Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 10
1.1 Аллильные перегруппировки 10
1.2 Сигматропные перегруппировки в аллильных системах
1.2.1 Перегруппировки с [3,3]-сигматропным сдвигом 17
1.2.2 [2,3]-Перегруппировка Виттига
1.3 Реакции аллилгалогенидов с амбидентными нуклеофилами 32
1.4 Катионные перегруппировки в ряду адамантана 41
2. Обсуждение результатов 49
2.1 Синтез непредельных бромпроизводных адамантанового ряда
2.2 Перегруппировки непредельных субстратов адамантанового ряда
2.2.1 Термические превращения аллилариловых эфиров адамантанового ряда
2.2.2 Перегруппировка Виттига 1-[(E)-3-(бензилокси)проп-1-ен-1- ил]адамантана
2.2.3 Синтез и перегруппировки аллилтиоцианатов и аллилазидов адамантанового ряда
2.3 Превращения аллилбромидов адамантанового ряда в условиях 75
реакции Риттера
2.4 Синтез -сультонов на основе превращений олефиновадамантанового ряда
2.5 Химические свойства -сультонов каркасного строения 87
2.6 Реакции аллилбромидов адамантанового ряда с нуклеофилами 97
2.7 Синтез гетероциклических соединений на основе превращений непредельных субстратов адамантанового ряда
2.8 Синтез тиомочевин, тиосемикарбазидов и тиосемикарбазонов на основе адамантановых аллилизотиоцианатов
2.9 Противовирусная активность синтезированных соединений 103
3. Экспериментальная часть 108
3.1 Реагенты и оборудование 108
3.2 Синтез исходных соединений
3.2.1 Синтез олефинов адамантанового ряда 108
3.2.2 Синтез непредельных бромпроизводных адамантанового ряда
3.3 Перегруппировки непредельных субстратов адамантанового ряда
3.4 Превращения аллилбромидов адамантанового ряда в условиях реакции Риттера
3.5 Синтез -сультонов на основе превращений олефинов 136
адамантанового ряда
3.6 Химические свойства -сультонов каркасного строения 140
3.7 Реакции аллилгалогенидов адамантанового ряда с нуклеофилами
3.8 Синтез гетероциклических соединений на основе превращений непредельных субстратов адамантанового ряда
3.9 Синтез тиомочевин, тиосемикарбазидов и тиосемикарбазонов на основе адамантановых аллилизотиоцианатов
Выводы 163
Список использованных источников
- Сигматропные перегруппировки в аллильных системах
- Термические превращения аллилариловых эфиров адамантанового ряда
- Синтез гетероциклических соединений на основе превращений непредельных субстратов адамантанового ряда
- Перегруппировки непредельных субстратов адамантанового ряда
Введение к работе
Актуальность работы. Интерес к химии каркасных соединений вызван прежде всего разнообразием областей их применения. Высокая биологическая активность и ряд специфических параметров каркасных структур часто придают веществам и материалам комплекс ценных свойств. Это диктует необходимость постоянного поиска новых методов функционализации каркасных соединений.
Непредельные субстраты каркасного строения вследствие их высокой реакционной способности могут быть использованы как предшественники для синтеза различных функциональных производных. В практическом отношении большой интерес представляют олефины адамантанового ряда, которые являются достаточно доступными соединениями. Однако их использование в качестве ключевых синтонов для синтеза замещенных адамантанов практически не изучено.
Непредельные галогенпроизводные адамантанового ряда являются малоизученными соединениями, несмотря на то, что галогениды аллильного типа находят широкое применение в органическом синтезе. Интересным аспектом исследования химических превращений аллильных субстратов являются различные перегруппировки, в том числе и сигматропные, что позволяет использовать эти соединения для решения многочисленных синтетических задач. Можно полагать, что экранирующее влияние адамантанового каркаса на двойную связь, вызывающее стерическое напряжение в молекуле и зачастую приводящее к структурным деформациям, будет сказываться на химическом поведении таких пространственно затрудненных субстратов.
Таким образом, изучение превращений олефинов адамантанового ряда и разработка подходов к синтезу новых функциональных производных каркасного строения является важной задачей как в химии алкенов, так и в химии каркасных соединений.
Цель и задачи исследования. Целью работы является исследование превращений непредельных субстратов адамантанового ряда в условиях, обеспечивающих протекание аддитивных электрофильных, нуклеофильных реакций и сигматропных перегруппировок и разработка на этой основе препаративных методов получения новых производных каркасного строения. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
синтез исходных олефинов адамантанового ряда и разработка на их основе способов получения непредельных бромпроизводных адамантана;
исследование особенностей термических превращений и сигматропных перегруппировок в ряду непредельных адамантановых субстратов;
исследование возможных маршрутов перегруппировок аллилпроизводных адамантанового ряда на основе кинетических исследований и квантовохимических расчетов;
исследование превращений аллиладамантановых субстратов в нуклеофильных и электрофильных реакциях, а также изучение химических свойств полученных соединений. Научная новизна. Изучены особенности аллильного бромирования пространственно
затрудненных олефинов адамантанового ряда jV-бромсукцинимидом. Показано, что направление реакции радикального галогенирования зависит от положения адамантанового фрагмента в аллильном звене.
Исследованы термические превращения аллилариловых эфиров адамантанового ряда. Показано, что, в зависимости от температуры, времени и природы растворителя, могут образовываться как орто- и пара-замещенные фенолы, так и продукты формального замещения феноксильного фрагмента преобладающей в реакционной среде нуклеофильной частицей.
Впервые показана возможность протекания сигматропных перегруппировок в ряду аллилпроизводных адамантана на примере 1-[(>3-(бензилокси)проп-1-ен-1-ил]адамантана, 1-[()-3-тиоцианатопроп-1 -ен-1 -ил] адамантана, 1 -(3-тиоцианатопроп-1 -ен-2-ил)адамантана, 1 - [(Z)-1,4-дитиоцианатобут-2-ен-2-ил]адамантана, 1-[(>3-азидопроп-1-ен-1-ил]адамантана и 1-[(Z)-1,4- диазидобут-2-ен-2-ил] адамантана. Установлен изомерный состав и конфигурация образующихся продуктов. На основе кинетических исследований и квантовохимических
расчетов подтверждена сигматропная природа изомеризации 1-[(E)-3-тиоцианатопроп-1-ен-1-ил] адамантана в 1 -(1 -изотиоцианатопроп-2-ен-1 -ил)адамантан.
Впервые исследована реакция Риттера аллилбромидов адамантанового ряда. Установлено, что, в зависимости от природы исходного субстрата и условий эксперимента, могут образовываться как «классические» продукты реакции Риттера, так и продукты гетероциклизации или трансформации каркаса.
Исследованы реакции -сультонов каркасного строения с нуклеофилами. Показано, что в зависимости от строения исходного -сультона и основности реакционной среды, в результате реакции могут быть получены производные сульфоновых кислот как гомоадамантановой, так и адамантановой структуры. Установлено, что в присутствии основания раскрытие сультонового цикла протекает с обращением конфигурации при атоме углерода, связанном с серой.
Практическая значимость. Разработаны удобные препаративные методики синтеза непредельных бромпроизводных адамантана и производных сульфоновых кислот каркасной структуры.
В экспериментах in vitro установлена выраженная противовирусная активность N-[2-(адамант-1-ил)проп-2-ен-1-ил]морфолин-4-карботиоамида в отношении вируса осповакцины, оспы коров и оспы мышей и ^ео-б-метил^-окса-5-тиатетрацикло[7.3.1.1^'.О^]тетрадекан-5,5-диоксида в отношении вируса гриппа А (H5N1). Среди адамантилзамещенных тиомочевин и тиосемикарбазидов обнаружены соединения, эффективные в отношении вируса осповакцины и вируса герпеса простого.
Личный вклад автора. В диссертационную работу вошли результаты экспериментальных исследований, выполненных лично автором, либо при его непосредственном участии. Автором выполнен сбор и анализ литературных данных по теме диссертации, а также обсуждение полученных результатов. Интерпретация данных РСА и проведение физико-химических измерений (ЯМР, ГХ-МС, ИК и элементный анализ) выполнены автором самостоятельно.
На защиту выносятся следующие положения:
особенности аллильного галогенирования пространственно затрудненных олефинов адамантанового ряда;
термические превращения аллилариловых эфиров, содержащих в -положении аллильного звена адамантановый фрагмент;
исследование сигматропных перегруппировок непредельных субстратов адамантанового ряда и результаты кинетических и квантовохимических исследований перегруппировки 1 - [СEО-З-тиоцианатопроп-1 -ен-1 -ил] адамантана;
результаты исследования реакции Риттера аллилбромидов адамантанового ряда;
синтез -сультонов каркасного строения и особенности их взаимодействия с нуклеофилами.
Апробация результатов. Основные результаты были представлены на конференциях: XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011), Международная научно-техническая конференция «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии» (Уфа, 2011, 2014), кластер конференций по органической химии «ОргХим-2013» (Санкт-Петербург, 2013), Российская молодежная научная конференция «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 2013), Международный конгресс по химии гетероциклических соединений «КОСТ-2015» (Москва, 2015).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 6 статьях в рецензируемых российских и международных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и в 6 тезисах и материалах докладов на международных и российских конференциях.
Объём и структура диссертации. Диссертация изложена на 189 страницах машинописного текста, содержит 5 таблиц, 13 рисунков, состоит из введения, литературного обзора, посвященного изучению перегруппировок аллильных соединений, реакций аллилгалогенидов с амбидентными нуклеофилами и катионных перегруппировок в ряду адамантана, обсуждения результатов, экспериментальной части, заключения и списка литературы, включающего 252 наименования.
Работа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ в рамках соглашения 14.574.21.0120 (уникальный идентификатор соглашения RFMEFI57414X0120), в рамках проектной части государственного задания на научно-исследовательскую работу № 4.1440.2014/К.
Сигматропные перегруппировки в аллильных системах
Опыты, проведенные с различными аллиловыми эфирами, показали, что, как правило, для осуществления перегруппировки нет необходимости нагревать эфиры выше 200 C, и многие синтезы могли бы дать лучшие выходы при более низких температурах. Например, в процессе изучения синтеза пептидов на рибосомах цианобактерий Шмидтом и др. [40] было обнаружено, что О-пренильные производные тирозина 26 легко претерпевают перегруппировку уже при 37 С в водном буфере. В результате были выделены соответствующие С-пренил тирозины 27.
Большой интерес к перегруппировке Кляйзена повлек за собой разработку значительного количества различных модификаций. Рассмотрим некоторые из наиболее значимых. Перегруппировка Кэрролла Реакция Кэрролла, первоначально описанная в 1940 году [41], представляет собой термическое превращение аллильных -кетоэфиров в -кетокислоты, включающее [3,3]-сигматропную перегруппировку. Последующее декарбоксилирование приводит к соответствующим ,-ненасыщенным кетонам.
Эта реакция не была широко развита, поскольку для осуществления перегруппировки необходимы жесткие условия (температура 130-220 С). Однако, высоких температур, необходимых для протекания реакции, можно избежать в присутствии основания. Так, ,-ненасыщенные кетоны были получены с хорошими выходами из соответствующих аллильных ацетоацетатов при обработке диизопропиламидом лития (2 экв.) при -78 С в результате перегруппировки промежуточных дианионов и последующего декарбоксилирования при нагревании в CCl4 [42].
Эти условия для перегруппировки аллильных /?-кетоэфиров были в дальнейшем использованы в качестве ключевых стадий в синтезе различных биологически активных соединений. Также был оптимизирован синтез аллиловых /?-кетоэфиров, состоящий из реакции аллилового спирта с дикетеном в присутствии каталитического количества 4-(диметиламино)пиридина, которая приводит к образованию требуемого эфира ацетоуксусной кислоты. Дальнейшая обработка LDA (2 экв.) и нагревание приводят к -ненасыщенному кетону, служащему в качестве ключевого интермедиата в синтезе сесквитерпенового изокомена [43]. LDA (2 3KB.)
Перегруппировка Эшенмозера, впервые описанная в 1964 году, стала ценным методом для синтеза -ненасыщенных амидов [44]. Процесс состоит в образовании in situ нестабильного N,O-кетенацеталя (по реакции аллилового спирта с амидом ацеталя, как правило диметилацеталем N,N-диметилацетамида, с последующим элиминированием спирта) и его последующей [3,3]-сигматропной перегруппировке с образованием -ненасыщенного амида. Электронодонорная диметиламиногруппа при этом участвует в перегруппировке и ускоряет процесс по сравнению с классическим вариантом Кляйзена. Относительно мягкие условия реакции дают возможность вовлечения в перегруппировку субстратов с широким диапазоном функциональных групп [45].
Перегруппировка Эшенмозера-Кляйзена ациклических и циклических аллиловых спиртов также является весьма удобным маршрутом для получения ключевых прекурсоров в синтезе различных биологически активных соединений [47-49]. Перегруппировка Джонсона
В 1970 году Джонсон впервые сообщил о кислотно-катализируемой конденсации аллилового спирта с избытком ортоэфира. Первоначально образующийся смешанный ортоэфир превращается в соответствующий кетенацеталь, который in situ перегруппировывается в -ненасыщенный эфир карбоновой кислоты [50]. 1
Существует два способа получения смешанных ортоэфиров, которые являются предшественниками O-аллилкетенацеталей, причем последние и являются фактически субстратами для перегруппировки. Один из них состоит в кислотно-катализируемой переэтерификации триметилортоацетата с соответствующим аллильным спиртом. Следовые количества слабой кислоты (обычно пропионовой кислоты) приводят к полному протеканию реакции аллиловых спиртов с избытком ортоацетата с получением продуктов перегруппировки - го/?янс-у,-ненасыщенных эфиров, которые используются в качестве промежуточных продуктов в синтезе многих природных соединений [50].
Вторым способом получения промежуточных смешанных ортоэфиров является присоединение аллилового спирта к кетенацеталю. При этом реакцию проводят в отсутствии катализатора и растворителя [51].
В работах, посвященных синтезу биологически активного алкалоида - (+)-галантамина [52] и сесквитерпеновых эхинопинов А и В [53], отмечается, что в присутствии каталитического количества онитрофенола наблюдается повышение скорости перегруппировки ортоэфира.
Как правило для протекания перегруппировки Джонсона требуется высокая температура, однако в литературе есть примеры реакций с применением микроволнового излучения. Комбинированное использование каталитического количества пропионовой кислоты и микроволнового излучения приводит к двойной перегруппировке 1,4-бутиндиола в диэтил-3,4-бисметиленадипинат, который используется в качестве интермедиата для синтеза аминокислот бензосуберанового ряда [54].
Термические превращения аллилариловых эфиров адамантанового ряда
Химия адамантана и его производных имеет множество примеров молекулярных перегруппировок, сопровождающихся трансформацией каркаса. Такие процессы, как правило, имеют катионный характер и в случае адамантана и его производных приводят к расширению цикла с образованием продуктов гомоадамантановой структуры, либо к раскрытию и сужению цикла с получением соответствующих бициклических соединений и производных норадамантана [122, 123]. Синтетическая полезность данного типа реакций обусловлена, в первую очередь, возможностью получения соединений каркасного строения, труднодоступных или практически недоступных другими методами [124, 125]. В данном разделе обзора рассмотрены результаты, полученные в последние годы, а также более ранние работы, имеющие принципиальный характер. Гетероадамантаны в обзоре не рассмотрены. Взаимопревращение адамантилкарбинильных и гомоадамантильных производных является примером удивительно легкой трансформации скелета адамантана. Данная перегруппировка представляет собой 1,2-алкильный сдвиг неопентильного типа, которая протекает со значительным увеличением общей деформации молекулы и образованием пространственно более напряженной структуры (гомоадамантан примерно на 12 ккал/моль более напряжен, чем адамантан) [122].
Однако, если рассматривать этот катионный процесс с точки зрения относительной стабильности образующихся частиц, то картина становится более ясной, поскольку третичный карбкатион более стабилен по сравнению с первичным. Более подробные исследования этих реакций и полученные данные о времени ионизации и стадиях миграции показали, что адамантилкарбинильная перегруппировка по сравнению с другими имеет несколько другой вид сдвига [122].
В литературе очень долго дискутировался вопрос, по какому механизму протекают данные перегруппировки - по ступенчатому "классическому" механизму (A) или же процессы ионизации и перегруппировки происходят одновременно ("неклассический" механизм) (B). Для решения данного вопроса было предложено использовать модельное соединение неопентильного типа, которое, реагируя по ионному механизму, перегруппировывалось бы с большим затруднением, чем неопентильные производные. И в качестве подобной структуры был предложен 1-замещенный тозилоксиметиладамантан [126].
В работе постулировалось, что скорости сольволиза неопентилтозилата и 1-адамантилкарбинилтозилата должны быть близки, если лимитирующая стадия включает простую ионизацию с образованием (СН3)3ССН2+ и AdCH2+ соответственно. Если же лимитирующая стадия включает одновременно ионизацию и перегруппировку, то неопентилтозилат должен сольволизироваться гораздо быстрее, поскольку миграция метильной группы осуществляется легче, чем перестройка адамантильной системы в гомоадамантановую. Оказалось, что константы скоростей сольволиза адамантилкарбинилтозилата несколько выше, чем соответствующие константы скоростей неопентильного производного (за счет индуктивного действия адамантанового ядра). По мнению авторов, эти результаты свидетельствуют в пользу ступенчатого "классического" механизма перегруппировки, при котором на первой стадии происходит образование катионов.
Другие ученые долгое время оспаривали данную теорию и больше склонялись к неклассической природе промежуточных частиц [127]. Так, ацетолиз хирального 1-тозилоксиметиладамантана дает продукты с полным сохранением конфигурации, что, по мнению авторов, однозначно указывает на неклассическую природу интермедиата в этой перегруппировке [122]. Подобные результаты были получены позднее при сольволизе 1-(1-адамантил)этилсульфонатов [128] и 1-(3-норадамантил)этилсульфонатов [129].
Итак, при генерировании первичного карбениевого ионного центра рядом с алициклической системой, последняя подвергается расширению цикла с образованием алициклического третичного карбениевого иона, который при обработке водой приводит к соответствующим третичным спиртам. Данная методология хорошо используется для получения третичных алициклических спиртов обычно в сольволитических (гидролитических) условиях из соответствующих сложных эфиров (тозилатов, нозилатов, брозилатов, ацетатов и т.п.) [130]. В 1989 году Джорджем Ола и др. [131] был разработан удобный однореакторный метод синтеза полициклических углеводородов из соответствующих гомологичных метиловых спиртов или карбоновых кислот с использованием системы NaBH4-CF3SO3H.
Японскими химиками [132] был разработан новый маршрут для синтеза 3-замещенных 4-гомоадамантанонов исходя из 1-адамантилкарбальдегида, который на первом этапе многостадийного процесса под действием бензоил трифлата перегруппировывался в 3-гидрокси-4-гомоадамантилбензоат. Последний в несколько последовательных реакций был преобразован в 4-алкил- или 4-арил-3,4-дигидроксигомоадамантаны.
Синтез гетероциклических соединений на основе превращений непредельных субстратов адамантанового ряда
Следует отметить, что образование -сультонов 32, 38, 40 является стереоселективной реакцией [193]. Данные спектров ЯМР 1Н и 13С подтверждают образование только одного из двух возможных - диастереомера с трео-конфигурацией. Так, в спектре ЯМР 1Н соединения 38 вицинальная константа взаимодействия протонов 6-СН и 7-СН составляет 3J=12.9 Гц, что свидетельствует об их псевдоаксиальной ориентации относительно сультонового цикла. Подобная стереоселективность в процессе скелетной перегруппировки характерна для превращений с участием "неклассических" карбкатионов, в том числе и в ряду каркасных соединений [135, 193, 220-222].
Сульфирование 1-аллиладамантана 2 в тех же условиях приводит к адамантилсодержащему -сультону 42, который, вероятно, образуется в результате изомеризации менее стабильного промежуточного -сультона.
Известно, что сульфирование терминальных алкенов происходит через термически разрешенное согласованное циклоприсоединение на первом этапе сульфирования [223, 224]. Последующая перегруппировка -сультонов через цвиттер-ионный интермедиат приводит к - или -сультонам [219, 225].
В спектре ЯМР !Н сультона 42 присутствует сигнал метинового протона СН-O при 4.17 м. д. в виде дублета дублетов с V=6.2 и 9.5 Гц, сигналы диастереотопных протонов при атоме углерода, связанном с серой, наблюдаются при 3.17-3.27 м. д. Сигналы соответствующих атомов углерода (CH-О и CH2-S) в спектре ЯМР 13C проявляются при 90.2 и 45.9 м. д.
Сульфирование олефина 3 не привело к образованию ожидаемого -сультона гомоадамантанового строения. В результате реакции была выделена непредельная сульфокислота адамантанового строения 43. он2 H2S04,AC20 ґ/ / Me CH2CI2, 50 С, 3 ч / Ч7 Me
В литературе есть данные, что сульфирование непредельных соединений может идти через образование пиросультонов в качестве интермедиатов, которые можно обнаружить только при низких температурах. При 25 оС и выше они легко превращаются в непредельные сульфокислоты [219]. Этим можно объяснить образование сульфокислоты 43.
В ИК спектре полученной кислоты 43 наблюдаются характерные полосы поглощения валентных колебаний связей С-Н при 2904 и 2850 см"1, при 3410 см"1 наблюдается полоса поглощения валентных колебаний О-Н, при 1662 см"1 С=С, при 1350 и 1157 см"1 интенсивные полосы поглощения симметричных и ассиметричных валентных колебаний связей S=0.
В спектре ЯМР 1Н наблюдается сигнал протонов метильной группы в виде синглета при 2.15 м. д., при 6.18 м. д. наблюдается сигнал протона кратной связи в виде синглета, а при 8.97 м. д. сигнал протона сульфогруппы в виде уширенного синглета. В спектре ЯМР 13С наблюдаются сигналы углеродов кратной связи при 102.0 и 156.8 м. д., сигнал метильной группы наблюдается при 20.6 м. д.
В то же время, при взаимодействии бромпроизводного 8 с серной кислотой в смеси с уксусным ангидридом образуется -сультон гомоадамантановой структуры 44 с выходом 50%.
В спектре ЯМР !Н сультона 44 присутствуют сигналы протонов гомоадамантанового каркаса при 1.41-2.59 м. д., сигналы диастереотопных протонов метиленовой группы, связанной с атомом серы, наблюдаются в виде двух дублетов дублетов при 3.39 м. д. (2J=14.2, 4J=2.3 Гц) и 4.17 м. д. (2J=14.2 Гц, 4J=1.6 Гц), а сигналы при 3.86 м. д. (д. д, 2J=10.3, 4J=2.3 Гц) и 3.97 м. д. (д. д., 2J=10.3, 4J=1.6 Гц) соответствуют диастереотопным протонам бромметильной группы. В спектре ЯМР 13C присутствуют сигналы при 95.2 и 53.6 м. д., соответствующие атомам углерода в положениях 3 и 7 гомоадамантанового каркаса, сигнал при 58.0 м. д. принадлежит атому углерода, связанному с атомом серы, сигнал при 42.5 м. д. - атому углерода бромметильной группы. Структура полученного бромсультона 44 была доказана методом РСА. Рентгеноструктурное исследование монокристалла показало, что сультоновый цикл имеет неплоское строение, конформация цикла близка к конверту. В элементарной ячейке
монокристалла находится 4 молекулы соединения (рис. 9).
Отнесение сигналов ЯМР 1H и 13C для соединений 38, 40-44 проводилось на основе данных спектров ЯМР 13C DEPT-135, а также двумерных экспериментов 1H-13C HMQC и HMBC.
Сульфирование непредельных соединений 4 и 10c в тех же условиях не привело к ожидаемым результатам. Бутениладамантан 4 оказался крайне реакционноспособным, и при проведении реакции в аналогичных условиях наблюдалось осмоление реакционной массы. В случае использования пиридинсульфотриоксида при разных температурах олефин 4 оказался устойчивым к сульфированию. Дибромид Юс устойчив к действию серной кислоты при различных температурных условиях. В более жестких условиях (65%-ный олеум) наблюдалось осмоление реакционной массы и продукты идентифицировать не удалось.
Таким образом, сульфирование олефинов адамантанового ряда серной кислотой является удобным методом получения функционально замещенных -сультонов с полициклическими заместителями. Сульфированием (адамант-1-ил)замещенных олефинов синтезированы -сультоны, конденсированные с гомоадамантановым полициклом.
Анализ литературных данных показал, что -сультоны каркасного строения являются малоизученными соединениями и сведения об их химических свойствах отсутствуют. Нами были изучены некоторые химические свойства полученных -сультонов: реакции с TV-нуклеофилами, гидролиз и восстановление.
Известно, что сультоны в присутствии оснований легко взаимодействуют с нуклеофильными реагентами с раскрытием сультонового цикла по связи углерод-кислород и образованием соответствующих замещенных сульфоновых кислот [226, 227]. Так, при нагревании метилсультона 40 с 25%-ным водным раствором аммиака в присутствии гидроксида натрия в течение 3 часов происходит раскрытие сультонового цикла с образованием аммониевой соли эритро-сульфокислоты 45 (эквимолярная смесь (1Д, 4R) и (\S,4S)) с выходом 94%. А при более длительном проведении реакции в аналогичных условиях образуется продукт адамантановой структуры - э м о-сульфокислота 46 (эквимолярная смесь (\R, 2R) и (\S,2S)\ которая была выделена в виде аммониевой соли.
Перегруппировки непредельных субстратов адамантанового ряда
В ИК спектре аллилдитиоцианата 26a наблюдается узкая полоса поглощения валентных колебаний СN при 2148 см-1 характерная для тиоцианатов. Валентные колебания N=C=S в ИК спектре изотиоцианата 26b проявляются в виде широкой интенсивной полосы при 2083 см-1.
В спектре ЯМР 1Н дитиоцианата 26a протоны метиленовых атомов углерода связанных с тиоцианатными группами проявляются в виде дублета при 3.74 м. д. (для =CH-CH2-SCN, 3J=8.2 Гц) и синглета при 3.83 м. д. (для =C-CH2-SCN), а протону метинового атома углерода кратной связи соответствует триплет при 5.74 м. д. с 3J=8.2 Гц.
В спектре ЯМР 1Н соединения 26b сигналы протонов метиленового атома углерода, связанного с серой, наблюдаются в виде двух дублетов дублетов при 3.04 м. д. (2J=15.2 Гц, 3J=9.6 Гц) и 3.21 м. д. (2J=15.2 Гц, 3J=3.9 Гц), протон метинового атома углерода, связанного с азотом, проявляется в виде дублета дублетов при 4.59 м. д. (3J=3.9, 9.6 Гц), а протоны метиленового атома углерода кратной связи в виде двух дублетов при 5.21 и 5.24 м. д. с 2J=1.1 Гц.
В спектре ЯМР 13C дитиоцианата 26a сигналы метиленовых атомов углерода связанных с тиоцианатными группами наблюдаются при 29.5 м. д. (=C-CH2-S) и 31.6 м. д. (=CH-CH2-S), сигналы углеродов тиоцианатных групп при 111.4 и 111.9 м. д. В углеродном спектре соединения 26b сигнал метиленового атома углерода, связанного с серой, наблюдается при 37.1 м. д., сигнал метинового атома углерода, связанного с изотиоцианатной группой, наблюдается при 55.7 м. д., углероду тиоцианатной группы соответствует сигнал при 11.2 м. д., а сигнал углерода изотиоцианатной группы проявляется в виде характерной низкоинтенсивной уширенной линии при 136.5 м. д. Отнесение сигналов в спектрах ЯМР 1H и 13C соединений 22-26 проводилось на основании данных двумерных спектров 1H-13C HMQC и спектров 13C DEPT.
При проведении термической перегруппировки дитиоцианата 26a в кипящем о-ксилоле в течение 10 часов наблюдается образование смеси изомеров 26a,b с таким же соотношением 1:2 соответственно. Это свидетельствует о том, что при комнатной температуре устанавливается равновесие с преобладанием вицинального тиоцианатоизотиоцианата 26b.
Нами было изучено данное равновесие с помощью ЯМР 1H спектроскопии. При нагревании смеси 26a, b в ДМСО-d6 в интервале температур от 25 до 140 C получали ряд спектров ЯМР 1H. По данным спектров, с увеличением температуры равновесие смещается в сторону образования исходного аллилдитиоцианата 26a, причем максимальное его содержание достигается при 90 C (соотношение 26a:26b - 1:1) и при дальнейшем нагревании не изменяется.
В литературе существует множество примеров реакций органических изотиоцианатов со спиртами или алкоголятами щелочных металлов, которые, как правило, приводят к соответствующим тиокарбаматам [175]. Однако проведенная нами реакция адамантанового аллилизотиоцианата 23 с метилатом натрия в метаноле привела к неожиданному продукту - диаллилдисульфиду 27 с хорошим выходом. спектре дисульфида 27 присутствуют полосы поглощения валентных колебаний С-S при 725 см-1 и S-S при 492 см-1. В масс-спектре имеется пик молекулярного иона m/z=414, а также пик m/z=207 обусловленный разрывом связи S-S и образованием адамантилаллилсульфониевого катион-радикала. В спектре ЯМР 1Н соединения 27 сигналы протонов метиленовых атомов углерода, связанных с серой, наблюдаются в виде дублета при 3.27 м. д. (3J=7.3 Гц), протон (=CH-CH2) проявляется в виде дублета триплетов при 5.27 м. д. (3J=7.3, 15.6 Гц), а протон (Ad-CH=) в виде дублета при 5.45 м. д. с 3J=15.6 Гц. В спектре ЯМР 13C сигнал метиленовых атомов углерода, связанных с серой, наблюдаются при 42.4 м. д., а сигналы углеродов кратной связи при 119.8 и 146.5 м. д.
Диаллилдисульфид 27, предположительно, является продуктом реакции аллилтиоцианата 22 с метилатом натрия. Метилат-анион, будучи жестким нуклеофилом, атакует атом углерода тиоцианатной группы как более жесткий электрофильный центр с образованием метилцианата и аллилтиолат-аниона A, который реагирует далее со второй молекулой 22 приводя к симметричному дисульфиду 27 с потерей цианид-иона [176].
Дисульфид 27 также может являться продуктом формальной окислительной димеризации аллилмеркаптана, образующегося в результате разложения аллилтиоцианата 22 под действием основания [177]. Димеризация алифатических и ароматических меркаптанов в соответствующие дисульфиды может протекать под действием кислорода воздуха [178]. Поскольку реакция проводилась в атмосфере аргона в течение короткого промежутка времени, предпочтительным является механизм, протекающий через стадию образования тиолат-аниона.