научная статья по теме ОКИСЛЕНИЕ 4-МЕТИЛ-1-(МЕТИЛТИОМЕТИЛ)-7-ТИАБИЦИКЛО[3.3.1]НОН-3-ЕН-2-ОНА Химическая технология. Химическая промышленность

НЕФТЕХИМИЯ, 2004, том 44, № 5, с. 388-392

УДК 543.845.8.547.269:66.095.253

ОКИСЛЕНИЕ

4-МЕТИЛ-1-(МЕТИЛТИОМЕТИЛ)-7-ТИАБИЦИКЛО[3.3.1]НОН-3-ЕН-2-ОНА

© 2004 г. А. Д. Улендеева, Л. А. Баева, Т. С. Никитина, Л. В. Спирихин, Е. В. Васильева, Н. К. Ляпина

Институт органической химии Уфимского научного центра РАН Поступила в редакцию 28.02.2004 г.

Принята в печать 09.06.2004 г.

Впервые изучено окисление 4-метил-1-(метилтиометил)-7-тиабицикло[3.3.1]нон-3-ен-2-она (ТБЦ) пероксидом водорода и иодатом калия при 20°С в некоторых органических растворителях. Установлен последовательный ход окисления атомов серы и эпоксидирования двойной связи ТБЦ. Получены моно- и дисульфоксиды, дисульфон и эпоксидисульфон. В моносульфоксиде ТБЦ окислен атом серы в алифатическом заместителе циклогексенового кольца. Моно- и дисульфоксиды представляют собой смесь эритро- и трео-изомеров с анти-расположением атома кислорода сульфинильной группы в гетероцикле. Эпоксидный цикл в эпоксидисульфоне находится в экзо -положении.

Исследования последних лет показали перспективность применения кетосульфидов и их производных в различных областях техники, сельского хозяйства и фармакологии [1-3]. В [4] нами был получен ранее не описанный в литературе ТБЦ и показано, что это соединение имеет структурный фрагмент, аналогичный азобицик-ло[3.3.1]нонанам, которые обладают высокой биологической активностью [5]. Для изучения фармакологических свойств ТБЦ необходимо было получить его производное, растворимое в воде. С этой целью в настоящей работе изучено окисление ТБЦ пероксидом водорода, йодатом калия и перйодатом натрия и определена растворимость продуктов окисления в воде и некоторых органических растворителях.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

ТБЦ 1 получали по методике [6] путем взаимодействия пропанона со смесью формальдегида, ме-тилмеркаптана и сульфида натрия при мольном соотношении реагентов 1-1.5 : 1-1.5 : 1 : 0.25-0.35 соответственно, в щелочной среде при 80°С в течение 32 ч. Из реакционной смеси ТБЦ выделяли пе-

регонкой в вакууме (0.5-1 мм рт. ст.) и затем очищали перекристаллизацией из этилового спирта. Строение ТБЦ подтверждено рентгеноструктур-ным анализом [4].

В качестве окислителей использовали водные растворы пероксида водорода (30-35%), иодата калия (7.5%) и периодата натрия (10.7%), растворителей ТБЦ - бензол, хлороформ, уксусную кислоту, ТГФ и ацетон. Окисление проводили при 10-20°С в течение 1-72 ч. С целью получения моно-и дисульфоксидов, дисульфона и эпоксидисуль-фона ТБЦ расход окислителей на 1 моль ТБЦ варьировали в пределах 1, 2, 4 и 5 молей соответственно. Контроль за ходом окисления проводили путем определения в реакционной смеси серы сульфидной и сульфоксидной [7, 8], методами ИК- и ЯМР 13С спектроскопии. Растворимость ТБЦ и продуктов его окисления в воде и органических растворителях (табл. 1) определяли гравиметрически при 20 ± 3°С. Физико-химические характеристики, данные ИК- и ЯМР 13С спектроскопии для ТБЦ и продуктов его окисления приведены в табл. 2, 3. ИК-Спектры веществ сняты на Бресогё М-80, температуры плавления определяли на нагревательном столике БоеНш, скорость нагре-

Таблица 1. Растворимость* соединений 1 и 3 в различных растворителях

Соеди- Растворимость, мас. % (20°С)

нение И20 СбИ14 С6И6 С4И80 СИС13 (СИ3)2С0 СИ3С00И СИ30И С2И50И (СИ^БО

1 0 0.16 44.6 36.0 42.0 33.3 19.6 7.0 2.0 27.1

3 8 0 0.02 0.16 1.0 0.05 14.0 0.4 0.2 6.8

* Дисульфон и эпоксидисульфон ТБЦ в воде практически не растворяются, растворимость в ДМСО составляет 5.4 и 4.2 мас. % соответственно. В остальных использованных растворителях растворимость колеблется в пределах 0.003 - 0.015 мас. %.

Таблица 2. Окисление ТБЦ пероксидом водорода в различных растворителях (мольное соотношение ТБЦ : Н202 = 1 : 2; растворитель - ацетон; 20°С; 72 ч)

Растворитель Выход дисуль-фоксида, мас. % ИК-Спектр

е общий на превращен-ную серу продукта реакции V, см-1

Ацетон 20.74 97.3 98.5 1654, 1624, 1018

ТГФ 7.9 85.4 80.5 1654, 1624, 1300, 1126,1018

Уксусная кислота 6.15 71.5 71.5 1654, 1624, 1300, 1126,1018

Хлороформ 4.8 65.0 65.0 1708, 1654, 1624, 1300, 1126, 1018, 814

Бензол 2.28 43.5 43.5 1708, 1654, 1624, 1300, 1126, 1018, 814

ва 5°С/мин. Спектры ЯМР 1Н и 13С записаны в растворах СБС13, (СБ3)280 на спектрометре Бгикег АМ-300 с рабочей частотой 300 и 75 МГц соответственно. Внутренний стандарт - ТМС.

Ниже приводятся методики получения.

Моносульфоксид - 4-метил-1-(метил сульфи-нилметил)-7-тиабицикло[3.3.1]нон-3-ен-2-он (2). В колбу помещали 1.00 г (0.0044 моль) ТБЦ, 14.2 мл ледяной уксусной кислоты, 1 мл Ш раствора соляной кислоты и при 20°С при перемешивании прибавляли по каплям 6.3 г 7.5% водного раствора К103 (0.0022 моль). После прибавления окислителя смесь перемешивали 1 ч, затем разбавляли водой 1 : 1 по объему и фильтровали от неокисленного ТБЦ. Фильтрат экстрагировали хлороформом. Хлороформные вытяжки промывали 5% раствором №2С03 (2 х 100 мл), водой и сушили М§Б04. Растворитель удаляли в вакууме, продукт промывали этиловым спиртом (2 х 10 мл), сушили 2 сут. Получен 1 г моносульфоксида ТБЦ в виде порошка желтого цвета с выходом 93.5%. Гпл 90-95 °С.

Дисульфоксид - 4-метил-1-(метилсульфинилме-тил)-7-тиабицикло[3.3.1]нон-3-ен-2-он-7-оксид 3.

В колбу помещали 10 г (0.044 моль) ТБЦ, 126 мл ацетона и при 20°С прибавляли по каплям 9.94 г 30% водного раствора пероксида водорода (0.088 моль). После полного прибавления окислителя смесь перемешивали 0.5 ч. Через 3 сут реакционную смесь разбавляли водой 1 : 1 по объему. Выпавший осадок неокисленного ТБЦ отфильтровывали. Воду упаривали при 50°С в вакууме. Продукт сушили 2 сут. Получено 11.1 г дисульфоксида ТБЦ в виде белого порошка. Выход 97.3%. Тпл 155-160°С.

Дисульфон - 4-метил- 1-(метилсульфонилме-тил)-7-тиабицикло[3.3.1]нон-3-ен-2-он-7,7-диок-сид 4. В колбу помещали 10 г (0.044 моль) ТБЦ, 126 мл ацетона и при 20°С прибавляли по каплям 19.88 г 30% водного раствора пероксида водорода (0.176 моль). После полного прибавления окислителя смесь перемешивали 0.5 ч и оставляли на 3 сут. Выпавший осадок отфильтровывали, перекристаллизовали из ДМСО и промывали водой (2 х 100 мл). Продукт сушили 2 сут. Получено 12.7 г дисульфона ТБЦ в виде белого порошка. Выход 99.2%. Тпл 229-231 °С.

Эпоксидисульфон - 4-метил- 1-(метилсульфо-нилметил)-3,4-эпокси-7-тиабицикло-[3.3.1]нонан-2-он-7,7-диоксид 5. В колбу к 10 г (0.044 моль) ТБЦ, 126 мл ацетона при 20°С прибавляли по каплям 24.85 г 30% водного раствора пероксида водорода (0.22 моль). После полного прибавления окислителя смесь перемешивали 0.5 ч и оставляли на 3 сут. После упаривания реакционной смеси при 50°С в вакууме, остаток перекристаллизовывали из ДМСО, промывали водой (2 х 100 мл) и высушивали на воздухе. Получили 13.1 г эпоксиди-сульфона ТБЦ в виде белого порошка. Выход 97.0%. Тпл 206°С.

Спектры ЯМР !Н:

1 (5, м.д. СБС13): 1.7 д-д (1Н, С9На, 2/ 13.0, 3/ 2.4 Гц); 1.99 д (3Н, СН3С=, 4/ 1.1 Гц); 2.09 с (3Н, СН3Б); 2.26 д (1Н, С8На, 2/ 12.6 Гц); 2.37 д-д (1Н, С6На, 2/ 13.4, 3/ 1.8 Гц); 2.45 д-д (1Н, С9Не, 2/ 13.0, 3/ 2.4 Гц); 2.46 д (1Н, СПН', 2/ 13.3 Гц); 2.71 д (1Н, С8Не, 2/ 12.6 Гц); 2.81 дддд (1Н, С5Н, 3/ 3.2, 2.4, 2.4, 1.8 Гц); 2.98 д (1Н, С11Н'', 2/ 13.3 Гц); 3.06 д-д (1Н, С6Не, 2/ 13.4, 3/ 3.2 Гц); 6.26 д (1Н, С3Н, 4] 1.1 Гц).

Таблица 3. Характеристика соединений

Соединение Найдено, % Вычислено, % Брутто формула ИК-Спектр V, см 1

С Н Б С Н Б С=0 Б —► 0

1 58.07 7.07 28.58 57.84 7.08 28.08 С11Н160Б2 1656 -

2* 51.88 6.73 24.22 54.09 6.55 26.23 С11Н1602Б2 1654 1024

3 49.14 6.72 23.4 50.76 6.15 24.6 С11Н1603Б2 1654 1018

4 43.74 5.66 22.63 45.2 5.48 21.92 С11Н1605Б2 1654 1126,1300

5 43.8 5.46 21.44 42.86 5.19 20.78 С11Н1606 Б2 1708 1126,1300

* Окислитель КЮ3.

2 (5, м.д. СБС13): эритро-изомер - 1.98 с (3Н, СН3С=); 2.54 д (1Н, С11Н', 2/ 13.3 Гц); 2.59 с (3Н, СН3БО); 3.24 д (1Н, С11Н'', 2/ 13.3 Гц); 6.26 с (1Н, С3Н); трео-изомер - 1.96 с (3Н, СН3С=); 2.65 с (3Н, СН3БО); 2.70 д (1Н, СПН', 2/ 13.2 Гц); 2.88 д (1Н, С11Н'', 2/ 13.2 Гц); 6.23 д (1Н, С3Н); эритро- и трео-изомеры - 1.92 м (С9На); 2.12-2.40 м (С9Не, С8На, С6На,); 2.73-3.07 м (С5Н, С6Не, С8Не).

3 (5, м.д. СБС13): эритро-изомер - 2.06 с (3Н, СН3С=); 2.62 с (3Н, СН3Б0); 2.69 д (1Н, СПН', 2/

13.3 Гц); 3.30 д (1Н, С11Н'', 2/ 13.3 Гц); 5.99 с (1Н, С3Н); трео-изомер - 2.04 с (3Н, СН3С=); 2.64 с (3Н, СН3Б0); 2.70 д (1Н, СПН', 2/ 13.6 Гц); 3.09 д (1Н, С11Н'', 2/ 13.6 Гц); 5.96 с (1Н, С3Н); эритро- и трео-изомеры - 2.17 м (1Н, С9На); 2.42 м (1Н, С9Не), 2.50-2.70 м (2Н, С6На, С5Н); 3.22 м (1Н, С8На); 3.55 м (1Н, С6Не, С8Не).

4 (5, м.д. (СБ3)280): 2.01 с (3Н, С10Н3С=); 2.28 д-д (1Н, С9На, 2/ 13.4, 3/ 1.3 Гц); 2.66 д (1Н, С9Не, 2/

13.4 Гц); 3.00 с (3Н, С13Н3Б02); 3.05 м (1Н, С5Н); 3.10 д-д (1Н, С6На, 2/ 14.1, 3/ 2.0 Гц); 3.40 д (1Н, СПН', 2/ 14.5 Гц); 3.45-3.55 м (2Н, С6Не, С8На), 3.62 д (1Н, С8Не, 2/ 14.4 Гц); 3.82 д (1Н, СПН", 2/

14.5 Гц); 6.03 с (1Н, С3Н).

5 (5, м.д. (СБ3)280): 1.48 с (3Н, С10Н3); 1.94 д-д (1Н, С9На, 2/ 13.9, 4/ 2.3 Гц); 2.71 д (1Н, С9Не,

Поскольку ТБЦ содержит два атома серы, один из которых находится в шестичленном гете-роцикле, другой - в алифатическом заместителе

2/ 13.9 Гц); 2.98 с (3Н, С13Н3Б02); 3.03 м (1Н, С5Н); 3.15 д (1Н, С8На, 2/ 13.7 Гц); 3.29 с (1Н, С3Н); 3.36 д (1Н, СПН', 2/ 14.5 Гц); 3.47 д (1Н, С8Не, 2/ 13.7 Гц); 3.56 м (1Н, С6На); 3.64 м (1Н, С6Не); 3.73 д (1Н, С11Н'', 2/ 14.5 Гц).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Нами установлено, что растворимость ТБЦ в использованных органических растворителях изменяется от 0.16 до 44.6 мас. % (табл. 1). В воде ТБЦ не растворяется. Как и следовало ожидать, природа растворителя оказывает существенное влияние на селективность окисления ТБЦ. Так, исследования состава продуктов окисления при соотношении ТБЦ : Н2О2 = 1 : 2 показали, что при 20°С в течение 72 ч достаточно селективное окисление и максимальный выход дисульфоксида достигается при использовании ацетона (табл. 2). Как и при окислении сульфидов [9-11], разная скорость превращения ТБЦ на стадиях сульфид-сульфоксид, сульфоксид-сульфон и сульфон-эпоксисульфон

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.