Исследование реакций 2-амино-5-трифторметил-1,3,4-тиадиазола в основной среде

Научный интерес к производным 2-амино-1,3,4-тидиазолов вызван рядом полезных практических свойств данных соединений. Сообщается о биологической активности 5-тиенил- [1] и 5-(2,4-дифтор-4-гидроксибифенил)производных [2] N-замещенных 2-амино-1,3,4-тидиазолов, а также бмс[1,3,4]тиадиазолов [3] и других соединений данного класса [4-6].

Согласно данным [3-9], тиосемикарбазиды в кислой среде образуют тиадиазольный цикл, а в основной - триазольный. Известно также, что 1,3,4-тиадиазолы под действием аминов [10] или при нагревании [11] превращаются в соответствующие 1,2,4-триазол-З-тионы. Для фторсодержащих аналогов подобные реакции не изучены. В связи с этим целью настоящей работы является исследование превращений 2-амино-5-трифторметил-1,3,4-тиадиазол а (1) в основной среде.

Обсуждение результатов

Известен [7] синтез 2-амино-5-трифторметил-1,3,4-тиадиазола (1) на основе реакции тиосемикарбазида с трифторуксусной кислотой в присутствии серной кислоты. В настоящей работе соединение 1 получено нами без использования минеральной кислоты взаимодействием тиосемикарбазида с трехкратным избытком трифторуксусной кислоты.

Ранее в «Письме в Редакцию» [12] нами сообщалось о необычной реакции димеризации соединения 1 под действием изопропилата натрия (z-PrONa), протекающей с раскрытием одного тиадиазольного цикла и образованием 2-(2-амино-5-меркапто-6-трифтор-1,3,4-триаза-2,4-гекса-диен-1-ил)-5-трифторметил-1,3,4-тиадиазола (2), на основе которого синтезированы 2-(2-амино-5-(аллил/металлилтио)-6-трифтор-1,3,4-триаза-2,4-гексадиен-1-ил )-5-трифторметил-1,3,4-тиадиа-золы (За, Ь) (рис. 1).

Следует отметить, что в описанной реакции кроме продукта димеризации 2 образуется также бмс(5-трифторметил-1,3,4-тиадиазол-2-ил)амин (4). В его масс-спектре имеется пик молекулярного иона [М]+" с m/z 321, который является максимальным, а также пики ионов [M-F]+ и [CF3]+. Соединение 4 образуется, по-видимому, по ANRORC-механизму [13], который был открыт в семидесятых годах XX века и включает три основные стадии, давшие ему название - Additional of Nucleophile (присоединение нуклеофила) - Ring Opening (раскрытие кольца) - Ring Closure (закрытие кольца).

В продолжение работы нам представилось интересным исследовать возможные превращения соединения 1 в основной среде. Найдено, что кипячение раствора соединения 1 в изопропиловом спирте в присутствии изопропилата калия в течение 10 ч сопровождается расщеплением тиадиа- зольного цикла и образованием смеси продуктов, среди которых преобладает продукт димеризации 2. Его структура подтверждается реакцией с бромистым аллилом и последующим анализом смеси полученных соединений методом хромато-масс-спектрометрии и спектроскопии ЯМР 'Н.

NH

N-N

N-N

Рис. 1. Реакции 2-амино-5-трифторметил-1,3,4-тиадиазола в основной среде: 3 a R = Н, b R = Me; 5 a R, = Н, R2 = All, b R, = All, R2 = Н

Установлено, что в результате реакции димера 2 с бромистым аллилом образуются полученный нами ранее [12] продукт S-аллилирования (За), а также два изомерных друг другу соединения, содержащие две аллильные группы в структуре и являющиеся продуктами дальнейшего ал-лилирования соединения За (см. рис. 1). Одним из таких соединений, по-видимому, является 2-(2-амино-1 -аллил-5 -аллилтио-6-трифтор-1,3,4-триаза-2,4-гексадиен-1 -ил)-5-трифторметил-1,3,4-тиа диазол (5а). Вторым изомером, вероятно, является 2-(2-аллиламино-5-аллилтио-6-трифтор-1,3,4-триаза-2,4-гексадиен-1-ил)-5-трифторметил-1,3,4-тиадиазол (5Ь). Кроме димеров За, 5а и 5Ь в смеси в небольших количествах присутствует также 2-аллиламино-5-трифторметил-1,3,4-тиадиазол (6), идентифицированный по пику молекулярного иона (m/z 209).

Для установления состава и структуры синтезированных нами соединений За, 5а, 5Ь и 6 использовалась, в частности, информация о фрагментации молекул, полученная на основе анализа и интерпретации масс-спектров. Так, в масс-спектрах всех исследуемых соединений присутствуют пики молекулярного иона [М]⁺‘, иона [M-F]⁺, иона [CF₃]⁺, а также пик с m/z 41, соответствующий аллил-катиону. Кроме того, в масс-спектрах соединений За, 5а и 5Ь, содержащих S-аллильный фрагмент, имеется характерный сигнал иона [M-SH]⁺, что обусловлено образованием катиона пиразиния А:

За, 5а, Ь

А

3 a Rj = Н, R2 = Н; 5 a Rj = Н, R2 = АП, b R| = All, R2 = Н

В масс-спектрах соединения 6, в котором нет аллилтио-группы, сигнал иона [M-SH]+ отсутствует, но появляются сигналы ионов [M-A11NH]+ и [A11NH]+. Для соединения 5Ь сигнал молекулярного иона имеет небольшую интенсивность (3 %) относительно максимального пика, который

Органическая химия

принадлежит иону [М-А11]+, что объясняется, по-видимому, достаточно легким отщеплением аллильного фрагмента, сопровождающимся образованием устойчивой гетероциклической системы [ 1,2,4]триазоло[3,2-6] [ 1,3,4]тиадиазолия В:

По данным хромато-масс-спектрометрии выдерживание раствора соединения 1 в суперосновной среде (ДМСО-КОН-Н₂О) при комнатной температуре с последующим введением в реакционную смесь бромистого аллила приводит к образованию преимущественно двух продуктов -тиадиазолов 5а и 5Ь. Структура соединений 5а и 5Ь подтверждается также данными спектроскопии ЯМР ¹Н. В спектре присутствуют характерные сигналы протонов аллильных групп: протоны -СН= проявляются в виде мультиплетов в области 5,80-6,10 м.д., а протоны =СН₂ расщепляются на дублеты дублетов и дублеты квинтетов в области 5,00-5,48 м.д. Протоны SCH₂-rpynn аллильных фрагментов дают сигналы (дублеты) в области 3,70-3,80 м.д., в то время как сигналы протонов групп NCH₂ расположены в более слабом поле (4,90-5,00 м.д.).

Экспериментальная часть

Контроль за составом продуктов реакции осуществляли методом ТСХ на пластинках Silufol UV-254 (2-пропанол-гексан, 3:1), проявление хроматограмм парами иода. Спектры ЯМР ]Н растворов веществ в ДМСО-б/6 записаны на спектрометре Bruker DRX-400 (400 МГц), внутренний стандарт ТМС. Масс-спектры сняты на ГХ/МС-ЭВМ фирмы Agilent Technologies, газовый хроматограф 6890N, масс-селективный детектор 5975.

2 -Амино-5-трифторметил-1,3,4-тиадиазол (1). Смесь 2 г (22 ммоль) тиосемикарбазида и 5 мл (66 ммоль) трифторуксусной кислоты кипятят 1,5 ч, затем выливают в 20 мл воды и охлаждают льдом. Отфильтровывают образовавшийся осадок, промывают водой и сушат. Выход 80 %, т. пл. 220 °C (т. пл. 218 °C [10]).

2-(2-Амино-1-аллил-5-аллилтио-6-трифтор-1,3,4-триаза-2,4-гексадиен-1-ил)-5-трифтор-метил-1,3,4-тиадиазол (5а) и 2-(2-аллиламино-5-аллилтио-б-трифтор-1,3,4-триаза-2,4-гексадиен-1-ил)-5-трифторметил-1,3,4-тиадиазол (5Ь). К раствору 0,112 г (2 ммоль) КОН в 1 мл воды добавляют 5 мл ДМСО и 0,169 г (1 ммоль) соединения 1. Реакционную смесь перемешивают на магнитной мешалке 8 ч, приливают 0,080 мл аллилбромида и перемешивают еще 8 ч, затем выливают в 50 мл воды. Отфильтровывают осадок смеси соединений 5а и 5Ь, промывают водой и сушат.

2-(1 -Аллил-2-амино-5-аллилтио-б-трифтор-1,3,4-триаза-2,4-гексадиен-1-ил)-5-трифтор-метил-1,3,4-тиадиазол (5а). Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), m/z (1_0ТН, %): 418 [М]⁺ (13), 399 [M-F]⁺ (8), 385 [M-SH]⁺ (37), 235 (100). Спектр ЯМР 'Н, 8, м.д.: 3,75-3,81 (2Н, д, SCH₂); 4,94 (2Н, м, NCH₂); 5,14-5,22 (2Н, дд, =СН₂); 5,22-5,27 (2Н, два дублета квинтетов, =СН₂); 5,86 (1Н, м, -СН=); 6,00 (1Н, м, -СН=); 6,87 (2Н, уш. с, NH₂).

2-(2-Аллиламино-5-аллилтио-6-трифтор-1,3,4-триаза-2,4-гексадиен-1-ил)-5-трифторметил-1,3,4-тиадиазол (5Ь). Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), m/z (1_0ТН, %): 418 [М]⁺ (3), 399 [M-F]⁺ (5), 385 [M-SH]⁺ (13), 377 [М-А11]⁺ (100). Спектр ЯМР *Н, 8, м.д.: 3,75-3,81 (2Н, д, SCH₂); 5,04 (2Н, м, СН₂); 5,14-5,22 (2Н, дд, =СН₂); 5,25-5,31 (2Н, два дублета квинтетов, =СН₂); 5,86 (1Н, м, -СН=); 6,00 (1Н, м, -СН=).

Заключение

Установлено, что 2-амино-5-трифторметил-1,3,4-тиадиазол в основной среде претерпевает рециклизацию с образованием бис(5-трифторметил-1,3,4-тиадиазол-2-ил)амина и димеризацию с образованием 2-(2-амино-5-меркапто-6-трифтор-1,3,4-триаза-2,4-гексадиен-1-ил)-5-трифтор-метил-1,3,4-тиадиазола, взаимодействием которого с бромистым аллилом синтезированы соответствующие аллильные производные.