УДК 547.542 + 547.412.9 + 547.79
1,1-ДИХЛОРПОЛИФТОРАЛКИЛСУЛЬФЕНАМИДЫ И ИХ ДЕГИДРОХЛОРИРОВАНИЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ТРИЭТИЛАМИНА
В.М.Тимошенко, А.В.Рудниченко, А. В. Ткаченко, Ю.Г.Шермолович@
Институт органической химии Национальной академии наук Украины
02094, Киев-94, ул. Мурманская, 5; e-mail: sherm@bpci.kiev.ua
При реакции 1,1-дихлорполифторалкилсульфенилхлоридов с аммиаком получаются 1,1-дихлорполифторалкилсульфенамиды, которые под действием триэтиламина превращаются в 3,5-диполифторалкил-1,2,4-тиадиазолы.
Реакции α-хлоралкилсульфенилхлоридов с аммиаком и аминами подробно изучены только на примере трихлорметилсульфенилхлорида [1]. В отличие от алкил- и арилсульфенамидов, образующихся при реакции соответствующих сульфенилхлоридов с аммиаком и первичными аминами, трихлорметансульфенамиды весьма неустойчивы. Так, CCl3SNH2 стабилен только до –70 °C [1]. При реакции CCl3SCl с первичными алкил- и ариламинами образуются сульфенамиды CCl3SNHR, которые стабильны до 0 °C, разлагаются при комнатной температуре и взрываются при нагревании [2]. Однако, увеличение длины перхлоралкильного заместителя, как и введение атома фтора в молекулу сульфенамида, приводит к существенной стабилизации молекулы. Так, пентахлорэтилсульфенамид С2Cl5SNH2 [3] и фторхлорсодержащие сульфенамиды CCl2FSNH2 и CClF2SNH2 [4] термически устойчивые вещества.
В настоящей работе мы сообщаем о синтезе 1,1-дихлорполифторалкилсульфенамидов (I) и их превращениях под действием триэтиламина.
Ранее мы описали синтез 1,1-дихлор-2,2,3,3,4,4,5,5-октафторпентилсульфенилхлорида (IIб), который получается при хлорировании S,S-дибензилдитиоацеталя ω-Н-перфторпентаналя [5]. Другими исходными соединениями для получения 1,1-дихлорсульфенилхлоридов (I) являются 1,1-дигидрополифторалкилбензилсульфиды (III).
При хлорировании сульфидов (III) газообразным хлором образуются трудноразделимые смеси сульфенилхлоридов (II) и бензилхлорида. Однако, при пропускании избытка аммиака через эту смесь образуются сульфенамиды (I), от которых бензилхлорид легко отделяется при перегонке. 1,1-Дихлорсульфенамиды (I), в о
тличие от их нефторированных аналогов, термически устойчивые, перегоняющиеся в вакууме жидкости.
Ранее нами были получены сульфенамиды RFCCl2SNHR при действии на 1,1-дихлорполифторалкилсульфенилхлориды первичных алифатических и ароматических аминов. Дегидрохлорирование этих соединений под действием гексаметилдисилазида лития приводит к термически стабильным C-Cl-сульфинимидам RFC(Cl)=S=NR [6,7]. Последние оказались ценными исходными соединениями для синтеза фторсодержащих гетероциклов [7]. Это побудило нас исследовать реакцию дегидрохлорирования N-незамещенных сульфенамидов (I). Можно было предположить, что использование эквимольного количества основания приведет к моно-дегидрохлорированию с образованием сульфинимида RFC(Cl)=S=NH.
Оказалось, что в отличие от сульфенамидов RFCCl2SNHR, для дегидрохлорирования которых требуются сильные основания, 1,1-дихлорполифторалкилсульфенамиды (I) дегидрохлорируются уже при действии триэтиламина. Так, при реакции сульфенамидов (I) с триэтиламином в бензоле при комнатной температуре происходит образование 3,5-бис(полифторалкил)-1,2,4-тиадиазолов (IV) с выходами 32-40%.
Для выяснения пути образования тиадиазолов, протекание реакции дегидрохлорирования контролировали методом спектроскопии ЯМР 19F. При проведении реакции с 2 моль Et3N при комнатной температуре полного исчезновения сульфенамида в реакционной смеси не происходит даже через 3 сут. При использовании 3 моль Et3N, сигналы исходного сульфенамида в спектре ЯМР 19F реакционной смеси исчезают через 24 ч. После исчезновения сигналов сульфенамида картина спектра ЯМР 19F реакционной смеси не изменяется даже в течение 24 ч. Можно предположить, что лимитирующей стадией реакции является первоначальный отрыв протона от сульфенамида (I), а образующийся при этом анион быстро претерпевает последующие превращения. При этом возможно образование как сульфинимида (А), так и изомерного ему циклического продукта (Б), который легко претерпевают дальнейшее дегидрохлорирование с образованием тиазирина (В), находящегося в равновесии с нитрилсульфидом (Г) [8]. Известно, что нитрилсульфиды являются очень неустойчивыми соединениями и легко теряют серу, давая нитрилы [9]. В то же время, являясь активными 1,3-диполями, нитрилсульфиды вступают в реакции циклоприсоединения с нитрилами. Поэтому, представляется вполне вероятным, что образование тиадиазолов (IV) является результатом циклоприсоединения нитрилсульфида к продукту его распада – нитрилу. Скорость реакции циклоприсоединения меньше скорости распада нитрилсульфида, так как в спектрах ЯМР 19F реакционных смесей присутствуют также сигналы соответствующих полифторалкилнитрилов, а низкокипящий нитрил H(CF2)2CN с т. кип. 14 ºC [10] был отогнан из реакционной смеси и идентифицирован с помощью спектроскопии ЯМР 19F.
Аналогичное циклоприсоединение промежуточнообразующихся нитрилсульфида и нитрила рассматривалось как один из возможных путей образования тиадиазолов при окислении тиоамидов трет.-бутилгипохлоритом [11]. Эта реакция была выбрана нами для встречного синтеза тиадиазолов (IV), с целью подтверждения строения продуктов, образующихся при дегидрохлорировании сульфенамидов (I). При взаимодействии тиоамидов (Vа,б), синтезированных нами осернением соответствующих амидов полифторалканкарбоновых кислот (VIа,б), с трет.-бутилгипохлоритом мы получили с выходами 54-62% тиадиазолы (IVа,б), физические и спектральные свойства которых аналогичны продуктам, выделенным при дегидрохлорировании сульфенамидов (I).
Известно, что сульфинимиды (типа А), как и нитрилсульфиды (типа Г), могут реагировать как 1,3-диполи в реакциях циклоприсоединения [7,12]. Мы попытались зафиксировать возможные интермедиаты изучаемых реакций дегидрохлорирования в виде аддуктов циклоприсоединения. Однако, проведение реакций в присутствии диполярофилов различной природы (стирол, этилвиниловый эфир, диметил ацетилендикарбоксилат), не приводит к образованию новых продуктов, что видно по данным спектров ЯМР 19F реакционных смесей, т.е., превращения продуктов дегидрохлорирования протекают значительно быстрее, чем циклоприсоединение к предлагаемым перехватывающим агентам.
Экспериментальная часть
Спектры ЯМР 1Н и 19F регистрировались на спектрометре Varian-VXR-300 с рабочими частотами 299.943 МГц и 282.203 МГц соответственно. Внутренние стандарты – сигналы остаточных протонов в CHCl3 (δH 7.26 м.д.) для ЯМР 1H спектров и гексафторбензол (δF –162.9 м.д.). Для колоночной хроматографии использовали силикагель Merck 60 (40–63 мкм). Сульфид (IIIа) получили по методике, описанной в работе [13], сульфид (IIIб) и сульфенилхлорид (IIб) описаны в работе [5].
1,1-Дихлор-2,2,3,3-тетрафторпропилсульфенилхлорид (IIа). В раствор 11.9 г (0.05 моль) сульфида (IIIа) в 40 мл хлороформа при 10 ºC пропускали газообразный хлор в течение 4 ч. Хлороформ отгоняли с дефлегматором при атмосферном давлении, подключали вакуум (20 мм рт. ст.) и остаток перегоняли, собирая фракцию, кипящую при 50–60 ºC. При повторной перегонке с дефлегматором собирали фракцию 50–52 ºC (20 мм рт. ст.); получили 10 г сульфенилхлорида (IIа), содержащего 10 % бензилхлорида (по данным спектра ЯМР 1Н). Выход 72%. Спектр ЯМР 1Н (CDCl3), , м.д.: 4.59 с (PhCH2Cl), 6.26 т.т (1Н, НСF2, 2JHF 52.2, 3JHF 5.4 Гц), 7.36 м (PhCH2Cl). Спектр ЯМР 19F (CDCl3), , м.д.: –116.1 м (2F, CF2), –132.5 дм (2F, CF2H, 2JFH 52.2 Гц).
1,1-Дихлор-2,2,3,3,4,4,5,5-октафторпентилсульфенилхлорид (IIб). Получали аналогично сульфенилхлориду (IIа), хлорированием сульфида (IIIб). После отгонки растворителя смесь перегоняли с дефлегматором в вакууме 12 мм рт. ст., собирая фракцию, кипящую при 60–65 ºC. Получили сульфенилхлорид (IIб), содержащий 35 % бензилхлорида.
1,1-Дихлор-2,2,3,3-тетрафторпропилсульфенамид (Iа). Через раствор 16 г смеси сульфенилхлорида (IIа) и бензилхлорида в 200 мл эфира пропускали газообразный аммиак при –10 °С в течение 0.5 ч. Реакционную смесь перемешивали, постепенно доводя температуру до комнатной продолжая пропускать аммиак. К смеси добавляли 75 мл воды, эфирный слой отделяли, сушили Na2SO4 и растворитель выпаривали. Остаток дважды фракционировали в вакууме.
Желтая жидкость. Выход 72%, т. кип. 60–61 °C (10 мм рт. ст.). Спектр ЯМР 1H (CDCl3), , м.д.: 3.43 уш.c (2H, SNH2), 6.25 т.т (1H, CHF2,2JHF 52.8, 3JHF 5.7 Гц). Спектр ЯМР 19F (CDCl3), , м.д.: –117.7 м (2F, CF2), –133.2 д.м (2F, CF2H, 2JFH 52.8 Гц). Найдено, %: С 15.34; Н 1.52; Сl 30.49; S 13.96. C3H3Cl2F4NS. Вычислено, %: C 15.53; H 1.30; Cl 30.56; S 13.82.
1,1-Дихлор-2,2,3,3,4,4,5,5-октафторпентилсульфенамид (Iб) [14]. Получали аналогично сульфенамиду (Ia). Желтая жидкость. Выход 78 %, т.кип. 89-91 °С (10 мм рт. ст.). Спектр ЯМР 1Н (С6D6), δ, м. д.: 2.58 уш.с (2Н, SNH2); 5.27 т.т (1Н, НCF2, 2JHF 52.0, 3JHF 5.4 Гц). Спектр ЯМР 19F (С6D6), δ, м. д.: –107.6 м (2F, СF2), –117.8 м (2F, СF2), –129.5 м (2F, СF2), –136.6 д.м (2F, HСF2, 2JFH 52.0 Гц). Найдено, %: С 18.22; Н 0.89; Cl 22.59; S 9.85. С5H3Cl2F8NS. Вычислено, %: С 18.08; Н 0.89; Cl 21.35; S 9.66.
Взаимодействие сульфенамидов (I) с Et3N. К раствору 0.01 моль сульфенамида (I) в 20 мл бензола прибавляли по каплям триэтиламин (4.2 мл, 0.03 моль) и смесь перемешивали 24 ч, контролируя время окончания реакции по исчезновению в спектрах ЯМР 19F сигналов исходного сульфенамида. Осадок отфильтровывали, маточный раствор промывали насыщенным водным раствором NH4Cl, сушили Na2SO4, бензол выпаривали. Остаток фракционировали в вакууме. Тиадиазолы (IV) дополнительно очищали хроматографированием на колонке с силикагелем, элюент – петролейный эфир, контроль – методом ТСХ на пластинках Silufol UV-254, проявление в иодной камере.
3,5-Ди(2,2,3,3-тетрафторэтил)-1,2,4-тиадиазол (IVа). Бесцветная жидкость. Выход 40%, т. кип. 51–53 оС (10 мм рт. ст.), Rf 0.72. Спектр ЯМР 1Н (CDCl3), δ, м.д.: 6.31 т.т (1H, HCF2, 2JHF 52.8, 3JHF 4.0 Гц), 6.35 т.т (1H, HCF2, 2JHF 52.8, 3JHF 4.4 Гц). Спектр ЯМР 19 F (CDCl3), δ, м.д.: –111.3 м (2F, CF2), –116.3 (2F, CF2), –136.5 д.м (2F, CF2, 2JFH 52.8 Гц), –137.5 д.м (2F, CF2H, 2JFH 52.8 Гц). Найдено, %: C 25.36; H 0.68; N 9.62; S 11.00. C6H2F8N2S. Вычислено, %: C 25.18; H 0.70; N 9.79; S 11.21.
3,5-Ди(2,2,3,3,4,4,5,5-октафторбутил)-1,2,4-тиадиазол (IVб). Бесцветная жидкость. Выход 32 %, т. кип. 45–47 °С (0.06 мм рт. ст.), Rf 0.64. Спектр ЯМР 1Н (CDCl3), δ, м.д.: 6.10 т.т (1H, HCF2, 2JHF 51.9, 3JHF 5.1 Гц), 6.11 т.т (1H, HCF2, 2JHF 52.1, 3JHF 5.3 Гц). Спектр ЯМР 19F (CDCl3), δ, м.д.: –107.5 м (2F, CF2-C3), –112.3 м (2F, CF2-C5), –124.3 м (2F, CF2), –125.2 м (2F, CF2), –129.6 м (2F, CF2), –130.6 м (2F, CF2), –138.2 м (4F, 2×CF2H). Найдено, %: C 24.87; H 0.59; F 61.79; N 5.68; S 6.43. C10H2F16N2S. Вычислено, %: C 24.70; H 0.41; F 62.52; N 5.76; S 6.60.
Синтез тиоамидов (V). Общая методика. К суспензии 0.05 моль амида (VI) в 100 мл толуола прибавляли 26.68 г (0.06 моль) P4S10 и 6.7 г (0.05 моль) гексаметилдисилоксана. При интенсивном перемешивании выдерживали смесь при 80 °С 20 ч для (VIа) и 12 ч для (VIб). Осадок отфильтровывали и промывали на фильтре 20 мл эфира. Растворители удаляли в вакууме (10–20 мм рт. ст.), остаток разбавляли эфиром (100 мл). Эфирный раствор последовательно промывали насыщенным раствором NaHCO3 до прекращения выделения газа (4×50 мл), насыщенным раствором NaCl (2×100 мл) и водой (2×100 мл). Из водного слоя дополнительно делали экстракцию эфиром (2×100 мл). Объединенный эфирный раствор сушили Na2SO4, эфир удаляли в вакууме (10–20 мм рт. ст.), в остатке – тиоамиды (V).
Амид 2,2,3,3-тетрафтортиопропионовой кислоты (Vа). Желтая жидкость. Выход 40 %, т. кип. 45–50 °C (0.07 мм рт. ст.). Спектр ЯМР 1Н (CDCl3), δ, м.д.: 6.42 т.т (1H, HCF2, 2JHF 53.4, 3JHF 5.5 Гц), 7.78 уш. (1H, NH), 8.00 уш. (1H, NH). Спектр ЯМР 19F (CDCl3), δ, м.д.: –120.5 м (2F, CF2), –139.7 д.м (2F, CF2H, 2JFH 53.4 Гц). Найдено, %: C 22.29; H 1.75; N 8.52; S 20.10. C3H3F4NS. Вычислено, %: C 22.36; H 1.88; N 8.69; S 19.90.
Амид 2,2,3,3,4,4,5,5-октафтортиовалериановой кислоты (Vб). Бесцветные кристаллы. Выход 89%, т. пл. 38–41 °C (гексан). Спектр ЯМР 1Н (CDCl3), δ, м.д.: 6.12 т.т (1H, HCF2, 2JHF 52.0, 3JHF 5.3 Гц), 7.44 уш. (1H, NH), 7.91 уш. (1H, NH). Спектр ЯМР 19F (CDCl3), δ, м.д.: –111.8 м (2F, CF2), –123.8 м (2F, CF2), –130.3 м (2F, CF2), –138.3 д.м (2F, CF2H, 2JFH 52.0 Гц). Найдено, %: C 22.49; H 1.05; N 5.48; S 12.33. C5H3F8NS. Вычислено, %: C 23.00; H 1.16; N 5.36; S 12.28.
Синтез тиадиазолов (IV) из тиоамидов (V). Общая методика. К раствору 5.4 ммоль тиоамида (V) в 10 мл хлороформа прибавляли 0.32 мл (2.7 ммоль) трет.-бутилгипохлорита и реакционную смесь перемешивали при комнатной температуре 24 ч. Отфильтровывали осадок элементарной серы, хлороформ отгоняли, остаток перегоняли в вакууме. Выход тиадиазола (IVa) – 54 %, тиадиазола (IVб) – 62 %.
Список литературы
Коваль И.В. Усп. хим. 1991, 60, 1645.
Haas A., Lorenz R. Chem. Ber. 1972, 105, 3161.
Boureghda A., Abdel-Megeed M.F., Ghattas A.B.A.G., Jensen B., Senning A. Sulfur Lett. 1987, 5,
159.
Haas A., Lorenz R. Chem. Ber. 1972, 105, 273.
Марковский Л.Н., Слюсаренко Е.И., Тимошенко В.М., Каминская Е.И., Кириленко А.Г.,
Шермолович Ю.Г. ЖОрХ. 1992, 28, 14.
Шермолович Ю.Г., Тимошенко В.М., Роженко А.Б., Марковский Л.Н. ЖОрХ. 1992, 28, 427.
Ahlemann J.-T., Roesky H.W., Markovsky L.N., Timoshenko V.M., Shermolovich Yu.G.
HeteroatomChem. 1995, 6, 9.
Gotthardt H. Tetrahedron Lett. 1971, 12, 1277.
Paton R.M. Chem. Soc. Rev. 1989, 18, 33.
England D.C., Lindsey R.V., Melby L.R. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 6442.
El-Wassimy M.T.M, Jorgensen K.A., Lawesson S.O. Tetrahedron. 1983, 39, 1729.
Марковский Л.Н., Тимошенко В.М., Шермолович Ю.Г. ЖОрХ. 1995. 31. 161.
Тимошенко В.М., Листван В.В., Русанов Э.Б., Шермолович Ю.Г., Марковский Л.Н. ЖОрХ.
1997, 33, 70.
Тимошенко В.М. Автореф. дис. … канд. хим. наук. Киев, 1994, 16 с.
ГРАФИЧЕСКИЙ РЕФЕРАТ
