Прямое моно- и ди-трет-бутилсульфохлорирование фенола

Краткое сообщение _____________________________________________ Лаба В.И., Свиридова А.В., Васильев С.В. и Литвинов В.П.

Размещено на http://www.allbest.ru/

38 __________________ http://chem.kstu.ru ________________ ©-- Chemistry and Computational Simulation. Butlerov Communications. 2000. No. 3. 37.

Тематический раздел: Препаративная химия. ______________________________________________________ Краткое сообщение

Подраздел: Органическая химия. Регистрационный код публикации: or2

©-- Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщеия. 2000. № 3. _________ Ул. К. Маркса, 68. 420015 Казань. Татарстан. Россия. _______ 37

УДК 547.564.14:547.569.4

Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского

ТЕМАТИЧЕСКОЕ НАПРАВЛЕНИЕ: ОДНОСТАДИЙНАЯ ПОЛИГЕТЕРОФУНКЦИОНАЛИЗАЦИЯ АРЕНОВ КОМПЛЕКСНЫМИ ЭЛЕКТРОФИЛЬНЫМИ РЕАГЕНТАМИ

ПРЯМОЕ МОНО- И ДИ-ТРЕТ-БУТИЛСУЛЬФОХЛОРИРОВАНИЕ ФЕНОЛА

Лаба Владимир Иванович

Васильев Сергей Владимирович

Результаты и обсуждение

Фенолы, содержащие в ароматическом ядре несколько различных заместителей, являются ценными синтонами для получения биологически активных веществ (например, медпрепаратов на основе сернистых производных трет-бутилфенолов[1,2]). трет-Бутилсодержащие фенолы c S-функцией в ядре известны как хорошие ингибиторы окисления различного рода материалов[3]. Разработка эффективных методов синтеза таких полигетерофункциональных производных фенола представляет особый интерес. селективный молекула фенол

Обычно синтез серосодержащих производных алкилфенолов осуществляют модификацией соответствующих сульфохлоридов [1], которые в свою очередь получают в несколько стадий - алкилированием фенола и последующим сульфохлорированием. Однако, синтез, например, трет-бутилфенолсульфохлоридов осложняется тем, что алкилирование фенола протекает неселективно с образованием трудноразделяемой смеси продуктов [4, 5], а при сульфохлорировании (сульфировании) трет-бутилфенолов в качестве побочных процессов могут идти перегруппировки с перемещением алкильных групп по ароматическому кольцу [6], образование сультонов [7], ипсо-замещение трет-бутильных групп [8, 9]. В литературе отсутствуют сведения о возможности одновременного введения двух (или более) различных по природе функциональных групп в молекулу фенола, в частности t-Bu и SO2Cl.

В развитие разрабатываемой нами стратегии одностадийного моно- и полиалкилсульфохлорирования аренов с использованием комплексных электрофильных реагентов типа AlkHal-HSO3Cl [10] в данной работе исследованы реакции моно- и ди-трет-бутилсульфохлорирования фенола реагентом t-BuCl-HSO3Cl. Установлено, что генерируемый in situ в среде арена при взаимодействии t-BuCl и HSO3Cl комплексный реагент обладает способностью селективной би- и полифункционализации арена путём введения в молекулу фенола одной (в положение 4 по отношению к гидроксилу) или двух трет-бутильных (в положения 2,4) и сульфохлоридной групп (в положения 2 и 6 соответственно) (схема 1).

Реакции моно- и ди-трет-бутилсульфохло-рирования фенола протекают в отсутствие растворителя и селективно приводят к ранее неизвестным 5-трет-бутил-2-гидроксибензол-сульфохлориду (1) и 3,5-ди-трет-бутил-2-гидроксибензолсульфохлориду (2). При соотношении реагентов t-BuCl-HSO3Cl/фенол равном 1:1 образуется исключительно продукт 1, а при соотношении 3:1 - продукт 2. Соединение 2 было получено также альтернативным способом - сульфоде-трет-бутилирированием 2,4,6-три-трет-бутилфенола (3), т.е. путём селективного ипсо-замещения одной из трет-бутильных групп, расположенных в орто-положении к гидроксилу.

Предполагаемый механизм реакций трет-бутилсульфохлорирования включает промежуточное образование катионоидных частиц t-Bu+ в составе комплекса, которые взаимодействуют с фенолом, давая трет-бутилфенолы, мгновенно подвергающиеся сульфо-хлорированию (сульфодепротони-рованию) вследствие более высокой реакционноспособности, чем исходный фенол.

Вместе с тем в условиях данных реакций не исключается возможность образования сульфохло-ридов 1 и 2 по механизму моносульфоде-трет-бутилирования вероятных полупродуктов (схема 2), подобно моносульфоде-трет-бутилированию 2,6-ди-трет-бутил-п-крезола в мягких условиях при действии хлорсульфоновой кислоты в хлороформе [8].

Соединения 1 и 2 охарактеризованы физико-химическими константами, а также переведены в соответствующие производные: 5-трет-бутил-2-гидрокситиофенол (4), 3,5-ди-трет-бутил-2-гидрокситиофенол (5) и 3,5-ди-трет-бутил-2-гидроксибензолсульфамид (6) (схема 3).

Экспериментальная часть

Спектры ЯМР 1Н записывали на приборе “Bruker WM-250”, ИК-спектры получали на спектрометре “Specord M-80” в табл. c KBr. Спектры ЯМР 13С соединений сняты на спектрометре “Bruker АM-300”. Масс-спектры записаны на приборе “Kratos MS-30”. Индивидуальность соединений контролировали при помощи ТСХ на пластинках Silufol в системе петролейный эфир - эфир (3:1), проявление J2.

5-Трет-бутил-2-гидроксибензолсульфохлорид (1). К смеси 9.41 г (0.1 моль) фенола и 11 мл (0.1 моль) t-BuCl при 5о С и перемешивании прикапывали 20мл (0.3 моль) хлорсульфоновой кислоты. Реакционную смесь перемешивали 1 час при 10о С, выливали на воду, разбавляли хлороформом, промывали водой, сушили Na2SO4, удаляли растворитель. Получили 6.98г (28%) сульфохлорида 1 в виде жидкости, разлагающейся при перегонке в вакууме. Спектр ЯМР 1Н (CDCl3, ?, м.д., J/Гц): 1.35 (с., 9 Н, t-Bu); 7.08 (д., 1 Н, Ar, 3J = 9.0); 7.68 (д.д., 1 H, Ar, 3J = 9.0); 7.76 (д., 1 H, Ar, 3J = 1.2); 8.02 (уш.c., 1 H, ОН).

3,5-Ди-трет-бутил-2-гидроксибензолсульфохлорид (2). К смеси 47.06 г (0.5 моль) фенола и 163 мл (1.5 моль) t-BuCl при 0о С и перемешивании прикапывали 100мл (1.5моль) хлорсульфоновой кислоты. Реакционную смесь перемешивали 1 час при 0о С, затем ещё 1 час при 20о С, выливали на воду, разбавляли хлороформом, промывали водой, сушили Na2SO4, удаляли растворитель. Получили 46.33 г (30.4 %) 2, т. пл. 60-2о С (петр. эфир). Найдено (%): С, 55.32; Н, 6.93; S, 10.27; Cl, 11.37. С14Н21ClO3S. Вычислено (%): С, 55.16; Н, 6.94; S, 10.52; Cl, 11.63. ИК-спектр (KBr), ? /см-1: 3424 (ОН); 1576 (Ar); 1480 (Ar); 1352 (asSO2); 1248 (t-Bu); 1208 (t-Bu); 1160 (sSO2). Спектр ЯМР 1Н (CDCl3, ?, м.д., J/Гц): 1.34 (с., 9 Н, t-Bu); 1.45 (с., 9 Н, t-Bu); 7.65 (д., 1 Н, Ar, 3J = 1.0); 7.69 (д., 1 H, Ar, 3J = 1.0); 8.49 (уш.c., 1 H, ОН). Спектр ЯМР 13C (300МГц, CDCl3, ?, м.д.): 29.493 (5-t-Bu, CH3), 31.252 (3-t-Bu, CH3), 34.793 (5-t-Bu, C), 35.993 (3-t-Bu, C), 121.916 (Ar, C6), 128.046 (Ar, C4), 133.258 (Ar, C1), 139.792 (Ar, C3), 143.235 (Ar, C5), 151.584 (Ar, C2). Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), m/z (Iотн (%)): 304 [M]+ (10.21), 289 [M-CH3]+ (39.94), 253 [M-H2O-Cl+H+H]+ (42.54), 191 [M-C4H9-C4H9+H]+ (17.62), 189 [M-H2O-SO2-Cl+H+H]+ (76.48), 57 [C4H9]+ (100).

Синтез 3,5-Ди-трет-бутил-2-гидроксибензолсульфохлорида (2) из 2,4,6-три-трет-бутилфенола (3). К 26.24 г (0.1 моль) 3 в 200 мл CHCl3 при -10о С и перемешивании прикапывали 20 мл (0.3 моль) хлорсульфоновой кислоты. Реакционную смесь перемешивали 1 час при 0о С, затем ещё 1 час при 20о С, выливали на воду, разбавляли хлороформом, промывали водой, сушили Na2SO4, удаляли растворитель. Получили 14.75г (48.4%)

5-трет-Бутил-2-гидрокситиофенол (4). К смеси 12 мл конц. H2SO4, 55г льда, 6.98 г (0.029 моль) 1 и 15 мл толуола при 5о С и перемешивании прибавляли 10.50 г (0.16 моль) цинковой пыли. Реакционную смесь нагревали при 80о С в течение 4 часов, охлаждали, выливали на воду, экстрагировали бензолом, промывали подкисленной водой, затем водой, сушили CaCl2, удаляли растворитель. Получили 4.58 г (86.7 %) жидкости 4, т. кип. 106-110о С/2мм. Спектр ЯМР 1Н (CDCl3, ?, м.д., J/Гц): 1.30 (с., 9 Н, t-Bu); 3.02 (с, 1 Н, SH); 6.07 (уш.c., 1 H, ОН); 6.91 (д., 1 Н, Ar, 3J = 9.0); 7.27 (д.д., 1 H, Ar, 3J = 9.0); 7.47 (д., 1 H, Ar, 3J = 0.9). Спектр ЯМР 13C (300МГц, CDCl3, ?, м.д.): 31.462 (t-Bu, CH3), 34.131 (t-Bu, C), 111.300 (Ar, C3), 114.617 (Ar, C1), 127.474 (Ar, C4), 132.138 (Ar, C6), 143.875 (Ar, C5), 153.727 (Ar, C2).

3,5-Ди-трет-бутил-2-гидрокситиофенол (5). К смеси 45 мл конц. H2SO4, 200 г льда, 32.42 г (0.106 моль) 2 и 35 мл толуола при 5о С и перемешивании прибавляли 38 г (0.58 моль) цинковой пыли. Реакционную смесь нагревали при 70о С в течение 3.5 часов, охлаждали, выливали на воду, экстрагировали бензолом, промывали подкисленной водой, затем водой, сушили CaCl2, удаляли растворитель. Получили 24.62 г жидкости, из которой перегонкой в вакуууме (2 мм) выделено 10.8 г (42.7 %) 5, т. пл. 68-69.5 оС (спирт). Найдено (%): С, 70.39; Н, 9.43; S, 13.10. С14Н22OS. Вычислено (%): С, 70.54; Н, 9.30; S, 13.45. ИК-спектр (KBr), ? /см-1: 3416 (ОН); 2584 (SH); 1464 (Ar); 1244 (t-Bu); 1200 (t-Bu). Спектр ЯМР 1Н (CDCl3, ?, м.д., J/Гц): 1.30 (с., 9 Н, t-Bu); 1.42 (с., 9 Н, t-Bu); 2.86 (с, 1 Н, SH); 6.62 (c., 1 H, ОН); 7.31 (уш.с., 1 Н, Ar); 7.38 (уш.с., 1 H, Ar). Спектр ЯМР 13C (300 МГц, CDCl3, д, м.д.): 29.542 (5-t-Bu, CH3), 31.615 (3-t-Bu, CH3), 34.379 (5-t-Bu, C), 35.296 (3-t-Bu, C), 110.738 (Ar, C1), 125.709 (Ar, C4), 130.721 (Ar, C6), 135.469 (Ar, C3), 142.332 (Ar, C5), 153.095 (Ar, C2). Масс-спектр (ЭУ, 70 эВ), m/z (Iотн (%)): 238 [M]+ (74.4), 223 [M-CH3]+ (100), 181 [M-C4H9]+ (10.7), 57 [C4H9]+ (87.8).

3,5-Ди-трет-бутил-2-гидроксибензолсульфамид (6). К 8.5 г (0.0327 моль) 2 прибавляли 125 мл конц. аммиака и выдерживали при 50о С в течение 3 часов. Реакционную смесь охлаждали, выливали на воду, осадок отфильтровывали, сушили на воздухе. Получили 2.47 г (31 %) 6, т. пл. 148-50о С (спирт - вода 2:1). Найдено (%): С, 58.63; Н, 8.18; S, 11.42; N, 5.13. С14Н23NO3S. Вычислено (%): С, 58.92; Н, 8.12; S, 11.23; N, 4.91. ИК-спектр (KBr), ? /см-1: 3384 (ОН, NH2); 1448 (Ar); 1392 (t-Bu); 1308 (asSO2); 1252 (t-Bu); 1204 (t-Bu); 1128 (sSO2). Спектр ЯМР 1Н (DMSO-d6, ?, м.д., J/Гц): 1.87 (с., 9 Н, t-Bu); 1.39 (с., 9 Н, t-Bu); 7.43 (д., 1 Н, Ar, 3J = 1.0); 7.58 (д., 1 H, Ar, 3J = 1.0); 8.20 (уш.c., 3 H, ОН, NH2). Спектр ЯМР 13C (300МГц, DMSO, ?, м.д.): 29.327 (5-t-Bu, CH3), 31.106 (3-t-Bu, CH3), 34.091 (5-t-Bu, C), 35.080 (3-t-Bu, C), 121.741 (Ar, C6), 126.761 (Ar, C4), 127.847 (Ar, C1), 137.359 (Ar, C3), 140.760 (Ar, C5), 150.549 (Ar, C2).

Литература

[1] Eur. Pat. Appl. EP 468581. Chem.Abstr. 1992. 116. 193895.

[2] Ger. Offen. DE 4109735. Chem.Abstr. 1993. 118. 6739.

[3] Кулиев А.М., Фарзалиев В.М., Аллавердиев М.А., Мамедов Ч.И. ЖОХ. 1982. 52(9). 2122.

[4] US Pat. 4560809. Chem.Abstr. 1986. 104. 168121.

[5] JP 59-155333. РЖХим. 1986. 1Н123П.

[6] H. Hart, F.A. Cassis. J.Am.Chem.Soc. 1951. 73(7). 3179.

[7] Сьютер Ч. Химия органических соединений серы. Т.2. Москва: Иностр. Литература. 1951.

[8]A.H. Weinstein. J.Org.Chem. 1967. 32(11). 3669.

[9] H.J.A. Lambrechts, J. Mul, H. Cerfontain. J.Chem.Soc.Perkin Tr. II. 1985. 677-682.

[10] Лаба В.И., Свиридова А.В., Растегаев О.Ю., Литвинов В.П., Тез. докл. ХVI Менделеев. съезда по общ. и прикл. химии. Санкт-Петербург (26-30 мая). Москва. 1998. 1. 179-180.

Резюме

Впервые при действии комплексного электрофильного реагента t-BuCl-HSO3Cl осуществлено одновременное селективное введение в молекулу фенола нескольких различных по природе функциональных групп (t-Bu и SO2Cl). Посредством реакций моно- и ди-трет-бутилсульфохлорирования фенола получены 5-трет-бутил-2-гидроксибензолсульфохлорид (1) и 3,5-ди-трет-бутил-2-гидроксибензол-сульфохлорид (2), последний синтезирован также альтернативным способом - сульфоде-трет-бутилирированием 2,4,6-три-трет-бутилфенола (3). Сульфохлорид 1 превращён в 5-трет-бутил-2-гидрокситиофенол (4), а сульфохлорид 2 - в 3,5-ди-трет-бутил-2-гидрокситиофенол (5) и 3,5-ди-трет-бутил-2-гидроксибензолсульфамид (6).

Ключевые слова: фенол, комплексный электрофильный реагент, трет-бутилсульфохлорирование.

Размещено на Allbest.ru