Диссертация (Новые подходы к синтезу неароматических серо- и азотсодержащих гетероциклов), страница 5

Координированный с Pd(II) трет-бутилизоцианид не присоединяеттииран вовсе. Также не реагируют аналогичные соединениям 65a-c комплексы Pt(II).Любопытно, что окись этилена, в отличие от тиирана, взаимодействует только с комплексамиPt(II) и лишь при нуклеофильном катализе NaCl, а этиленимин реагирует наиболее охотно,причём с комплексами обоих металлов.2.3. Двуликий эпитиохлоргидрин и его ближайшее окружениеВ химии тииранов (хлорметил)тииран (51a), известный также под тривиальным названиемэпитиохлоргидрин, занимает видное место. И дело здесь не только в том, что это соединениелегко и множеством способов получается из крупнотоннажного эпихлоргидрина (50a), но и втом, что введение атома хлора в -положение к тиирановому циклу создаёт своеобразнуюконструкцию из трёх электрофильных, двух нуклеофугных и одного амбифильного центров в22весьма малой молекуле с огромным синтетическим потенциалом, где кооперативные эффектыиграют определяющую роль.

Химия эпитиохлоргидрина уникальна ещё и тем, что еговсевозможные гомологи и аналоги представлены в литературе буквально единичнымипубликациями, в то время как для самого 51a имеется более двухсот работ, где он упоминаетсяв той или иной роли.Все известные (-галогеналкил)тиираны, исключая полученные нами новые соединения иполифторалкильные аналоги, не имеющие отношения к делу по существу, с легкостьюумещаются на одной строке схемы:MeXSClClMeMeClS51a: X = Cl51b: X = FS67Cl68S6951c: X = Br51d: X = IЭпитиофторгидрин (51b) получен из эпифторгидрина иKSCN [33]. Он легкополимеризуется и предложен для модификации резин. Эпитиобромгидрин (51c), химиякоторого напоминает химию 51a, исследован подробнее. Это соединение, а также(иодметил)тииран (51d), впервые получены из соответствующих эпигалогенгидринов итиомочевины [34], причём 51d весьма неустойчив и поэтому вряд ли представляет интерес.Информация о тииране 67 [35], а также рацемических 68 [36] и 69 [37] носит спорадическийхарактер, поскольку эти соединения получены необычными способами, не являясь главнойцелью исследования, и их химия далее не изучалась.

Если «обобщить» атом хлора какпотенциальную уходящую группу, то круг аналогов можно несколько расширить за счёт (сульфонилокси)тииранов (сульфонатов тиоглицидолов). Единичные примеры с такимструктурным фрагментом встречаются в химии углеводов, однако также бессистемно [38–41].В химии эпитиохлоргидрина (51a), в свою очередь, наиболее важное место занимает еговзаимодействие с нуклеофильными реагентами, которое нас и заинтересовало. Нельзя сказать,что к моменту начала нашей работы эта область была не исследована, однако её картинавыглядела не вполне ясной и местами даже противоречивой.Поскольку 51a является тиоаналогом чрезвычайно подробно изученного эпихлоргидрина(50a), при анализе этой картины необходимо опереться на информацию о поведениипоследнего и других оксиранов с дополнительной нуклеофугной группой в -положении.

Этаинформация настолько объёмна, что здесь нет возможности излагать её подробно. Посостоянию на начало 1990-х годов она отражена в обзоре [42], где отмечены важные для нас23основные закономерности, не претерпевшие кардинальных изменений впоследствии и краткопредставленные ниже.Оксираны 50, частным случаем которых является эпихлоргидрин 50a (X = Cl), имеют двацентра конкурентной нуклеофильной атаки – менее замещённый атом углерода оксирановогоцикла и -атом углерода, несущий галоген или иной нуклеофугный заместитель.NuO71'XNuOXNu70XNuNuOO5071Главное направление первичного взаимодействия зависит от природы уходящей группы Xи характера замещения оксиранового цикла, и в меньшей степени от природы нуклеофила,который на этой упрощенной схеме произвольно представлен анионным.

В случае протонныхнуклеофилов алкоголят 70 обычно нейтрализуется с образованием более или менее устойчивогоспирта 70-H (на схеме не показан). В отсутствие других заместителей оксираны 71 и 71'идентичны; в дальнейшем они могут раскрываться нуклеофилом с образованием вторичныхпродуктов. Кроме того, поскольку гидрокси-группа представляет собой слабый нуклеофил(благодаря чему, собственно, 70-H или даже 70, как минимум, метастабильны), в соединении70-H возможно внутримолекулярное алкилирование более нуклеофильной группы (например,для Nu = NAlk2 с образованием солей 3-гидроксиазетидиния [43]).Если обратиться к конкуренции образования 70/71, то в случае эпихлоргидрина (50a, X =Cl), независимо от природы нуклеофила оксирановый цикл всегда раскрывается быстрее.Первичный продукт раскрытия 70-H (X = Cl) часто выделяем, и его дальнейшую циклизацию в71' в основной среде можно контролировать.

Поэтому в тех случаях, когда по условиямпревращения из 50a непосредственно получается формальный продукт замещения хлора 71 ≡71', можно уверенно утверждать, что это происходит путём раскрытия-перемыканияоксирановго цикла, а не прямого замещения хлора.Для более нуклеофугных групп картина становится менее определённой и зависящей отприроды нуклеофила. Так, оптически активные глицидилсульфонаты 72 реагируют сфенолятами в апротонных средах почти нацело по механизму прямого замещения сульфоната собразованием глицидиловых эфиров 73, в то время как магнийорганокупраты раскрываютоксирановый цикл, давая 74 и не затрагивая сульфонат [44].24OArOHNaH, DMF, rtOArOOSO2Ar73RMgXCuI or Li2CuCl4Et2O or THFOHROSO2Ar7274Для гомологов 50 появление алкильных групп тормозит как раскрытие оксиранового цикла,так и нуклеофильное замещение, и ситуация в результате начинает зависеть от числа иположения заместителей, включая стереохимический фактор.

Насколько сложной она можетстать, можно увидеть на примере катализируемой хлорид-ионом изомеризации оксиранов 75 и76 [45].HOMeR4n-Bu4NCl, C6H6, 80 °CClR32R1 RO3erythro-75: R1 = Cl, R2 = Htrans-76: R = Me, R4 = Hthreo-75: R1 = H, R2 = Clcis-76: R3 = H, R4 = MeПри многочасовом нагревании устанавливается равновесие эритро-75 / транс-76 (6:94),цис-76 не изменяется, а из трео-75 получается меняющаяся во времени странным образомсмесь всех четырех изомеров.Наконец, для оксиранов с хорошо уходящей слабо нуклеофильной группой в -положениивозможен редко встречающийся и не имеющий пока препаративного значения типвнутримолекулярного нуклеофильного замещения с участием атома кислорода эпоксидногоцикла.Впервыединитробензоатовданное77,явлениеприводящембылокобнаруженоприсоответствующимсольволизеэфирамглицидил-3,5-оксетан-3-ола79,предположительно через соли 1-оксониабициклобутана 78 [46].R1 R2R3XR3OR3aq.

acetoneR3OX77XR1R278R380%R3R1OR27977-79a: R1 = R2 = Me, R3 = H; b: R1 = Me, R2 = R3 = H; c: R1 = R3 = Me, R2 = HX = 3,5-(O2N)2C6H3CO2Позже было показано [47], что диастереомерные оксираны 80a,b стереоспецифичнопревращаются в изомерные оксетаны 82a,b, что можно считать убедительным аргументом впользу образования бициклических интермедиатов 81a,b. Согласно квантовым расчётам,25катион 81a с псевдоэкваториальной метильной группой на 2.7 ккал/моль стабильнее, чемизомер 81b.HMeOX(CD3)2CO,2,6-lutidine, 100 °CXX80aHMeO82a81aMeOMeOX(CD3)2CO,2,6-lutidine, 100 °CXX80bOMeOMe82b81bX = 3,5-(O2N)2C6H3CO2Истории исследования взаимодействия эпитиохлоргидрина (51a) с нуклеофильнымиагентами уже примерно полвека.

Несмотря на то, что формально речь идёт о реакциях того жесорта, что и для эпихлоргидрина (50a) и его аналогов, различий в поведении обоих типовгетероциклов оказывается не меньше, чем общих черт. В отличие от эпихлоргидрина,эпитиохлоргидрин действительно двулик, потому что реагирует с N-, O- и S-нуклеофилами,порой даже одними и теми же, с образованием продуктов двух разных типов – тииранов 83 или(и) тиетанов 84, проявляя особый тип двойственной реакционной способности.NuSNu ClClSNu Cl 51a83SNu84В отличие от химии 50a, для превращений 51a → 83 ни при каких условиях не наблюдаютсялинейные интермедиаты – тиоаналоги 70-Н.

Причиной может быть как то, что подобныеинтермедиаты из-за крайне высокой нуклеофильности тиола в основной среде расходуютсябыстрее, чем образуются, так и то, что имеет место прямое замещение хлора. В связи свозникшей дилеммой высказывались различные предположения, однако экспериментальныедоказательства всякий раз отсутствовали.Образование тиетанов 84 ассоциировалось с момента обнаружения этой реакции [48],получившейназваниетииран-тиетановойперегруппировки,свнутримолекулярнымалкилированием атома серы, фактически по аналогии с превращением 80 → 82. Ранняягипотеза о том, что подобные превращения связаны с промежуточным раскрытием тиирановогоцикла у вторичного атома (против правила Красуского) [49], была окончательно отвергнута26после получения доказательств того, что протекающие с тииран-тиетановой перегруппировкойацетолиз и гидролиз 51a подчиняются кинетике первого порядка [50, 51].Превращения 51a → 83 известны для нуклеофилов разного вида.