CC BY
6
УДК 54.057
Дахно П.Г., Левченко А.Г., Жиляев Д.М., Доценко В.В.
РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ В РЯДУ ПРОИЗВОДНЫХ ЦИАНОТИОАЦЕТАМИДА Дахно Полина Григорьевна - студентка бакалавриата 4-го года обучения кафедры органической химии и технологий; [email protected].
Левченко Арина Григорьевна - студентка бакалавриата 4-го года обучения кафедры органической химии и технологий;
Жиляев Даниил Михайлович - студент бакалавриата 1-го года обучения кафедры органической химии и технологий;
Доценко Виктор Викторович - доктор химических наук, заведующий кафедрой органической химии и технологий; ФГБОУ ВО «Кубанский государственный университет», Россия, Краснодар, 350040, Ставропольская улица,149;
Производные цианотиоацетамида - 2-цианотиоакриламиды - были введены в реакции окисления с красной кровяной солью (1), нитритом натрия (2), диметилсульфоксидом (3), диэтилсульфоксидом (4) и перекисью водорода в уксусной кислоте (5). Установлено, что строение продуктов окисления зависит от природы выбранного окислителя. Так, в случае окислителей 1-4 происходит реакция окислительной димеризации и образуются соответствующие функционально замещенные производные 1,2,4-тиадиазола. В случае использования окислительной системы (5)- образуются амиды или эпоксиамиды в зависимости от строения ароматического заместителя исходного 2-цианотиоакриламида. Структура полученных соединений была подтверждена методами ИК-и ЯМР-спектроскопии.
Ключевые слова: цианотиоацетамид, 2-цианотиоакриламиды, 1,2,4-тиадиазолы, окисление тиоамидов, эпоксиамиды
OXIDATION REACTIONS IN A SERIES OF CYANOTHIOACETAMIDE DERIVATIVES
Dahno P.G., Levchenko A.G.1, Zhilyaev D.M.1, Dotsenko V.V.1 1 Kuban State University, Krasnodar, Russian Federation
Cyanothioacetamide derivatives - 2-cyanothioacrylamides - were introduced in oxidation reactions with potassium ferricyanide (1), sodium nitrite (2), dimethyl sulfoxide (3), diethyl sulfoxide (4) and hydrogen peroxide in acetic acid (5). We found that the structure of the oxidation products depends on the nature of selected oxidants. Thus, in the case of oxidizing agents 1-4, an oxidative dimerization reaction occurs and the corresponding functionalized 1,2,4-thiadiazoles were isolated. In the case of oxidizing system (5), either amides or epoxyamides are formed depending on the structure of the aromatic substituent of the starting 2-cyanothioacrylamide. The structure of the obtained compounds was confirmed by IR and NMR spectroscopy.
Key words: cyanothioacetamide, 2-cyanothioacrylamides, 1,2,4-thiadiazoles, oxidation of thioamides, epoxyamides
Введение
Окисление тиоамидов является одной из наиболее непредсказуемых реакций в органической химии и его результат существенно зависит от строения субстрата, условий проведения реакции и природы окислителя. В числе продуктов окисления тиоамидов наиболее часто образуются дисульфиды, амиды, бензотиазолы, соли 1,2-дитиолия, 1,2,4-тиадиазолы, аминосульфины (тиоамид-Б-оксиды), диоксид тиомочевины, соли 1,2,3-дитиазолия [1]
Целью нашего исследования было определение структуры продуктов окисления 2-
цианотиоакриламидов под действием различных доступных окислителей, а также оптимизация условий реакции. Полученные соединения могут представлять интерес как реагенты для гетероциклического синтеза.
Экспериментальная часть
На первом этапе работы нами были получены 2-цианотиоакриламиды (схема 1) путём введения в реакцию Кнёвенагеля ароматических альдегидов с цианотиоацетамидом в водно-спиртовой среде с использованием в качестве катализатора триэтиламина [2].
h2n
S^N
H
nh2
EtOH
Ar
catalyst cn
Схема 1 Получение 2-цианотиоакриламидов Ar = 4-CIC6H4, 2,4-СЪСбНз, 4-HOC6H4, 2-CIC6H4, 2-
NO2C6H4, 4-MeOC6H4, 3,4-(MeO)2C6H3 Для подтверждения строения полученных соединений были использованы методы ИК- и ЯМР-спектроскопии на ядрах 1Н и 13С. В ИК-спектрах 2-цианотиоакриламидов наблюдаются характерные полосы поглощения в области 3390-3300 см-1 (аминогруппа) и в области 2200 см-1 (сопряжённая нитрильная группа). В спектрах ЯМР 1Н характерный сигнал, относящийся к протонам тиоамидной группы, находятся в области 9,90-10,90 м.д.
Согласно статье [3], 2-цианотиоакриламиды были введены в реакцию с 30%-ной HCl в растворе ДМСО при 25 °С. Протекает быстрая реакция, сопровождающаяся образованием диметилсульфида и элементной серы. В качестве основного продукта были выделены производные 1,2,4-тиадиазола (схема 2). Использование избытка ДМСО или HCl способствует более быстрой и полной конверсии субстратов, и не влияет на выходы целевых продуктов. Также описано взаимодействие 2-цианотиоакриламидов с системой
S
ДМСО-НС1-ацетон в аналогичных условиях. Установлено, что данная реакция даёт те же продукты окислительной димеризации.
В спектрах ЯМР 1Н полученных соединений обнаруживается удвоенный набор сигналов ароматического заместителя и два сигнала протонов СН акрилонитрильного фрагмента в интервале 8,368,83 м.д. В ИК-спектрах присутствуют интенсивные полосы поглощения при 2208-2221 см-1,
соответствующих валентным
сопряженных групп C=N.
CN DMSO
колебаниям
Ar
NH2
HCl
88 Ме28
Схема 2 Окислительная димеризация 2-цианотиоакриламидов под действием ОМБО-ИС!
Аг = 4-С1СбН4, 2,4-СЬСбНз, 2-С1СбН По аналогии с окислением системой ДМСО-НС1, арилметиленцианотиоацетамиды были введены в реакцию с диэтилсульфоксидом и концентрированной соляной кислотой. Установлено, что продуктами данной реакции являются функционально замещённые производные 1,2,4-тиадиазола (схема 3).
оы ^эо
д^ ^ ,мн2 но1 ^
"в8 "б128 дг^/"
Схема 3 Окислительная димеризация 2-цианотиоакриламидов под действием Et2SO-ИCl
Аг = 4-С1СбШ, 2-С1СбН, 3,4-(МеО)2СбНз Арилметиленцианотиоацетамиды также были введены в реакцию с красной кровяной солью
csnh2
in "
h2nsc
k3[fe(cn)6] koh
"k4[l;e(cn)6]
s8
Кз[Бе(СК)б] в присутствии 10%-ного водного раствора КОН в среде спирт-вода (схема 4).
Продуктами реакции являются соответствующие функционально замещённые производные 1,2,4-тиадиазола. Так как продукты загрязнены примесью жёлтой кровяной соли и коллоидной серы, их необходимо многократно очищать, что неизбежно снижает выходы (15-30%).
оы кз[ре(0ы)6]
д^-мн кон ,
i "к4[ре(0м)б] дг—у 88
Схема 3 Окислительная димеризация 2-цианотиоакриламидов под действием красной
кровяной соли. Аг = 4-ОНСбН4 Помимо арилметиленцианотиоацетамидов, по данной методике может быть окислен также продукт конденсации цианотиоацетамида с изатином (схема 4).
К4[Ре(0М)б] 88
Н 0ы
Схема 4 Окислительная димеризация продукта конденсации цианотиоацетамида с изатином под действием красной кровяной соли Дитиоакриламид также был введен в реакцию с красной кровяной солью (схема 5). Продуктом реакции является олигомер. Его усредненный состав был определен по соотношению интегральных интенсивностей в 1Н ЯМР спектре.
s
s h2n
Схема 5 Окислительная димеризация дитиоакриламида под действием красной кровяной соли
В реакцию окисления с водным раствором КаЫО2 в среде уксусной кислоты были введены арилметиленцианотиоацетамиды с различными заместителями. Установлено, что продуктами реакции являются соответствующие функционально замещенные производные 1,2,4-тиадиазола (схема 6).
CN
АГ
NH2
NaNO
ACOH
Схема 6 Окислительная димеризация 2-цианотиоакриламидов под действием нитрита натрия
Аг = 4-С1СбШ, 2,4-СЬСбНз, 2-С1СбШ, 2-Ш2СбШ Установлено, что данная реакция с успехом реализуется только для тиоамидов с электроноакцепторными заместителями в
ароматическом цикле. В случае тиоамидов с электронодонорными заместителями наблюдается осмоление реакционной смеси, вероятно, из-за побочной реакции нитрозирования ароматических субстратов.
Исходные арилметиленцианотиоацетамиды были введены в реакцию с надуксусной кислотой, генерируемой in situ из ледяной уксусной кислоты и 60% H2O2. Реакцию проводили при интенсивном кипячении и в отсутствии катализаторов.
Установлено, что строение продукта эпоксидирования зависит от строения ароматического заместителя. Так, для 2-цианотиоакриламидов с заместителями в орто-положении в кольце было показано, что при окислении происходит одновременное эпоксидирование связи С=С и окисление тиоамидной группы, при этом C=N фрагмент молекулы не затрагивается. Продуктами реакции являются соответствующие 3-арилоксиран-2-циано-2-карбоксамиды с довольно высокими выходами (70-85%) (Схема 7).
CN H2O2 60% ,
Аг Л -LJ^-.-. J-
\i==^CSNH2
ACOH boiling
O
A^^C
conh2
N
Схема 7 Окисление 2-цианотиоакриламидов под действием перекиси водорода в уксусной кислоте Аг = 2,4-СЬСбНз, 2-С1СбН4, 2-Ш2СбШ
2
Для 2-цианотиоакриламидов с заместителями в пара- и мета-положении в кольце, наблюдается только окисление тиоамидной функции до амидной, при этом эпоксидирования С=С связи не происходит, и образуются соответствующие амиды с высокими выходами (70-80%) (схема 8).
СЫ
I П2О2 60% , Аг
H2O2 60% ACOH ' boiling
CN
CONH
2
Схема 8 Окисление 2-цианотиоакриламидов под действием перекиси водорода в уксусной кислоте А = 4-МеОСбН4, 3,4-(МеО)2СбНз (Е)-3-(4-Хлорфенил)-2-цианопроп-2-ентиоамид в условиях реакции претерпевает полный гидролиз и окисление с образованием 4-хлорбензойной кислоты (Схема 9).
П2°2 60% ^ СООП
Cl
CSNH
'2
ACOH bOiling '
Cl
Схема 9 Окисление (Е)-3-(4-хлорфенил)-2-цианопроп-2-ентиоамида под действием перекиси водорода в уксусной кислоте
Окисление 2-цианотиоакриламидов красной
кровяной солью (общая методика).
СЫ
ЫС
Ar
Ar
К суспензии (2,4 ммоль) соответствующего тиоакриламида в 5 мл этилового спирта при перемешивании добавляли водный раствор (10 мл воды) гексацианоферрата (III) калия (3,16 г, 9,6 ммоль), а затем по каплям добавляли 2,5 мл (4,8 ммоль) 10%-ного водного раствора КОН (р = 1,0904 г/см3). Реакционная масса желтеет, наблюдали образование осадка. Реакционную смесь перемешивали ещё 30 минут, после чего осадок отфильтровали, многократно промывали горячей водой. Полученный продукт подвергали очистке методом перекристаллизации из ацетона или смеси ацетон-этилацетат, ацетон-этиловый спирт.
Окисление 2-цианотиоакриламидов нитритом
натрия в уксусной кислоте (общая методика).
СЫ
В круглодонную колбу, снабженную дефлегматором, помещали 1,5 ммоль соответствующего тиоакриламида в 5 мл уксусной кислоты. При интенсивном перемешивании и нагревании (100 °С) в колбу добавляли 0,6 г (9 ммоль) нитрита натрия в 3 мл дистиллированной воды. Тиоакриламид растворялся, реакционная масса краснела и мутнела (образование коллоидной серы), и в течение 30 минут образовывался осадок продукта (Внимание! Выделяется оксид азота (IV)!). После охлаждения продукт осаждали 10 мл дистиллированной воды, после чего осадок отфильтровывали, многократно промывая
петролейным эфиром. Полученный продукт подвергали очистке перекристаллизацией из ацетона. Окисление 2-цианотиоакриламидов Et2SO-HCl (общая методика).
NC
CN
N AI-
Ar- N
К раствору арилметиленцианотиоацетамида 13 (1,5 ммоль) в 0.8 мл (8.45 ммоль) диэтилсульфоксида при интенсивном перемешивании и нагревании (70 °C) прибавляли 0.5 мл (4.7 ммоль) 30% HCl. При этом происходило моментальное окрашивание реакционной смеси в красный цвет, затем обесцвечивание и помутнение (образование коллоидной серы), и в течение нескольких секунд образовался осадок продукта (Внимание! Выделяется диэтилсульфид!). Полученную суспензию перемешивали при кипении в течение 1-2 мин, охлаждали, разбавляли 5 мл этилового спирта, отфильтровывали осадок. Для очистки от примеси серы полученный продукт перекристаллизовывали из ацетона или муравьиной кислоты.
Окисление 2-цианотиоакриламидов H2O2 60% -AcOH (общая методика).
O CN
CONH2 or A-
CONH
2
В круглодонную колбу объемом 50 мл вносили (1,1 ммоль) соответствующего тиоакриламида и растворяли в 5 мл уксусной кислоты. Смесь нагревали до кипения. Затем по каплям прибавляли 0,5 мл (0,011 моль) 60% раствора H2O2 (р = 1,24 г/см3). Смесь кипятили при постоянном перемешивании до завершения экзотермической реакции (Выделяется кислород!). Реакционную смесь оставляли на 2 недели до завершения кристаллизации продукта. Осадок отфильтровали, промывали петролейным эфиром и водой.
Заключение
В заключение стоит отметить, что приведенные методы окисления могут быть с успехом использованы для окисления непредельных тиоамидов. Строение полученных продуктов подтверждено комплексов спектральных методов.
Список литературы
1. Петров, К. А. Химические свойства тиоамидов / К. А. Петров, Л. Н. Андреев - Текст: непосредственный // Успехи химии. - 1971. - Т. 40. - №. 6. - С. 1014-1057. Библиогр.: с. 1053-1057 (274 назв.)
2. Litvinov, V. P. Partially hydrogenated pyridinechalcogenones. / V, P. Litvinov, - Текст : непосредственный // Russian Chemical Bulletin - 1998. -Vol. 47. №11. - P. 2053-2073. Библиогр.: с. 2070-2073 (106 назв.)
3. Доценко В.В., Кривоколыско С.Г. Окисление тиоамидов системой ДМСО-НС1: удобный и эффективный метод синтеза 1,2,4-тиадиазолов, изотиазоло[5,4-Ь]пиридинов и гетероциклических дисульфидов // Химия гетероциклических соединений. 2013. №4. С. 682-690.
N
