Исследование S-производных 2-тиоурацилов методом масс-спектрометрии

Автор: Фролова Татьяна Владимировна, Анучин Александр Анатольевич, Бахтеева Евгения Игоревна, Ким Дмитрий Гымнанович

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Химия @vestnik-susu-chemistry

Статья в выпуске: 31 (207), 2010 года.

Бесплатный доступ

Методом масс-спектрометрии проведен анализ и интерпретация масс-спектров S-производных 2-тиоурацилов, выявлены закономерности фрагментации молекул.

2-алкил- и алкенилтио-4(зн)-пиримидиноны, масс-спектрометрия

Короткий адрес: https://sciup.org/147160170

IDR: 147160170

Текст обзорной статьи Исследование S-производных 2-тиоурацилов методом масс-спектрометрии

Установление состава и структуры органических соединений методом масс-спектрометрии активно используется исследователями [1, 2]. Результаты, полученные при интерпретации масс-спектров, дают информацию о свойствах новых органических соединений, что является важной задачей в органической химии.

В литературе практически отсутствуют данные об исследовании S-производных 2-тиоурацилов методом масс-спектрометрии. В работе [3] данные масс-спектрометрии используются для идентификации 2-алкенилтио-4(3/7)-пиримидинонов, но не рассматривается их фрагментация.

Обсуждение результатов

Нами впервые изучено поведение при электронной ионизации (ЭИ) 2-метилтио-(1а-с), 2-этилтио-(2а-б), 2-бензилтио-(За, Ь), 2-стириллтио-(4а, с, е), 2-аллилтио-(5а-е), 2-металлилтио-(ба-d), 2-(3-хлораллил)тио-(7а-с) и 2-бутенилтио-4(37/)-пиримидинонов (8а-с):

a, b, d R^H, с Ri=C₂H₅; a R₂=CH₃, b R₂=CF₃, R₂=CH₃, d R₂=NH₂, e R₂=H

В масс-спектрах всех соединений присутствует пик молекулярного иона [М]+" (см. таблицу). В соединениях 1 а-с и 2a-d, в которых при атоме серы имеются метильные или этильные радикалы, пики молекулярных ионов являются максимальными. Для соединений 5а-с, е, ба-с, 7а-с, 8а-с, в которых атом серы связан с аллильной или бутенильной группой, пик [М]+‘ составляют 4^44 % от максимального пика. Наименьший молекулярный пик (4 %) наблюдается в масс-спектре 2-бутенилтио-6-трифторметил-4(ЗД)-пиримидинона (8Ь).

Соединения 7а-с представляют собой смесь иис- и транс-изомеров, масс-спектры которых практически неотличимы. Самым интенсивным является пик [М-С1]+, что характерно для хлор-производных [3].

Во всех масс-спектрах анализируемых соединений наблюдается отщепление тиоалкильной группы в результате разрыва связей C-SR, а в соединениях 4а, 4е и 8 ас - отщепление алкильной группы в результате разрыва связи S-R:

Найдено, что соединения la-c, 2a-d, 4е, 5а-с и 8а-с образуют пик с m/z = 95. На наш взгляд, он принадлежит катиону 4-пиримидинона (A, C4H3N2O), который образуется по следующей схеме:

Пик [М-СН3]+ присутствует во всех масс-спектрах исследуемых соединений, кроме 2-стирилтио-4(3//)-пиримидинонов (4а, е). Элиминирование метильной группы в соединениях 1а и 2а может происходить как от серы, так и от пиримидинового кольца.

В отличие от соединений la, b и 2а, b в соединениях 1с и 2с пик [М-СН3]+ является максимальным, что на наш взгляд, обусловлено образованием ароматической системы - катиона 2-алкилтио-4-гидрокси-7-метил-1,3-диазепиния (Б):

В аллильных производных 5а-с и ба-d пик [М-СН3]+ является максимальным. Это обусловлено тем, что при распаде молекулярного иона образуется устойчивая ароматическая 7-оксотиазоло[3,2-а]пиримидиниевая система (В):

В отличие от аллильных производных 5а-с, е, ба-d в масс-спектрах соединений 8а-с максимальным пиком является не [М-СН3]+, а [М-С4Н7]+, что соответствует отрыву бутенильного радикала. Для соединений 8а-с распад молекулярного иона протекает без образования ароматической системы, поэтому пик [М-СН3]+ не является максимальным:

Практически для всех исследуемых соединений имеется пик, соответствующий [M-SH]+. В масс-спектрах этилсульфидов 2a-d пик [M--SH]+ является максимальным, что, на наш взгляд, обусловлено фрагментацией, протекающей по следующей схеме:

Для соединений 8а-с образование пика [M-SH]+ происходит, по-видимому, по следующей схеме с образованием пиридопиримидиновой системы (Г):

Наличие пика [M-SH]+ также характерно и для аллильных производных 5а-с, е, ба-d, 7а-с, образование которого обусловлено циклизацией с образованием катиона пирролопиримидиния (Д):

Соединения с бензильной группой при электронной ионизации образуют устойчивую тро-пилиевую структуру [3], что и наблюдается в масс-спектрах бензильных производных 2-тиоурацилов (ЗЬ, с).

В масс-спектрах бензильных ЗЬ, с и стирильных 4а, е производных имеется пик с m/z 77, который является фенил-катионом, а в аллильных производных 5а-с, е, ба-с, 7а-с, 8а-с пик с m/z 41, соответствующий аллил-катиону.

Таблица

Результаты масс-спектров S-производных 2-тиоурацилов

Соединение	Масс-спектр
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1а C₆H₈N₂OS	m/z	156 [Ml	141 [M-CH₃]⁺	123 [M-SH]⁺	109 [M-SCH₃]⁺	95 [C₄H₃N₂O]⁺	47 [SCH₃]⁺	-	-
1а C₆H₈N₂OS	I, %	100	3	3	44	11	16	—	—
1b СбН₅М₂О8Рз	m/z	210 [M]	191 [M-F]⁺	177 [M-SH]⁺	163 [M-SCH₃]⁺	141 [M-CF₃]⁺	95 [C₄H₃N₂O]⁺	47 [SCH₃]⁺	69 rcF₃]⁺
1b СбН₅М₂О8Рз	I, %	100	10	2	50	18	6	12	7
1с C₈H₁₂N₂OS	m/z	184 ГМ]	169 [M-CH₃]⁺	151 [M-SH]⁺	137 [M-SCH₃]⁺	95 [C₄H₃N₂O]⁺	47 [SCH₃]⁺	-	-
1с C₈H₁₂N₂OS	I, %	98	100	22	10	24	7	—
2а C₇H₁₀N₂OS	m/z	170 [M]	155 [M-CH₃]⁺	142 [M-C₂H₄]⁺	137 [M-SH]⁺	109 [M-SC₂H₅]⁺	95 [C₄H₃N₂O]⁺	61 [sc₂h₅]⁺	-
2а C₇H₁₀N₂OS	I, %	100	44	49	100	50	4	12	—
2b C₇H₇N₂OSF₃	m/z	224 [M]	209 [М-СНзГ	196 [M-C₂H₄]⁺	191 [M-SH]⁺	163 [M-SC₂H₅]⁺	95 [C₄H₃N₂O]⁺	61 [SC₂H₅]⁺	69 [CF₃]⁺
2b C₇H₇N₂OSF₃	I, %	100	18	40	80	62	4	15	20
2с c₉h₁₄n₂os	m/z	198 (M]	183 [М-СНзГ	170 [M-C₂H₄f	165 [M-SH]⁺	137 [M-SC₂H₅]⁺	95 [C₄H₃N₂O]⁺	61 [SC₂H₅]⁺	-
2с c₉h₁₄n₂os	I, %	100	76	36	80	21	47	12	—
2d C₆HgN₃OS	m/z	171 [M]	156 [M-CH₃]⁺	143 [M-C₂H₄]⁺	138 [M-SH]⁺	110 [M-SC₂H₅]⁺	95 [C₄H₃N₂O]⁺	61 [SC₂H₅f	-
2d C₆HgN₃OS	I, %	100	22	17	60	56	18	8	-

Окончание таблицы

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
зь c₁₂h₉n₂osf₃	m/z	286 [M]	267 [M-Ff	253 [M-SHf	209 [M-Ph]	163 [M-SCH₂Ph]⁺	91 [CH₂Ph]⁺	77 [Ph]⁺	-
зь c₁₂h₉n₂osf₃	I, %	44	4	20	3	3	100	20
Зс C_!4H₁₆N₂OS	m/z	260 [M]	245 [МСН₃Г	227 [M-SH]⁺	183 [M-Ph]⁺	138 [M-SCH₂Ph]⁺	91 [CH₂Ph]⁺	-	-
Зс C_!4H₁₆N₂OS	I, %	50	4	30	4	8	100		—
4а C13H12N7OS	m/z	244 [M]	109 [M-SH]⁺	165 [M-Ph]⁺	135 [SSt]⁺	140 [MStr	109 [M-SSt]⁺	103 [St]⁺	77 [Phf
4а C13H12N7OS	I, %	56	3	78	10	100	11	12	13
4е C₁₂H₉N₂OS	m/z	230 [Ml	197 [M-SH]⁺	153 [M-Ph]⁺	135 [SSt]⁺	128 [M-St]⁺	103 [St]⁺	95 [M-SSt]⁺	77 [Phf
4е C₁₂H₉N₂OS	I, %	91	4	100	60	98	30	62	22
5а C₈H_I0N₂OS	m/z	182 [M]	167 [M-CH₃]⁺	149 [M-SH]⁺	109 [M-SA11]⁺	95 [C₄H₃N₂O]⁺	41 [Allf	-	-
5а C₈H_I0N₂OS	I, %	37	100	57	22	4	25	—	—
5b C₈H₇N₂OSF₃	m/z	236 [M]	221 [M-CH₃]⁺	203 [M-SH]⁺	163 [M-SA11]⁺	69 [CF₃]⁺	41 [All]⁺	-	-
5b C₈H₇N₂OSF₃	I, %	19	100	57	24	27	39	—	—
5с C₁₀H₁₄N₂OS	m/z	210 [M]	195 [M-CH₃]⁺	177 [M-SH]⁺	137 [M-SA11]⁺	95 [C₄H₃N₂O]⁺	41 [All]⁺	-	-
5с C₁₀H₁₄N₂OS	I, %	44	100	54	15	16	41	—
5е C₇H₈N₂OS	m/z	168 [M]	153 [M-CH₃]⁺	135 [M-SH]⁺	95 [M—SA11]⁺	95 [C₄H₃N₂O]⁺	41 [All]⁺	-	-
5е C₇H₈N₂OS	I, %	16	100	6	28	5	10		—
6а C₉H₁₂N₂OS	m/z	196 [M]	181 [M-CH₃]⁺	163 [M-SH]⁺	155 [M-A11]⁺	109 [M-C₄H₇S]⁺	55 [C₄H₇]⁺	41 [Allf	-
6а C₉H₁₂N₂OS	I, %	15	100	57	8	15	10	9	„
6b c₉h₉n₂osf₃	m/z	250 [M]	235 [M-CH₃]⁺	217 [M-SH]⁺	-	163 [M-C₄H₇S]⁺	55 [c₄H₇f	41 [All]⁺	69 [CF₃]⁺
6b c₉h₉n₂osf₃	I, %	13	50	100		18	27	2	2
6c C_nH₁₆N₂OS	m/z	224 [M]	209 [M-CH₃]⁺	217 [M-SH]⁺	183 [M-A11]⁺	137 [M-C₄H₇S]⁺	55 [C₄H₇]⁺	41 [All]⁺	-
6c C_nH₁₆N₂OS	I, %	26	100	76	11	8	21	14
6d C₈H_nN₃OS	m/z	197 [M]	182 [M-CH₃]⁺	164 [M-SH]⁺	156 [M-A11]⁺	110 [M-C₄H₇S]⁺	55 [C₄H₇]⁺	41 [All]⁺	-
6d C₈H_nN₃OS	I, %	34	100	62	6	34	15	8
7a C₈H₉N₂OSC1	m/z	216 [M]	181 [M-C1]⁺	148 [MSHClf	109 [C₃H₇C1S]⁺	77 [C₃H₇C1]⁺	41 [Allf	-	-
7a C₈H₉N₂OSC1	I, %	22	100	45	20	15	10		—
7b C_sH₆N₂OSaF₃	m/z	270 [M]	234 [M-C1]⁺	201 [M-SH-C1]⁺	109 [C₃H₇C1S]⁺	77 [C₃H₇C1]⁺	41 [All]⁺	-	-
7b C_sH₆N₂OSaF₃	1,%	17	100	37	10	67	34	—	—
7c C₁₀H₁₂N₂OSC1	m/z	244 [M]	209 [M-C1]⁺	176 [M-SH-C1]⁺	110 [C₃H₇C1S]⁺	77 [C₃H₇C1]⁺	41 [AH]⁺	-	-
7c C₁₀H₁₂N₂OSC1	I, %	26	100	57	8	26	17
8a C₉H₁₂N₂OS	m/z	196 [M]	181 [M-CH₃]⁺	163 [M-SH]⁺	142 [M-c₄n₇r	109 [M-SC₄H₇]⁺	95 [C₄H₃N₂O]⁺	55 [C₄H₇]⁺	41 [Allf
8a C₉H₁₂N₂OS	I, %	15	10	20	100	19	16	15	13
8b C₉H₉N₂OSF₃	m/z	250 [Ml	-	217 [M-SH]⁺	196 [M-C₄H₇]⁺	163 [M-SC₄H₇]⁺	95 [C₄H₃N₂O]⁺	55 [C₄H₇]⁺	41 [Allf
8b C₉H₉N₂OSF₃	I, %	4	—	12	100	34	4	17	13
8c C„H₁₆N₂OS	m/z	224 [Ml	209 [M-CH₃]⁺	191 [M-SH]⁺	169 [M-C₄H₇]⁺	137 [M-SC₄H₇]⁺	95 [C₄H₃N₂O]⁺	55 [C₄H₇]⁺	-
8c C„H₁₆N₂OS	I, %	14	7	10	100	6	4	26	—

Примечание. I - интенсивность относительно максимального пика; АП - СН₂=СН-СН2;

St C6H5CH-CH.

Экспериментальная часть

Масс-спектры сняты на хроматомасс-спектрометре ГХ/МС-ЭВМ фирмы Agilent Technologies, газовый хроматограф 6890N, масс-селективный детектор 5975. Синтез соединений 4е и 5а-с, 6 a-d, 7а-с описаны в работах [1, 4-6].

Общая методика алкилирования 6-метил-, 6-амино-, 6-метил-5-этил-2-тиоурацилов

К раствору 2 ммоль натриевой соли 2-тиоурацила или 6-метил-, 6-амино-, 6-метил-5-этил-2-тиоурацилов, 2 ммоль NaOH в 5 мл воды прибавляют 20 мг тетрабутиламмоний бромида или несколько капель диметилсульфоксида, 2 ммоль галогеналкена (диметилсульфат, иодистый этил, хлористый бензил, 3-бромпропен или бромистый бутенил) и перемешивают на магнитной мешалке 2 ч. Реакционную смесь нейтрализовывают уксусной кислотой. Выпавший осадок отфильтровывают, промывают водой и перекристаллизовывают из гексана.

2-Метилтио-6-метил-4(3/7)-пиримидинон (1а). Выход 0,240 г (77 %), т. пл. 210 °C, R/=0,60.

2-Метилтио-6-метил-5-этил-4(ЗД)-пиримидинон (1с). Выход 0,295 г (80%), т. пл. 197 °C, R/=0,59.

2-Этилтио-6-метил-4(377)-пиримидинон (2а). Выход 0,245 г (72 %), т. пл. 284 °C.

2-Этилтио-6-метил-5-этил-4(ЗД)-пиримидинон (2с). Выход 0,297 г (75 %), т. пл. 225 °C, R/=0,92.

2-Этилтио-6-амино-4(377)-пиримидинон (2d). Выход 0,230 г (67 %), т. пл. 198 °C, R/=0,06.

2-Бензилтио-6-метил-5-этил-4(3/7)-пиримидинон (Зс). Выход 0,338 г (65 %), т.пл. 135 °C. 2-Стирилтио-6-метил-4(ЗН)-пиримидинон (4а). Выход 0,278 г (57 %), т. пл. 176 °C, R/=0,21. 2-Аллилтио-4(3/7)-пиримидинон (5е). Выход 0,225 г (67 %), т. пл. 117 °C, Ry=0.60.

2-Бутенилтио-6-метил-4(3//)-пиримидинон (8а). Выход0,215 г (55 %), т. пл. 178 °C, R/=0,32.

2-Бутенилтио-6-метил-5-этил-4(377)-пиримидинон (8с). Выход 0,210 г (47 %), т. пл. 80 °C, R/=0,77.

Общая методика алкилирования 6-трифторметил-2-тиоурацилов

К раствору 1 ммоль натриевой соли 6-трифторметил-2-тиоурацила в 5 мл диметилформамида добавляют 1 ммоль галогеналкена и перемешивают на магнитной мешалке 2 ч. К реакционной смеси прибавляют 30 мл воды и отфильтровывают выпавший белый осадок.

2-Метилтио-6-трифторметил-4(ЗД)-пиримидинон (1Ь). Выход 0,231 г (55 %), т. пл. 120 °C, R/=0,42.

2-Этилтио-6-трифторметил-4(3/7)-пиримидинон (2Ь). Выход 0,260 г (58 %), т. пл. 145 °C, R/=0,47.

2-Бензилтио-6-трифторметил-4(3/7)-пиримидинон (ЗЬ). Выход 0,429 г (75 %), т. пл. 100 °C, R^OJO.

2-Бутенилтио-6-трифторметил-4(ЗЯ)-пиримидинон (8Ь). Выход 0,320 г (64 %), т. пл. 95 °C, R/=0,23.

Заключение

Изучено поведение при электронной ионизации 2-метилтио-, 2-этилтио-, 2-бензилтио-, 2-стириллтио-, 2-аллилтио-, 2-металлилтио-, 2-(3-хлораллил)тио- и 2-бутенилтио-4(377)-пирими-динонов. В масс-спектрах 2-алкил- и 2-аллилилтио-6-метил- и 6-метил-5-этил-4(3/7)-пирими-динонов максимальным является пик [М-СН3]+ что обусловлено образованием ароматического катиона 2-алкилтио-4-гидрокси-7-метил-1,3-диазепиния в случае 2-алкилтио-6-метил-5-этил-4(377)-пиримидинонов, а в случае S-аллильных производных 2-тиоурацилов за исключением S-хлораллильных производных - образованием 7-оксотиазоло[3,2-а]пиримидиниевой системы. Найдено, что наличие пика [M-SH]+ в масс-спектрах обусловлено образованием систем: пири-допиримидиния для бутенилсульфидов 8 а-с и пирролопиримидиния для аллилсульфидов 5а-е, ба-d и 7а-с. При электронной ионизации и фрагментации S-производных 2-тиоурацилов образуется катион 4-пиримидинон.

Список литературы Исследование S-производных 2-тиоурацилов методом масс-спектрометрии

Масс-спектрометрия органических соединений/под ред. Н.С. Вульфсона, В.Г. Заикина, А.И. Микой. -М.: Химия, 1986. -311 с.
Масс-спектрометрия в органической химии/под ред. А.Т. Лебедева. -М.: Бином Лаборатория знаний, 2003. -496 с.
Сливка, Н.Ю. Галогенциклизация замещенных 2-(алкенилтио)пиримидин-6-онов/Н.Ю. Сливка, Ю.И. Геваза, В.И. Станинец//Химия гетероциклических соединений. -2004. -№5.-С. 776-783.
Фролова, Т.В. Синтез и исследование S-аллильных производных 2-тиоурацилов/Т.В. Фролова, Д.Г. Ким, П.А. Слепухин//Вестник ЮУрГУ. Серия «Химия». -2010. -Вып. 3. -№ 11.-С9-15.
Ким, Д.Г. Синтез и свойства 2-стирилтио-6(1H)-пиримидинонов/Д.Г. Ким, В.И. Шмыгарев//Журнал органической химии. -1997. -Т. 33. -Вып. 9. -С. 1416-1418.
Ким, Д.Г. Иодциклизация 2-аллилтио-4(ЗН)-пиримидинов/Д.Г. Ким, В.И. Шмыгарев//Химия гетероциклических соединений. -1995. -№ 2. -С. 211-213.

Статья обзорная