НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

Баранович Діана Богданівна

УДК 547.543:547.26.122

Синтез та властивості функціональних алкілових і арилових естерів

1,1-діокситіолан-3- та арилтіосульфокислот

02.00.03 – органічна хімія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата хімічних наук

Львів - 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національному університеті “Львівська політехніка”

Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник кандидат хімічних наук, доцент

Лубенець Віра Ільківна,

Національний університет “Львівська політехніка”,

доцент кафедри технології біологічно активних

сполук, фармації та біотехнології.

Офіційні опоненти: доктор хімічних наук, професор

Ганущак Микола Іванович,

Львівський національний університет ім. Івана Франка,

завідувач кафедри органічної хімії;

доктор хімічних наук, професор

Ковтуненко Володимир Олексійович,

Київський національний університет ім. Тараса Шевченка,

професор кафедри органічної хімії.

Провідна установа Інститут органічної хімії НАН України,

відділ хімії органічних сполук сірки і фтору, м. Київ.

Захист відбудеться 23 вересня 2002 р. о 1500 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.01 у Національному університеті “Львівська політехніка” (79013, Львів-13, пл. Св. Юра 3/4, ауд. ).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету “Львівська політехніка” (79013, Львів, вул. Професорська, 1).

Автореферат розісланий 21 серпня 2002 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д 35.052.01 Скорохода В.Й.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Вагомий внесок у розвиток теоретичної органічної хімії зробив прогрес хімії сульфуровмісних сполук. Здатність сульфуру перебувати в різних ступенях окиснення дає ряд класів сульфуровмісних сполук, в якому S-естери тіосульфокислот виділяються як цінні сульфенілюючі реагенти та сполуки з високим індексом біологічної активності, що запропоновані як фармакологічні засоби, інсектициди, консерванти фруктів та овочів, біоциди для захисту матеріалів від біопошкоджень.

Реакційна здатність S-естерів тіосульфокислот зумовлена наявністю тіосульфогрупи та природою їх сульфонільного та тіольного фрагментів, що впливає на біологічну активність і визначає шляхи практичного застосування цих сполук. Одним з перспективних напрямків у пошуку нових біологічно активних сполук є синтез функціоналізованих арилалкільних тіосульфоестерів. Введення функціональних замісників зі сторони сульфуру різних ступенів окиснення дозволяє не лише цілеспрямовано змінювати фізико-хімічні властивості тіосульфоестерів, але й відкриває нові шляхи їх використання, зокрема для подальших хімічних перетворень за рахунок реакційної здатності як тіосульфонатної групи, так і введених функціональних груп. Вивчення властивостей функціоналізованих тіосульфоестерів має теоретичне значення для встановлення взаємозв'язку їх будови з реакційною здатністю та біологічною активністю, що дозволить здійснювати цілеспрямований синтез сполук з комплексом заданих властивостей.

Тому актуальною є розробка методів синтезу і дослідження маловивченого класу функціоналізованих арилалкільних тіосульфоестерів.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась у рамках наукової тематики кафедри технології біологічно активних сполук, фармації та біотехнології Національного університету “Львівська політехніка” (№ держреєстрації 0100V000518 та 0198V002389).

Мета та задачі дослідження. Мета роботи полягала в розробці шляхів синтезу функціоналізованих тіосульфоестерів, встановленні їх структури, фізико-хімічних характеристик, оцінці реакційної здатності та біологічної активності для визначення можливих шляхів їх практичного застосування.

Для досягнення поставленої мети необхідно було розв’язати наступні завдання:

-

-

-

-

-

-

Об’єкт дослідження – синтез функціоналізованих тіосульфоестерів та їх властивості.

Предмет дослідження – отримання тіосульфоестерів з функціональними замісниками в арилсульфонільному та алкільному тіольному фрагментах і дослідження їх хімічних властивостей та біологічної активності.

Методи дослідження – алкілювання солей тіосульфокислот алкілюючими реагентами (оксиранами, солями алкілзаміщеної сульфатної кислоти, галогеналкілами), сульфенілювання солей сульфінових кислот сульфенхлоридами, окиснення дисульфідів, ацилювання солей тіосульфокислот хлорангідридами сульфо- і карбонових кислот, кінетичні дослідження реакційної здатності синтезованих сполук до дії нуклеофів, ТШХ, елементний аналіз, ІЧ, ЯМР спектроскопія та мас-спектрометрія.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше встановлена здатність солей тіосульфокислот до розкриття оксиранового циклу, яке відбувається незалежно від умов реакції за правилом Красуського.

Вперше отримано S-естер тіосульфокислоти з оксирановим циклом в алкільному тіольному фрагменті.

Знайдено умови селективного приєднання оксиранів до тіосульфогрупи бінуклеофільних солей тіосульфанілової кислоти, яке обумовлене різною нуклеофільною активністю її S-, N-нуклеофільних центрів.

Вперше встановлена можливість використання натрієвих солей 4-амінобензен-сульфоніл- та 3-аміно-4-метоксибензенсульфонілетилсульфатних кислот як алкілюючих агентів солей тіосульфокислот з утворенням етилзаміщених естерів та вивчена їх реакційна здатність до дії лужних реагентів.

Розроблено новий метод синтезу тіоангідридів сульфокислот і сульфотіокарбоксиангідридів дією солей тіосульфокислот відповідно на сульфохлориди та хлорангідриди карбонових кислот, що дало можливість вперше отримати асиметричні тіоангідриди сульфокислот. Проведено порівняльну оцінку їх реакційної здатності до дії нуклеофілів.

Досліджені шляхи синтезу алкілових S-естерів моно- та дизаміщених арилтіосульфокислот з аміногрупою різного ступеня заміщення в арилсульфонільному фрагменті та тіосульфоестерів з ди-трет-бутилфенольним або незаміщеним фенольним фрагментами.

Встановлено шляхи отримання арилових, циклічних та ациклічних алкілових S-естерів 1,1-діоксотіолан-3-тіосульфокислоти та проміжних продуктів їх синтезу.

Розроблено умови моно- та дизаміщення 1,3-дихлоро-2-гідроксипропану солями арилтіосульфокислот.

Виявлено залежність між структурою синтезованих функціоналізованих тіосульфоестерів, їх реакційною здатністю у лужному гідролізі та біологічною дією.

Практичне значення отриманих результатів. Встановлені шляхи цілеспрямованого синтезу та розроблені препаративні методики отримання функціоналізованих арилалкільних тіосульфоестерів та проміжних продуктів їх синтезу. Розроблений новий спосіб отримання ?-гідроксиалкілових естерів тіосульфокислот. Розроблено препаративно зручний метод синтезу симетричних і асиметричних тіоангідридів сульфокислот та змішаних сульфотіокарбоксиангідридів.

Встановлений взаємозв'язок структури синтезованих тіосульфоестерів, їх реакційної здатності та біологічної активності, який відкриває перспективи цілеспрямованого синтезу сполук із конкретними практичними властивостями.

Серед синтезованих тіосульфоестерів виділено сполуки, які мають високу антимікробну та рістрегулючу активність та запропоновані шляхи їх можливого практичного застосування. S-(2-гідроксиетил)етантіосульфонат - перспективний біоцид для боротьби з мікробіологічною корозією обладнання нафтопереробних заводів.

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень, обробці отриманих результатів, аналізі спектральних даних та висновків стосовно будови сполук, формулюванні основних положень і висновків роботи.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались на шостій науковій конференції "Львівські хімічні читання  " (м. Львів, ), ХVIII Українській конференції з органічної хімії (м. Дніпропетровськ, ), другій науково-технічній конференції “Поступ в нафтогазопереробній і нафтохімічній промисловості” (м. Львів, ), Polish-Ukrainian conference “Polymers of special applications” (Poland, Radom, ), 11-th International Biotechnology Symposium and Exhibition (Germany, Berlin, 2000) та ХIХ Українській конференції з органічної хімії (м. Львів, 2001).

Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковано в 10 статтях, в тезах 10 доповідей наукових конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота викладена на 145 сторінках (без списку літератури) машинописного тексту, складається зі вступу, 5 розділів, висновків, списку літератури з 265 використаних джерел, містить 61 таблицю та 9 рисунків.

Основний зміст роботи

В огляді літератури систематизовано дані по методах синтезу, хімічних властивостях і шляхах практичного застосування тіосульфоестерів з різними фрагментами біля тіосульфогрупи.

Синтез функціональних алкілових і арилових S-естерів

1,1-діокситіолан-3- та арилзаміщених тіосульфокислот

Розділ присвячений дослідженню шляхів цілепрямованого синтезу та вивченню фізико-хімічних властивостей алкілових, алкілфункціональних та арилових S-естерів моно-, ди- та тризаміщених арил- і 1,1-діокситіолан-3-тіосульфокислот, тіоангідридів сульфокислот і змішаних сульфотіокарбоксиангідридів.

Природа, кількість та положення замісників в арильному кислотному фрагменті тіосульфоестерів суттєво впливає на їх фізико-хімічні властивості та біологічну активність. Алкілові естери моно- та дизаміщених арилтіосульфокислот синтезовані за класичною схемою синтезу алкілових естерів тіосульфокислот:

Вихідною субстанцією синтезу тіосульфоестерів (4а-з, 6а-в) є сульфохлориди
(2а-г), фізико-хімічні константи яких відсутні в літературі. Нами розроблені методики сульфохлоровання споук (1а-г) дією семи-десятикратного надлишку хлорсульфонової кислоти. Встановлено, що сульфохлорування еураксу (1б) доцільно проводити в хлороформному розчині. Виділення сульфохлоридів (2а-в), які легко гідролізують, проводили в гетерофазній системі хлороформ-вода. Солі (3а-д) синтезували окисно-відновною взаємодією сульфохлоридів (2а-г) з гідросульфітом калію або сульфідом натрію. Солі (3а-д) ? високоплавкі кристалічні речовини. Сполуки (3г,д) стійкі при тривалому зберіганні, а солі (3а-в, 5а,б) розпадаються при зберіганні більше двох місяців.

Алкілювання солей (3в,г) диметилсульфатом та алкілбромідами проводили у воді, водному ацетоні, метанолі, етанолі, хлороформі та ДМФА при різних температурних режимах. Встановлено, що найбільший вихід метилових (4а,в,д,е) та алілових естерів (4г,ж) отримано при 20 °С у водному ацетоні (58-82%), а етилових (4б,ж) і пропілового естерів (4з) – при 45 °С у метанолі (68-76%).

Сполуки (4а,б) також отримані зустрічним синтезом ? алкілюванням відомих естерів 4-ацетиламінобензентіосульфокислоти етилбромідом в абсолютному бензені з використанням металічного натрію з виходами 50-55%.

При синтезі тіосульфоестерів (6а-в) деацилювання аміногрупи можна проводити на стадії отримання солей (5а,б) або цільових тіосульфоестерів (6а-в), що дозволяє запропонувати різні методи їх отримання із задовільними виходами. Сполуки (4а-з, 6а) ? кристалічні речовини, а тіосульфоестери (6б,в) ? оливи. Їх індивідуальність підтверджена даними ТШХ, склад ? елементним аналізом, будова – методом ІЧ, 1Н ЯМР спектроскопії та мас-спектрометрії.

Оскільки при сульфохлоруванні фенолу в різних умовах нами отримано суміш ізомерних орто-, пара- та дисульфохлоридів, S-етил-4-гідроксибензентіосульфонат (12а) синтезували за схемою:

Калієву сіль (9) отримали з низьким виходом (30%) внаслідок часткового гідролізу естерної групи в умовах реакції. Тіосульфонат калію (9) алкілювали у водному ацетоні етилбромідом, з наступним деацилюванням сполуки (11) в кислому середовищі до тіосульфоестеру (12а). Проміжні та кінцеві продукти отримані з низькими виходами, тому тіосульфоестери (12а, 12б) отримували за схемою:

Тіогідрохінон (13) дією натрієвої солі етилтіосульфату перетворювали у дисульфід (14), окисненням якого 30% пероксидом водню в оцтовій кислоті отримали суміш тіосульфоестерів (12а,б) та продукти їх подальшого окиснення. Будова сполук (12а,б) підтверджена зустрічними синтезами та даними ІЧ, 1Н ЯМР спектроскопії:

Тіосульфоестер (20) із задовільним виходом (48%) отримали окисненням тіогідро-хінону (13) 30% пероксидом водню в оцтовій кислоті, яке відбувається через проміжне утворення дисульфіду (19).

Тіосульфоестери (25, 26) з ди-трет-бутилфенольним фрагментом синтезовані за схемою:

Будову тіосульфоестеру (25) підтверджено зустрічним синтезом:

В ІЧ спектрах сполук (12а,б; 20; 25; 26) спостерігаються смуги поглинання при частотах 1124-1142 см-1 та 1306-1318 см-1, які є характерними для асиметричних та симетричних коливань -SO- груп, та смуги поглинання при частотах 1228-1268 см-1 та 3308-3384 см-1 ОН- груп фенольних фрагментів. Смуга поглинання ОН- групи в ІЧ спектрі сполуки (25) є вузьким сигналом, сильно зміщеним в короткохвильову область спектру (3584 см-1) в порівнянні зі смугою поглинання аналогічних похідних незаміщеного фенолу (3384 см-1).

Для встановлення впливу -SO2- групи на фізико-хімічні властивості та реакційну здатність тіосульфоестерів нами були синтезовані естери 1,1-діокситіолан-3-тіосульфо-кислоти, арилсульфонілетилові естери арилтіосульфокислот та тіоангідриди сульфокислот.

Вихідною сполукою синтезу арилових і алкілових естерів 1,1-діокситіолан-3-тіо-сульфокислоти є сульфохлорид (31), який отримували сульфохлоруванням сульфолану (30) десятикратним надлишком хлорсульфонової кислоти в жорстких умовах (120 °С). Встановлено, що послідовне відновлення сульфохлориду (31) цинком в етанолі при 25-30 °С та обробка карбонатом натрію при 100 °С дає значно вищий вихід (76%) сполуки (33), ніж відновленням сульфохлориду (31) сульфітом натрію. Конденсацією надлишку сульфінату (33) з сульфенхлоридами в абсолютних розчинниках (CCl4, бензен) у гетерогенній системі при кипінні реакційної маси отримані арилові та циклічні алкілові тіосульфоестери (34а-д) з виходом 40-65%. Трихлорметиловий тіосульфоестер (34ж) синтезували з виходом 70% дією трихлорметансульфенхлориду на водний розчин сульфінату при 20 °С, що є резуль-татом більшої швидкості реакції конденсації, ніж гідролізу сульфенхлориду. Сполуки (34а-ж) - білі кристалічні речовини, за виключенням сполуки (34ж), практично нерозчинні у воді, розчинні в ацетоні, ДХЕ, ДМСО.

Алкілюванням вперше отриманих солей (35а,б) відповідними алкілюючими реагентами у водному ацетоні (1:10) при 20 °С синтезовані тіосульфоестери (36а-ж, 37а-є) з виходами 35-85%. При алкілюванні солей (35а,б) 1,5-дибромопентаном отримали продукт дизаміщення, а при дії 1,4-дибромобутана продукт монозаміщення. Продукт дизаміщення 1,4-[ди-(1,1-діокситіолан-3-тіосульфонат)]бутан (37б) отримали сульфонілюванням натрієвої солі бутандитіолу сульфохлоридом (31).

В ІЧ спектрах сполук (34а-ж, 36а-ж, 37а, 37б) є роздвоєні смуги поглинання симетричних (1300-1350 см-1) та асиметричних (1150-1226 см-1) коливань -SO2- групи, що пояснюється накладанням двох смуг сульфогруп, складових сульфоланового циклу та тіосульфогрупи.

Нами вперше встановлена можливість використання натрієвих солей 4-метокси-3-амінобензенсульфоніл- (38а) та 4-амінобензенсульфонілетилсульфатних кислот (38б) як алкілюючих реагентів для отримання тіосульфоестерів з функціональнозаміщеними алкільними тіольними фрагментами. Алкілювання солей тіосульфокислот сполуками (38а,б) у воді, водному ацетоні, водному етанолі, етанолі, метанолі, ДМФА при різних температурних режимах. Максимальні виходи тіосульфоестерів (44-87%) отримані конденсацією у воді при 80 °С, підвищення температури до 100 °С практично не впливає на вихід цільового продукту.

Будова тіосульфоестерів (38б,в,д) підтверджена зустрічним синтезом: алкілюванням солей тіосульфокислот алкілгалогенідами (41а-г), які синтезовані з відповідних сульфоспиртів (40а,б) взаємодією з PBr3 або SOCl2.

Нами вперше отримані симетричні та асиметричні тіоангідриди сульфокислот (42а-ж) дією солей тіосульфокислот на розчини сульфохлоридів. Виявлено, що порядок додавання реагентів суттєво впливає на вихід цільового продукту, оскільки висока нуклеофільність солей тіосульфокислот при їх надлишку в реакційній масі призводить до побічної взаємодії цільового продукту з вихідними солями.

Реакцію проводили як в гомогенній системі в ацетоні, так і в гетерогенній системі у бензені при -10, -5, 0, 20, 50 °С. Найвищі виходи (58-78%) тіоангідридів сульфокислот (42а-ж) отримані в ацетоні при -5-0 °С, завдяки їх нижчій реакційній здатності при низьких температурах.

Реакційну здатність тіоангідридів сульфокислот до дії нуклеофілів вивчали при їх гідролізі та взаємодії з амінами. Нами встановлено, що при отриманні тіоангідридів сульфокилот в ацетоні при 0 °С вони практично не гідролізуються вологою розчинника, а підвищення температури до 20 °С супроводиться утворенням домішок осаду бензентіосульфо- та бензенсульфокислот, які є продуктами побічного гідролізу цільового тіоангідриду.

При температурі кипіння в водному діоксані відбувається гідроліз бісбензенсуль-фотіоангідриду (42є) з утворенням бензенсульфо- (44) бензентіосульфокислот (43). Нестабільна в умовах реакції кислота (43) розкладається з виділенням сульфуру та сульфінової кислоти, яка диспропорціює до сульфонової кислоти та тіосульфоестеру.

У водному діоксані при температурі кипіння гідроліз бензен-4-ацетиламінобензен-дисульфотіоангідриду (42в) відбувається аналогічно гідролізу тіоангідриду (42є), а при тривалому нагріванні реакційної маси відбувається часткове деацилювання ацетиламіногрупи сульфокислоти, що підтверджено якісною реакцією на аміногрупу та даними ІЧ спектроскопії.

При гідролізі 4-амінобензенбензендисульфотіоангідриду (42ж) в водному діоксані при кип’ятінні з реакційної маси нами виділені тіосульфанілова, а з фільтрату бензенсульфонова кислоти.

Реакція аніліну з тіоангідридом (42є) в ацетоні при 20 С відбувається кількісно за 10 хв з утворенням сполук (45, 46), а при взаємодії з н-бутиламіном в аналогічних умовах виділені та ідентифіковані продукти н-бутилбензенсульфамід і відповідна сіль бензентіосульфокислоти (86%).

У літературі відоме отримання окремих представників сульфотіокарбоксиангідридів дією калієвої солі тіобензоату на ароматичні сульфохлориди. Нами встановлено можливість синтезу сульфотіокарбоксиангідридів (48а-г) дією солей тіосульфокислот на хлорангідриди карбонових кислот в ацетоні при температурі -10-0 °С з виходом 40-50%.

Сульфотіокарбоксиангідриди (48а-г) – кристалічні речовини, розчинні в ацетонітрилі, ацетоні, діоксані, етері. Будова сполук (48а-г) підтверджена методом ІЧ і 1Н ЯМР спектроскопії. ІЧ спектри сполук (48а-г) мають смуги поглинання при частотах 1112-1144 см-1 та 1308-1328 см-1, які є характерними для симетричних та асиметричних валентних коливань -SO- груп, та смуги поглинання С=О груп при частотах 1660-1670 см-1.

З метою пошуку нових методів синтезу ?-гідроксиалкілових естерів тіосульфокислот нами вперше проведена взаємодія солей тіосульфокислот з оксиранами, умови якої розробляли на прикладі оксиду етилену в присутності та без каталізатора. Встановлено, що при взаємодії в ацетоні або 80% водному етанолі при 15-20 °С без використання каталізатора відбувається побічний гідроліз цільових продуктів, що знижує їх вихід (не вище 40%).

Використання кислот Льюїса (ZnCl2, BF3·(C2H5)2O) як каталізаторів дозволило отримати тіосульфоестери (49а-д, 36є) з виходами 63-73%. Використання оксиду етилену для алкілювання солі 1,1-діокситіолан-3-тіосульфокислоти збільшило вихід цільо-вого продукту на 48% в порівнянні із алкілюванням її етиленбромгідрином.

З метою встановлення впливу електронних ефектів замісників заміщених оксиранів на напрямок атаки оксиранового циклу солями тіосульфокислот нами вперше проведена взаємодія солей тіосульфокислот з біфункціональним епіхлоргідрином (ЕХГ) в ацетоні, водному етанолі, бензені, ДМФА, при 15, 20, 40, 45 °С без та в присутності кислот Льюїса. Методом 1Н ЯМР спектроскопії встановлено, що у всіх випадках відбувається селективне приєднання до оксиранового циклу за правилом Красуського, що узгоджується з результатами напівемпіричних квантовохімічних розрахунків перехідних станів комплексу ЕХГ, хлориду цинку та йону метантіосульфокислоти, розрахованих методом РМЗ в наближенні B3LYP/6-31G* з використанням моделі Онзагера з врахуванням впливу етанолу для ?- і ?-розкриття оксиранового циклу та взаємодії тіосульфонату по хлору Розрахунки виконані у Дніпропетровському національному університеті к.х.н., доцентом Оковитим С.І..

Найбільший вихід 56-84% 2-гідрокси-3-хлорпропілових естерів тіосульфокислот (50а-д) ми отримали при 20 °С у 80% водному етанолі у присутності хлориду цинку.

Відомо, що тіосульфокислоти можуть вступати у реакції приєднання по активованих кратних зв’язках. При взаємодії біфункціональних алілгліцедолового етеру (51) та гліцидилметакрилату (52) із солями тіосульфокислот за розробленою нами методикою відбувається селективне приєднання до оксиранового циклу за правилом Красуського, що підтверджено даними 1Н ЯМР спектроскопії.

Здатність солей тіосульфокислот до розмикання оксиранового циклу у розробле-них умовах поширюється на інші оксиранові похідні:

При взаємодії біс-[4-(2,3-епокси-1-пропокси)бензен]сульфону (59) або 2,2-ди[4-(2,3-епокси-1-пропокси)бензен]пропану (60) з солями тіосульфокислот у співвідношенні реагентів 1:2 отримані продукти диприєднання (65-78%) та домішки продуктів моноприєднання.

Дією солі тіосульфокислоти на ЕХГ в сухому ацетонітрилі в присутності дибензо-18-краун-6-етеру кількісно отримано епоксипропановий естер бензентіосульфокислоти (67).

Тіосульфоестер (67) – легкоплавка, малостійка речовина, яка не витримує нагрівання вище 70 °С навіть у розчиннику. При перекристалізації або перегонці у вакуумі (145 °С; 0,05 мм. рт. ст.) продукт осмоляється. Дані 1Н ЯМР спектроскопії отриманої після нагріву сполуки свідчать про утворення димеру.

Тіосульфогрупа у пара-положенні знижує реакційну здатність аміногрупи естерів тіосульфанілової кислоти до дії оксиранів. Нами встановлено, що диприєднання оксиду етилену до тіосульфоестеру (68) відбувається в метанолі при 45-50 °С. При дії ЕХГ на сполуку (68) у метанолі при 55 °С отримано продукт моноприєднання.

Показано, що більша нуклеофільність тіосульфогрупи бінуклеофільної солі тіосульфанілової кислоти дає змогу отримати продукти селективного приєднання оксиду етилену та ЕХГ при 20 °С в 80% водному етанолі в присутності ZnCl2. При температурі 55-65 °С можна отримати продукт приєднання оксирану по двох реакійних центрах.

Алкілюванням солей арилтіосульфокислот 1,3-дихлоро-2-гідроксипропаном у водному ацетоні (1:5) при 20 °С нами були отримані сполуки ряду 2-гідрокси-1,3-біс(арил-сульфонілтіо)пропану (71а-є), будову яких підтверджено зустрічним синтезом.

Реакційна здатність синтезованих S-естерів тіосульфокислот

в реакції лужного гідролізу

З метою оцінки реакцiйної здатностi синтезованих тіосульфоестерів залежно від природи замісників біля тіосульфогрупи проводили кінетичні дослідження бімолекулярної реакції їх лужного гідролізу. Сумарне рівняння багатостадійного лужного гідролізу тіосульфоестерів: 3RSO2SR1 + 4HOЇ –– 3RSO2Ї + R1SO2Ї + R1SSR1+ 2Н2О

Виділені та ідентифіковані дисульфід та натрієві солі двох сульфінових кислот, які відповідають сульфонільному та тіольному фрагментам.

Встановлено, що S-[2-(3-аміно-4-метоксибензенсульфоніл)етил]етантіосульфонат (39ж) гідролізує у 4 рази повільніше за аналогічний естер бензентіосульфокислоти (39д) і у 9-10 разів повільніше за аналогічні естери заміщених арилтіосульфокислот. А конверсія S-(2-гідроксил-3-хлорпропіл)-1,1-діоксотіолан-3-тіосульфонату (50д) в 4-10 разів менша за конверсію аналогічного естеру арилтіосульфокислот (50а-г).

Встановлено, що введення заміщеного арилсульфонільного фрагмента в етиловий тіольний замісник естерів тіосульфокислот на порядок зменшує швидкість лужного гідролізу 2-(4-амінобензенсульфоніл)- і 2-(3-аміно-4-метоксибензенсульфоніл)етилових естерів порівняно з швидкістями лужного гідролізу етилових естерів аналогічних тіосульфокислот.

Швидкість лужного гідролізу S-(2-гідрокси-3-хлоропропіл)-3-ацетиламіно-4-ме-токсибензентіосульфонату на порядок вища за швидкість гідролізу пропілового естеру аналогічної тіосульфокислоти внаслідок електроноакцепторного впливу двох замісників алкільного тіольного фрагменту. Ефективні константи швидкості лужного гідролізу алкілових естерів аналогічних тіосульфокислот зменшуються зі збільшенням числа метиленових груп алкільного тіольного фрагмента.

Введення ацетиламіногрупи в мета-положення S-етил-4-метоксибензентіосульфонату частково знижує рекційну здатність етилового естеру дизаміщеної арилтіосульфокислоти до дії нуклеофілів.

Шляхи практичного застосування синтезованих S-естерів тіосульфокислот

Оцінено антимікробну, рістрегулюючу та біоцидну дію синтезованих тіосульфоестерів Дослідження проведені в Інституті ботаніки ім. Холодного Н.Г. АН України (м. Київ), в Інституті рибного господарства ААНУ (м. Київ), в ДНДКІ ветеринарних прераратів і кормових добавок (м. Львів), на кафедрі ТБАФБ Національного університету “Львівська політехніка” (м. Львів). Антимікробну активність алкілових естерів 3-ацетиламіно-4-метоксибензен- (4е-ж) та 3-аміно-4-метоксибензентіосульфокислот (6а-в) досліджено на 24 штамах тест-культур, які викликають пошкодження нафтопродуктів. Всі сполуки в концентрації 0,1% – фунгібактерициди, а по відношенні до Bacillus sp штам 9г вони є бактерицидами навіть при концентрації 1 мг/мл. S-етил-3-аміно-4-метоксибензолтіосульфонат (6б) в концентрації 0,001% затримує розвиток Rhodococcus rubrum штам г і Nocardia rubrа штам г.

Сполуки (4, , , ) по відношенні до тест-культур Escherichia штам С-600, Aeromonas sp. штам 15, Candida та Penicillium в концентрації 1 мг/мл проявляють бактерицидну, але не проявляють фунгіцидної дії.

Введеня RSO2S- франменту в пара-положення фенолу збільшує його бактерицидні властивості (мінімальна бектерицидна концентрація фенолу – 0,5%, а тіосульфонатних похідних фенолу лише 0,1%).

Показано, що S-(2-гідроксиетил)етантіосульфонат – ефективний біоцид для боротьби з мікробіологічною корозією обладнання нафтозаводів.

Синтезовані тіосульфоестери сприяють схожості сільскогосподарських культур, збільшенню розміру і ваги проростків та зменшенню захворювання рослин. Виділено сполуки, які мають рістрегулюючу дію та препарати для боротьби з бактеріальними захворюваннями сільськогосподарських культур.

Фунгібактерицидна та рістрегулююча активності синтезованих сполук можуть знайти практичне використання після відбору препаратів за параметрами гострої токсичності для теплокровних тварин.

висновки

1. Вперше виявлена здатність солей тіосульфокислот до селективного розкриття оксиранового циклу без та в присутності кислотних та основних каталізаторів, яке відбувається незалежно від умов взаємодії та електроних ефектів замісників заміщених оксиранів за правилом Красуського, що узгоджується з проведеними квантово-хімічними розрахунками. Розроблено новий метод отримання ?-гідроксиалкіл- та ?-гідроксиалкілзаміщених естерів алкан-, арил- та гетероциклічних тіосульфокислот дією солей тіосульфокислот на оксирани в присутності кислот Льюїса. Розроблені умови отримання епоксипропільного естеру бензентіосульфокислоти взаємодією солі тіосульфокислоти з епіхлоргідрином в ацетонітрилі у присутності дибензо-18-краун-6-етеру.

2. Встановлено, що за рахунок різної нуклеофільної активності S-, N-нуклеофільних центрів бінуклеофільних солей тіосульфанілової кислоти можна отримати продукт селективного приєднання до тіосульфогрупи при 20 °С у присутності кислот Льюїса, а продукти приєднання по двох реакційних центрах при 40-65 °С, будова яких залежить від стеричних факторів оксиранів.

3. Вперше встановлена можливість використання натрієвих солей 4-амінобензен-сульфоніл- та 3-аміно-4-метокси-бензенсульфонілетилсульфатних кислот для алкілювання солей тіосульфокислот і розроблений препаративний метод отримання етилзаміщених естерів тіосульфокислот. Встановлені умови моно- та дизаміщення 1,3-дихлоро-2-гідроксипропану солями арилтіосульфокислот з утворенням моно- та дитіосульфоестерів.

4. Розроблено новий метод синтезу тіоангідридів сульфокислот взаємодією солей тіосульфокислот з сульфохлоридами, що дозволяє отримувати як симетричні, так і асиметричні тіоангідриди. Показано, що змішані сульфотіокарбоксиангідриди можна отримати також дією солей тіосульфокислот на хлорангідриди карбонових кислот. Встановлено, що тіоангідриди сульфокислот менш реакційноздатні до дії нуклеофілів, ніж тіосульфокарбоксиангідриди.

5. Встановлено шляхи та розроблено препаративні методики синтезу S-естерів моно- та дизаміщених арилтіосульфокислот з аміногрупою різних ступенів заміщення в арилсульфонільному фрагменті та тіосульфоестерів на основі оксифенілпохідних.

6. Розроблені препаративні методики синтезу арилових, циклічних та ациклічних естерів 1,1-діокситіолан-3-тіосульфокислоти та проміжних продуктів їх отримання.

7. Встановлено вплив електронних ефектів та положення функціональних груп сульфонільного та тіольного замісників на реакційну здатність тіосульфоестерів в реакції лужного гідролізу:

а) введення ароматичних та неароматичних систем зі сторони сульфонільної групи тіосульфоестерів змінює полярність зв'язку -S-S- тіосульфогрупи, що значно знижує реакційну здатність сполук з неароматичними сульфонільними фрагментами.

б) введення ацетиламіногрупи у мета-положення S-етил-4-метоксибензентіосульфонату частково знижує рекційну здатність естеру в реакції лужного гідролізу;

в) збільшення числа метиленових груп в алкільному тіольному фрагменті зменшує швидкість лужного гідролізу алкілових естерів тіосульфокислот.

8. Синтезовані сполуки проявляють бактерицидну, фунгіцидну та ріст-регулюючу дію. Деякі з них можна використовувати як біоциди для захисту нафтопродуктів від дії мікроорганізмів, а також як біоциди для боротьби з мікробіологічною корозією обладнання нафтопереробних заводів.

9. Встановлено, що при збільшенні реакційної здатності тіосульфоестерів до дії нуклеофілів зростає бактерицидна і зменшується фунгіцидна активності, що може вказувати на різний внутрішньо молекулярний механізм дії цих сполук. Відсутність антимікробної дії тіосульфоестерів з об'ємними замісниками є наслідком стеричних затруднень проникливості сполук через мембрану клітин.

Основний зміст дисертації
викладено в таких публікаціях:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

20.

Анотація

Баранович Д.Б. Синтез та властивості функціональних алкілових і арилових естерів 1,1-діокситіолан-3- та арилтіосульфокислот.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.03 – органічна хімія. Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2002.

Дисертаційна робота присвячена встановленю шляхів синтезу та розробці препаративних методик синтезу алкілових, функціональних алкілових і арилових естерів 1,1-діокситіолан-3- та заміщених арилтіосульфокислот алкілюванням їх солей оксиранами, солями арилсульфонілетилсульфатних кислот і галоїдалкілами, окисненням дисульфідів, сульфенілюванням сульфінатів сульфенхлоридами. Розроблено метод отримання тіоангідридів сульфокислот і тіосульфокарбоксиангідридів ацилюванням солей тіосульфокислот хлорангідридами сульфо- та карбонових кислот. Досліджено фізико-хімічні властивості синтезованих тіосульфосполук. Встановлено взаємозв’язок будови тіосульфоестерів, їх реакційної здатністі в реакції лужного гідролізу та біологічної активності.

Ключові слова: сульфохлорид, солі тіосульфокислот, оксиран, дисульфід, сульфінат, сульфенхлорид, тіосульфоестер, алкілування, сульфенілювання, окиснення, гідроліз.

Аннотация

Барановыч Д.Б. Синтез и свойства функциональных алкиловых и ариловых эфиров 1,1-диокситиолан-3- и арилтиосульфокислот.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.03 – органическая химия. Национальный университет “Львивська политехника”, Львов, 2002.

Диссертационная работа посвящена исследованию синтеза алкиловых, функциональных алкиловых и ариловых эфиров 1,1-диокситиолан-3-, моно-, ди- и тризамещенных арилтиосульфокислот, тиоангидридов сульфокислот и тиосульфокарбоксиангидридов, установлению их структуры, физико-химических характеристик, установлению связи между строением синтезированных тиосульфоэфиров, их реакционной способностью в реакции щелочного гидролиза и биологической активностью.

Предложен новый метод и разработана препаративная методика синтеза -гидрокси-алкиловых эфиров тиосульфокислот алкилированием их солей различными оксиранами в присутствии кислот Льюиса. Установлено, что независимо от условий взаимодействия и электронных факторов заместителей оксиранов происходит селективное присоединение по оксирановому циклу за правилом Красуского. Установлено, что в результате различной нуклеофильной активности S-, N-нуклеофильных центров бинуклеофильных солей тиосульфаниловой кислоты возможно селективное присоединение оксиранов по тиосульфогруппе. Разработаны условия синтеза эпоксипропилового эфира бензолтиосульфокислоты взаимодействием соли тиосульфокислоты с эпихлоргидрином.

Установлена возможность и разработаны методики синтеза симметричных и асимметричных тиоангидридов сульфокислот и тиосульфокарбоксиангидридов ацилированием солей тиосульфокислот хлорангидридами сульфо- и карбоновых кислот. Впервые установлена возможность и разработана препаративная методика использования солей арилсульфонилэтилсульфатных кислот в качестве алкилирующих реагентов солей тиосульфокислот.

Разработаны пути синтеза ариловых, циклических и ациклических алкиловых эфиров 1,1-диокситиолан-3-тиосульфокислоты сульфенилированием сульфинатов сульфенхлоридами и алкилированием солей тиосульфокислот различными алкилирующими агентами.

Проведен целенаправленный синтез алкиловых эфиров моно- и дизамещенных арилтиосульфокислот с аминогруппой различной степени замещения в кислотном арильном фрагменте и тиосульфоэфиров, производных фенола.

Установлено взаимосвязь природы сульфонильной и тиольной составляющих синтезированных тиосульфоэфиров, их реакционной способности в реакции щелочного гидролиза и биологической активности. S-(2-Гидроксиэтил)этантиосульфонат ? перспективный биоцид для защиты водооборотных систем нефтеперерабатывающих заводов против микробиологической коррозии.

Ключевые слова: сульфохлорид, соли тиосульфокислот, оксиран, дисульфид, сульфинат, сульфенхлорид, тиосульфоэфир, алкилирование, сульфенилирование, окисление, гидролиз.

Summary

Baranovych D.B. Synthesis and properties of the functional alkyl- and aryl- esters of 1,1-dioxythiolan-3- and arylthiosulfoacids. – Manuscript.

Thesis for a candidate’s degree on speciality 02.00.03 - organic chemistry. – National University “Lvivska polytechnica”, Lviv, 2002.

Dissertation deals with the investigation of the ways of synthesis and development of the preparative methods of synthesis of alkyl, functional alkyl and aryl esters of 1,1-dioxythiolan-3- and mono-, di- and threesubstituted arylthiosulfoacids by alkylating of their salts with oxyranes, with salts of arylsulfonylethylsulfate acids and halogenalkyles; by oxidizing of disulfides; by sulfenylating of sulfinates with sulfenchlorides. The method of obtaining of thioanhydrides of sulfoacids and thiosulfocarboxyanhydrides by acylating of salts of thiosulfoasids with chloranhydrides of the sulfoacids and carboacids was developed. Physical and chemical properties of the synthesized compounds were investigated. Correlation between the construction of the synthesized thiosulfoesters, their reactionary ability in the reaction of alkaline hydrolysis and their biological activity was determined.

Key words: sulfochloride, salts of thiosulfoacids, oxyrane, disulfide, sulfinate, sulfenchloride, thiosulfoester, alkylating, sulfenylating, oxidizing, hydrolysis.