Схема 95

Реакция первичных или вторичных аминов с дитиазолоном 30 приводит к симметричным N,N'-дизамещенным или N,N,N',N'-тетразамещенным мочевинам 192 с выходами от средних до высоких.[87] В случае менее нуклеофильных эфиров аминокислот необходима активация более чем двухкратным избытком триэтиламина; при этом, кроме дизамещенных мочевин, образуются цианоформамиды 193, которые, как было показано, могут быть легко и с высокими выходами превращены в конечные мочевины 192 реакцией с аминами. Механизм образования этих продуктов, очевидно, включает нуклеофильную атаку молекулы алкиламина на карбонильный атом углерода дитиазолона 30, с последующим элиминированием молекул двухатомной серы и хлористого водорода и образованием цианоформамида 193. Замещение цианогруппы в этом соединении на алкиламиногруппу приводит к мочевинам 192 (Схема 96).

Схема 96

Обработка дитиазолона 30 эфирами б,в-ненасыщенных в-аминокислот в диметилсульфоксиде при 120 °С приводит к смеси ненасыщенных тиоцианатов 194 и тиазолино-2-онам 195,[88] причем тиоцианаты являются основными продуктами реакции (Схема 97).

Схема 97

Образование этих соединений может начинаться с нуклеофильной атаки енаминного атома углерода по атому S-1 дитиазолона 30, с последующим выделением атома серы и хлористого водорода и образованием продукта 196, который может давать, как тиоцианат 194, через внутримолекулярную перегруппировку с элиминированием окиси углерода, так и тиазолинон 195, реакцией циклизации с потерей молекулы синильной кислоты (Схема 98).[88]

Примечательно, что ход реакции существенным образом зависит от применяемого растворителя; так, при проведении реакции енаминов 197 с дитиазолоном 30 в кипящем тетрагидрофуране одними из основных продуктов становятся 1,4-тиазины 198.[88]

Схема 98

1.2.3 Реакции 1,2,3-дитиазол-5-тионов

4-Хлор-5Н-1,2,3-дитиазол-5-тион 36 реагирует с бромом, образуя бромид 5-бромсульфанил-4-хлор-1,2,3-дитиазолия 199 (Схема 99).[32] Структура этой соли, относительно стабильной при комнатной температуре в инертной атмосфере, но переходящей при стоянии на воздухе обратно в тион 36, была доказана с помощью спектральных данных и элементным анализом, а также реакцией с малононитрилом, приводящей с илиденовому производному 42.

Схема 99

Окисление тиона 36 м-хлорнадбензойной кислотой в охлажденном хлористом метилене приводит к тионоксиду 200 с 81%-ным выходом (Схема 100).[31] Сульфин 200 легко гидролизуется серной кислотой в этаноле, давая дитиазолон 30.



Схема 100

Взаимодействие тиона 36 с первичными и вторичными алкиламинами приводит, соответственно, к моно- и диалкилцианотиоформамидам 201 с выходами от средних до высоких.[89] Предлагаются два возможных механизма образования соединений 201: путем нуклеофильной атаки алкиламина либо по атому углерода С-5, либо по атому серы S-2 гетероцикла, с последующим элиминированием молекул S2 и HCl (Схема 10). Какой из механизмов более вероятен не сообщается.[89]

Схема 101

Реакция тиона 36 с эфирами 3-алкил(арил)-3-амино-2-акриловой кислоты 202 в присутствии пиридина приводит к смеси дициановинилсульфанил- 203 и дисульфанил- 204 производным, как правило, со средними выходами (Схема 102).[90] Описан сложный механизм образования этих соединений, включающий нуклеофильную атаку по атомам S-1 и S-2 гетероцикла с последующей димеризацией образующихся частиц.

Схема 102

1.2.4 Реакции 5-алкилиден-5Н-1,2,3-дитиазолов

Показано, что дицианометилендитиазол 42 реагирует с соединениями, содержащими хлорид-анион, образуя 3-хлор-4,5-дицианизотиазол 205.[30] Соответствующее бромпроизводное 206 получается в реакции дитиазола 42 с бромистоводородной кислотой (Схема 103).[32]

Схема 103

Образование изотиазольного цикла очевидно происходит через атаку иминного атома азота промежуточно образующегося имидоил бромида 207, по атому S-1 1,2,3-дитиазольного цикла.[32]

Разложение илиденового производного 208, полученного из соли Аппеля и 3-аминокротононитрила 209, протекает с образованием пяти продуктов различного строения: дицианизотиазола 210 (40%), двух илиденодитиазолов 211 (8%) и 212 (5%), продукта хлорирования исходного соединения 213 и 2,3,5-трициан-4,6-диметилпиридина 214 (20%) (Схема 104).[51]

Схема 104

Авторы предполагают, что самый необычный из продуктов реакции - пиридин 214 образуется в результате присоединения второй молекулы енамина 209 к илидену 208, с последующей циклизацией в пиридиновый цикл с элиминированием молекул S₂, HCl и NH₃.

Дитиазол 215 также неустойчив при комнатной температуре и перегруппировывается при стоянии в течение ночи в бензотиофенон 216 (89%) с выделением серы и хлористого водорода (Схема 105).[30] Эта реакция представляет собой новый путь конструирования тиофенового цикла, а ее легкость объясняется высокой стабильностью бензотиофеновой системы и нитрильной группы.

Схема 105

Реакция илидена 42 с трифенилфосфином приводит к 3Н-пирроло-3-илиденофосфорану 217 с выходом 24%; структура этого соединения была подтверждена с помощью рентгеноструктурного анализа (Схема 106).[91] Сложный механизм его образования, включающий первичную атаку трифенилфосфина на атом серы S-2 1,2,3-дитиазольного цикла, приведен в статье.

Схема 106

Кипячение 1,2,3-дитиазола 218 в течение короткого времени в диметилформамиде приводит к триазолу 219 (Схема 107).[34] Возможный механизм этого необычного превращения включает в себя реакцию дитиазола с диметиламином, который образуется из ДМФА при нагревании. Структура триазола 219 доказана с помощью рентгеноструктурного анализа.

Схема 107

Реакция эфиров (4-хлор-5Н-1,2,3-дитиазол-5-илиден)циануксусных кислот 220 с первичными и вторичными аминами приводит к эфирам (Z)-3-алкиламино-2,3-дицианакриловых кислот 221 с выходами от средних до высоких (Схема 108).[92] Образование этих соединений может быть объяснено нуклеофильной атакой алкиламина по атому углерода С-5 дитиазольного цикла, с выделением S₂ и HCl и образованием устойчивой нитрильной группы.

Схема 108

Поведение трифторацетилиденовых производных 1,2,3-дитиазолов 222 в реакциях с алкиламинами существенно отличается от вышеприведенной реакции. Так, первичные амины образуют гидроиминопирролы 223 (22-55%), а вторичные - дигидроиминофураны 224 (18-62%) (Схема 109).[92] Впрочем, цианенаминокетоны 225, аналогичные соединениям 221, предполагаются в качестве ключевых промежуточных соединений в синтезе этих гетероциклов.

Схема 109

Образование пиррольного кольца из 1,2,3-дитиазольного цикла наблюдалось и из дицианометиленового производного 42 в его реакции с избытком морфолина;[91] после одночасового кипячения 4-циан-2,5-диморфолино-3Н-пиррол-3-тион 225 был выделен с 31%-ным выходом (Схема 110).

Схема 110

Реакция илидена 226, полученного из соли Аппеля 1а и кислоты Мелдрума, с первичными аминами останавливается на стадии образования (алкиламино)цианометилидена 227 (Схема 111).[93] Этилендиамин и другие диамины дают в этих условиях имидазолидин-2-илидены 228, как результат замещения нитрильной группы на аминогруппу диамина.

Схема 111

Взаимодействие азометиновых производных 1,2,3-дитиазола 229 с этилендиамином приводит к дигидроимидазолам 230, аналогичных структурам 228 (Схема 112).[34]

Схема 112

1.2.5 Реакции конденсированных 1,2,3-дитиазолов

Соли Герца 231, содержащие атомы хлора в 6-положении бицикла, реагируют с динитрилом малоновой кислоты с образованием глубоко окрашенных илиденов 232 с выходами от средних до низких (Схема 113).[94] Реакция, хотя и является общей для всех исследованных солей Герца, но осложняется рядом побочных процессов, продукты которых были выделены в ряде случаев.

Схема 113

Хлорированные циклопента-1,2,3-дитиазолы могут легко замещать атомы хлора на аминный остаток. Так, 8-хлоринденодитиазол 233 реагирует с морфолином и пирролидином в тетрагидрофуране (Схема 114).[35] Однако, выходы соответствующих производных 234 невелики (14 и 42%, соответственно), по-видимому, из-за недостаточной активированности атома хлора в этом соединении.

Схема 114

Более активированный атом хлора в положении 5 в 5,6-дихлор-4-цианоциклопента-1,2,3-дитиазоле 61 легко замещается под действием морфолина или ароматических аминов (Схема 115).[43] Селективность этих реакций (замещение только в положение 5) обясняется активацией этого атома хлора вицинальной нитрильной группой дитиазола.

Схема 115

Замена атомов серы на атомы селена в солях 11a,b может быть проведена с помощью их кипячения с двуокисью селена в уксусной кислоте; выходы тиаселеназолов 235 составили 83 и 96% (Схема 116).[95]

Схема 116

1.3 Cпектральные исследования

1.3.1 Рентгеноструктурный анализ

Одним из наиболее важных достижений в области рентгеноструктурного анализа 1,2,3-дитиазолов явилось исследование хлорида 4,5-дихлор-1,2,3-дитиазолия - соли Аппеля 1а, в которой делокализация простирается вокруг цикла, от одного атома серы к другому, что приводит к укорачиванию связи S-S (2.034(2) Е) по сравнению с обычной одинарной S-S связью.[22] Длина этой связи лишь немного больше, чем аналогичная величина в полностью делокализованном 1,2,3-дитиазольном цикле (2.023 Е). Анион хлора в соли Аппеля 1а практически одинаково удален от двух атомов серы 1,2,3-дитиазольного цикла [2.932(2) Е от S(1) и 2.974(2) Е от S(2)], причем хлорид-анион лежит всего в 0.34 Е от плоскости дитиазольного цикла. В тоже время он находится на расстоянии электростатического взаимодействия с другой молекулой 1,2,3-дитиазола.

Два цикла в бис(1,2,3-дитиазоле) 22 лежат зеркально отображенными в одной кристаллографической плоскости.[22] Оба эти кольца обладают практически одинаковыми геометрическими параметрами, однако картина распределения связей существенно отличается по сравнению с солью 1а. Практически все связи в цикле, за исключением C=N связи, которая имеет ярко-выраженный двойной характер [1.276(3) Е и 1.278(3) Е], существенно удлинены по сравнению с их значениями в соли 1а, и их значения более согласуются с единичным порядком этих связей.

Кристаллические и молекулярные структуры бис(1,2,3-дитиазолов) 26 и 236 были определены с помощью РСА.[24] Молекулы дитиазола 26 лежат на кристаллографическом центре инверсии и планарны в пределах 0.03 Е. Внутримолекулярные длины связей соединения 26 близки к длинам связей бис(дитиазола) 43 (см. ниже) и вместе с длиной одинарной N-N связи согласуются с азиновой резонансной структурой. Молекула бис(дитиазолил)бензола 236 также является кристаллографически центросимметричной, но далеко не плоской. Для того, чтобы избежать потенциальных стерических затруднений между атомом S-1 и атомом водорода у атома С-3, 1,2,3-дитиазольный цикл (который является плоским в пределах 0.07 Е) повернут относительно N(1)-C(4) связи, образуя диэдральный угол 137.30([7])° с плоскостью бензольного кольца. В результате этого торсионного сдвига сопряжение с бензольным циклом существенно ослаблено.

Молекулы конденсированных бис(1,2,3-дитиазолов) 53 и 56 имеют кристаллографические центры инверсии и, в основном, планарны в пределах 0.02 Е.[38] Эти молекулы принимают структуру соскальзывающих р-слоев, причем соседние молекулы соединяются посредством «голова к боковой части» или «голова к голове».

В ионной упаковке катион-радикал 237 имеет несколько межмолекулярных контактов катион-катион; наиболее короткий из таких S···S контактов (3.740 Е) все-таки превышает сумму Ван-дер-Ваальсовых радиусов для двух атомов серы (3.6 Е).[39] Сравнение длин связей в нейтральной молекуле бис(дитиазола) 60 и его радикал-катиона 237 показывает ожидаемые различия; S-S, S-N и S-C связи укорачиваются, а N-C связи удлиняются при одноэлектронном окислении.

транс-Дихлортетратиадиазафульвален 43 и его катион-радикальные соли 238 были также исследованы с помощью РСА. Для соединения 43 длины внутримолекулярных связей S-S, S-N, и S-C немного больше, чем в 1,2,3-дитиазолиевых солях [96] и это находится в согласии со значениями, которые были вычислены ab initio.[33] Кристаллические структуры катион-радикалов 238 становятся более пространственно объемными за счет соответствующих анионов. Молекулы в близлежащих слоях соединены сверху и снизу межмолекулярными S2···S3' и S2···S4' контактами, которые снова близки к сумме Ван-дер-Ваальсовых радиусов.

Радикалы 89, которые являются плоскими в пределах 0.07 Е, нежестко ассоциированы в центросимметричные или «голова-хвост» димеры с наиболее близкими междимерными расстояниями S···S 3.233 Е. Межмолекулярные орбитальные взаимодействия этих радикалов, хотя и являются слабыми, но достаточными, для погашения парамагнетизма, с помощью образования слабых «химических связей» между двумя радикальными частицами. Внутри молекулы радикала 89 наблюдаются изменения связей между атомами, что говорит о делокализации электронной плотности радикала по всей молекуле. Укорочение N1-C2 связи говорит о существенной ее двоесвязанности. Укорочение N2-C3 и N5-C4 и удлинение N2-C2 связей может быть объяснено наличием ряда резонансных структур 89, показанных ниже (Схема 117).[37]

Схема 117

Кристаллы дитиазолильного радикала 84 состоят из плоских (в пределах 0.03 Е) недимеризованных радикалов, которые организуются в р-слои, расположенные параллельно оси ч.[9] Между слоями радикалов отсутствуют межмолекулярные S···S взаимодействия, которые были бы меньше величины суммы Ван-дер-Ваальсовых радиусов (3.6 Е). Наиболее близкие S···S взаимодействия наблюдаются при контактах «голова-голова» (3.843 Е), «голова-хвост» (3.626 Е) и между р-слоями (3.707 Е). Кристаллы бис-дитиазолов 239 состоят из р-слоев недимеризованных радикалов, которые располагаются параллельно осям Z (b, R1 = Et, Pr, R2 = Cl) или ч (a, R1 = Me, R2 = Cl).[97] Во всех изученных примерах существует множество близких S···S контактов между близлежащими дитиазольными циклами с расстояниями меньше суммы Ван-дер-Ваальсовых радиусов, некоторые из них являются наиболее короткими для несвязанных S···S контактов, которые наблюдались для недимеризованных гетероциклических сера-азотистых радикалов (3.234 Е).

Кристаллическая ячейка радикала 85, который является диамагнитным, согласно данным ЭПР, состоит из четырех димеров, которые связаны по типу «голова к голове». Эти димеры соединены между собой посредством двух различных узловых S-S связей.[98] Такой тип ассоциирования ранее для 1,2,3-дитиазолов не наблюдался. Димеры радикалов 85 не образуют сети р-слоев, как другие радикалы 1,2,3-дитиазолия, вместо этого они собираются в структуры типа «елочка», причем радикальные части молекул сгруппированы таким образом, чтобы максимизировать S···S and S···N контакты.

Структура двух димеров бис(1,2,3-дитиазолил)пиразинового радикала, связанного С-С связью (240) или S-S связью (241) была окончательно установлена методом РСА.[41] Димер 240 состоит из центросимметричных пар радикалов, связанных С3-С3ґ у-связью (1.607(4) Е), которая существенно длиннее, чем обычная sp3-sp3 C-C связь (1.54 Е) и сравнима с длинами связей напряженных систем, в которых у-связь образуется из р-систем. Сопутствующая регибридизация у атомов углерода С3 приводит к сильным искажениям ранее плоских гетероциклов в конформации типа «бабочка» с удлинением внутримолекулярных связей.

Кристаллы 241 состоят из центросимметричных димеров, соединенных боковой S4-S4ґ у-связью. Близкая к копланарной ассоциация радикалов сопровождается раскрытием кольца и образованием экзоциклической тионной группы, атом серы которой (S3) гипервалентно взаимодействует с атомом серы S4 с длиной связи 2.817(4) Е.

1.3.2 Спектроскопия ЯМР

Измерены химические сдвиги в спектрах ЯМР ¹³С для ряда перхлоратов 1,2,3-дитиазолия (Таблица 2).[7]

Данные спектров показали, что атом углерода С-5 резонирует в более слабом поле за счет существенного положительного заряда на атомах S-1 и S-2. Уменьшение значения хим. сдвигов для атома С-5 в ряду от R = MeS, R = Ph и к R = 4-NO₂C₆H₄ указывает на уменьшающуюся способность этих соединений стабилизировать положительный заряд на атомах серы S-1 и S-2. Хим. сдвиг сигнала С-5 для 5b (R = 4-MeOC₆H₄) не следует этой тенденции, что говорит о существенной делокализации положительного заряда, которая воздействует на гибридизацию атома С-5. Таким образом, хим. сдвиги на атомах углерода ¹³С дают количественную картину распределения зарядов для перхлоратов 1,2,3-дитиазолия.

Таблица 2. Данные спектров ЯМР ¹³С для перхлоратов 1,2,3-дитиазолия.

Соединение	R	Хим. сдвиги на ядрах 13С, д (м. д.)
		С-4	С-5
5a	MeS	150.6	193.2
5b	4-MeOC6H4	154.6	181.3
5c	Ph	156.4	182.1
5d	4-NO2C6H4	157.7	178.7

Данные спектров ЯМР ¹⁴N для некоторых 1,2,3-дитиазолов приведены в Таблице 3.[10] Полученные результаты показывают небольшую разницу в хим. сдвигах между различными моноциклическими и конденсированными производными 1,2,3-дитиазолов.

Таблица 3 Данные спектров ЯМР ¹⁴N для 1,2,3-дитиазолов в CDCl₃.

Соединение	Хим. сдвиги, д (м. д.)*	Ширина сигнала на полувысоте пика, нЅ (Гц)
	319	315
	321	365
	320	420
	332	487

* Значения хим. сдвигов приведены относительно безводного аммиака при 0 °С.

1.3.3 Масс-спектрометрия

Присутствие 1,2,3-дитиазольного цикла зачастую подтверждается с помощью масс-спектрометрии. Так, смесь изомеров 242 содержит фрагментные ионы m/z 137 (C₂ClNS₂) хлорированного цикла, 125 (CClNS₂), 102 (C₂NS₂) - самого 1,2,3-дитиазольного кольца, [93] (CClNS) - частицы Cl-C=N-S, 70 (C₂NS) и 64 (S₂).[31] Эти выводы были подтверждены данными масс-спектрометрии высокого разрешения (HRMS), с помощью которых, кроме вышеперечисленных, также смогли быть идентифицированы фрагментные ионы m/z 120 (C₃Cl₂N) и 85 (C₃ClN) - заместителей дитиазольного цикла. Фрагментация молекулы дитиазола 243 протекает так легко, что интенсивный пик молекулярного иона, m/z 287, может быть получен только с помощью метода FAB (Fast Atom Bombardment) масс-спектрометрии.[31]

1.3.4УФ- и ИК-спектроскопия

Структурно близкие нафтодитиазолоны 80 и 81 формально являются 14р гетероароматическими системами с аналогичными возможностями распределения электронной плотности.[48] Существенное различие в цвете и электронных спектрах для дитиазола 80 (лmax 461 нм, log е 4.03) и дитиазола 81 (лmax 602 нм, log е 3.63) объясняется различием строения угловой структуры 80 и более высокоэнергетической линейной структуры 81 (Схема 118), как это ранее было показано для похожих карбоциклических систем типа фенантрена, антрацена и их азапроизводных.

Схема 118

Интенсивные р-р-переходы в бис-дитиазоле 53 лежат в более длинноволновой области (622 нм),[14] чем соответствующие максимумы абсорбции в дитиазолах 56 (522 нм) и 43 (565 нм).[96]

4-Хлор-1,2,3-дитиазолы 36 и 42 показывают сильную абсорбцию в УФ области при лmax 423-431 нм (log е 3.8-4.0) и более слабую абсорбцию при лmax 330 нм (log е 3.2-3.3).[31]

УФ-спектр конденсированного дитиазола 244 (лmax 412 нм, е = 23928) существенным образом отличается от УФ-спектра хлорпроизводного 61 (лmax 546 нм, е = 2618).[43] Очевидно, морфолиновая группа в дитиазоле 244 разрушает полосу, отвечающую за перенос заряда между двумя циклами за счет сопряжения амино- и нитрильной групп. В УФ-спектре циклопентадитиазола 245 проявляется широкая полоса абсорбции в близкой к ИК области (лmax 700 нм, е = 864).

5-5-6-Конденсированные дитиазолы 246, 5-6-6-6-циклы 247 и 248 показывают сильные полосы поглощения (log е = 3.9-4.2) при 570-635 нм, в то время как линейная 5-6-6-6 система 249 поглощает в более коротковолновой области 533 нм (log е = 4.7). Причем отличие поглощения для р>р* переходов нефторированных гетероциклов от фторированных аналогов невелико. Дополнительно 5-6-6-6 полициклические системы 247-249 демонстрируют флуоресценцию в районе ca. 660-680 нм.[99]

Полосу поглощения 1120 см-1 в ИК-спектре трициклического дитиазола 66 приписывают к N-S колебаниям цикла.[100] ИК-спектр 4-хлор-1,2,3-дитиазол-5-тиона 36 показывает интенсивные полосы поглощения при 1041, 1029 и 1013 см-1 в области поглощения симметричных и асимметричных колебаний сульфиновой группы.[31]

1.3.5 Электрохимические методы

Для более глубокого выяснения окислительно-восстановительных свойств 1,2,3-дитиазольного кольца было исследовано электрохимическое поведение ряда представителей этого класса соединений. Например, циклическая вольтамперометрия бис(дитиазола) 56 в ацетонитриле на платиновом электроде в 0.1 M n-Bu₄NPF₆ в качестве вспомогательного электролита выявила волну обратимого окисления с E1/2(ox) = 0.93 В и вторую волну необратимого окисления с пиком потенциала на аноде Epa = 1.5 В.[38] Попытки подавить необратимость процесса окисления [56]⁺ до [56]²⁺ варьированием частоты развертки электрического напряжения и концентрации субстрата оказались безуспешными. Восстановление соединения 56 сопровождается появлением единственной, широкой и строго необратимой волны с потенциалом катодного пика Epc = -0.95 В. Данные по потенциалу полуволны E1/2(ox) первой и второй стадии окисления, а также потенциалов катодного пика Epc для процесса восстановления известных 1,2,3-дитиазолов приведены в Таблице 4.

Таблица 4 Электрохимические свойства и данные ЭПР спектров 1,2,3-дитиазолов.

Структура	E1/2(0/+), В	E1/2(+/2+), В	Epc(0/-), В	g-фактор	aN, mT	Литература
(43)	0.80	1.25	-0.95	2.0117	0.096	24
(26)	1.36	1.60	-0.91*	2.0102	0.236	24
(89)	1.14	-	0.15	2.009	0.514	37
(83a)	0.005	1.415	-0.835	2.0083	0.310	15
(250a)	-0.130	1.294	-0.952*	2.0082	0.317	15
(250b)	-	-	-	2.0082	0.318	17
(250c)	-	-	-	2.0082	0.310	97
(82a)	-0.136	1.278	-0.94	2.0084	0.317	15
(82b)	-0.104	1.305	-0.956	2.0086	0.320	15
(56)	0.93	1.5*	-0.95	2.0114	0.201	38
(53)	0.41	0.66	-1.06	2.0106	0.235	14
(55)	0.61	1.10	-0.98	2.0117	0.161	39
(84)	0.565	-	-0.389*	2.00875	0.498	9
(85)	0.207	-	-0.91*	2.0081	0.748	36
(251)	0.81	1.37	-0.96	2.0117	0.143	39
(252)	-0.029			2.0087	0.313; 0.267	41
(11d)	-0.118	1.295	-0.970	2.0086	0.317; 0.06	95
(11b)	-0.104	1.305	-0.956	2.0086	0.32; 0.06	95

* Необратимые процессы

1.3.6 ЭПР-спектроскопия

Раствор катион-радикала 56 в жидком SO₂ показывает очень сильный и устойчивый сигнал ЭПР в виде 1:2:3:2:1 квинтета, который подтверждает, что спиновая плотность полностью делокализована на обоих атомах азота дитиазольных циклов.[38] Воздействие спин-орбитального сопряжения на атомах серы на g-фактор гораздо более выражено в трициклическом бис-дитиазольном катион-радикале 56 (g = 2.0114), чем в простых монофункциональных дитиазолилах или в бензо-1,2,3-дитиазолиле 253 (g = 2.008). Аналогично, более исчерпывающая делокализация спиновой плотности в катион-радикале 56 относительно простых 1,2,3-дитиазолилов приводит к меньшим константам тонкого взаимодействия на атоме азота (a_N = 0.201 mT). Также наблюдается дополнительное расщепление под действием двух протонов с a_N = 0.079 and 0.048 mT в катион-радикале 251.[14] ЭПР-спектр соединения 89 является значительно более сложным, но расчетные спектральные симуляции показывают возможность воздействия всех пяти атомов азота на тонкое расщепление спектральных линий. Спиновая плотность частично уходит из позиции 5 и перераспределяется не только по атому азота, присоединенному к положению 4 в 1,2,3-дитиазольном цикле, но и по всем другим атомам азота тиадиазолопиразинового лиганда. Результатом этой реорганизации является отсутствие димеризации радикала 89 путем образования С-С связи.[37]

В дополнение к ожидаемому триплету (a_N = 0.498 mT), возникающему из тонкого расщепления от дитиазольного атома азота радикала 84, спектр ЭПР содержит расщепление (a_N = 0.135 mT) от изотиазольного атома азота, а также расщепление с меньшими константами от двух из трех атомов хлора, находящихся в молекуле, что является признаком существенной спиновой делокализации вне дитиазольного цикла.[9]

Значения g-факторов и a_N констант известных 1,2,3-дитиазолильных радикалов представлены в Таблице 4.

1.3.7 Квантово-химические расчеты молекул 1,2,3-дитиазолов

Вычисления методом расчетов функциональной плотности (DFT) на уровне B3LYP/6-31G** тетратиадиазафульвалена 43 показали, что эти молекулы в основном состоянии скорее всего находятся в виде соединения 43а, чем в виде бирадикала 43b, что является результатом сильного взаимодействия на мостиковой С-С связи (Схема 119).[33]

Схема 119

Были выполнены вычисления электронной корреляции методом DFT для бензо-бис-дитиазола 254. Асимметрия пары двух монозанятых SOMO молекулярных орбиталей приводит при смешении с бензолом к гораздо более сильному расщеплению двух граничных орбиталей a_u и b_g и, как следствие, к хиноидальному синглетному состоянию 254а. Дирадикальный синглет 254b должен иметь большую (на 0.72 эВ) энергию, чем основное состояние 254а (Схема 120).[38]

Схема 120

Вычисление взаимодействий пограничных молекулярных орбиталей (FMO) показали, что эффект высокой электроотрицательности N-N мостика не оказывает определяющего влияния на распределение электронной плотности в бис-1,2,3-дитиазоле 26; он стабилизирует основное синглетное состояние 26а относительно дирадикального триплетного состояния 26с путем понижения энергии верхней занятой молекулярной орбитали (ВЗМО) и поляризует две оккупированные р-связи в азиновом мостике. Распределение зарядов также показывает, что структура бис-1,2,3-дитиазола 26, связанного диазиновым мостиком, лучше подходит к ковалентной формуле 26а, чем к полярной формуле 26b (Схема 121).[24]

Схема 121

Распределение валентностей и зон проводимости в бис-1,2,3-дитиазолильном радикале 89 вычислена на основе теории Хюккеля. Было найдено, что энергия образования связи между двумя радикалами (ca. 0.4 эВ) существенно меньше, чем найденные значения для других димеров радикалов, что объясняется слабостью междимерных взаимодействий.[37]



Распределение спиновой плотности в радикалах 89 и 254 было вычислено с помощью метода UB3LYP/6-31G*.[101] Существенная делокализация спиновой плотности была найдена в конденсированном с бензолом 1,2,3-дитиазоле 254. В дополнение к полярным резонансным формам в молекуле существуют неполярные резонансные формы аллильного типа, которые образуются благодаря распространению спиновой плотности в бензольное кольцо. Показано, что энергии диспропорционирования радикалов 89 и 254, вычисленные тем же методом, количественно коррелируют с данными по проводимости этих радикалов. Обогащенные р-системы, в которых есть N-S-S группа, такие как дитиазол 89, обладают низкими энергиями диспропорционирования и, вследствии этого, высокой проводимостью.[102]

Выполнены вычисления связей кристаллических структур 82, 83 и 251 с помощью расширенной теории Хюккеля (extended Hьckel theory, EHT).[15,17] Они показали, что рассеивание кривых вдоль направления р-слоев возникает из ВЗМО радикалов в ячейке проводящих связей молекулярного металла, хотя ни один из материалов, строго говоря, не является металлом; тем не менее, кривые распределения позволяют оценить степень межмолекулярного взаимодействия вдоль и поперек направлений р-слоев.

1.4 Биологическая активность и практическое применение 1,2,3-дитиазолов

N-Арилимино-1,2,3-дитиазолы 117 показали существенную антибактериальную активность против грам-положительных бактерий.[57, 103] Незамещенное ароматическое соединение 117 (R = H) и его о-метоксипроизводное оказались наиболее активными среди протестированных соединений. Для четырех видов грибка минимальные фунгицидные концентрации 1,2,3-дитиазолов 117 и 255 были не более чем в два раза выше, чем минимальная подавляющая концентрация (MIC), что доказывает высокую фунгицидную активность этих соединений.[103] Показано, что ароматическая часть молекулы не оказывает существенного влияния на антимикробную активность, которая, очевидно, более всего зависит от 1,2,3-дитиазольного цикла, действуя как мощный ингибитор для некоторых энзимов, похожих на серин протеазы.

In vitro противогрибковая активность была определена для дрожжевых микроорганизмов типа Candida albicans ATCC 10231, Candida utilis ATCC 9950, Candida lipolytica CBS 6124, Saccharomyces cerevisiae ATCC 26785 и Pichia stipitis CBS 5776 и плесени типа Aspergillus niger L32 and Penicillium sp.[104, 105] Все 1,2,3-дитиазолы показали существенную противогрибковую активность против исследованных типов дрожжей. Соединения 260-264 дали наивысшие значения MIC от 10 до 50 мg/mL. Эффективность этих веществ сравнима с результатами для амфотерицина B, который используется как эталонное соединение при определении ингибирования роста грибков.

Противораковая активность 1,2,3-дитиазолов 256-264 была исследована in vitro на линиях миелоидной лейкемии человека K562 и L1210 лейкемии мышей и сравнена с аналогичным действием натурального продукта дистамицина А. Все имины 256-264 оказались активными при концентрации от 3 до 10 мM и имеют активность, сравнимую с активностью дистамицина А.

Гетероциклический р-донор - бензо-бис-1,2,3-дитиазол 55 был предложен в качестве донорной компоненты для проводников с переносом заряда.[39]

В качестве привлекательной альтернативы для традиционных синтетических проводников - комплексов с переносом заряда - рассматриваются нейтральные гетероциклические радикалы, в том числе производные 1,2,3-дитиазолов. Проводимость в этих материалах обеспечивается за счет множества слоев р-радикалов, вместо решетки атомов в традиционных металлах. Несколько примеров дитиазолильных радикалов, таких как (тиадиазоло)дитиазолопиразинил 89,[37] хлорбис(дитиазоло)пиридинилы 83,[9] перхлоризотиазоло-1,2,3-дитиазолил 84,[9] бис[1,2,3]дитиазолопиридинилы 250[16] и замещенные бис-1,2,3-дитиазолопиридинилы 82,[15] были получены Окли и соавторами.

Заключение

В заключение следует отметить, что 1,2,3-дитиазолы являются, пожалуй, одним из наиболее изученных классов пятичленных сероазотсодержащих гетероциклов. Конденсированные с бензолом дитиазолы известны более 80 лет в основном в виде солей Герца. Существенный толчок к синтезу конденсированных 1,2,3-дитиазолов был дан в 1970 г., когда было показано, что легкодоступные оксимы могут быть перспективными исходными соединениями для этого класса гетероциклов. Этот подход интенсивно развивался в течение последних 15 лет Рисом и его соавторами.

Значительный интерес к неконденсированным 1,2,3-дитиазолам объясняется доступностью и высокой и разнообразной реакционной способностью хлорида 4,5-дихлор-1,2,3-дитиазолия, полученной впервые Аппелем и сотрудниками в 1985 г. К настоящему времени известно более 100 ссылок на работы по соли Аппеля, и на ее основе синтезировано более 700 новых соединений. Однако следует отметить, что другие 5-замещенные аналоги соли Аппеля практически не изучены.

В последнее время большое внимание проявляется к получению и исследованию свойств органических радикалов, включающих в себя 1,2,3-дитиазольный фрагмент. Это связано с разнообразными возможностями применения такого рода систем в технике для создания органических магнетиков, проводников и молекулярных переключателей.

Таким образом, дальнейшее изучение свойств и возможностей прикладного использования 1,2,3-дитиазолов является перспективной областью химии гетероциклических соединений.

2. Обсуждение результатов

В настоящем разделе диссертации приведен анализ результатов, полученных при исследовании реакции этаноноксимов с монохлоридом серы, приводящей к 4-замещенным солям 1,2,3-дитиазолия, образующим различные производные при действии на них нуклеофильных реагентов, а также изучение свойств полученных 1,2,3-дитиазолов.

В процессе разработки методов синтеза 4-замещенных 1,2,3-дитиазолов важнейшим этапом стал поиск оптимальных условий получения солей 1,2,3-дитиазолия - предшественников этих соединений. В литературе известны единичные примеры получения 4-замещенных моноциклических солей 1,2,3-дитиазолия 1 обработкой монохлоридом серы соединений, содержащих С-N-фрагмент: ?-фторсульфовиниламинов 2 [12] или этаноноксимов 3 [10, 11], причем в обоих случаях соли 1,2,3-дитиазолия не выделяются, а вводятся в последующие реакции in situ (Схема 1). Однако, существенный недостаток первого метода заключается в том, что виниламины 2 являются неустойчивыми и труднодоступными веществами. Поэтому мы остановили свой выбор на этаноноксимах 3, легкодоступных потенциальных синтонах для получения 4-замещенных солей 1,2,3-дитиазолия 1.

Схема 1

2.1 Разработка методов синтеза 4-замещенных 5Н-1,2,3-дитиазолов

2.1.1 Разработка метода синтеза 4-фенил-5Н-1,2,3-дитиазол-5-она 4а

На примере ацетофеноноксима 3а мы исследовали возможность синтеза 4-замещенных 1,2,3-дитиазолий хлоридов 1 и на их основе 4-замещенных 5H-1,2,3-дитиазол-5-онов 4. Оказалось, что кетон 4а в условиях реакции, описанных в литературе [11, 12] (обработка оксима 3а монохлоридом серы или смесью монохлорида серы и пиридина в хлористом метилене с дальнейшим гидролизом водой) действительно образуется с низкими выходами 26% и 22%, соответственно. Однако, наши попытки ввести в реакцию в этих условиях другие этаноноксимы 3 (R = Me, 2-pyridyl, EtO₂C, 2-thienyl) оказались безуспешными, обнаружить образование 1,2,3-дитиазол-5-онов 4 нам не удалось. Таким образом, описанные в литературе способы получения производных 1,2,3-дитиазолов не являются общими и эффективными.

Исходя из вышеизложенных результатов мы решили систематически изучить реакции этаноноксимов 3 с монохлоридом серы с целью разработки удобного и эффективного метода получения 4-замещенных солей 1,2,3-дитиазолия и их производных - 1,2,3-дитиазол-5-онов 4.

Исследование реакции 3а с S₂Cl₂ и пиридином в CH₂Cl₂ показало, что через 15 минут образуется осадок красного цвета, который был отфильтрован. Мы предположили, что в этом осадке содержится соль 1а. Однако, в масс-спектрах выделенного осадка наблюдались лишь пики фрагментов молекулярной серы, S₈, очевидно также содержащейся в этом осадке в значительных количествах. Попытки снять спектр ЯМР ¹Н выделенного продукта в DMSO-d₆ также успеха не имели, мы наблюдали ряд сигналов в области ароматических протонов слабой интенсивности, не соответствующих одной фенильной группе, по-видимому, соль 1а разлагается в DMSO-d₆.

Реакция выделенного осадка с водой привела к кетону 4а, что доказывало образование соли 1а (Схема 2). Однако, перекристаллизовать и выделить соль 1а в чистом виде нам не удалось. При хранении соли 1а под аргоном при 0 ^оС, очевидно, происходит ее разложение, поскольку при введении в реакцию с водой образцов осадка по мере увеличения срока его хранения выходы кетона 4а снижаются. Результаты реакций представлены в Таблице 1.

Таблица 1. Изменение выхода продукта 4a в реакции осадка, выделенного из реакции 3а и S₂Cl₂ с течением времени его хранения.

Срок дней хранения 1а (дни)	0	1	6
Выход кетона 4а (%)	26	15	0

Таким образом, мы показали, что хлорид 5-хлор-4-фенил-1,2,3-дитиазолия 1а, образование которого было подтверждено его реакцией с водой, является неустойчивым, выделить его в индивидуальном виде и охарактеризовать нам не удалось, поэтому мы решили вводить 1a и другие соли 1 в последующие превращения in situ. В качестве модельного превращения была выбрана реакция ацетофеноноксима 3a и S₂Cl₂ с последующей обработкой кислородсодержащим нуклеофилом, которая приводит к кетону 4a. Основные результаты исследования этой реакции (Схема 2) представлены в Таблице 2.

Схема 2.

Мы исследовали влияние различных оснований на ход реакции. Пиридин оказался наиболее эффективным основанием среди остальных исследованных азотсодержащих оснований (DABCO, Et₃N) (таблица 2, оп. 5, 6, 7). Использование пиридина в качестве основания позволило существенно уменьшить избыток S₂Cl₂ (до 3-х эквивалентов) и время выдержки (до 15 мин.), но выход продукта 4а при этом оставался низким - 22% (таблица 2, оп. 5). Роль растворителя в этой реакции оказалась решающей. Замена хлористого метилена на ацетонитрил позволила уменьшить количество S₂Cl_2, необходимого для успешного протекания реакции, до теоретического (2 экв.), при этом выход кетона увеличился, достигнув максимального при проведении реакции при 0 ^оС. В качестве кислородсодержащего нуклеофила, необходимого для превращения соли 1а в кетон 4а, были исследованы вода (таблица 2, оп. 10), нитрат натрия (таблица 2, оп. 11), ранее использовавшийся для получения 1,2,3-дитиазол-5-онов [1] а также муравьиная кислота, применяющаяся для перевода солей 3-хлор-1,2-дитиолия в 1,2-дитиол-3-оны [106]. Использование муравьиной кислоты, ранее не применявшейся для синтеза 1,2,3-дитиазол-5-онов, позволило получить кетон 4a с самым высоким выходом - 58% (таблица 2, оп. 9).

2.1.2Синтез 4-замещенных 5Н-1,2,3-дитиазол-5-онов 4

Мы распространили найденные нами оптимальные для ацетофеноноксима 3а условия на ряд других этаноноксимов 1 и 1,2,3-дитиазол-5-оны 4 были выделены во всех случаях, с выходами от низких до умеренных (Схема 3).

Схема 3

В случае метильного и карбоксиэтильного производных выход продуктов 4g и 4h оказался низким из-за того, что эти вещества является легколетучими и улетают вместе с растворителем при упаривании растворов, даже при комнатной температуре при использовании таких низкокипящих растворителей, как хлористый метилен или эфир.

В реакциях оксимов 3b и 3f с монохлоридом серы и пиридином нам удалось выделить и охарактеризовать побочные продукты - 4,5-дигидро-1,2,7-тиадиазепины 5 (Схема 4), образование которых и объясняет невысокие выходы кетонов 4b и 4f.

Схема 4

Соединения 4a-f являются светло-желтыми кристаллическими веществами, а 4g,h - светло-желтыми маслами. Строение соединений 4 подтверждено данными элементного анализа и совокупностью спектральных данных. Масс-спектры кетонов 4 содержат пик молекулярного иона. ИК-спектры соединений 4 имеют интенсивную полосу поглощения в области 1650-1670 см^-1, характерную для С=О - группы. Карбонильная группа дитиазолов 4 в спектрах ЯМР ¹³С характеризуются сигналом в области 188-190 м.д.

Строение соединений 5 установлено с помощью данных элементного анализа и совокупности спектральных данных. Масс-спектры тиадиазепинов 5 имеют пики молекулярных ионов и пики фрагментов молекул с отщеплением NS- и N₂S-частиц. Этиленовый фрагмент тиадиазепинового цикла характеризуется синглетом протонов в спектрах ЯМР ¹H в области 3.4-3.8 м.д. и синглетом ядер углерода в области 34 м.д в спектрах ЯМР ¹³С.

2.1.3 Синтез 4-замещенных 5H-1,2,3-дитиазол-5-тионов 6

Другим типом 1,2,3-дитиазолов, который мог быть получен из солей 1,2,3-дитиазолия 1 являются тионы 6. Единственный представитель этих производных - 4-хлор-1,2,3-дитиазол-5-тион, ранее был получен обработкой хлорида 4,5-дихлор-1,2,3-дитиазолия 1k (соли Аппеля) сероводородом (выход 69%) или 2-цианотиоацетамидом (выход 89%) (см. Схему 21 литературного обзора).[1, 2] Оба метода нас не устраивали, первый - ввиду высокой токсичности сероводорода, второй - из-за высокой цены реагента.

Мы решили использовать в качестве серосодержащего нуклеофила тиоацетамид, который ранее был успешно применен в нашей лаборатории для получения 1,2-дитиол-3-тионов из солей 1,2-дитиолия [107]. Мы проверили эту возможность путем обработки реакционной смеси, полученной из ацетофеноноксима 3a и S₂Cl₂, суспензией тиоацетамида в ацетонитриле. Оказалось, что в этом случае тион 6a образуется с высоким выходом 73% (Схема 5). Эти условия были распространены на другие этаноноксимы 3 и 1,2,3-дитиазол-5-тионы 6 во всех случаях были выделены, как правило, с умеренными выходами (Схема 5).

Схема 5

Соль Аппеля 1k была введена в реакцию с тиоацетамидом в ацетонитриле и 4-хлор-5H-1,2,3-дитиазол-5-тион 6k был получен c выходом 93%, более высоким, чем описано в литературе [1, 2] (Схема 6).

Схема 6

Предполагаемая последовательность превращений при образовании тионов 6 из солей 1 представлена на Схеме 7. Образование тиона, как мы предполагаем, идет через присоединение молекулы тиоацетамида в пятое положении цикла, с последующим отщеплением молекул хлористого водорода и ацетонитрила.

Схема 7

Таким образом, нами разработан новый, удобный в препаративном отношении метод синтеза 4-замещенных 5Н-1,2,3-дитиазол-5-тионов, представляющих интерес в синтетическом и прикладном плане (см. раздел 2.3.).

2.1.4 Синтез 4-замещенных 5H-1,2,3-дитиазол-5-иминов 7

Основываясь на аналогиях реакций солей 1 с кислородсодержащими и серосодержащими нуклеофилами, мы предположили, что реакция хлоридов 1,2,3-дитиазолия с азотсодержащими нуклеофилами (например, анилином) приведет к иминам 1,2,3-дитиазолов. Действительно, обработав анилином на последней стадии реакционную смесь этаноноксимов 3 с S₂Cl₂, мы получили имины 7 с умеренными выходами (Схема 8).

Схема 8

В литературе описано [24] взаимодействие соли Аппеля 1k с еще одним азотсодержащим нуклеофилом - гидразином. Реакция проходит в ацетонитриле и приводит к симметричному гидразону 8 (Схема 9).

Схема 9

Мы ввели гидразин в реакционную смесь ацетофеноноксима 3а с монохлоридом серы при 0 ^оС, однако в результате был выделен только тион 6а с выходом 68% (Схема 10). Очевидно, что в этом случае гидразин выступает в роли восстановителя и образует с элементной серой, присутствующей в реакционной смеси, серосодержащий нуклеофил, который реагирует по пятому положению цикла с образованием тиона 6а.

Схема 10

2.1.5 Синтез 4-замещенных 5H-1,2,3-дитиазол-5-илиденов 9 и 10

Мы исследовали взаимодействие полученных нами 4-замещенных солей 1,2,3-дитиазолия с соединениями, содержащими активированную метиленовую группу. В качестве модельного превращения была выбрана реакция ацетофеноноксима 3а и S₂Cl₂ с последующей обработкой С-нуклеофилом - малонодинитрилом.

Оказалось, что помимо целевого продукта 9а, в реакционной смеси происходит образование значительного количества другого продукта - 4-фенил-1,2,3-дитиазол-5-тиона 6а (Схема 11). C целью разработки оптимальных для образования 9а условий реакции соли 1а с малонодинитрилом мы варьировали соотношение реагентов, температуру и время выдержки реакционной смеси. При этом было установлено, что все эти три фактора влияют на выход целевого продукта 9а. Основные результаты наших исследований представлены в Таблице 3.

Схема 11

Таблица 3. Реакция ацетофеноноксима 3а (10 ммолей) с S₂Cl₂ (20 ммолей), пиридином (30 ммолей) и малонодинитрилом.

Опыт	Количество CH2(CN)2 /ммоль	T/єC	Время реакции /мин	Выход продуктов реакции (%)
				9а	6а
1	10	-5	30	7	40
2	10	-5	60	7	37
3	10	-5	90	8	33
4	10	-20	60	5	28
5	30	-5	30	8	33
6	30	-20	60	8	23
7	30	-20	90	11	25
8	50	-15	60	17	27
9	50	-15	90	17	27
10	100	-15	90	16	27

Мы установили, что введение в реакцию избытка малонодинитрила и понижение температуры позволяет, в некоторой степени, подавлять конкурирующий процесс образования тиона 6а, однако, при понижении температуры реакции до -20 С малонодинитрил (таблица 3, оп. 4), по-видимому, также проявляет низкую активность, о чем свидетельствуют выходы целевого илидена 9а. Тем не менее, нам удалось посредством увеличения избытка малонодинитрила до пятикратного и выдержки реакционной смеси в течение 1 часа при -15 С частично подавить конкурирующий процесс образования тиона 6а и повысить выход илидена 9а с 7% до 17% (таблица 3, оп. 8). Дальнейшее увеличение избытка малонодинитрила до десятикратного и времени выдержки реакционной смеси до 1.5 часа не позволили нам получить целевой продукт с более высоким выходом (таблица 3, оп. 9, 10).

Как видно из представленных в таблице результатов, суммарный выход обоих продуктов реакции 9а и 6а остается практически постоянным, независимо от условий проведения реакции. По-видимому, образование тиона 6а происходит в результате взаимодействия соли 1а с серосодержащим нуклеофилом, образующимся в реакционной смеси, активность которого, очевидно, в данных условиях сравнима с активностью С-нуклеофила - малонодинитрила.

Мы распространили найденные нами условия на ряд этаноноксимов 3 и показали, что в большинстве исследованных случаев образуются 1,2,3-дитиазол-5-илидены 9, однако, с низкими выходами (Схема 12). Основными продуктами в этих превращениях являются соответствующие тионы 6.

Схема 12

Было показано, что найденные нами для малонодинитрила условия могут быть распространены и на другие С-нуклеофилы, содержащие активный метиленовый фрагмент. В частности, реакция солей 1 с этиловым эфиром циануксусной кислоты протекает аналогичным образом и приводит к илиденам 10, которые образуются также с низкими выходами (Схема 13).

Схема 13

2.1.6 Действие восстанавливающими реагентами на 4-замещенные соли 1,2,3-дитиазолия

Реакции солей 1,2,3-дитиазолия с восстанавливающими реагентами представляют особый интерес, поскольку они с одной стороны могут приводить к свободным радикалам 1,2,3-дитиазолия [9, 15, 16, 37], а с другой стороны, как это было показано на примере соли Аппеля 1k - к 4,4'-дихлор-5,5'-би-1,2,3-дитиазолу 11k [24]. Поскольку примеров как одной, так и другой реакций известно мало, делать предположения, как пойдет реакция в том или другом случае достаточно сложно. Поэтому мы исследовали действие восстанавливающих агентов на реакционную смесь ацетофеноноксима 3а с монохлоридом серы, в частности Ph₃Sb - реагента, который наиболее часто используется для восстановления солей дитиазолия в радикалы.

Оказалось, что трифенилсурьма при проведении реакции при комнатной температуре выступает в роли восстановителя и переводит соль 1а в тион 6а с умеренными выходами. Исследование реакции ацетофеноноксима с S₂Cl₂ и пиридином с последующей обработкой трифенилсурьмой, показало, что результат реакции мало зависит от того, в каком растворителе прибавляют Ph₃Sb - во всех случаях образуется тион 6а: в ацетонитриле (12%), бензоле (20%), и сероуглероде (36%) (Схема 14).

Схема 14

Мы показали, что аналогичным образом трифенилсурьма ведет себя в реакции с солью Аппеля 1k, переводя ее в ацетонитриле при комнатной температуре в тион 6k с выходом 33% (Схема 15).



Схема 15

В качестве восстанавливающих агентов для солей 1,2,3-дитиазолия нами были также исследованы различные металлы: серебро, железо, цинк, медь. Серебро при комнатной температуре оказалось неактивным в реакциях как с солью 1а, так и с солью Аппеля 1k (Схема 16).

Схема 16

Взаимодействие соли 1a с двумя эквивалентами железа или цинка при 0 ^оС в ацетонитриле, так же как и в случае с Ph₃Sb, приводит к тиону 6a с выходами 38% и 34%, соответственно (Схема 17).

Схема 17

Однако при проведении реакции соли 1a с медью в ацетонитриле при комнатной температуре с 1.5-кратным избытком меди в течение часа происходит образование ранее неизвестного 4,4'-дифенил-5,5'-би-1,2,3-дитиазола 11a с выходом 64% (Схема 18).

Схема 18

Увеличение количества меди приводит к уменьшению выхода димера. При 2-кратном избытке меди выход продукта 11а уменьшается до 47%, а при пятикратном - до 3%. При этом уменьшение выхода основного продукта сопровождается образованием продуктов разложения.

Найденные нами оптимальные условия получения бидитиазола 11а были распространены на другие соли дитиазолия 1 и был получен ряд 5,5'-би-1,2,3-дитиазолов 11 с выходами от умеренных до высоких (Схема 19).

Схема 19

Бидитиазолы 11 оказались достаточно устойчивыми кристаллическими соединениями темно-синего цвета, окрашивающими растворы в органических растворителях в пурпурный и фиолетовый цвета. Для УФ-спектров этих веществ характерно поглощение в области 570-600 нм с lg от 2.7 до 3.5.

Строение димеров 11 подтверждено данными элементного анализа, масс-спектрометрией и ЯМР-спектроскопией. Масс-спектры 5,5'-би-1,2,3-дитиазолов 11 содержат пики молекулярного иона. Сигналы атомов углерода дитиазольных циклов и ароматических циклов двух частей молекулы в спектре ЯМР ¹³С совпадают, что говорит о симметричности молекулы. Кроме того, структура димера 11a строго доказана с помощью метода РСА (Рис. 1).

86

Рисунок 1. Молекулярная структура 4,4'-дифенил-5,5'-би-1,2,3-дитиазола 11a.

Мы предполагаем, что на первой стадии процесса идет восстановление соли 1 до радикала 12, который, очевидно, является неустойчивым и претерпевает димеризацию по атому углерода цикла. Далее медь отнимает два атома хлора от промежуточного димера 13, что приводит к образованию конечного продукта 11 (Схема 20).

Схема 20

Благодаря использованию разработанного нами метода, ранее описанный в литературе бидитиазол 11k (выход 34% в среде жидкого SO₂ и температуре -78 ^оС [24]) был получен без использования неудобного в обращении SO₂ и с практически количественным выходом (Схема 21).

Схема 21

Полученные нами 5,5'-би-1,2,3-дитиазолы являются предшественниками стабильных катион-радикалов - веществ, проявляющих свойства электрических проводников и магнитных материалов.

Таким образом, нами были разработаны однореакторные методы получения 4-замещенных производных 1,2,3-дитиазолов - кетонов, тионов, иминов и илиденов, а также найден удобный способ получения 4,4'-дизамещенных 5,5'-би-1,2,3-дитиазолов.

2.1.7 Предполагаемый механизм образования 4-замещенных солей 1,2,3-дитиазолия из этаноноксимов

Известно, что несимметрично замещенные оксимы, в том числе и этаноноксимы, могут существовать в двух формах: E- и Z-.

Мы предположили, что разные изомеры, по-видимому, могут по-разному вести себя в реакциях с монохлоридом серы. Исследование этаноноксимов 3 с помощью ЯМР ¹Н спектроскопии показало, что почти все исследованные нами оксимы находятся в (E)-форме, за исключением 1-(тиен-2-ил)этаноноксима 3е, который был получен в виде смеси Е- и Z- изомеров в соотношении 3:1. Для исследования реакционной способности обоих изомеров они были выделены в индивидуальном виде методом препаративной хроматографии на колонке.

С помощью спектроскопии ЯМР ¹Н нами установлено, что при выдержке раствора Z-изомера в ацетонитриле при комнатной температуре в течение 1 часа он частично переходит в E-изомер, до установления равновесия между E- и Z-изомерами в соотношении 3:1. Аналогичным образом, в растворе Е-изомера в ацетонитриле со временем образуется смесь E- и Z-изомеров с таким же соотношением (Схема 22).