ЖУРНАЛ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2021, том 57, № 2, с. 280-284

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 547.315.1 + 547.513 + 547.789

НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ХЕМО-

И СТЕРЕОСЕЛЕКТИВНАЯ [2+2]-ЦИКЛОДИМЕРИЗАЦИЯ

5-ЭТЕНИЛИДЕН-4,5-ДИГИДРО-1,3-ТИАЗОЛА:

ПОДХОД К УНИКАЛЬНЫМ ПРОИЗВОДНЫМ

1,3-БИС(МЕТИЛЕН)ЦИКЛОБУТАНА

ФГБУН «Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН», Россия, 664033 Иркутск, ул. Фаворского, 1

*e-mail: na_nedolya@mail.ru

Поступила в редакцию 11.11.2020 г.

После доработки 25.11.2020 г.

Принята к публикации 29.11.2020 г.

Обнаружена необычная [2+2]-циклодимеризация 5-этенилиден-4,5-дигидро-1,3-тиазола, полученного

из литиированного метоксиаллена, изопропилизотиоцианата и пропаргилбромида, в высокофункцио-

нализированный 1,3-бис(метилен)циклобутан.

Ключевые слова: 1-литио-1-метоксиаллен, изотиоцианат, пропаргилбромид, азатриены, 5-этенили-

ден-4,5-дигидро-1,3-тиазол, [2+2]-циклодимеризация, производное 1,3-бис(метилен)циклобутана

DOI: 10.31857/S0514749221020142

Фотохимическая, термическая (> 200°C) и ка-

клопропилизотиоцианата (схема 1), при длитель-

тализируемая переходными металлами [2+2]-ци-

ном выдерживании при пониженной температуре

клодимеризация алленов представляет интерес

(-18÷-15°С) превращается в диметил-N,N'-ди-

как с теоретической, так и с синтетической точки

циклопропил-3,4-бис(1-метилэтилиден)циклобу-

зрения, например, как один из атом-экономных

тан-1,2-дикарбимидотиоат (2). Его образование

методов получения замещённых циклобутанов

обусловлено впервые обнаруженной нами для

[1-9], которые, в свою очередь, находят широкое и

1-аза-1,3,4-триеновых систем межмолекулярной

разнообразное применение [9-13]. Однако регио-

[2+2]-циклодимеризацией соединения 1, протека-

и стереоселективность этой реакции, как прави-

ющей в отличие от известных алленов [1-9] прак-

ло, низкая. В большинстве случаев циклобутаны

тически исключительно по типу «голова к голове».

выделяются в виде смеси изомеров [1, 3, 4, 8] или

По-видимому, первый пример [2+2]-циклоди-

циклических димеров, тримеров, олигомеров и по-

меризации функционализированных гетероал-

лимеров [8], что сильно ограничивает синтетиче-

ленов описан почти 50 лет назад [15], когда при

скую значимость этой реакции.

синтезе 1-[2-(винилокси)этокси]аллена из винил-

Ранее нами обнаружено, что алленилимидотио-

пропаргилового диэфира этиленгликоля (КОН/

ат (1) (смесь E- и Z-изомеров, ~9:1 [14]), практиче-

EtOH, 130°С, 5 ч, в запаянной ампуле), наряду с

ски с количественным выходом синтезированный

ожидаемым 1-[2-(винилокси)этокси]алленом (вы-

из γ-литиированного 3-метил-1,2-бутадиена и ци-

ход ~40%), выделен его димер, по ИК спектрам,

280

НИЗКОТЕМПЕР

АТУРНАЯ ХЕМО- И СТЕРЕОСЕЛЕКТИВНАЯ [2+2]-ЦИКЛОДИМЕРИЗАЦИЯ

281

Схема 1

SMe SMe

1. BuLi, ТГФ-гексан

2. цикло-C₃H₅N=C=S

3. MeI

SMe

химическим и физическим свойствам соответ-

Как и в случае алленилимидотиоата 1, процесс

ствующий

1,3-диметилен-2,4-бис[2-(винилокси)-

характеризуется высокой хемо- и стереоселектив-

этокси]циклобутану. Позже допускалось, что этот

ностью. Следует также отметить, что [2+2]-ци-

циклобутан может иметь и 1,2-расположение за-

клодимеризация алленов с образованием произ-

местителей [16]. Подчеркнём, что при этом обра-

водных 1,3-бис(метилен)циклобутана - обычно

зование циклов наблюдалось при сравнительно

минорный процесс [1].

высокой температуре. Однако, как отмечено выше,

(5E,5'E)-5,5'-(1E,3E)-Циклобутан-1,3-ди-

такая димеризация возможна и при отрицательных

илиденбис{2-[(1Z)-1-метоксипроп-1-ен-1-ил]-

температурах.

4,4-диметил-4,5-дигидро-1,3-тиазол}

(6).

В настоящей работе мы показали, что 4,4-ди-

Раствор 55 ммоль BuLi в 22 мл гексана прибавля-

метил-2-[(1Z)-1-метоксипроп-1-ен-1-ил]-5-этенил-

ли к раствору 6.00 г (85.7 ммоль) метоксиаллена

иден-4,5-дигидро-1,3-тиазол (3), полученный из

в 50 мл ТГФ при интенсивном перемешивании в

α-литиированного метоксиаллена, изопропили-

атмосфере аргона при -100°С. Перемешивали 5

зотиоцианата и пропаргилбромида (через одно-

мин при -55÷-52°С, охлаждали до -80°С и при-

реакторный синтез и

[1,5]-сигматропную изо-

бавляли 5.06 г (50.1 ммоль) изопропилизотиоци-

меризацию 1-аза-1,3,4-триена 4 в сопряжённый

аната. Реакционную массу перемешивали 23 мин

2-аза-1,3,5-триен

5, его депротонирование по

при -33÷-30°С, охлаждали до -80°C, прибавляли

S-метиленовому фрагменту и внутримолекуляр-

8.50 г (71.4 ммоль) пропаргилбромида и убирали

ную циклизацию по иминогруппе) [17], подобно

охлаждающую баню. Перемешивали 1 ч при ком-

алленилимидотиоату 1, также подвергается низко-

натной температуре, охлаждали до -80°C и при-

температурной [2+2]-циклодимеризации, но в от-

бавляли 50 мл насыщенного водного раствора

личие от последнего продуктом реакции является

NH₄Cl. Органический слой отделяли, водный обра-

не 1,2-, а 1,3-бис(метилен)циклобутан 6 (схема 2).

батывали диэтиловым эфиром (3×40 мл), объеди-

Схема 2

1. BuLi, ТГФ-гексан

2. i-PrN=C=S

OMe

3. HC≡CCH₂Br

∆

N Me

OMe

t-BuONa

N Me

ДМСО-ТГФ

~ -30°С, 30 мин

-18°C

MeO

OMe

MeO

ЖУРНАЛ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ том 57 № 2 2021

282

ТАРАСОВА и др.

нённую органическую фракцию промывали водой

лиден-4,5-дигидро-1,3-тиазола

(3) (Z-изомер).

(3×50 мл), сушили MgSO₄. Растворитель удаляли

Соединение 3. ИК спектр (плёнка), ν, см^-1: 3041

при пониженном давлении (сначала на роторном

сл, 2974 с, 2928 с, 2852 ср, 1953 сл (=С=), 1652 ср,

испарителе при температуре бани ~35°C, затем

1602 с, 1543 ср, 1448 с, 1376 сл, 1363 сл, 1320 с,

при 1-2 мм рт.ст.). Получали смесь проп-2-ил-N-

1249 ср, 1218 сл, 1157 ср, 1068 с, 971 сл, 921 с,

изопропил-2-метоксибута-2,3-диенимидотиоата

866 ср, 826 сл, 713 сл, 683 сл, 604 сл, 576 сл, 492

(1-аза-1,3,4-триена,

4), N-(1-метилэтилиден)-

сл. Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д.: 1.45 с [6H, (CH₃)₂C],

2-метокси-1-(проп-2-инилсульфанил)бута-

1.77 д (3H, СН₃СН=, ³J 7.1 Гц), 3.68 с (3H, OСН₃),

1,3-диен-1-амина (2-аза-1,3,5-триена, 5) и 1-изо-

5.12 с (2H, CH2=C=), 5.75 к (1H, СН3СН=, 3J

пропил-3-метокси-2-(проп-2-инилсульфа-

7.1 Гц). Спектр ЯМР ¹³С, δ, м.д.: 11.0 (СН₃СН=),

нил)-1Н-пиррола (7) в соотношении ~43:55:2 (по

28.4

[(CH₃)₂C],

59.7 (OСН₃),

81.2 (C⁴),

83.6

данным ЯМР ¹H). Дальнейшее нагревание про-

(CH₂=C=), 111.0 (C⁵), 119.5 (СН₃СН=), 149.5 (=C-

дуктов реакции при температуре бани 52-58°С

O), 157.6 (C=N), 198.0 (=C=). Отнесение сигналов

(12 мин на роторном испарителе, затем 5 мин при

в спектрах ЯМР ¹H и ¹³С соединения 3 сделано с

~1 мм рт.ст.) привело к количественной изомери-

помощью 2D спектров NOESY, HSQC и HMBC.

зации 1-аза-1,3,4-триена 4 в 2-аза-1,3,5-триен 5.

Спектр ЯМР ¹⁵N, δ, м.д.: -60.1. Масс-спектр, m/z

Получали 10.16 г (97%) тёмно-коричневой под-

(I_отн, %): 210 (23) [M + 1]⁺, 209 (56) [M]⁺, 194 (48),

вижной жидкости - 2-аза-1,3,5-триена 5 с при-

179 (5), 178 (6), 139 (6), 130 (6), 124 (22), 113 (11),

месью (~7%) пиррола 7 (по данным ЯМР ¹Н).

112 (100), 109 (7), 108 (8), 97 (58), 82 (12), 79 (23),

Соединение 5. ИК спектр (плёнка), ν, см^-1: 3291 с

77 (15), 71 (12), 70 (15), 69 (12), 68 (7), 65 (11), 59

(HC≡). Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д.: 1.93 с, 2.17 с [6H,

(12), 58 (24), 56 (12), 55 (15), 53 (16). Найдено,

(CH₃)₂C=N], 2.18 т (1H, HC≡, ⁴J 2.6 Гц), 3.36 д

%: С 63.24; Н 7.35; N 6.50; S 15.18. C₁₁H₁₅NOS.

(2H, SСН₂, ⁴J 2.6 Гц), 3.64 с (3H, OCH₃), 4.96 д.д,

Вычислено, %: С 63.12; Н 7.22; N 6.69; S 15.32.

5.24 д.д (2H, CH₂=CH, ³J_транс 17.2, ³J_цис 10.9, ²J_гем

в. Образец соединения 3 (0.30 г), хранившийся

1.9 Гц), 5.89 д.д (1H, CH₂=CH, ³J_транс 17.2, ³J_цис

при отрицательной температуре (-18÷-15°С) дли-

10.9 Гц). Спектр ЯМР ¹³С, δ, м.д.: 17.6 (SCH₂),

тельное время (несколько месяцев), пропускали

21.6, 28.0 [(CH₃)₂C=N], 58.7 (OCH₃), 70.4 (HC≡),

через тонкий слой нейтрального Al₂O₃и выделя-

80.6 (C≡), 110.9 (CH₂=CH), 126.1 (CH₂=CH), 132.0

ли 0.21 г смеси соединений 3 и 6 в соотношении

(=C-S),

138.9

(=C-O), 175.1 (C=N). Отнесение

55:45 (по данным ЯМР ¹Н). Выход димера 6, рас-

сигналов в спектрах ЯМР ¹H и ¹³С соединения 5

сделано с помощью 2D спектров COSY, NOESY и

считанный по спектру ЯМР ¹Н, составил 0.094 г

(31%). Соединение 6. Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д.:

HMBC.

СН=, ³J

1.53 с [12Н, 4,4'-С(CH₃)₂], 1.80 д (6Н, 2CH₃

б. К охлаждённому до -60°С раствору 3.06 г

7.1 Гц), 2.87 c (4Н, 2СН₂), 3.70 с (6Н, 2OCH₃), 5.80

(13.6 ммоль) 2-аза-1,3,5-триена 5 (с ~7% примесью

к (2Н, 2CH₃СН=, ³J 7.1 Гц). Спектр ЯМР ¹³С_Jmod, δ,

пиррола 7) в 22 мл ТГФ и 5 мл ДМСО прибавляли

м.д.: 11.13 (2CH₃СН=), 26.40 [4,4'-С(CH₃)₂], 28.69

1.50 г (15.6 ммоль, 1.15 экв) t-BuONa, перемеши-

(2CH₂С=),

59.78

(2OCH₃),

84.50

[4,4'-С(CH₃)₂],

вали 30 мин при ~ -30°С, охлаждали до -60°С и

119.87 (2CH₃СН=), 129.00 (2CH₂С=), 133.98 (C^5,5'),

обрабатывали 20 мл воды. После разделения слоёв

149.65 [2(CH₃O)C=], 157.94 (C^2,2'). Отнесение сиг-

продукты из водной фракции экстрагировали ди-

налов в спектре ЯМР ¹³С соединения 6 сделано

этиловым эфиром (4×20 мл), объединённую орга-

с помощью 2D спектра HMBC. Спектр ЯМР ¹⁵N,

ническую фракцию промывали водой (3×20 мл),

δ, м.д.: -55.2. Масс-спектр, m/z (I_отн, %): 418 (62)

сушили MgSO₄. Растворители удаляли при пони-

[M]⁺, 403 (60), 306 (20), 224 (86), 209 (100), 191

женном давлении при ~20°С. В остатке получили

(33), 139 (70), 124 (48), 97 (27), 71 (36), 55 (36).

2.60 г тёмно-коричневой подвижной жидкости, из

которой методом колоночной хроматографии на

Спектры ЯМР зарегистрированы на прибо-

нейтральном Al₂O₃ (элюент - гексан, затем смесь

ре Bruker DPX-400 (Германия) [400.13 (1Н) и

гексан-Et₂O, 10:1) выделяли 1.64 г (58%) 4,4-ди-

100.62 (¹³С) МГц]; гомо- и гетероядерные кор-

метил-2-(1-метоксипроп-1-ен-1-ил)-5-этени-

реляции COSY, NOESY (t_m 1.1 c), HMBC, HSQC

ЖУРНАЛ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ том 57 № 2 2021

НИЗКОТЕМПЕР

АТУРНАЯ ХЕМО- И СТЕРЕОСЕЛЕКТИВНАЯ [2+2]-ЦИКЛОДИМЕРИЗАЦИЯ

283

проведены на приборе Bruker AV-400 (Германия)

Cyclobutanes. Ed. A. de Meijere. Stuttgart-N.Y.: Georg

в CDCl₃, рабочая частота 40.6 МГц (¹⁵N), вну-

Thieme Verlag, 2014, E 17e.

тренний стандарт - ГМДС (δ_Н 0.05 м.д.), CDCl₃

Jacobs T.L., McClenon J.R., Muscio O.J., Jr. J. Am.

(δ_С 77.00 м.д.) и MeNO₂ (δ_N 0.00 м.д.). ИК спек-

Chem. Soc. 1969, 91, 6038-6041.

тры записаны на спектрометре Bruker Vertex 70

Pasto D.J. J. Am. Chem. Soc. 1979, 101, 37-46. doi

(Германия) в тонком слое. Контроль за ходом реак-

10.1021/ja00495a007

ций и чистотой полученных соединений осущест-

Hoover F.W., Lindsey R.V., Jr. J. Org. Chem. 1969, 34,

вляли методами ТСХ (на пластинах Silica gel 60

3051-3052. doi 10.1021/jo01262a057

F₂₅₄) и ЯМР ¹Н. Для колоночной хроматографии

Azizoğlu A., Özen R., Hökelek T., Balci M. J. Org.

использовали нейтральный Al₂O₃. ТГФ очищали

Chem. 2004, 69, 1202-1206. doi 10.1021/jo035450z

диспергированным KOH (~50 г/л), кипячением и

Jiang D., Li Q., Fu M., Zhao X., Meng Q., Zhao L.

перегонкой над Na в присутствии бензофенона в

Catal. Sci. Technol. 2019, 9, 1273-1278. doi 10.1039/

атмосфере аргона. ДМСО абсолютировали пере-

c8cy02434k

гонкой с t-BuOK. Метоксиаллен и изопропилизо-

Saito S., Hirayama K., Kabuto C., Yamamoto Y. J. Am.

тиоцианат синтезированы по методикам [18, 19]

Chem. Soc. 2000, 122, 10776-10780. doi 10.1021/

соответственно. Бутиллитий (2.5 М раствор в гек-

ja002241c

сане) и другие использованные в работе реагенты

Eguchi H., Nishiyama H., Inagi S., Tomita I. Asian

и растворители - коммерческие препараты. Для

J. Org. Chem.

2017,

165-168. doi

10.1002/

охлаждения применяли жидкий азот.

ajoc.201600564

10.

The Chemistry of Cyclobutanes (Patai Series: The

ВЫВОДЫ

Chemistry of Functional Groups). Eds. Z. Rappoport,

Открыта необычная автотрансформация вы-

J.F. Liebman. Chichester: John Wiley & Sons Ltd.,

сокофункционализированных алленов с

«экзо-

2005.

тическими» заместителями, легко получаемых

11.

Piers E., Boehringer E.M., Yee J.G.K. J. Org. Chem.

из доступных алленовых карбанионов, изоти-

1998, 63, 8642-8643.

оцианатов и алкилирующих агентов, приводя-

12.

Yokozawa T., Tsuruta E.-I. Macromolecules. 1996, 29,

щая к 1,3-бис(метилен)циклобутанам с 4,5-диги-

8053-8056.

дро-1,3-тиазольными и 1-метоксипроп-1-ен-1-иль-

13.

Belluš D., Ernst B. Angew. Chem., Int. Ed. 1988, 27,

ными заместителями, являющимся перспектив-

797-827.

ными структурными блоками для органического

14.

Недоля Н.А., Тарасова О.А., Албанов А.И., Уша-

синтеза и фармакологии.

ков И.А., Брандсма Л. ЖОрХ. 2007, 43, 463-466.

БЛАГОДАРНОСТИ

[Nedolya N.A., Tarasova O.A., Albanov A.I., Usha-

kov I.A., Brandsma L. Russ. J. Org. Chem. 2007, 43,

Работа выполнена с использованием оборудо-

463-467.] doi 10.1134/S1070428007030268

вания Байкальского аналитического центра кол-

15.

Атавин А.С., Лавров В.И., Сидорова О.Н., Трофи-

лективного пользования СО РАН.

мов Б.А. ЖОрХ. 1971, 7, 235-240.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

16.

Трофимов Б.А. Гетероатомные производные аце-

тилена. М.: Наука, 1981, 45-46.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта ин-

17.

Nedolya N.A., Tarasova O.A., Albanov A.I., Klyba L.V.,

тересов.

Trofimov B.A. Tetrahedron. 2017, 73, 1085-1097. doi

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

10.1016/j.tet.2016.12.064

1. Alcaide B., Almendros P., Aragoncillo C. Chem. Soc.

18.

Hoff S., Brandsma L., Arens J.F. Recl. Trav. Chim.

Rev. 2010, 39, 783-816. doi 10.1039/b913749a

Pays-Bas. 1968, 87, 916-924.

2. Houben-Weyl Methods of Organic Chemistry:

19.

Trofimov B.A., Nedolya N.A., Gerasimova V.V.,

Carbocyclic Four-Membered Ring Compounds,

Voronkov M.G. Sulfur Lett. 1988, 8, 73-78.

ЖУРНАЛ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ том 57 № 2 2021