. 148-151°C. ИК спектр, ν, см-1:

внутреннего стандарта. ИК спектры получены на

1133, 1309 (SO₂), 1363, 1552 (NO₂), 1614 (С=С),

Фурье-спектрометре Shimadzu IR Prestige-21 в

3274, 3294 (NH). Спектр ЯМР ¹Н, δ, м. д. (J, Гц):

таблетках KBr. Элементный анализ выполнен на

1.43 с (3H, Ме), 2.30 с (3Н, MeAr), 3.55 д. д (1H,

анализаторе Eurovector EA 3000 (CHN Dualmode).

C⁵H₂, ²J = 13.4, ³J = 5.8), 3.84 д. д (1H, C⁵H₂, ²J =

13.4, ³J = 12.2), 4.27 д (1H, C^3aH, ³J = 5.5), 4.57-4.71

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

м (2Н, С³Н, N²H), 4.06 д (1Н, N¹H, ³J = 9.2), 5.18 д.

д (1H, C⁶H, ³J = 5.8, ³J = 12.2), 7.14 д и 7.25 д (4H,

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

4-МеС₆Н₄, ³J = 8.5). Спектр ЯМР ¹³С, δ_С, м. д.:

интересов.

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 89 № 3 2019

СИНТЕЗ НОВЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ РЯДА СУЛЬФОЛАНОПИРАЗОЛИДИНОВ

471

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Rulev A.Yu. // Russ. Chem. Rev. 2011. Vol. 80. N 3.

P. 197. doi 10.1070/RC2011v080n03ABEH004162

1. Tufariello J.J. In: Nitrones in 1,3-Dipolar Cycloaddition

11. Горобец Е.В., Мифтахов М.С., Валеев Ф.А. // Усп.

Chemistry / Ed. A. Padwa. New York: Wiley, 1984.

хим. 2000. Т.

69.

№ 12. С. 1091; Gorobets E.V.,

Vol. 2. P. 83.

Miftakhov M.S., Valeev F.A. // Russ. Chem. Rev. 2000.

2. Confalone P.N., Huie E.M. // Org. React. 1988. Vol. 36.

Vol.

69.

12.

1001.

doi

10.1070/

P. 1. doi 10.1002/0471264180.or036.01

RC2000v069n12ABEH000614

3. Asaoka M., Mukuta T., Takei H. // Tetrahedron Lett.

12. Baldwin J.E. // J. Chem. Soc. Chem. Commun.1976.

1981. Vol. 22. N 8. P. 735. doi 10.1016/0040-4039(81)

P. 734.

80137-2

13. Берестовицкая В.М., Ефремова И.Е., Трухин Е.В.,

4. Padwa A., Koehler K.F., Rodriguez A. // J. Org. Chem.

Беркова Г.А. // ЖОрХ. 1993. Т. 29. Вып. 2. С. 368.

1984. Vol. 49. N 2. P. 282. doi 10.1021/jo00176a013

14. Frisch M.J., Trucks G.W., Schlegel H.B., Scuseria G.E.,

5. Chuang T.-H., Sharpless K.B. // Helv. Chim. Acta.

Robb M.A., Cheeseman J.R., Scalmani G., Barone V.,

2000. Vol. 83. N 8. P. 1734. doi 1522-2675(20000809)

Mennucci B., Petersson G.A., Nakatsuji H., Caricato M.,

83:8<1734::AID-HLCA1734>3.0.CO;2-E

Li X., Hratchian H.P., Izmaylov A.F., Bloino J., Zheng G.,

Sonnenberg J.L., Hada M., Ehara M., Toyota K.,

6. Pietrusiewicz K. M., Hozody W., Koprowski M., Cicchi S.,

Fukuda R., Hasegawa J., Ishida M., Nakajima T.,

Goti A., Brandi A. // Phosphorus, Sulfur, Silicon, Relat.

Honda Y., Kitao O., Nakai H., Vreven T., Montgomery J.A.,

Elem.

1999. Vol.

144. P.

389. doi

10.1080/

Jr., Peralta J.E., Ogliaro F., Bearpark M., Heyd J.J.,

10426509908546263

Brothers E., Kudin K.N., Staroverov V.N., Keith T.,

7. Берестовицкая В.М. // ЖОХ. 2000. Т. 70. С. 1512.

Kobayashi R., Normand J., Raghavachari K., Rendell A.,

8. Ефремова И.Е., Серебрянникова А.В., Лапшина Л.В.,

Burant J.C., Iyengar S.S., Tomasi J., Cossi M., Rega N.,

Гуржий В.В., Берестовицкая В.М. // ЖОХ. 2016.

Millam J.M., Klene M., Knox J.E., Cross J.B., Bakken V.,

Т. 86. Вып. 3. С. 481; Efremova I.E., Serebryanniko-

Adamo C., Jaramillo J., Gomperts R., Stratmann R.E.,

va A.V., Lapshina L.V., Gurzhiy V.V., Berestovits-

Yazyev O., Austin A.J., Cammi R., Pomelli C., Ochter-

kaya V.M. // Rus. J. Gen. Chem. 2016. Vol. 86. N 3.

ski J.W., Martin R.L., Morokuma K., Zakrzewski V.G.,

P. 622. doi 10.1134/ S1070363216030191

Voth G.A., Salvador P., Dannenberg J.J., Dapprich S.,

9. Berestovitskaya V.M., Efremova I.E., Lapshina L.V., 12.

Daniels A.D., Farkas O., Foresman J.B., Ortiz J.V.,

Serebryannikova A.V., Gurzhiy V.V., Abzianidze V.V. //

Cioslowski J., Fox D.J. Gaussian 09, Revision D01,

Mendeleev Commun.

2015. Vol.

25. P.

191. doi

Gaussian Inc., Wallingford CT, 2013.

10.1016/j.mencom.2015.05.010

15. Becke A.D. // J. Chem. Phys. 1993. Vol. 98. P. 5648.

10. Рулёв А.Ю. // Усп. хим. 2011. Т. 80. № 3. С 211;

doi 10.1063/1.464913

Synthesis of New Sulfolanopyrazolidines

I. E. Efremova^a*, A. V. Serebryannikova^a, A. V. Belyakov^b, and L. V. Lapshina^c

^a Herzen State Pedagogical University of Russia, nab. r. Moiki 48, St. Petersburg, 191186 Russia

*e-mail: kohrgpu@yandex.ru

^b St. Petersburg State Institute of Technology (Technical University), St. Petersburg, Russia

^c S.M. Kirov Military Medical Academy, St. Petersburg, Russia

Received November 15, 2018; revised November 15, 2018; accepted November 21, 2018

3-Aryl-6a-methyl-6-nitrohexahydrothieno[2,3-d]pyrazole-4,4-dioxides, new representatives of original bicyclic

structures combining fused pyrazolidine and sulfolane rings in a molecule, were obtained through the reactions

of 2-benzylidene-3-methyl-4-nitro-3-thiolene-1,1-dioxide and its substituted analogues with hydrazine. Structure

of the bicycles obtained was established on the basis of a comprehensive analysis of IR, ¹H, ¹³C{¹H}, ¹H-¹³C

HMQC, ¹H-¹³C HMBC spectroscopy data, and quantum-chemical calculations.

Keywords: sulfolanes, pyrazolidines, bicycles, hydrazine, nucleophilic addition, aza-Michael reaction

ЖУРНАЛ ОБЩЕЙ ХИМИИ том 89 № 3 2019