Региоселективный синтез бис(гидрокси-2-хлоралкил)сульфидов

АННОТАЦИЯ

Впервые изучены реакции присоединения дихлорида серы к аллиловому спирту и 3-бутен-1-олу. На основе реакций разработаны эффективные региоселективные способы получения ранее неизвестных продуктов присоединения по правилу Марковникова: бис(3-гидрокси-2-хлорпропил)сульфида и бис(4-гидрокси-2-хлорбутил)сульфида.

ABSTRACT

The reactions of the addition of sulfur dichloride to allyl alcohol and 3-butene-1-ol have been studied for the first time. Based on the reactions, effective regioselective methods have been developed to obtain previously unknown addition products according to the Markovnikov rule, bis(3-hydroxy-2-chloropropyl) sulfide and bis(4-hydroxy-2-chlorobutyl) sulfide.

Ключевые слова: дихлорид серы, аллиловый спирт, 3-бутен-1-ол, региоселективная реакция, электрофильное присоединение.

Keywords: sulfur dichloride, allyl alcohol, 3-buten-1-ol, regioselective reaction, electrophilic addition.

Введение

Для синтеза сераорганических соединений часто используются реакции c участием электрофильных серосодержащих реагентов [1-5]. Дихлорид серы широко применяется в современном органическом синтезе для получения практически важных гетероциклических соединений (в том числе биологически активных) [1,3-5,7]. Использование дихлорида серы в синтезе гетероциклических соединений в большинстве случаев основано на способности этого реагента присоединяться к двойным связям диеновых соединений [5,7].

Ранее нами показана возможность проведения реакций гетероциклизации и циклофункционализации с непредельными спиртами (4-пентен-1-олом, 5-гексен-1-олом). Впервые осуществлены реакции дихлорида серы с 4-пентен-1-олом и 5-гексен-1-олом, которая приводит к ранее неизвестным  бис(тетрагидрофуран-2-илметил)сульфиду и бис(тетрагидро-2Н-пиран-2-илметил)сульфиду [3, 4]. Выходы бис(тетрагидрофуран-2-илметил)сульфида и бис(тетрагидро-2Н-пиран-2-илметил)сульфида составляют 82 и 84%, соответственно [3, 4]. Однако в литературе отсутствуют данные о реакции дихлорида серы с аллиловым спиртом и 3-бутен-1-олом.

С целью разработки эффективного метода синтеза бис(3-гидрокси-2-хлорпропил)сульфида и бис(4-гидрокси-2-хлорбутил)сульфида нами изучены реакции дихлорида серы с аллиловым спиртом и 3-бутен-1-олом.

Материалы и методы исследования

Спектры ЯМР ¹Н и ¹³С регистрировали на приборе Bruker DPX-400 (рабочие частоты 400.13, и 100.61 МГц, соответственно) в CDCl₃, внутренний стандарт – ГМДС. Элементный анализ выполнен на приборе Thermo Finigan EA 1112. Дихлорид серы получен взаимодействием монохлорида серы с хлористым сульфурилом [3, 4].

Бис(3-гидрокси-2-хлорпропил)сульфид (1). Охлажденный до –20ºС раствор 0.351 г (3.4 ммоль) дихлорида серы в 10 мл хлороформа добавили по каплям к охлажденному раствору до –20ºС раствору 0.395 г (6.8 ммоль) аллилового спирта в 10 мл хлороформа. Смесь перемешивали 1 ч при температуре –20 °С и 16 ч при комнатной температуре. Растворитель отогнали на роторном испарителе. Продукт очищен с помощью колоночной хроматографии на силикагеле (элюент: гексан). Выход: 0.698 г (93%), светло-желтая вязкая жидкость. Спектр ЯМР ¹Н (400.13 МГц, CDCl₃), δ, м. д.: 2.97–3.09 м (4Н, SCH₂), 3.86–3.95 м (4H, ОCH₂), 4.09–4.16 м (2H, CHCl), 5.48-5.51 м (2H, OH), Спектр ЯМР ¹³С (100.61 МГц, CDCl₃), δ, м. д.: 36.34, 36.40 (SCH₂), 61.63, 61.81 (CHCl), 63.64, 63.73 (ОCH₂). Найдено, %: С 33.05, Н 5.37, S 14.46. C₆H₁₂O₂Cl₂S. Вычислено, %: С 32.89, Н 5.52, S 14.63.

Бис(2-хлор-4-гидроксибутил)сульфида (2). Охлажденный до –20ºС раствор 0.08 г (0.78 ммоль) дихлорида серы в 5 мл хлороформа добавили по каплям к охлажденному до –20ºС раствору 0.113 г (1.56 ммоль) 3-бутен-1-ола в 5 мл хлороформа. Смесь перемешивали 1 ч при температуре –20 °С и 16 ч при комнатной температуре. Растворитель отогнали на роторном испарителе. Продукт очищен с помощью колоночной хроматографии на силикагеле (элюент: гексан). Выход: 0.181 г (94%), светло-желтая вязкая жидкость. Спектр ЯМР ¹Н (400.13 МГц, CDCl₃), δ, м. д.: 1.74–1.86 м (2Н, CH₂), 2.18–2.29 м (2Н, CH₂), 2.89–3.01 м (4Н, SCH₂), 3.43-3.46 м (2H, OH), 3.76–3.78 м (4H, ОCH₂), 4.17-4.21 м (2H, CHCl). Спектр ЯМР ¹³С (100.61 МГц, CDCl₃), δ, м. д.: 39.10, 39.29 (CH₂), 41.30, 41.67 (SCH₂), 58.85, 58.92 (CHCl), 59.10, 59.15 (ОCH₂). Найдено, %: С 38.95, Н 6.27, S 13.05. C₈H₁₆O₂Cl₂S. Вычислено, %: С 38.87, Н 6.52, S 12.97.

Результаты исследования и их обсуждение

В продолжение систематических исследований реакций дихлоридов серы и селена с непредельными соединениями [3,4,8,9] нами изучено присоединение дихлорида серы к аллиловому спирту и 3-бутен-1-олу. На основе этой реакции разработаны эффективные региоселективные способы получения ранее неизвестных бис(3-гидрокси-2-хлорпропил)сульфида (1) и бис(4-гидрокси-2-хлорбутил)сульфида (2).

Установлено, что реакции дихлорида серы с непредельными спиртами региоселективно протекают в среде хлороформа (хлористого метилена), давая сульфиды 1, 2 с выходом 93–94 %  При проведении реакции дихлорида серы с непредельными спиртами в четыреххлористом углероде, наряду с соединениями 1, 2 (выход 70–74 %), наблюдается образование побочных соединений, которые, судя по данным ЯМР, предположительно являются продуктами присоединения против правила Марковникова.

Известно, что реакции присоединения дигалогенидов серы и селена к алкенам, как правило, первоначально приводят к образованию кинетического продукта присоединения против правила Марковникова, который затем превращается в термодинамически более устойчивый продукт присоединения по правилу Марковникова [3,6], причем изомеризация легче протекает в более полярных растворителях.

Реакции осуществлялись при мольном соотношении непредельного спирта (аллиловый спирт, 3-бутен-1-ол) и дихлорида серы 2:1. Охлажденный раствор дихлорида серы добавляли по каплям к охлажденному раствору непредельного спирта при температуре –20 °С в хлороформе (или хлористом метилене) и перемешивали при этой температуре 1 ч, затем смесь перемешивалась 16 ч при комнатной температуре.

Строение продуктов реакции 1 и 2 доказано методом ЯМР ¹Н и ¹³С и подтверждено данными элементного анализа. Согласно данным ЯМР спектроскопии, соединения 1 и 2 представляют собой смесь двух диастереомеров в эквимольном соотношении. В спектре ЯМР ¹³С каждая из групп CH₂SСН₂ и CHCl появляется в виде двух сигналов, соответствующих разным диастереомерам. Диастереомерия обусловлена наличием в молекулах этих соединений двух асимметрических атомов углерода. Однако, поскольку сульфиды 1 и 2 имеют симметричное строение, число диастереомеров равно двум (D,L- и мезо-формы).

Спектральные исследования проведены с использованием материально-технической базы Байкальского аналитического центра коллективного пользования СО РАН.

Выводы

Разработаны удобные эффективные региоселективные способы получения ранее неизвестных бис(3-гидрокси-2-хлорпропил)сульфида и бис(4-гидрокси-2-хлорбутил)сульфида, которые делают эти соединения легкодоступными и открывают возможности их использования в органическом синтезе.

Список литературы:
1. Абрамов А. А., Анисимов А. В., Бобылева А. А. Синтез оксатиакраун-соединений на основе реакций дихлорида серы с ненасыщенными соединениями и их экстракционные характеристики // Химия гетероцикл. соед. – 2002. – № 3. – C. 291-305.
2. Константинова Л. С., Ракитин О. А. Монохлорид серы в органическом синтезе // Успехи химии. – 2014. – Т. 83, № 3. – С. 225-250.
3. Потапов В. А., Ишигеев Р. С., Мусалов М. В., Мусалова М. В., Амосова С. В. Синтез бис(тетрагидрофуран-2-илметил)сульфида и сульфоксида // Журн. орган. химии. – 2016. – Т. 52, №. 2. – С. 299-300.
4. Потапов В. А. Ишигеев Р. С., Мусалов М. В., Амосова С. В. Бис(тетрагидро-2H-пиран-2-илметил)сульфид и -сульфоксид из дихлорида серы и 5-гексен-1-ола // Журн. общей химии. − 2018. − Т. 88, № 12. − С. 2085-2086.
5. Accurso A. A. Cho S.-H., Amin A., Potapov V. A., Amosova S. V., Finn M .G. Thia-, aza-, and selena[3.3.1]bicyclononane dichlorides: rates vs. internal nucleophile in anchimeric assistance // J. Org. Chem. – 2011. – V. 76. № 11. – P. 4392-4395.
6. Musalov M. V., Potapov V. A., Kurkutov E. O., Musalova M. V., Khabibulina A. G., Amosova S. V. Regioselective syntheses of bis-(2-haloalkyl) selenides and dihalo[bis-(2-haloalkyl)]-λ4-selanes from selenium dihalides and 1-alkenes, and the methoxyselenenylation reaction // Archivoc.  2017.  V.2017, No.3.  P.365-376.
7. Tolstikov G. A. The Reaction of Sulphur Dichloride with Olefins as a Pathway to the Synthesis of Thiacyclanes // Sulfur Rep. – 1983. – V. 3, № 2. – P. 39-65.
8. Ишигеев Р. С., Потапов В. А., Амосова С. В. Синтез новых конденсированных соединений на основе реакции дихлорида серы с 6-аллил-3-метилфенолом // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 12. – С. 29-32.
9. Мусалов M. В., Куркутов Е. О., Мусалова M. В., Потапов В. А., Амосова С. В. Исследование реакций нуклеофильного замещения в хлоралкилселанах // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 12-8. – С. 1494-1498.