ЖУРНАЛ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2022, том 58, № 3, с. 326-330

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 547.895

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ

МАКРОГЕТЕРО(S,N)ЦИКЛОВ НА ОСНОВЕ

ИЗОМЕРНЫХ АМИНОТИОФЕНОЛОВ

А. Г. Ибрагимов

Институт нефтехимии и катализа - обособленное структурное подразделение

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

Россия, 450075, Уфа, просп. Октября, 141

*е-mail: rakhimovaelena@mail.ru

Поступила в редакцию 15.09.2021 г.

После доработки 25.09.2021 г.

Принята к публикации 28.09.2021 г.

Разработан однореакторный метод синтеза макрогетеро(S,N)циклов реакцией циклотиометилирова-

ния изомерных аминотиофенолов с формальдегидом и алкандитиолами в присутствии катализатора

Sm(NO₃)₃·6H₂O.

Ключевые слова: катализ, циклотиометилирование, аминотиофенолы, формальдегид, алкандитиолы,

S,N-гетероциклы, макроциклы

DOI: 10.31857/S0514749222030119

Перспективным направлением химии тиолов

для выделения и очистки драгоценных металлов

[1] является их участие в реакциях гетероцикли-

[9].

зации с образованием соединений с практически

Ранее нами была продемонстрирована возмож-

полезными свойствами. Гетероциклизация обу-

ность синтеза S,N-содержащих макрогетероцик-

словлена высокой реакционной способностью

лов гетероциклизацией тетраметил-2,6-дитиагеп-

тиольной группы. С одной стороны, синтез гете-

тан-1,7-диамина [10] и рециклизацией окса(тиа)-

роциклических систем на основе тиолов должен

циклоалканов [11] с ароматическими аминами в

учитывать наличие, наряду с тиольной группой,

условиях катализа. С целью разработки эффек-

и других функциональных групп или реакцион-

тивного метода синтеза практически важных

ных центров, с другой - реагент должен содержать

макрогетеро(S,N)циклов мы продолжили иссле-

функциональные группы, легко реагирующие с

дования жидкофазной конденсации соединений,

тиольной группой. С этой точки зрения большой

содержащих подвижные атомы водорода, с двух-

интерес представляют возможности каталити-

ческой циклоконденсации первичных аминов с

компонентной системой CH₂O-дитиол и изучили

двухкомпонентной системой CH₂O-дитиол [2] в

взаимодействие бифункциональных анилинов, а

одностадийном синтезе различных классов биоло-

именно орто-, мета-, пара-аминотиофенолов с

гически активных S,N-содержащих гетероциклов

CH₂O и алкан(1,2-этан, 1,3-пропан, 1,4-бутан)ди-

[3-6], а также тиазамакрогетероциклов, применя-

тиолами под действием катализатора на основе

емых в качестве селективных комплексообразова-

Sm (III), применяемого в подобных реакциях ге-

телей [7], ионофоров [8] и эффективных сорбентов

тероциклизации [12]. На примере модельной реак-

326

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ МАКРОГЕТЕРО(S,N)ЦИКЛОВ

327

Схема 1

1-3

N R

H H

R N

2-, 3-, 4-

HS X SH

4-6

7-8

X = (CH₂)₂, (CH₂)₃, (CH₂)₄.

Реагенты и условия: 5 мол % Sm(NO₃)₃∙6H₂O, EtOH, rt, 3 ч.

1, n = 1 (62%); 2, n = 2 (54%); 3, n = 3 (48%);

4, R = 3-меркаптофенил, n = 1 (64%); 5, R = 3-меркаптофенил, n = 2 (51%);

6, R = 3-меркаптофенил, n = 3 (42%); 7, R = 4-меркаптофенил, n = 1 (78%);

8, R = 4-меркаптофенил, n = 2 (66%)

ции орто-аминотиофенола с CH₂O и 1,2-этанди-

зволила получить семичленный 1,5,3-дитиазепан

тиолом мы установили, что указанное взаимодей-

7 [11] и восьмичленный 1,5,3-дитиазокан 8 [10,

ствие в мольном соотношении исходных реагентов

11] с выходами 66-78%. Попытка получения девя-

1:2:1 при 20°C в среде этанола в присутствии 5 мол

тичленного S,N-гетероцикла не увенчалась успе-

% катализатора Sm(NO₃)₃·6H₂O приводит к обра-

хом. В качестве основного продукта реакции было

зованию

4,5,7,8-тетрагидро-1,3,6,8-бензотритиа-

зафиксировано описанное ранее [13] бис(гидрок-

зецина (1) с выходом 62% (схема 1). При исполь-

симетил)производное 1,4-бутандитиола.

зовании в условиях данной мультикомпонентной

Циклотиометилирование изомерных амино-

реакции 1,3-пропан(1,4-бутан)дитиолов нам уда-

тиофенолов с формальдегидом и алкандитио-

лось синтезировать соответствующие 5,6,8,9-те-

лами (общая методика). Смесь исходных соеди-

трагидро-4H-1,3,7,9-бензотритиазациклоундецин

нений, состоящую из 1 ммоль соответствующего

(2) и 4,5,6,7,9,10-гексагидро-1,3,8,10-бензотрити-

алкандитиола и 0.148 мл (2 ммоль) 37%-ного во-

азациклододецин (3) с выходами 54 и 48%. Отме-

дного раствора формальдегида, перемешивали

тим, что с ростом алифатической цепи алканди-

30 мин при комнатной температуре, затем при-

тиола выход целевого гетероцикла уменьшается.

бавляли по каплям 0.125 г (1 ммоль) орто- или

Отнесение сигналов в спектрах бензконденсиро-

пара-аминотиофенола в 15 мл этанола и добавля-

ванных S,N-гетероциклов 1-3 проведено на осно-

ли 0.022 г (0.05 ммоль) Sm(NO₃)3.6H₂O. Циклотио-

вании двумерных гомо- и гетероядерных экспери-

метилирование мета-аминотиофенола проводили

ментов ЯМР.

с двойным избытком при мольном соотношении

мета-Аминотиофенол в разработанных ус-

исходных реагентов 2:4:2. Реакционную смесь пе-

ловиях реакции взаимодействует с CH₂O и ал-

ремешивали 2.5 ч при температуре ~20°С и упа-

кан(1,2-этан, 1,3-пропан, 1,4-бутан)дитиолами по

ривали, остаток хроматографировали на колонке с

типу [2+4+2]-циклоконденсации с количествен-

SiO₂, выделяли чистые гетероциклы 1-8.

ным образованием соответственно тетратиади-

4,5,7,8-Тетрагидро-1,3,6,8-бензотритиазецин

азациклотетра(гекса,окта)деканов

4-6. Предло-

(1). Выход 0.15 г (62%), масло, R_f 0.9 (Sorbfil,

женные структуры макроциклов подтверждаются

CHCl₃-гексан, 5:1), C₁₀H₁₃NS₃. Спектральные ха-

регистрацией молекулярных пиков в масс-спек-

рактеристики идентичны описанным в литературе

трах MALDI TOF/TOF с матрично-индуцирован-

[11].

ной лазерной десорбцией положительных ионов.

Реакция пара-аминотиофенола c CH₂O и алканди-

5,6,8,9-Тетрагидро-4H-1,3,7,9-бензотритиаза-

тиолами в присутствии нитрата самария (III) по-

циклоундецин (2). Выход 0.14 г (54%), масло, R_f

ЖУРНАЛ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ том 58 № 3 2022

328

РАХИМОВА, ИБРАГИМОВ

0.9 (Sorbfil, CHCl₃-гексан, 5:1). Спектр ЯМР ¹H

Me₂CO, 8:1:1). Спектр ЯМР ¹H (CDCl₃), δ, м.д.:

(CDCl₃), δ, м.д.: 1.72-1.93 м (2H, H⁵), 2.41 уш.с (2H,

1.71 уш.с (8H, H^7,8,16,17), 2.54 уш.c (8H, H^6,9,15,18),

H⁴), 2.92 уш.с (2H, H⁶), 4.45 уш.с (2H, H²), 4.80 уш.с

3.49 уш.с (2H, SH), 4.62 уш.с (8H, H^2,4,11,13), 6.74-

(2H, H⁸), 6.47 д (1H, H¹⁰, J 8.0 Гц), 6.75 т (1H, H¹¹, J

6.80 м (4H, H^{4',4'',6',6''}), 6.88 уш.с (2H, H^2',2''), 7.14

7.4 Гц), 6.98 т (1H, H¹², J 7.6 Гц), 7.07 д (1H, H¹³, J

т (2H, H^5',5'', J 7.8 Гц). Спектр ЯМР ¹³C (CDCl₃),

7.2 Гц). Спектр ЯМР ¹³C (CDCl₃), δ, м.д.: 28.4 (C⁵),

δ, м.д.:

27.7 (С^7,8,16,17),

30.9 (С^6,9,15,18),

53.5

30.9 (C⁴), 32.5 (C⁶), 52.3 (C²), 55.6 (C⁸), 108.5 (C¹⁰),

(С^2,4,11,13), 113.1 (C^6',6''), 116.3 (C^2',2''), 120.7 (C^4',4''),

120.3 (C¹²), 122.4 (C¹¹), 125.7 (C¹³), 127.7 (C^13a),

129.8 (C^5',5''), 131.8 (C1',1''), 148.0 (C3',3''). Масс-

145.6 (C^9a). Масс-спектр (MALDI TOF/TOF), m/z

спектр (MALDI TOF/TOF), m/z (I_отн, %): 541 [M -

(I_отн, %): 297 (100) [M + K + H]⁺. Найдено, %: С

H]⁺. Найдено, %: С 52.98; H 6.27; N 5.09; S 35.41.

51.25; H 5.82; N 5.36; S 37.41. C₁₁H₁₅NS₃. Вычис-

C₂₄H₃₄N₂S₆. Вычислено, %: С 53.09; H 6.31; N

лено, %: С 51.32; H 5.87; N 5.44; S 37.37.

5.16; S 35.44.

4,5,6,7,9,10-Гексагидро-1,3,8,10-бензотритиа-

4-(1,5,3-Дитиазепан-3-ил)тиофенол (7). Вы-

зациклододецин (3). Выход 0.13 г (48%), масло,

ход 0.19 г (78%), кристаллическое вещество, R_f 0.8

R_f 0.8 (Sorbfil, CHCl₃-гексан, 5:1). Спектр ЯМР

(Sorbfil, PhMe-EtOAc-Me₂CO, 8:1:1), C₁₀H₁₃NS₃.

¹H (CDCl₃), δ, м.д.: 2.15 уш.с (4H, H^5,6), 2.74 уш.с

Спектральные характеристики идентичны описан-

(4H, H^4,7), 4.42 уш.с (2H, H²), 4.58 уш.с (2H, H⁹),

ным в литературе [11].

6.49 д (1H, H¹¹, J 8.0 Гц), 6.75-6.92 м (2H, H^12,13),

4-(1,5,3-Дитиазокан-3-ил)тиофенол (8). Вы-

7.05 д (1H, H¹⁴, J 7.4 Гц). Спектр ЯМР ¹³C (CDCl₃),

ход 0.17 г (66%), кристаллическое вещество, R_f 0.8

δ, м.д.: 28.5 (C^5,6), 33.4 (C^4,7), 53.2 (C²), 55.8 (C⁹),

(Sorbfil, PhMe-EtOAc-Me₂CO, 8:1:1), C₁₁H₁₅NS₃.

108.6 (C¹¹), 120.1 (C¹³), 122.3 (C¹²), 125.5 (C¹⁴),

Спектральные характеристики идентичны описан-

127.2 (C^14a), 145.1 (C10a). Масс-спектр (MALDI

ным в литературе [11].

TOF/TOF), m/z (I_отн, %): 295 [M + Na + H]⁺. Найде-

Одномерные спектры ЯМР ¹Н и ¹³С, а также

но, %: С 52.95; H 6.27; N 5.08; S 35.51. C₁₂H₁₇NS₃.

двумерные гомо- (COSY) и гетероядерные (HSQC,

Вычислено, %: С 53.09; H 6.31; N 5.16; S 35.44.

HMBC) спектры регистрировали на спектроме-

N,N'-Бис(3-меркаптофенил)-1,5,8,12-тетра-

тре BrukerAvance 400 (400.13 МГц для ядер ¹Н,

тиа-3,10-диазациклотетрадекан (4). Выход 0.31 г

100.62 МГц для ядер ¹³С) в CDCl₃ или ДМСО-d₆ по

(64%), масло, R_f

0.80 (Sorbfil, бензол-этанол,

стандартным методикам фирмы Bruker, внутрен-

9:1). Спектр ЯМР ¹H (CDCl₃), δ, м.д.: 3.09 уш.с

ний стандарт ТМС. Mасс-спектры MALDI TOF/

(8H, H^6,7,13,14), 3.48 уш.с (2H, SH), 4.80 уш.с (8H,

TOF положительных ионов (матрица - 2,5-диги-

H^2,4,9,11), 6.78-7.08 м (6H, H^{2',2'',4',4'',6',6''}), 7.15-7.28

дроксибензойная кислота) записаны на масс-спек-

м (2H, H^5',5''). Спектр ЯМР ¹³C (CDCl₃), δ, м.д.:

трометре Bruker Аutoflex^TM III Smartbeam.

35.7 (С^6,7,13,14), 54.6 (С^2,4,9,11), 113.2 (C^6',6''), 116.4

Элементный анализ образцов проводили на анали-

(C^2',2''), 120.9 (C4',4''), 129.8 (C5',5''), 131.2 (C1',1''),

заторе фирмы СarloErba 1106. Контроль реакции

148.1 (C^3',3''). Масс-спектр (MALDI TOF/TOF),

осуществляли методом ТСХ на пластинах Sorbfil

m/z (I_отн, %): 487 [M + H]⁺. Найдено, %: 49.28; H

(ПТСХ-АФ-В), проявляли парами I₂. Для коло-

5.32; N 5.70; S 39.50. C₂₀H₂₆N₂S₆. Вычислено, %:

ночной хроматографии использовали силикагель

С 49.34; H 5.39; N 5.75; S 39.52.

КСК (100-200 мкм). Использованные реактивы

приобретены в компаниях Sigma-Aldrich и Acros

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

Organics.

тиа-3,11-диазациклогексадекан (5). Выход 0.26 г

(51%), масло, R_f 0.9 (Sorbfil, бензол-этанол, 9:1),

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

C₂₂H₃₀N₂S₆. Спектральные характеристики иден-

Катализируемое Sm(NO₃)₃·6H₂O циклотиоме-

тичны описанным в литературе [10].

тилирование орто-аминотиофенола с формальде-

N,N'-Бис(3-Меркаптофенил)-1,5,10,14-тетра-

гидом и алкандитиолами осуществляется по обе-

тиа-3,12-диазациклооктадекан (6). Выход 0.23 г

им функциональным группам исходного субстрата

(42%), масло, R_f

0.75 (Sorbfil, PhMe-EtOAc-

с образованием бензконденсированных макрогете-

ЖУРНАЛ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ том 58 № 3 2022

КАТАЛИТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ МАКРОГЕТЕРО(S,N)ЦИКЛОВ

329

ро(S,N)циклов. Гетероциклизация пара-аминотио-

J. Org. Chem. 2014, 50, 1711-1731.] doi 10.1134/

фенола протекает исключительно по аминогруппе

S107042801412001X

с образованием изолированных S,N-гетероциклов.

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

Межмолекулярная конденсация мета-аминотио-

Heterocycles in Life and Society. Chichester: J. Wiley

фенола с CH₂O и алкандитиолами приводит к кра-

& Sons Inc. 2011.

ун-подобным тиазамакроциклическим соединени-

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

ям.

Heterocyclic Chemistry. Oxford: Elsevier. 2000.

Машковский М.Д. Лекарственные средства. М.:

БЛАГОДАРНОСТИ

Новая волна. 2008.

Структурные исследования соединений прове-

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

дены в Центре коллективного пользования «Аги-

Heterocycles: Synthesis and Biological Evaluation.

дель» при ИНК УФИЦ РАН. Результаты получены

New York: Nova Science Pub. Inc. 2012.

с использованием оборудования ЦКП «Агидель»

Tian M., Ihmels H. Chem. Commun. 2009, 3175-3177.

УФИЦ РАН.

doi 10.1039/B821830G

ФОНДОВАЯ ПОДДЕРЖКА

Granzhan A., Ihmels H., Tian M. Arkivoc. 2015, vi,

494-523. doi 10.3998/ark.5550190.p009.339

Работа выполнена в соответствии с планами

Хираока М. Краун-соединения: свойства и приме-

научно-исследовательских работ ИНК УФИЦ РАН

нение. М.: Мир. 1986.

по теме ««Мультикомпонентные каталитические

10.

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

реакции в синтезе циклических и ациклических

2020, 56, 476-478. [Rakhimova E.B., Ozden I.V.,

гетероатомных соединений» (FMRS-2022-0079,

Ibragimov A.G. Russ. J. Org. Chem. 2020, 56, 544-

2022-2024).

547.] doi 10.1134/S107042802003029X

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

11.

Рахимова Е.Б., Васильева И.В., Халилов Л.М., Ибра-

Рахимова Елена Борисовна, ORCID: http://

гимов А.Г., Джемилев У.М. ХГС. 2012, 48, 1132-

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

orcid.org/0000-0002-7908-1354

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

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

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

012-1098-8

Авторы заявляют об отсутствии конфликта ин-

тересов.

12.

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

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

CПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

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

1. Коваль И.В. ЖОрХ. 2006, 42, 647-671. [Koval I.V.

986.] doi 10.1134/S1070428018070011

Russ. J. Org. Chem. 2006, 42, 625-651.] doi 10.1134/

13.

Khairullina R.R., Akmanov B.F., Tyumkina T.V.,

S1070428006050010

Talipova R.R., Ibragimov A.G., Dzhemilev U.M.

2. Ахметова В.Р., Рахимова Е.Б. ЖОрХ. 2014, 50,

Macroheterocycles.

2015,

89-93. doi

10.6060/

1727-1749. [Akhmetova V.R., Rakhimova E.B. Russ.

mhc140713k

ЖУРНАЛ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ том 58 № 3 2022