ЖУРНАЛ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2020, том 56, № 3, с. 475-478

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 547.895

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ N-АРИЛЗАМЕЩЕННЫХ

1,5,3-ДИТИАЗОКАНОВ

Институт нефтехимии и катализа - обособленное структурное подразделение

ФГБНУ «Уфимского федерального исследовательского центра Российской академии наук (ИНК УФИЦ РАН)»

450075, Россия, Республика Башкортостан, г. Уфа, пр. Октября 141

*е-mail: rakhimovaelena@mail.ru

Поступила в редакцию 15 октября 2019 г.

После доработки 13 января 2020 г.

Принята к публикации 20 января 2020 г.

Разработан эффективный метод синтеза N-арилзамещенных 1,5,3-дитиазоканов и бифенилен-бис-1,5,3-

дитиазоканов гетероциклизацией N¹,N¹,N⁷,N⁷-тетраметил-2,6-дитиагептан-1,7-диамина с ароматическими

аминами и диаминобифенилами в присутствии катализатора Sm(NO₃)₃·6H₂O.

Ключевые слова: катализ, гетероциклизация, дитиагептандиамин, ариламины, 1,5,3-дитиазоканы.

DOI: 10.31857/S0514749220030209

Насыщенные S,N-содержащие гетероциклы

Fe, Cu, Ni, Sm), при этом выход

2-(1,5,3-

служат основой многих биологически активных

дитиазокан-3-ил)фенола (2) увеличивался в сле-

веществ [1-4]. Классическим методом синтеза N-

дующем ряду катализаторов: NiCl₂·6H₂O (32%) <

замещенных

1,5,3-дитиазоканов является цикло-

CoCl₂·6H₂O

(35%)

< FeCl₃·6H₂O

(40%)

конденсация первичных аминов с двухкомпо-

CuCl₂·6H₂O (45%) < Cp₂TiCl₂ (48%) < SmCl₃·6H₂O

нентной системой CH₂O-1,3-пропандитиол

[5].

(55%) < Sm(NO₃)₃·6H₂O (58%). В условиях (5 мол %

Ранее

[6] нами была продемонстрирована воз-

Sm(NO₃)₃·6Н₂О, 20°С, 3 ч, EtOH-CHCl₃) о- и п-

можность синтеза N-замещенных

1,5,3-дитиазо-

аминофенолы взаимодействуют с эквимольным

канов рециклизацией 1-окса-3,7-дитиокана первич-

количеством

2,6-дитиагептан-1,7-диамина

1 с

ными аминами в условиях катализа. В развитие

селективным образованием 2- и 4-(1,5,3-дитиазо-

проводимых исследований [7-13] в области син-

кан-3-ил)фенолов 2, 3 с выходами 58-66% (схема 1).

теза S,N-содержащих гетероциклов, а также с

Повышение концентрации катализатора до

целью разработки эффективного метода получения

10 мол

% Sm(NO₃)₃·6H₂O не приводит к

практически важных N-замещенных 1,5,3-дитиазо-

существенному увеличению выхода целевых

канов мы изучили реакцию гетероциклизации

гетероциклов. Выбор EtOH-CHCl₃ в качестве

N¹,N¹,N⁷,N⁷-тетраметил-2,6-дитиагептан-1,7-ди-

системы растворителей обусловлен хорошей

амина (1) с ароматическими аминами. Предвари-

растворимостью в них исходных реагентов.

тельными экспериментами установили, что

Изомерные аминобензойные кислоты вступают в

некаталитическое взаимодействие о-аминофенола с

реакцию с 2,6-дитиагептан-1,7-диамином 1 с селек-

эквимольным количеством

2,6-дитиагептан-1,7-

тивным образованием 3- и 4-(1,5,3-дитиазокан-3-

диамина 1 в условиях (EtOH-CHCl₃, 20°С, 3 ч)

ил)-бензойных кислот 4, 5 с выходами 63-71%.

приводит к образованию 2-(1,5,3-дитиазокан-3-ил)

Реакция 2,6-дитиагептан-1,7-диамина 1 с п-амино-

фенола (2) с выходом менее 15%. Для оптимизации

тиофенолом в условиях (5 мол % Sm(NO₃)₃·6Н₂О,

выхода гетероцикла 2 гетероциклизацию 2,6-ди-

20°С, 3 ч, растворитель CHCl₃-EtOH) позволила

тиагептан-1,7-диамина 1 с о-аминофенолом про-

осуществить селективный синтез

4-(1,5,3-дитиа-

вели под действием катализаторов на основе солей

зокан-3-ил)тиофенола (6). м-Аминотиофенол в раз-

переходных и редкоземельных элементов (Ni, Co,

работанных условиях взаимодействует c экви-

475

476

РАХИМОВА и др.

Схема 1.

R NH₂

R N

R NH₂

26, 8

R N

H₂N R' NH₂

Me₂N

NMe₂

R' N

9, 10

Условия реакции: 5 мол % Sm(NO₃)₃·6H₂O, EtOH-CHCl₃, комн. т., 3 ч.

2, R = 2-гидроксифенил (58%); 3, R = 4-гидроксифенил (66%); 4, R = 3-карбоксифенил (63%); 5, R = 4-карбоксифенил

(71%); 6, R = 4-меркаптофенил (78%); 7, R = 3-меркаптофенил (45%); 8, R = 1,5-диметил-3-оксо-2-фенилпиразол-4-ил

(57%); 9, R' = метилен-бис-(1,4-фенилен) (65%); 10, R' = сульфонил-бис-(1,4-фенилен) (82%).

мольным количеством 2,6-дитиагептан-1,7-диамина

ядерных экспериментов ЯМР. Предложенные

по типу [2+2]-циклоконденсации с образованием

структуры подтверждаются регистрацией молеку-

тетратиадиазациклогексадекана

(7), структура

лярных пиков в масс-спектрах MALDI TOF/TOF с

которого подтверждается регистрацией молекуляр-

матрично-индуцированной лазерной десорбцией

ного пика 515 [M + H]⁺ в масс-спектре положи-

положительных ионов.

тельных ионов MALDI TOF/TOF. С участием в

Таким образом, катализируемая Sm(NO₃)₃·6H₂O

качестве катализатора 5 мол % Sm(NO3)3·6Н2О

гетероциклизация N¹,N¹,N⁷,N⁷-тетраметил-2,6-ди-

гетероциклизация 2,6-дитиагептан-1,7-диамина 1 с

тиагептан-1,7-диамина с ароматическими аминами

помощью 4-аминоантипирина (EtOH-CHCl₃, 20°С,

и диаминобифенилами является эффективным

3 ч) проходит с образованием соответствующего 4-

методом синтеза N-арилзамещенных

1,5,3-

(1,5,3-дитиазокан-3-ил)антипирина (8) с выходом

дитиазоканов и бифенилен-бис-1,5,3-дитиазоканов.

57%.

Гетероциклизация дитиагептандиамина (1) с

Положительные результаты по циклотиомети-

ароматическими аминами и диаминобифени-

лированию ароматических аминов с помощью 2,6-

лами (общая методика). Смесь исходных соеди-

дитиагептан-1,7-диамина стимулировали изучение

нений: 0.22 г (1 ммоль) [или 0.44 г (2 ммоль), в

реакции гетероциклизации диаминобифенилов. На

зависимости от мольного соотношения исходных

примере

4,4′-диаминодифенилметана и

4,4'-ди-

реагентов] N¹,N¹,N⁷,N⁷-тетраметил-2,6-дитиагептан-

аминодифенилсульфона установили, что в усло-

1,7-диамина

(1) (получен по методике, приве-

виях (5 мол % Sm(NO₃)₃·6Н₂О, 20°С, 3 ч, EtOH-

дённой в работе [14]) в 10 мл CHCl₃ и 0.022 г

CHCl₃) последние взаимодействуют с 2,6-дитиа-

(0.05 ммоль) Sm(NO₃)3.6H₂O перемешивают 30 мин

гептан-1,7-диамином 1 в мольном соотношении 1:2

при комнатной температуре, затем прибавляют по

с селективным образованием соответственно 3,3'-

каплям 1 ммоль соответствующего ариламина или

[метилен-бис-(1,4-фенилен)]-бис-1,5,3-дитиазокана

диаминобифенила в 10 мл EtOH. Реакционную

(9) и 3,3'-[сульфонил-бис-(1,4-фенилен)]-бис-1,5,3-

смесь перемешивают 3 ч при температуре ~20°С и

дитиазокана 10 с выходами 65-82%.

упаривают, остаток хроматографируют на колонке

В спектрах ЯМР ¹Н N-арил-1,5,3-дитиазоканов

с SiO₂, выделяя чистые гетероциклы 2-10.

2-6,

8-10 характеристическими являются три

2-(1,5,3-Дитиазокан-3-ил)фенол

(2). Бесцвет-

сигнала в области 1.65-1.84, 2.54-2.72 и 3.84-

ное масло, выход 0.14 г (58%), n

²⁰ 1.5673, R_f 0.80

4.89 м.д., отвечающие метиленовым протонам

(хлороформ-этилацетат-гексан, 1:5:1). Спектраль-

1,5,3-дитиазокановых циклов. Для спектров ЯМР

ные характеристики идентичны описанным в

¹³С характерно наличие трех сигналов углеродных

работе [6].

атомов 1,5,3-дитиазокановых колец при 23.5-32.4,

27.9-32.3 и

55.0-57.0 м.д. Отнесение сигналов

4-(1,5,3-Дитиазокан-3-ил)фенол

(3). Бесцвет-

проведено на основании двумерных гомо- и гетеро-

ное масло, выход 0.16 г (66%), n

²⁰ 1.6037, R_f 0.85

ЖУРНАЛ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ том 56 № 3 2020

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ N-АРИЛЗАМЕЩЕННЫХ 1,5,3-ДИТИАЗОКАНОВ

477

(PhMe-EtOAc-Me₂CO, 4:1:1). Спектральные харак-

19.10. C₁₆H₂₁N₃OS₂. Вычислено, %: С 57.28; H 6.30;

теристики идентичны описанным в работе [6].

N 12.53; O 4.77; S 19.12.

3-(1,5,3-Дитиазокан-3-ил)бензойная кислота

3,3'-[Метилен-бис-(1,4-фенилен)]-бис-1,5,3-

(4). Бесцветные кристаллы, выход 0.17 г (63%),

дитиазокан (9). Бесцветные кристаллы, выход 0.30 г

т.пл. 189-191°С, Rf 0.5 (хлороформ-ацетон, 1:2).

(65%), т.пл.

175-176°С, R_f

0.9 (PhMe-EtOAc-

Спектр ЯМР ¹H (DMSO-d₆), δ, м.д.: 1.66 уш.с (2H,

Me₂CO, 8:1:1). Спектральные характеристики иден-

H⁷), 2.60 уш.с (2H, H^6,8), 4.85 уш.с (4H, H^2,4), 7.11

тичны описанным в работе [6].

уш.с (1H, H¹⁴), 7.37 уш.с (2H, H^11,12), 7.43 уш.с (1H,

3,3'-[Сульфонил-бис-(1,4-фенилен)]-бис-1,5,3-

H¹⁰). Спектр ЯМР ¹³C (DMSO-d₆), δ, м. д.: 28.5

дитиазокан

(10). Бесцветные кристаллы, выход

(C^6,8), 32.3 (C⁷), 55.6 (C^2,4), 114.3 (C¹⁰), 118.3 (C¹⁴),

0.42 г (82%), т.пл. 101-103°С, R_f 0.5 (хлороформ-

119.4 (C¹²), 129.6 (C¹¹), 131.8 (C¹³), 143.8 (C⁹), 168.2

ацетон, 1:2). Спектр ЯМР ¹³C (DMSO-d₆), δ, м.д.:

(C¹⁵). Масс-спектр (MALDI TOF/TOF), m/z (I_отн, %):

1.65 уш.с (4H, H^7,7'), 2.60 уш.с (8H, H^6,6',8,8'), 4.86

270 [M + H]⁺ (100%). Найдено, %: С 53.45; H 5.58;

уш.с (8H, H^2,2',4,4'), 6.70-6.75 м (4H, H^{10,10',14,14'}), 7.56-

N 5.15; S 23.76. C₁₂H₁₅NO₂S₂. Вычислено, %: С

7.63 м (4H, H^{11,11',13,13'}). Спектр ЯМР ¹³C (DMSO-d₆),

53.50; H 5.61; N 5.20; O 11.88; S 23.81.

δ, м.д.: 28.5 (C^6,6',8,8'), 32.3 (C^7,7'), 55.4 (C^2,2',4,4'), 113.7

4-(1,5,3-Дитиазокан-3-ил)бензойная кислота

(C^{10,10',14,14'}), 128.3 (C11,11',13,13'), 147.2 (C12,12'),

151.0

(4). Бесцветные кристаллы, выход 0.19 г (71%),

(C^9,9'). Найдено, %: С 51.48; H 5.47; N 5.40; S 31.22.

т.пл. 202-204°С, R_f 0.4 (бензол-этанол, 9:1). Спект-

C₂₂H₂₈N₂O₂S₅. Вычислено, %: С 51.53; H 5.50; N

ральные характеристики идентичны описанным в

5.46; O 6.24; S 31.27.

работе [6].

Спектры ЯМР

¹Н и 13С регистрировали на

4-(1,5,3-Дитиазокан-3-ил)тиофенол

(6). Бес-

спектрометре Bruker Avance 500, рабочая частота

цветное масло, выход 0.20 г (78%), т.пл. 273-274°С,

500.17 и 125.78 МГц соответственно, растворитель

R_f 0.8 (PhMe-EtOAc-Me₂CO, 8:1:1). Спектральные

CDCl₃ или DMSO-d₆, внутренний стандарт - ТМС.

характеристики идентичны описанным в работе [6].

Mасс-спектры MALDI TOF/TOF положительных

ионов (матрица - 2,5-дигидроксибензойная кис-

N,N'-Бис(3-меркаптофенил)-1,5,9,13-тетра-

лота) записаны на масс-спектрометре Bruker

тиа-3,11-диазациклогексадекан

(7). Бесцветное

Аutoflex^TM III Smartbeam. Элементный анализ

масло, выход 0.23 г (45%), R_f 0.9 (бензол-этанол,

образцов проводили на анализаторе фирмы Сarlo

9:1). Спектр ЯМР ¹H (CDCl₃), δ, м.д.: 1.79-1.84 м

Erba 1106. Температуры плавления определяли на

(4H, H^7,15), 2.70 уш.с (8H, H^6,8,14,16), 3.51 уш.с (2H,

приборе РНМК 80/2617. Показатели преломления

SH), 4.73 уш.с (8H, H2,4,10,12), 6.70-6.83 м (6H,

²⁰) определены на рефрактометре ИРФ-22. Конт-

H^{2',4',6',2'',4'',6''}),

7.10-7.28 м (2H, H^5',5''). Спектр ЯМР

роль реакции осуществляли методом ТСХ на плас-

¹³C (CDCl₃), δ, м. д.: 29.0 (С^6,8,14,16), 32.0 (С^7,15), 56.5

тинах Sorbfil (ПТСХ-АФ-В), проявляли парами I₂.

(С^2,4,10,12), 110.9 (C6',6''), 113.9 (C2',2''), 119.9 (C4',4''),

Для колоночной хроматографии использовали

129.8 (C^5',5''), 131.8 (C^1',1''), 143.9 (C^3',3''). Масс-спектр

силикагель КСК (100-200 мкм). Использованные в

(MALDI TOF/TOF), m/z (I_отн, %): 515 [M + H]⁺

работе реактивы приобрели в компаниях Sigma-

(100). Найдено, %: С 51.28; H 5.84; N 5.37; S 37.30.

Aldrich и Acros Organics.

C₂₂H₃₀N₂S₆. Вычислено, %: С 51.32; H 5.87; N 5.44;

S 37.37.

БЛАГОДАРНОСТИ

4-(1,5,3-Дитиазокан-3-ил)антипирин (8). Бес-

цветное масло, выход 0.19 г (57%), n

1.5557, R_f

Структурные исследования соединений прове-

0.7 (хлороформ-ацетон,

1:2). Спектр ЯМР

¹H

дены в Центре коллективного пользования

(CDCl₃), δ, м. д.: 1.80-1.83 м (2H, H_6,8); 2.18-2.22 м

«Агидель» при ИНК УФИЦ РАН. Результаты

(3H, H²²), 2.57-2.68 м (4H, H_6,8, H⁷), 2.95-2.98 м

получены с использованием оборудования ЦКП

(3H, H²¹), 4.35-4.39 м (4H, H^2,4), 7.22 уш.с (1H, H¹⁸),

«Агидель» УФИЦ РАН.

7.32 уш.с (2H, H^16,20), 7.38 уш.с (2H, H^17,19). Спектр

ЯМР ¹³C (CDCl₃), δ, м. д.: 11.0 (C²²), 23.5 (C⁷), 29.5

ФОНДОВАЯ ПОДДЕРЖКА

(C^6,8), 36.4 (C²¹), 55.5 (C^2,4), 119.1 (C⁹), 123.5 (C^16,20),

126.3 (C¹⁸), 129.0 (C^17,19), 135.0 (C¹⁵), 151.7 (C¹³),

Работа выполнена в соответствии с планами

163.0 (C¹⁰). Найдено, %: С 57.22; H 6.26; N 12.49; S

научно-исследовательских работ ИНК УФИЦ РАН

ЖУРНАЛ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ том 56 № 3 2020

478

РАХИМОВА и др.

по теме «Металлокомплексный и гетерогенный

Arkivoc.

2011, viii,

141-148. doi

10.3998/

катализ в конструировании макрогетероциклов и

ark.5550190.0012.810

гетероатомных соединений» № Гос. регистрации

8. Murzakova N.N., Rakhimova E.B., Vasilieva I.V.,

Prokof’yev K.I., Ibragimov A.G., Dzhemilev U.M.

AAAA-A19-119022290010-9

(2019-2021). Резуль-

Tetrahedron Lett. 2011, 52, 4090-4092. doi 10.1016/

таты получены при финансовой поддержке РФ в

j.tetlet.2011.05.097

лице Минобрнауки России Грантом ФЦП № 2019-

9. Рахимова Е.Б., Васильева И.В., Халилов Л.М.,

05-595-000-058.

Ибрагимов А.Г., Джемилев У.М. ЖОрХ. 2011, 47,

1283-1287. [Rakhimova E.B., Vasilieva I.V., Khali-

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

lov L.M., Ibragimov A.G., Dzhemilev U.M. Russ. J.

Org. Chem.

2011,

47,

1300-1304.] doi

10.1134/

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

S1070428011090065

интересов.

10. Рахимова Е.Б., Мещерякова Е.С., Халилов Л.М.,

Ибрагимов А.Г., Джемилев У.М. ЖОрХ. 2014, 50,

1627-1630. [Rakhimova E.B., Meshcheryakova E.S.,

CПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Khalilov L.M., Ibragimov A.G., Dzhemilev U.M. Russ.

J. Org. Chem. 2014, 50, 1613-1616.] doi 10.1134/

1. Pozharskii A.F., Soldatenkov A.T., Katritsky A.R.

S1070428014110128

Heterocycles in Life and Society. Chichester: J.Wiley &

11. Рахимова Е.Б., Озден И.В., Мещерякова Е.С.,

Sons Inc., 2011, 396.

Халилов Л.М., Ибрагимов А.Г. ЖОрХ. 2015, 51,

2. Katritsky A.R., Pozharskii A.F. Handbook of

1821-1825.

[Rakhimova E.B., Ozden I.V.,

Heterocyclic Chemistry. Oxford: Elsevier, 2000. 734.

Meshcheryakova E.S., Khalilov L.M., Ibragimov A.G.

3. Машковский М.Д. Лекарственные средства. М.:

Russ. J. Org. Chem. 2015, 51, 1788-1792.] doi 10.1134/

Новая волна, 2008, 1119.

S1070428015120222

4. Ameta K.L., Pawar R.P., Domb A.J. Bioactive

12. Рахимова Е.Б., Озден И.В., Ибрагимов А.Г.,

Heterocycles: Synthesis and Biological Evaluation.

Джемилев У.М. ЖОрХ.

2016,

52,

584-588.

Nova Science Pub. Inc., 2012, 305.

[Rakhimova E.B., Ozden I.V., Ibragimov A.G.,

5. Ахметова В.Р., Рахимова Е.Б. ЖОрХ. 2014, 50, 1727-

Dzhemilev U.M. Russ. J. Org. Chem. 2016, 52, 571-

1749. [Akhmetova V.R., Rakhimova E.B. Russ. J. Org.

575.] doi 10.1134/S1070428016040175

Chem.

2014,

50,

1711-1731.] doi

10.1134/

13. Рахимова Е.Б., Озден И.В., Ибрагимов А.Г. ЖОрХ.

S107042801412001X

2018, 54, 959-984. [Rakhimova E.B., Ozden I.V.,

6. Рахимова Е.Б., Васильева И.В., Халилов Л.М.,

Ibragimov A.G. Russ. J. Org. Chem. 2018, 54, 961-

Ибрагимов А.Г., Джемилев У.М. ХГС. 2012, 7, 1132-

986.] doi 10.1134/S1070428018070011

1139. [Rakhimova E.B., Vasilieva I.V., Khalilov L.M.,

14. Хайруллина Р.Р., Акманов Б.Ф., Тюмкина Т.В.,

Ibragimov A.G., Dzhemilev U.M. Chem. Heterocycl.

Кунакова Р.В., Ибрагимов А.Г. ЖОрХ. 2012, 48,

Compd. 2012, 48, 1050-1057.] doi 10.1007/s10593-

189-193.

[Khairullina R.R., Akmanov B.F.,

012-1098-8

Tyumkina T.V., Kunakova R.V., Ibragimov A.G. Russ.

7. Niatshina Z.T., Murzakova N.N., Vasilieva I.V.,

J. Org. Chem.

2012,

48,

175-179.] doi

10.1134/

Rakhimova E.B., Akhmetova V.R., Ibragimov A.G.

S1070428012020042

Catalytic Synthesis of N-Arylsubstituted 1,5,3-Dithiazocanes

E. B. Rakhimova*, I. V. Ozden, and A. G. Ibragimov

Institute of Petrochemistry and Catalysis of Russian Academy of Sciences,

450075, Russia, Republic of Bashkortostan, Ufa, pr. Oktyabrya 141

*e-mail: rakhimovaelena@mail.ru

Received October 15, 2019; revised January 13, 2020; accepted January 20, 2020

An efficient method has been developed for the synthesis of N-arylsubstituted 1,5,3-dithiazocanes and

biphenylene-bis-1,5,3-dithiazocanes by heterocyclicization of N¹,N¹,N⁷,N⁷-tetramethyl-2,6-dithiaheptane-1,7-

diamine with aromatic amines and diaminobiphenyls in the presence of Sm(NO₃)₃·6H₂O as a catalyst.

Keywords: catalysis, heterocyclization, dithiaheptanediamine, arylamines, 1,5,3-dithiazocanes

ЖУРНАЛ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ том 56 № 3 2020