Патент на изобретение №2374225
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУЛЬФОКСИДОВ КАТАЛИТИЧЕСКИМ ОКИСЛЕНИЕМ ТИОЭФИРОВ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области органической химии, а именно к способу получения сульфоксидов каталитическим окисления тиоэфиров в присутствии пероксида водорода, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют соединения цинка, такие как соли цинка Zn(NO3)2·6Н2O или Zn(СН3СОО)2·2Н2O, комплексное соединение цинка Zn(salen), координационные полимеры на основе комплексных соединений цинка, такие как гомохиральные микропористые координационные полимеры состава [Zn2BDC·(L-Lac)·DMF]·(DMF)x, где BDC – дианион терефталевой кислоты, L-Lac-дианион молочной кислоты, DMF-диметилформамид; [Zn2camph2bipy]·3DMF·H2O, где H2camph – (+)-камфорная кислота, bipy – 4,4′-бипиридил; [Zn2(bpdc)(R-man)(dmf)]·4DMF·H2O, где H2bpdc – 4,4′-бифенилдикарбоновая кислота, R-man – R-миндальная кислота; [Zn2camph2bpe]·5DMF·H2O, где bpe-транс-бис(4-пиридил)этилен. Технический результат – разработан способ получения сульфоксидов с высокой конверсией и селективностью. Полученные сульфоксиды широко применяются в синтезе органических соединений, в том числе биологически активных. 4 табл.
Основным подходом к получению сульфоксидов является окисление сульфидов (тиоэфиров) в мягких условиях, обычно при низких температурах, строго дозируя используемый окислитель и подбирая оптимальный растворитель. Используются H2O2 В данной работе предлагается новый способ получения сульфоксидов, основанный на процессе селективного окисления сульфидов пероксидом водорода, катализируемом соединениями цинка. Предложен способ окисления тиоэфиров в сульфоксиды пероксидом водорода (либо его аддуктом с карбамидом H2O2·(NH2)2CO, далее обозначенным UHP), в котором в качестве катализатора используют соли цинка, например Zn(NO3)2·6H2O и Zn(СН3СОО)2·2H2O, или комплексные соединения цинка, например, N,N’-бис(3,5-дитретбутилсалицилиден)-1,2-циклогександиамин цинк(II) (Zn(salen)), или координационные полимеры на основе комплексов цинка, например, гомохиральные микропористые координационные полимеры состава: [Zn2BDC(L-Lac)·DMF]·(DMF)x (где BDC – дианион терефталевой кислоты, Z-Lac-дианион молочной кислоты, DMF-диметилформамид, х=0÷1), [Zn2camph2bipy]·3DMF·H2O (где H2camph – (+)-камфорная кислота, bipy – 4,4′-бипиридил), [Zn2(bpdc)(R-man)(dmf)]·4DMF·H2O (где H2bpdc – 4,4′-бифенилдикар6оновая кислота, R-man – R-миндальная кислота), [Zn2camph2bpe]·5DMF·H2O (где bpe-транс-бис(4-пиридил)этилен). 3)2·6H2O окисление алкиларилсульфидов пероксидом водорода происходило с конверсией и селективностью до 100% (таблица 1). Это гомогенный процесс; для растворения Zn(NO3)2·6H2O и пероксида водорода необходимо использовать полярные растворители. Количественное превращение может достигаться при использовании не более 10 моль.% катализатора; оптимальное соотношение окислитель:субстрат равняется двум. Обнаружено также, что другие соли цинка, например Zn(CH3COO)2·2H2O также проявляют ненулевую каталитическую активность в селективном окислении тиоэфиров в сульфоксиды пероксидом водорода. Конверсия исходного сульфида достигала 11% при селективности 100% при проведении реакции в течение 16 часов (таблица 1 эксперимент 15). Подобные каталитические свойства характерны не только для солей цинка, но и для комплексных соединений цинка(II). Так, комплекс N,N’-бис(3,5-дитретбутилсалицилиден)-1,2-циклогександиамин цинк(II) (далее обозначенный Zn(salen)) также способен катализировать окисление тиоэфиров в сульфоксиды пероксидом водорода (таблица 2). Кроме того, показано, что микропористый координационный полимер [Zn2BDC·(L-Lac)·DMF]·(DMF)x(1·(DMF)x2BDC·(L-Lac)·DMF]·(DMF)x(x=0÷1), представлены в таблице 3. В экспериментах по каталитическому окислению тиоэфиров, имеющих небольшие заместители (PhSMe, p-BrPhSMe) с 1·(DMF)x (x=1; Было установлено, что не только [Zn2BDC·(L-Lac)·DMF]·(DMF)x проявляет каталитическую активность в реакциях селективного окисления тиоэфиров в сульфоксиды. Другие координационные полимеры на основе комплексных соединений цинка, например [Zn2camph2bipy]·3DMF·H2O, [Zn2camph2bpe]·5DMF·H2O и [Zn2(bpdc)(R-man)(dmf)]·4DMF·H2O, также проявляют каталитическую активность (см. таблицу 4). Следует отметить, что вышеперечисленные пористые координационные полимеры – первые представители класса координационных полимеров, демонстрирующие каталитическую активность и высокую селективность в реакциях сульфоксидирования. Таким образом, установлено, что соединения цинка способны катализировать окисление тиоэфиров пероксидом водорода с конверсией и селективностью до 100%. В реакциях окисления каталитическую активность проявляют как соли, так и координационные соединения цинка. Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. Получение рацемических сульфоксидов окислением соответствующих тиоэфиров пероксидом водорода с Zn(NO3)2·6H2O либо Zn(СН3СОО)2·2H2O в качестве катализатора Сульфид (тиоэфир) (0.15 ммоль) растворяют в 1.5 мл полярного растворителя (CH3CN, MeOH либо H2O), добавляют катализатор (10-20 мол. %) и H2O2 (0.3 ммоль) и перемешивают в течение 3-24 ч при комнатной температуре. По окончании реакции удаляют растворитель. Продукты реакции выделяют с помощью колоночной хроматографии (SiO2, элюент: гексан/этилацетат) и анализируют с помощью спектроскопии 1Н ЯМР в CCl4 или CDCl3. В таблице 1 приведены результаты экспериментов по получению рацемического сульфоксидов окислением соответствующих сульфидов пероксидом водорода с применением соли цинка Zn(NO3)2·6H2O и Zn(СН3СОО)2·2H2O в качестве катализатора. Пример 2. Получение рацемических сульфоксидов окислением соответствующих тиоэфиров пероксидом водорода с Zn(salen) в качестве катализатора Сульфид (тиоэфир) (0.1 ммоль) растворяют в 1.5 мл полярного растворителя (CH3CN либо CH3CN/CH2Cl2), добавляют катализатор (5-8 мол. %) и H2O2 (0.11 ммоль) и перемешивают в течение 3-19 ч при Т=25°С. По окончании реакции удаляют растворитель. Продукты реакции выделяют с помощью колоночной хроматографии (SiO2, элюент: гексан/этилацетат) и анализируют с помощью спектроскопии 1Н ЯМР в CCl4. В таблице 2 приведены результаты экспериментов по получению рацемического сульфоксида окислением соответствующего сульфида пероксидом водорода с применением комплекса цинка Zn(salen) в качестве катализатора. Пример 3. Получение рацемических сульфоксидов окислением соответствующих тиоэфиров (сульфидов) пероксидом водорода с [Zn2·BDC·(L-Lac)·DMF]·(DMF)x в качестве катализатора Смесь сульфида (0.1 ммоль, 1 экв), 1·(DMF)x ([Zn2·BDC·(L-Lac)·DMF]) и окислителя H2O2 (в виде 90% или 30% водного раствора) либо аддукта H2O2 с мочевиной H2O2·(NH2)2CO (UHP) растворяют в CH2Cl2 или CH3CN (либо их смеси различного состава). Смесь, общий объем которой был 2 мл, перемешивают 16 ч при комнатной температуре. Полимер отфильтровывают, сорбированный сульфоксид экстрагируют метанолом (3×3 мл). Экстракт и фильтрат комбинируют, удаляют растворитель и DMF в вакууме. Оптический выход и соотношение продуктов реакции определяют с помощью спектроскопии 1Н ЯМР с Eu(hfc)3 в CCl4 или COCl3. В таблице 3 приведены более подробно условия получения рацемических сульфоксидов окислением соответствующих сульфидов пероксидом водорода с применением координационного соединения цинка [Zn2·BDC·(L-Lac)·DMF]·(DMF)x в качестве катализатора. Пример 4. Получение рацемических сульфоксидов окислением соответствующих тиоэфиров (сульфидов) пероксидом водорода с [Zn2camph2bipy]·3DMF·H2O, [Zn2camph2bpe]·5DMF·H2O и [Zn2(bpdc)(R-man)(dmf)]·4DMF·H2O в качестве катализатора Смесь сульфида (0.15 ммоль, 1 экв), соответствующего координационного полимера и окислителя H2O2 (в виде 30% водного раствора) растворяют в CH3CN. Смесь, общий объем которой был 1.5 мл, перемешивают 16 ч при комнатной температуре. Полимер отфильтровывают, сорбированный сульфоксид экстрагируют метанолом (3×3 мл). Экстракт и фильтрат комбинируют, удаляют растворитель и DMF в вакууме. Оптический выход и соотношение продуктов реакции определяют с помощью спектроскопии 1Н ЯМР с Eu(hfc)3 в CCl4 или COCl3. Результаты каталитических реакций приведены в таблице 4.
Формула изобретения
Способ получения сульфоксидов каталитическим окислением тиоэфиров в присутствие пероксида водорода, отличающийся тем, что в качестве катализатора используют соединения цинка, такие как: соли цинка – Zn(NO3)2·6Н2O или
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0.4) наблюдаются высокие конверсии и высокая селективность окисления после 16 ч каталитической реакции, тогда как тиоэфиры с объемными заместителями (эксперимент 
3) окисляются с низкой конверсией. Размерная селективность в каталитических реакциях объясняется тем, что реакция главным образом происходит внутри микропор каркаса 1·(DMF)x. Поскольку PhCH2SPh в силу больших размеров не может проникать в поры 1·(DMF)x, его окисление может происходить только на поверхности полимера, что приводит к чрезвычайно низким величинам конверсии. Раствор, полученный перемешиванием 1·(DMF)0.4 в 2 мл CH2Cl2 в течение 12 ч с последующим отделением твердой фазы с помощью фильтрования и центрифугирования, не проявляет каталитической активности в окислении тиоэфиров. Таким образом, при перемешивании не происходит вымывания активных центров, что также является подтверждением гетерогенного характера каталитической реакции. Каждая формульная единица [Zn2] способна выполнять не менее 30 каталитических циклов. Полимер 1·(DMF)x, из которого практически полностью удален DMF (х=0), демонстрирует низкую конверсию в окислении сульфидов. Вероятно, это связано с частичным разрушением каркаса и схлопыванием пор при удалении значительного количества диметилформамида. Несмотря на то, что полимер 1·(DMF)x обладает свойством гомохиральности (т.к. при его синтезе была использована оптически чистая L-молочная кислота), в результате окисления получается рацемическая смесь сульфоксидов. В случае необходимости рацемическая смесь может быть разделена на чистые энантиомеры любым из известных способов (кристаллизацией, разделением через диастереомеры либо с помощью энантиоселективной хроматографии).
