Способ получения (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис(3-арилакрилонитрилов) Российский патент 2023 года по МПК C07D285/08 

Изобретение относится к способу получения (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис(3-арилакрилонитрилов) общей формулы 1:

где Ar = ароматический заместитель, являющихся:

- промежуточными продуктами в синтезе различных гетероциклических соединений [Дахно П.Г., Левченко А.Г., Доценко В.В. Окисление 3,5-(α-цианостирил)-1,2,4-тиадиазолов по Радзишевскому // Успехи в химии и химической технологии. Т. XXXV. 2021. № 8. С. 66].

- потенциальными ингибиторами коррозии и антидотами гербицида 2,4-Д [Стрелков В.Д., Дядюченко Л.В., Дмитриев И.Г. Синтез новых гербицидных антидотов для подсолнечника. Краснодар: Просвещение-Юг, 2014];

В литературе к настоящему времени описано два способа получения (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис(3-арилакрилонитрилов) 1.

Первый способ основан на взаимодействии (E)-3-арил-2-цианопроп-2-ентиоамидов общей формулы 2 с бромнитрометаном [Доценко В.В., Кривоколыско С.Г. Взаимодействие 3-арил-2-цианопроп-2-ентиоамидов с бромнитрометаном: новый метод синтеза функциональных производных 1,2,4-тиадиазола // Химия гетероциклических соединений. - 2014. - №. 4. - С. 607-613] согласно схеме:

Исходные 3-арил-2-цианопроп-2-ентиоамиды 2 легко получаются реакцией цианотиоацетамида с ароматическими альдегидами в присутствии следовых количеств оснований в этаноле при 25°С или незначительном нагревании [Гринштейн В.Я., Шеринь Л.А. // Изв. АН Латв. ССР. Сер. хим. 1963. № 4. С. 469; Grinsteins V., Serina L. Latvijas PSR Zinatnu Akad. Vestis Kim. Ser. N 4. P. 469 // Chem. Abstr. 1964. Vol. 60. 5391h; Brunskill J.S.A., De A., Ewing D.F. // J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1. 1978. Vol. 6. P. 629].

Недостатком данного метода является необходимость использования в качестве окислителя избыточных количеств бромнитрометана - дорогостоящего реагента, обладающего лакриматорным и раздражающим действием, а также проведение реакции в относительно жестких условиях (при кипячении) и невысокие выходы целевых продуктов (21-52%).

Наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому техническому решению является второй способ получения (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис(3-арилакрилонитрилов) 1, который основывается на окислении (E)-3-арил-2-цианопроп-2-ентиоамидов 2 под действием диметилсульфоксида (ДМСО) и концентрированной соляной кислоты в среде ДМСО или в ацетоне [Доценко В.В., Кривоколыско С.Г. Окисление тиоамидов системой ДМСО-HCl: удобный и эффективный метод синтеза 1,2,4-тиадиазолов, изотиазоло[5,4-b]пиридинов и гетероциклических дисульфидов // Химия гетероциклических соединений. - 2013. - №. 4. - С. 682-690; Доценко В. В., Кривоколыско С. Г. Взаимодействие 3-арил-2-цианопроп-2-ентиоамидов с бромнитрометаном: новый метод синтеза функциональных производных 1,2,4-тиадиазола // Химия гетероциклических соединений. - 2014. - №. 4. - С. 607-613] согласно схеме:

Данный подход имеет преимущества перед способом, основанным на применении бромнитрометана: система ДМСО-HCl представляет собой доступный и дешевый окислитель, выходы целевых продуктов выше (в среднем 50-70%), реакция протекает без нагревания или при незначительном нагревании. Однако серьезным недостатком данного метода является побочное выделение заметных количеств диметилсульфида (СН₃)₂S - легковоспламеняющегося органического соединения с весьма сильным неприятным запахом, обладающего общетоксическим действием.

Задачей изобретения является усовершенствование способа получения (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис(3-арилакрилонитрилов) 1.

Техническим результатом изобретения является увеличение выходов целевых продуктов, обеспечение экологичности, за счет использования в качестве органического растворителя «зеленых» водных и водно-органических сред.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается путем введения 3-арил-2-цианопроп-2-ентиоамидов общей формулы 2 в реакцию электрохимического окисления в неразделенной ячейке в водной или водно-органической среде с использованием графитовых электродов и электролита - бромида калия в концентрациях от 0,5 М до 1,0 М при воздействии в течение 70-240 минут постоянного электрического тока с силой тока 0,15-1,0 А и напряжением 4-10 В в течение и диапазоне температур 25-60°С. При этом достигаются высокие выходы целевых продуктов, отсутствуют токсичные, легковоспламеняющиеся или обладающие неприятным запахом побочные продукты. Важным преимуществом является отсутствие необходимости в применении стехиометрических количеств окислителей, многие из которых токсичны или обладают раздражающим действием. Вероятным окислителем является бром, образующийся в следовых количествах при окислении бромид-иона на аноде. При этом бром не обнаруживается и не накапливается в реакционной среде, а сразу же в момент образования реагирует с соединениями 2 по механизму:

Общими признаками предлагаемого способа и прототипа являются:

- использование 3-арил-2-цианопроп-2-ентиоамидов в качестве исходных соединений;

- использование реакции окисления как принципиального подхода к получению (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис(3-арилакрилонитрилов);

- образование элементной серы как побочного продукта.

Отличительными признаками являются:

- использование электрохимического способа окисления в противоположность использованию стехиометрических количеств реагентов-окислителей;

- использование «зеленых» водных или водно-органических сред в противоположность использованию чистых органических растворителей;

- отсутствие токсичных, легковоспламеняющихся либо зловонных побочных продуктов;

-отсутствие необходимости контакта с окислителями, обладающими токсическим или раздражающим действием.

Пример 1. Получение (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис[3-(4-метоксифенил)акрилонитрила] в водно-органической гетерофазной системе.

В неразделенную электрохимическую ячейку с графитовыми электродами объемом 250 мл помещают 1,00 г (4,58 ммоль) (E)-3-(4-метоксифенил)-2-цианопроп-2-ентиоамида 2a, растворяют в 100 мл смеси хлороформа, этилацетата и ацетона (в соотношении 1 : 1 : 1 по объему). К раствору добавляют электролит, представляющий собой раствор 0,9 г бромида калия в 100 мл дистиллированной воды. Смесь при 25°С при интенсивном перемешивании подвергают действию постоянного электрического тока при силе тока 0,15 А и напряжении 10 В в течение 4 часов (до завершения реакции, контроль по результатам тонкослойной хроматографии (ТСХ) на пластинах Сорбфил-А, элюент - ацетон : гексан = 1 : 1). Полученный продукт желто-зеленого цвета отфильтровывают, промывают водой, петролейным эфиром, и перекристаллизовывают из ацетона для отделения от механических примесей графита и элементной серы. Получают (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис[3-(4-метоксифенил)акрилонитрил] в виде желто-зеленого порошка в аналитически чистом виде (ТСХ), выход 51 %. ИК-спектр, ν, см^-1: 2220 ср (С≡N). Спектр ЯМР ¹Н (ДМСО-d₆), δ_Н, м.д.: 3.87 с (3Н, MeO), 3.89 с (3Н, MeO), 7.17 д (2H, Ar, ³J_HH = 8.8 Гц), 7.21 д (2Н, Ar, ³J_HH = 8.8 Гц), 8.09 д (2H, Ar, ³J_HH = 8.8 Гц), 8.14 д (2Н, Ar, ³J_HH = 8.8 Гц), 8.526 c (1H, -CH=), 8.533 c (1H, -CH=). Спектр ЯМР ¹³С DEPTQ (ДМСО-d₆), δ_С, м.д.: 55.8* (Ме), 55.9* (Ме), 97.8 (CC≡N), 100.7 (CC≡N), 115.0* (2 CH Ar), 115.3* (2 CH Ar), 116.4 (C≡N), 116.8 (C≡N), 124.6 (С¹ Ar), 124.9 (С¹ Ar), 132.6* (2 CH Ar), 133.4* (2 CH Ar), 149.4* (-CH=), 150.2* (-CH=), 162.7 (С⁴ Ar), 163.6 (С⁴ Ar), 168.8 (С³_{тиадиазол}), 184.7 (С⁵_{тиадиазол}). *Сигналы в противофазе. Масс-спектр высокого разрешения (HRMS, ESI), m/z: Вычислено для C₂₂H₁₆N₄NaO₂S, 423.4428 [M+Na]⁺, найдено: 423.0882. Найдено, %: С 65.87; H 4.14; N 13.91. C₂₂H₁₆N₄O₂S (M 400.45). Вычислено, %: C, 65.98; H, 4.03; N, 13.99.

Пример 2. Получение (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис[3-(4-метоксифенил)акрилонитрила] в водной гетерофазной системе.

В неразделенную электрохимическую ячейку с графитовыми электродами объемом 250 мл помещают 0,300 г (1,37 ммоль) (E)-3-(4-метоксифенил)-2-цианопроп-2-ентиоамида 2a и 100 мл 1 M водного раствора бромида калия в качестве электролита. Суспензию при 58°С при интенсивном перемешивании подвергают действию постоянного электрического тока при силе тока 1,0 А и напряжении 4 В в течение 1,5 часов (до завершения реакции, контроль по результатам тонкослойной хроматографии (ТСХ) на пластинах Сорбфил-А, элюент - ацетон : гексан = 1 : 1). Полученный продукт желто-коричневого цвета отфильтровывают, промывают водой, охлажденным спиртом, петролейным эфиром, и перекристаллизовывают из муравьиной кислоты для отделения от механических примесей графита и элементной серы. Получают (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис[3-(4-метоксифенил)акрилонитрил] в виде желто-зеленого порошка в аналитически чистом виде (ТСХ), выход 65 %. Спектральные данные продукта идентичны представленным в Примере 1.

Пример 3. Получение (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис[3-(4-метоксифенил)акрилонитрила] в водной гетерофазной системе.

В неразделенную электрохимическую ячейку с графитовыми электродами объемом 250 мл помещают 0,300 г (1,37 ммоль) (E)-3-(4-метоксифенил)-2-цианопроп-2-ентиоамида 2a и 50 мл 0,5 M водного раствора бромида калия в качестве электролита. Суспензию при 50°С при интенсивном перемешивании подвергают действию постоянного электрического тока при силе тока 0,3 А и напряжении 5 В в течение 1 ч (до завершения реакции, контроль по результатам тонкослойной хроматографии (ТСХ) на пластинах Сорбфил-А, элюент - ацетон : гексан = 1 : 1). Полученный продукт отфильтровывают, промывают водой, охлажденным спиртом, петролейным эфиром, и перекристаллизовывают из муравьиной кислоты для отделения от механических примесей графита и элементной серы. Получают (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис[3-(4-метоксифенил)акрилонитрил] в виде желто-зеленого порошка в аналитически чистом виде (ТСХ), выход 63 %. Спектральные данные продукта идентичны представленным в Примере 1.

Пример 4. Получение (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис[3-(4-метоксифенил)акрилонитрила] в водно-уксусной гетерофазной системе.

В неразделенную электрохимическую ячейку с графитовыми электродами объемом 200 мл помещают 0,300 г (1,37 ммоль) (E)-3-(4-метоксифенил)-2-цианопроп-2-ентиоамида 2a, 6,0 г бромида калия в качестве электролита, 50 мл ледяной уксусной кислоты и 50 мл дистиллированной воды. Раствор при 25°С при интенсивном перемешивании подвергают действию постоянного электрического тока при силе тока 0,3 А и напряжении 4 В в течение 70 минут (до завершения реакции, контроль по результатам тонкослойной хроматографии (ТСХ) на пластинах Сорбфил-А, элюент - ацетон : гексан = 1 : 1). Полученный продукт желто-коричневого цвета отфильтровывают, промывают водой, охлажденным спиртом, петролейным эфиром, и перекристаллизовывают из муравьиной кислоты для отделения от механических примесей графита и элементной серы. Получают (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис[3-(4-метоксифенил)акрилонитрил] в виде желто-зеленого порошка в аналитически чистом виде (ТСХ), выход 64 %. Спектральные данные продукта идентичны представленным в Примере 1.

Пример 5. Получение (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис[3-(4-метоксифенил)акрилонитрила] в водной гетерофазной системе.

В неразделенную электрохимическую ячейку с графитовыми электродами объемом 200 мл помещают 0,381 г (1,75 ммоль) (E)-3-(4-метоксифенил)-2-цианопроп-2-ентиоамида 2a и 100 мл 0,5 M водного раствора бромида калия в качестве электролита. Суспензию при 60°С при интенсивном перемешивании подвергают действию постоянного электрического тока при силе тока 0,3 А и напряжении U = 4 В в течение 120 минут. Полученный продукт отфильтровывают, промывают водой, охлажденным спиртом, петролейным эфиром, и перекристаллизовывают из ацетона для отделения от механических примесей графита и элементной серы. Получают (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис[3-(4-метоксифенил)акрилонитрил] в виде желто-зеленого порошка в аналитически чистом виде (ТСХ), выход 70 %. Спектральные данные продукта идентичны представленным в Примере 1.

Пример 6. Получение (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис[3-(4-гидроксифенил)акрилонитрила] в водно-органической гетерофазной системе.

В неразделенную электрохимическую ячейку с графитовыми электродами объемом 100 мл помещают 0,263 г (1,29 ммоль) (E)-3-(4-гидроксифенил)-2-цианопроп-2-ентиоамида 2б, 40 мл 0,5 М водного раствора бромида калия в качестве электролита и 10 мл хлороформа. Смесь при 50°С при интенсивном перемешивании подвергают действию постоянного электрического тока при силе тока ⋅ 0,3 А и напряжении 6 В в течение 80 минут (до завершения реакции, контроль по результатам тонкослойной хроматографии (ТСХ) на пластинах Сорбфил-А, элюент - ацетон : гексан = 1 : 1). Полученный продукт коричневого цвета отфильтровывают, промывают водой, петролейным эфиром, и перекристаллизовывают из муравьиной кислоты для отделения от механических примесей графита и элементной серы. Получают (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис[3-(4-гидроксифенил)акрилонитрил] в виде желтого порошка в аналитически чистом виде (ТСХ), выход 37 %. Спектральные данные продукта идентичны представленным в работе [Доценко В.В., Кривоколыско С.Г. Взаимодействие 3-арил-2-цианопроп-2-ентиоамидов с бромнитрометаном: новый метод синтеза функциональных производных 1,2,4-тиадиазола // Химия гетероциклических соединений. - 2014. - №. 4. - С. 607-613].

Пример 7. Получение (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис[3-(2-хлорфенил)акрилонитрила] в водной гетерофазной системе.

В неразделенную электрохимическую ячейку с графитовыми электродами объемом 100 мл помещают 0,314 г (1,41 ммоль) (E)-3-(2-хлорфенил)-2-цианопроп-2-ентиоамида 2в и 50 мл 0,5 М водного раствора бромида калия в качестве электролита. Смесь при 50°С при интенсивном перемешивании подвергают действию постоянного электрического тока при силе тока 0,3 А и напряжении 6 В в течение 80 минут (до завершения реакции, контроль по результатам тонкослойной хроматографии (ТСХ) на пластинах Сорбфил-А, элюент - ацетон : гексан = 1 : 1). Полученный продукт отфильтровывают, промывают водой, петролейным эфиром, и перекристаллизовывают из муравьиной кислоты для отделения от механических примесей графита и элементной серы. Получают (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис[3-(2-хлорфенил)акрилонитрил] в виде бледно-желтого порошка в аналитически чистом виде (ТСХ), выход 64 %. Спектральные данные продукта идентичны представленным в работе [Доценко В.В., Кривоколыско С.Г. Окисление тиоамидов системой ДМСО-HCl: удобный и эффективный метод синтеза 1,2,4-тиадиазолов, изотиазоло[5,4-b]пиридинов и гетероциклических дисульфидов // Химия гетероциклических соединений. - 2013. - №. 4. - С. 682-690].

Пример 8. Получение (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис[3-(4-диметиламинофенил)акрилонитрила] в водной гетерофазной системе.

В неразделенную электрохимическую ячейку с графитовыми электродами объемом 200 мл помещают 0,302 г (1,31 ммоль) (E)-3-(4-диметиламинофенил)-2-цианопроп-2-ентиоамида 2г и 100 мл 0,5 М водного раствора бромида калия в качестве электролита. Смесь при 40°С при интенсивном перемешивании подвергают действию постоянного электрического тока при силе тока 0,3 А и напряжении 6 В в течение 180 минут (до завершения реакции, контроль по результатам тонкослойной хроматографии (ТСХ) на пластинах Сорбфил-А, элюент - ацетон : гексан = 1 : 1). Полученный продукт отфильтровывают, промывают водой, петролейным эфиром, и перекристаллизовывают из муравьиной кислоты для отделения от механических примесей графита и элементной серы. Получают (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис[3-(4-диметиламинофенил)-акрилонитрил] в виде коричневого порошка в аналитически чистом виде (ТСХ), выход 64 %. Спектральные данные продукта идентичны представленным в работе [Доценко В.В., Кривоколыско С.Г. Окисление тиоамидов системой ДМСО-HCl: удобный и эффективный метод синтеза 1,2,4-тиадиазолов, изотиазоло[5,4-b]пиридинов и гетероциклических дисульфидов // Химия гетероциклических соединений. - 2013. - №. 4. - С. 682-690].

Как видно из приведенных примеров конкретного выполнения, выходы (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис(3-арилакрилонитрилов) 1 при электрохимическом окислении не ниже либо выше выходов, достигнутых при использовании других методов, в ходе реакции не образуются токсичные, легковоспламеняющиеся или обладающие неприятным запахом побочные продукты. Кроме этого, отсутствует необходимость введения стехиометрических количеств окислителя, и реакция может быть проведена в водной среде.

На основании изложенного следует вывод, что предлагаемое техническое решение является новым, обладает отличительными признаками и может быть масштабировано для использования в тонком органическом синтезе.

Изобретение относится к области органической химии, а именно к способу получения (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис(3-арилакрилонитрилов) общей формулы 1, где Ar представляет собой ароматический заместитель. Способ осуществляют путем электрохимического окисления соединения формулы

,

где Ar представляет собой ароматический заместитель, в неразделенной ячейке с использованием графитовых электродов в 0,5-1,0 М водной или водно-органической среде бромида калия при температуре 25-60°С и воздействии постоянного электрического тока с силой тока 0,15-1,0 А и напряжением 4-10 В. Технический результат: усовершенствование способа получения (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис(3-арилакрилонитрилов) общей формулы 1 путем повышения выхода целевых продуктов. 8 пр.

1. Способ получения (2E,2'E)-2,2'-(1,2,4-тиадиазол-3,5-диил)бис(3-арилакрилонитрилов) общей формулы 1

,

где Ar - ароматический заместитель,

отличающийся тем, что соединения формулы 2

,

где Ar представляет собой ароматический заместитель, подвергают электрохимическому окислению в неразделенной ячейке с использованием графитовых электродов в 0,5-1,0 М водной или водно-органической среде бромида калия при температуре 25-60°С и воздействии постоянного электрического тока с силой тока 0,15-1,0 А и напряжением 4-10 В.