Синтез и кристаллические структуры N’ - ((алкилсульфанил)карбонил)бензогидразидов

АННОТАЦИЯ

При проведении алкилирования 5-арил-1,3,4-оксадиазол-2-тионов алкилгалогенидами, вместо ожидаемых 2-алкилтио-5-арил-1,3,4-оксадиазолов были получены N'-((алкилсульфанил)карбонил)бензогидразиды, имеющие линейную структуру без оксадиазольного кольца. Медленным испарением при комнатной температуре были получены кристаллы N’-((этилсульфанил)карбонил)-2-оксиметилбензогидразида 7 из этанола, N’-((пропилсульфанил)карбонил)бензогидразида 8 из этанола, N’-((пентилсульфанил)карбонил)бензогидразида 9 из системы метанол-хлороформ и N’-((гексилсульфанил)карбонил)бензогидразида 10 из ацетонитрила.

ABSTRACT

Alkylation of 5-aryl-1,3,4-oxadiazole-2-thiones with alkyl halides was carried out, where instead of the expected 2-alkylthio-5-aryl-1,3,4-oxadiazoles obtained N'-((alkylsulfanyl) carbonyl)benzohydrazides having a linear structure without an oxadiazole ring. By slow evaporation of solvents at room temperature were obtained crystals of N’-((ethylsulfanyl)carbonyl)-2-oxymethylbenzohydrazide 7 from ethanol, N’-((prophylsulfanyl)carbonyl)benzohydrazide 8 from ethanol, N’-((pentylsulfanyl)carbonyl)benzohydrazide 9 from methanol:chloroform and N’-((hexylsulfanyl)carbonyl)benzohydrazide 10 from acetonitrile.

Ключевые слова: пятичленные гетероциклы, 1,3,4-оксадиазолы, N'-((алкилсульфанил)карбонил)бензогидразиды, рентгеноструктурный анализ, кристаллические структуры.

Keywords: five-membered heterocycles, 1,3,4-oxadiazoles, N’-((alkylsulfanyl)carbonyl)benzohydrazides, X-ray analysis, crystal structure

Введение

Обладающие двойственной реакционной способностью 5-замещенные-1,3,4-оксадиазол-2-тионы относятся к очень интересной группе пятичленных гетероциклических соединений. Присутствие в их молекуле амбифункци-ональной тиоамидной группировки NH-C=S и других функциональных групп дает оксадиазолтионам возможность проявлять множественную реакционную способность, благодаря которого в зависимости от условий реакции и природы реагентов могут быть получены изомерные S- или N- продукты. Многочисленные соединения этого класса представляют также практический интерес для исследователей, обладая широким спектром биологической активности, таких как пестициды, антибиотики, противораковые, антигипертензивные, антидепрессивные, анальгетики, противовоспалительные и другие [1-4].

Продолжая исследования по изучению влияния природы алкилирующего агента, условий взаимодействия и с целью расширения ряда алкилпроизводных 5-арил-1,3,4-оксадиазол-2-тионов, нами были проведены реакции алкилирования 5-фенил- и 5-(2-метоксифенил)-1,3,4-оксадиазол-2-тионов 1,2 с галоид алкилами (алкил = этил, пропил, амил, гексил) при условиях ранее изученных нами других оксадиазолинтионов [6,7].

Экспериментальная часть

ИК-спектры синтезированных соединений были получены на ИК фурье преобразующем спектрометре System-2000 (Perkin-Elmer) в таблетках с KBr.

Параметры элементарной ячейки кристаллов определены и уточнены на дифрактометре CCD Xcalibur Ruby (Oxford Diffraction) с использованием CuKα-излучения, графитового монохроматора (T=293 K). Трехмерный набор отражений получен на соответствующем дифрактометре.

Алкилирование 5-фенил- и 5-(2-метоксифенил)-1,3,4-оксадиазол-2-тионов1,2 алкилгалогенидами (общая методика).

Смесь по 5 ммоль оксадиазолтиона (1,2), галоидалкила и К₂СО₃ кипятят в 15 мл сухого ацетона 4-5 ч. Затем из смеси удаляют растворитель, остаток растворяют в хлороформе и промывают водой, 15-20% раствором NaOH для удаления остатков тиона, далее промывают водой до нейтральной реакции. После упаривания на фарфоровой чашке получают продукты 7-10 взаимодействия.

Выращивание кристаллов

Медленным испарением при комнатной температуре были получены кристаллы N’-((этилсульфанил)карбонил)-2-оксиметилбензогидразида 7 из этанола, N’-((пропилсульфанил)карбонил)бензогидразида 8 из этанола, N’-((пентилсульфанил)карбонил)бензогидразида 9 из смеси метанол:хлороформ и N’-((гексилсульфанил)карбонил)бензогидразида 10 из ацетонитрила.

7                                   8                                  9                                       10

Рисунок 1. Схематические формулы и нумерация атомов в структурах 7 - 10.

Рентгеноструктурный анализ

Параметры элементарной ячейки кристаллов определены и уточнены на дифрактометре CCD Xcalibur Ruby (Oxford Diffraction) с использованием CuK_α-излучения, графитового монохроматора (T=293 K). Трехмерный набор отражений получен на соответствующем дифрактометре. Поправка на поглощение вводилась методом Multi-scan [8]. В табл.1 приведены основные параметры рентгеноструктурных экспериментов и расчетов уточнения структур 7-10.

Структуры расшифрованы прямыми методами в рамках комплекса программ SHELXS-2014, расчеты по уточнению структур выполнены по программе SHELXL-2014 [9]. Все неводородные атомы уточнены методом наименьших квадратов (по F²) в полноматричном анизотропном приближении. Положения атомов водорода установлены геометрически по принципу «наездника» и уточнены с фиксированными параметрами изотропного смещения U_iso=nU_eq, где n=1.5 для метильных групп и 1.2 для остальных, а U_eq – эквивалентный изотропный параметр смещения соответствующих атомов углерода.

Материалы рентгеноструктурного анализа в виде CIF файла депонированы в Кембриджском центре кристаллоструктурных данных (CCDC), откуда могут быть свободно получены по запросу по следующей ссылке: www.ccdc.cam.ac.uk/data_request/cif.

Таблица 1.

Основные кристаллографические параметры и характеристики рентгеноструктурного эксперимента для кристаллических структур 7-10

Обсуждение результатов

Опыты проводились при условиях ранее изученных [6,7]  нами других оксадиазолинтионов (кипячением в ацетоне эквимолярных количеств оксадиазолтинов, галоидалкилов и К₂СО₃). Ход реакции контролировалось ТСХ. После удаления ацетона из реакционной смеси остаток растворили в хлороформе и его промывали водой, 15-20% раствором щелочи для удаления непрореагировавщего тиона, затем еще водой до нейтральной реакции. После этого на фарфоровой чашке упариванием был удален хлороформ. При этом на дне чашки образовались продукты взаимодействия в виде кристаллов. Далее медленным испарением из соответствующих растворителей при комнатной температуре были получены монокристаллы соединений 7,8 (этанол), 9 (метанол:хлороформ) и 10 (ацетонитрил). Рентгеноструктурный анализ (РСА) этих кристаллов дал неожиданный результат, а именно вместо ожидаемых продуктов 2-алкилтио-5-арил-1,3,4-оксадиазолов 3-6 были получены вещества без оксадиазольного кольца и они имели линейный вид следующего строения 7-10:

1 Y=OCH₃; 2 Y=H; 3 Y=OCH₃, R=C₂H₅; 4 Y=H, R=C₃H₇; 5 Y=H, R=C₅H₁₁; 6 Y=H, R=C₆H₁₃; Х=J, Br.

Данные ИК спектров также подтверждают такое строение полученных кристаллов, так имеются сигналы соответствующие С=О и -NH-NH- группам в районе 1668-1692 и 3178-3291 см¹ соответственно, которые отсутствуют в спектрах исходных тионов.

В независимой части кристаллических структур 7, 8, 10 содержаться одна молекула, но в кристаллической структуре 9 содержатся две молекулы, которые различаются значениями торсионного угла C11-S13-C14-C15 (-104.53 и 94.94° для 9a и 9b, соответственно). Шестичленное кольцо в молекулах структур 7, 8, 9a,9b и 10 плоские (с точностью ± 0.003, ± 0.003, ± 0.005, ± 0.002 и ± 0.009 Ǻ соответственно). Расположение фенильного кольца относительно алкилсульфанилной группы характеризуется расположением бикарбогидразидного фрагмента -CO-NH-NH-CO- (значение торсионного угла C7-N9-N10-C11 71.86, -106.16, 91.15, -86.76 и -101.70° для 7, 8, 9a, 9b и 10, соответственно) (Рис.2.).

Рисунок 2. Кристаллические структуры 7-10.

Кристаллические структуры 7-10 образуют межмолекулярные H-связи [10] (Рис.3.)

В кристаллической структуре 7 C=O группа и NH группа образуют межмолекулярные H-связи. В кристалле между молекулами образуются водородные связи типа N-H...O, приводящие к образованию цепи вдоль оси b с мотивом граф сети C₁²(5).

В кристаллической структуре 8 C=O группа и NH группа образуют межмолекулярные H-связи. В кристалле между молекулами образуются водородные связи типа N-H...O, приводящие к образованию сети параллельной к плоскости bc с мотивом граф сети R₆⁶(28).

В кристаллической структуре 9 C=O группа и NH группа образуют межмолекулярные H-связи. В кристалле между молекулами образуются водородные связи типа N-H...O, приводящие к образованию сети параллельной к плоскости bc с мотивом граф сети R₄⁴(20).

В кристаллической структуре 10 C=O группа и NH группа образуют межмолекулярные H-связи. В кристалле между молекулами образуются водородные связи типа N-H...O, приводящие к образованию сети параллельной к плоскости bc с мотивом граф сети R₆⁶(28).

Рисунок 3. Упаковка молекул в кристаллических структурах 7-10

В таблице 2 приведены параметры водородных связей, полученные в результате рентгеноструктурного эксперимента.

В кристаллических структурах 8 и 10 наблюдается образование слабых π ... π взаимодействий между шестичленными ароматическими кольцами (атомы C1, C2, C3, C4, C5, C6) молекул, связанными симметрией -x,1-y,1-z;2-x,2-y, 1-z  и  центроид-центроид дистанцией 3.803(5), 3.784(3) Å, соответственно [11].

Таблица 2.

Геометрические параметры межмолекулярных водородных связей в кристаллических структурах 7-10

(d – дистанция, D – донор, A – акцептор)

Таким образом, после обработки реакционных смесей реакций алкилирования растворами щелочи произошло раскрытие оксадиазольного цикла с образованием N'-((алкилсульфанил)карбонил)бензогидразидов имеющие линейную структуру, что было доказано данными рентгеноструктурного анализа (РСА). Такие результаты не наблюдались в аналогичных опытах проведенных нами ранее, где были получены  и охарактеризованы соответствующие S-алкилпроизводные [6,7].

Список литературы:
1. Rakesh RS, Prabhakar Y. Shirodkar Oxadiazole: A biologically important heterocycle // Der Pharma Chemica. -2009. - 1. -Р. 130-140.
2. Kharb R, Kaur R, Sharma AK. Vistas on antimicrobial potential of novel oxadiazole derivatives in modern medicinal chemistry // European Journal of Biomedical and Pharmaceutical Sciences. -2014. -1.-Р. 401-420.
3. Kumar B, Kumar A, Beheraand AK, Raj V. Latest update on pharmacological activities of 1,3,4-oxadiazole derivatives. // J. Cell. Sci.Ther. -2016. -7. -Р. 233-239.
4. Jagadeesh PD, Shivarama HB, Nalilu SK, Laxmana K, Kumara Ch. Synthesis and antimicrobial evaluation of some new mannich bases bearing 1,3,4-oxadiazoline ring system. // International Journal of Advanced Research in Chemical Science. -2015. - 2. -Р. 7-14.
5. Ziyaev AA, Tozhiev IF, Shakhidoyatov KhM. 5-Aryl-1,3,4-oxadiazolin-2(3H)-thiones in reactions with of α-haloacetic acid esters. // Chem. Heterocycl. Comp. -2012. - 48. -Р. 488-491.
6. Galust’yan GG, Ziyaev AA. Interaction of 5-Aryl-1,3,4-oxadiazoline-2(3H)-thiones wth N-Substituted Chloroacetamides. // Chem. Heterocycl. Comp. -2002. - 38. -Р. 1104-1109.
7. Ziyaev AA, Makhmudov US, Ziyaeva MA, Tashkhodjaev B. Synthesis, crystal structures of S- and N-benzyl derivatives of 5-phenyl-1,3,4-oxadiazol-2-thione American Journal of Current Organic Chemistry. // American Journal of Current Organic Chemistry. - 2017. - 3. -Р. 1-8
8. Oxford Diffraction. CrysAlisPro. 2007. Oxford Diffraction Ltd, Abingdon, Oxfordshire, England.
9. Sheldrick GM. A short history of SHELX // Acta Crystallogr. A. -2008. -64.-Р. 112-122.
10. Etter MC, MacDonald JC. Graph-set analysis of hydrogen-bond patterns in organic crystals. // Acta Crystallogr. B. -1990. - 46. -Р. 256-262.
11. Estarellas C, Escudero D, Frontera A, Quinonero D, Deya P. // Theor. Chem. Account. Theoretical ab initio study of the interplay between hydrogen bonding, cation–π and π–π interactions. -2009. -122. -Р. 325-332.