Поступило в редакцию: Август 2017

УДК 10.17677/fn20714807.2017.05.01

Fluorine Notes, 2017, 114, 1-2

Синтезы стерически затруднённых фторсодержащих арил перфторалкил сульфидов

Antal Harsányi, Gitta Schlosser and József Rábai*

Institute of Chemistry, Eötvös Loránd University, Pázmány Péter sétány 1-A, Budapest, H-1117, Hungary

e-mail: rabai@elte.hu

Аннотация: Натриевая соль 2,6-диметил-4-трет-бутилбензотиола реагировала в ДМФ с рядом перфторалкилиодидов и 1,8-дииодоперфтороктаном давая соответствующие перфторалкил сульфиды и бис-арилтио-перфтороктан с хорошими выходами.

Ключевые слова: фтосодержащие сульфиды, перфторалкилиодиды, перфторалкилирование.

Вдохновленные работами Umemoto с сотр. [1] по введению Fluolead^TM как нового фторирующего реагента и в соответствии с ранними публикациями Ягупольского с сотр. [2] по получению некоторых арил(трифторметил)дифторсульфуранов наша цель была синтезировать сульфураны (4) типа ArSF₂R_fn (Схема 1).

Ожидается, что такие перфторалкил замещенные реагенты должны иметь уникальные физико-химические свойства схожие с теми, которыми обладают фторуглероды, и позволяющие легкое выделение использованных реагентов из продуктов [3].

В этой статье мы раскрываем оптимизированный синтез прекурсоров арил перфторалкиловых сульфидов (3a-e), основанный на самопроизвольном перфторалкилировании тиолов в отсутствии инициаторов в условиях подобных тем о которых сообщалось для простых тиолов Feiring и Бойко [4] (Схема 1).

Схема 1. Предполагаемый синтез новых фторсодержащих арил перфторалкил дифторсульфуранов 4.

Стерически затруднённые арил перфторалкилсульфиды 3a-e были получены с очень хорошими выделенными выходами, используя реакцию натриевой соли 1 с небольшим избытком 1-иодперфторалканов (R_fnI, 2a-d) или с 1,8-дииодоперфтороктаном (2e) в абсолютном ДМФА при комнатной температуре в течении 20-40 часов. Очищенные новые фторсодержащие сульфиды 3a-e были должным образом охарактеризованы. Целесообразно упомянуть, что масс спектрометрические измерения с помощью ионизации при атмосферном давлении (APCI) были облегчены использованием смеси (1:1 об.) растворителей CH₃CN и CF₃CH₂OH для приготовления образцов. О синтезе аналогичного трифторметилсульфида (R_fn = CF₃), который был проведен с использованием как перфторалкилирующего реагента растворенного CF₃I в ДМФА, было сообщено нами ранее [5].

Наши попытки окислительного фторирования 3 в 4 (R_fn = CF₃) с применением Br₂/KF/CH₂Cl₂ и некоторых других реагентов, однако, были пока безуспешными [6].

Экспериментальная часть

¹H-, ¹³C- и ¹⁹F-ЯМР спектры были получены на приборе Bruker Avance 250 с использованием инверсионной ¹H/¹³C/³¹P/¹⁹F измерительной головки при комнатной температуре. Химические сдвиги (δ) даны в м.д. относительно остаточных пиков растворителя (CDCl₃) (δ=7.26 дляr ¹H, δ=77.0 для ¹³C) и к CFCl₃ как внешнему стандарту (δ=0.00 для ¹⁹F). Определение молекулярной массы проводили масс-спектрометрией с использованием химической ионизации при атмосферном давлении (APCI-MS) на масс-спектрометре Bruker Daltonics Esquire 3000 plus (Германия). Образцы растворяли в смеси растворителей ацетонитрил-трифторэтанол (50:50 об.). Масс спектры были получены в диапазоне 50-1500 m/z давая одинарно заряженные (CDCl₃) радикал-катионы (M^•+). Давление газа в капилляре было 25 psi (фунтов на квадратный дюйм), расход сушильного газа – 5 л в мин., температура капилляра 250 ^oC, температура испарителя 450 ^oC. Образцы вводили в источник иона в потоке  10  μL/мин. используя поршневой насос. Температуры плавления определялис помощью аппарата Боеция для микро-определения точки плавления и не корректировали. ГЖХ анализ летучих продуктов определяли на приборе Hewlett-Packard 5890 Series II с PONA [сшитая метилсиликоновая смола] 50 m x 0.2mm x 0.5 mm колонкой, H₂ газ-носитель, детектор ДИП; Программа: 120 °C, 5 мин., 10 °C/мин., 250 °C, 5 мин., Температура испарителя: 250°C, Детектора: 280°C.

Общая методика для синтеза Арил перфторалкилсульфидов [7]

4-(трет-Бутил)-2,6-диметилбензотиол [8] (1.93 g, 10 mmol) был суспендирован в абсолютном ДМФА (15 mL) и реагировал с гидридом натрия (11 mmol) в небольших порциях, приготовленных промывкой водой в атмосфере аргона дисперсии 57% (вес.) гидрида натрия – вазелинового (светлого) масла с пентаном (3 x 5 mL). Когда выделение водорода прекращалось добавляли префторалкил иодид 2a-d, C_nF_2n+1I, [n=4,6,8,10], 11.0 mmol) или 1,8-диодоперфтороктан (2e, I(CF₂)₈I, 5.50 mmol) и смесь перемашивали при комнатной температуре в течении 20 (3a-c) или 40 часов (3d-e) в атмосфере N₂. Затем реакционную массу вливали в воду (100 mL) и экстрагировали диэтиловым эфиром (3 x 20 mL); объединенный органический экстракт промывали водой (3 x 20 mL) и насыщенным водным раствором NaCl (20 mL). Эфирную фазу отделяли и осушали (Na₂SO₄), после чего эфир удаляли дистилляцией, продукт очищали вакуумной дистилляцией или кристаллизацией.

(4-(трет-Бутил)-2,6-диметилфенил)(перфторбутил)сульфид (3a)

Выход: 2.90 g (71 %) бесцветная жидкость, полученная молекулярной перегонкой; 20 мм. рт. ст. при 160°C бани. Загустевает в холодильнике. GC образец: 98%+, время удерживания: 14.47 min. ¹H NMR (250 MHz, CDCl₃): δ 1.33 (s, 9H, C(CH₃)₃), 2.57 (s, 6H, CH₃), 7.22 (s, 2H, Ar CH). ¹³C NMR (62.5 MHz, CDCl₃): δ 22.88, 31.43, 34.97, 118.81, 126.34, 145.98, 154.82. ¹⁹F NMR (243 MHz, CDCl₃): δ -81,50 (m, 3F, CF₃),
-85,96 (m, 2F, CF₂), -121,29 (m, 2F, CF₂), -126,01 (m, 2F, CF₂). MS (APCI, M^•+): вычислено C₁₆H₁₇F₉S = 412.1; получено: 412.0.

(4-(трет-Бутил)-2,6-диметилфенил)(перфторгексил)сульфид (3b)

Выход: 3.50 g (68 %) белое воскообразное вещество с Тпл = 32-34 ^oC, полученное молекулярной перегонкой; 20 мм. рт. ст. при 170°C бани. GC образец: 98%, время удерживания: 15.90 мин. ¹H NMR (250 MHz, CDCl₃): δ 1.32 (s, 9H, C(CH₃)₃), 2.56 (s, 6H, CH₃), 7.21 (s, 2H, Ar CH). ¹³C NMR (62.5 MHz, CDCl₃): δ 22.89, 31.44, 34.97, 118.81, 126.34, 145.99, 154.82. ¹⁹F NMR (243 MHz, CDCl₃): δ -81.33 (m, 3F, CF₃), -85.74 (m, 2F, CF₂), -120.38 (m, 2F, CF₂), -121.85 (m, 2F, CF₂), -123.28 (m, 2F, CF₂), -126.63 (m, 2F, CF₂). MS (APCI, M^•+): Вычислено C₁₈H₁₇F₁₃S = 512.1; получено: 511.9.

(4-(трет-Бутил)-2,6-диметилфенил)(перфтороктил)сульфид (3c)

Выход: 5.30 g (86 %) белые кристаллы с Тпл. = 53-54 ^oC, полученные молекулярной перегонкой; 0.5 мм. рт. ст. при 120°C бани. GC выход: 98%, время удерживания: 17.31 мин. ¹H NMR (250 MHz, CDCl₃): δ 1.31 (s, 9H, C(CH₃)₃), 2.55 (s, 6H, CH₃), 7.20 (s, 2H, Ar CH). ¹³C NMR (62.5 MHz, CDCl₃): δ 22.90, 31.45, 34.98, 118.82, 126.34, 145.98, 154.81. ¹⁹F NMR (243 MHz, CDCl₃): δ -81.28 (m, 3F, CF₃), -85.72 (m, 2F, CF₂), -120.33 (m, 2F, CF₂), -121.65 (m, 2F, CF₂), -122.35 (m, 4F, CF₂), -123.24 (m, 2F, CF₂), -126.62 (m, 2F, CF₂). MS (APCI, M^•+): Вычислено C₂₀H₁₇F₁₇S = 612.1; получено: 611.8.

(4-(терт-Бутил)-2,6-диметилфенил)(перфтордецил)сульфид (3d)

Выход: 5.70 g (76 %) белые кристаллы с Тпл. = 72-75 ^oC, полученные молекулярной перегонкой; 0.5 мм. рт. ст. при 140°C бани. ¹H NMR (250 MHz, CDCl₃): δ 1.31 (s, 9H, C(CH₃)₃), 2.55 (s, 6H, CH₃), 7.20 (s, 2H, Ar CH). ¹³C NMR (62,5 MHz, CDCl₃): δ 22.90, 31.46, 34.98, 118.82, 126.33, 145.97, 154.81. ¹⁹F NMR (243 MHz, CDCl₃): δ -81.26 (m, 3F, CF₃), -85.72 (m, 2F, CF₂), -120.33 (m, 2F, CF₂), -121.64 (m, 2F, CF₂), -122.24 (m, 8F, CF₂), -123.20 (m, 2F, CF₂), -126.58 (m, 2F, CF₂). MS (APCI, M^•+): Вычислено C₂₂H₁₇F₂₁S = 712.1; получено: 711.8.

(Перфтороктан-1,8-диил)бис((4-(терт-бутил)-2,6-диметил) сульфид (3e)

Сырец был перекристаллизован из ацетона (15 mL). Выход: 2.80 g (50 %) белые кристаллы с Тпл. = 100-101 ^oC. ¹H NMR (250 MHz, CDCl₃): δ = 1.32 (s, 9H, C(CH₃)₃), 2.56 (s, 6H, CH₃), 7.21 (s, 2H, Ar CH). ¹³C NMR (62.5 MHz, CDCl₃): δ = 22.90; 31.45; 34.98; 118.82; 126.34; 145.98; 154.81. ¹⁹F NMR (243 MHz, CDCl₃): δ = -85.67 (m, 4F, CF₂), 120.31 (m, 4F, CF₂), -121.62 (m, 4F, CF₂), -122.22 (m, 4F, CF₂). MS (APCI, M^•+): Вычислено C₃₂H₃₄F₁₆S₂ = 786.2; получено: 786.0.

Благодарности

Мы благодарим National Research, Development and Innovation Office за финансовую поддержкуe M-ERA.Net COR_ID программы (NKFIH NN117633). G. S. благодарит за поддержку MTA János Bolyai Research Scholarship и MTA Premium Post-Doctorate Research Program Венгерской Академии наук (HAS, MTA).

Литература

1. Umemoto, T.;  Singh, R. P.;  Xu, Y.;  Saito, N.  Discovery of 4-tert-Butyl-2,6-dimethyl phenylsulfur Trifluoride as a Deoxofluorinating Agent with High Thermal Stability as Well as Unusual Resistance to Aqueous Hydrolysis, and Its Diverse Fluorination Capabilities Including Deoxofluoro-Arylsulfinylation with High Stereoselectivity. J. Am. Chem. Soc., 2010, 132,  18199–18205. DOI: 10.1021/ja106343h
2. (a) Yagupolskii, L. M. Aromatic and Heterocyclic Compounds with Fluorine-Containing Substituents; Naukova Dumka: Kiev, USSR, 1988; (b) Yagupolskii, L. M.; Matsnev, A. V.;  Orlova, R. K.; Deryabkin, B. G.; Yagupolskii, Y. L. A new method for the synthesis of trifluoromethylating  agents—Diaryltrifluoromethylsulfonium salts J. Fluorine Chem. 2008, 129, 131–136. doi: 10.1016/j.jfluchem.2007.10.001
3. (a) Horváth, I. T., Rábai, J. Facile Catalyst Separation without Water: Fluorous Biphase Hydroformylation of Olefins. Science 1994, 266, 72-75; DOI:10.1126/science.266.5182.72 (b) Handbook of Fluorous Chemistry, Gladysz, J.A.; Curran, D. P.; Horváth, I. T., Eds.; Wiley/VCH: Weinheim, 2004; DOI: 10.1002/3527603905 (c) Fluorous Chemistry, Volume Editor: Horváth, I.T.; Topics in Currant Chemistry, Springer, Vol. 308, 2012; Heidelberg. DOI 10.1007/978-3-642-25234-1.
4. (a) Feiring, A. E. Perfluoroalkylation of Thiols . Evidence for a Radical Chain Process J. Fluorine Chem. 1984, 24, 191–203. doi:10.1016/S0022-1139(00)85203-3; (b) Feiring, A. E.; Wonchoba, E. R.; Arthur, S. D. J. Polym. Sci. Polym. Chem. Fluorinated Poly (ether Sulfone)s1990, 28, 2809–2819. doi:10.1002/pola.1990.080281018; (c) Boiko, V. N.  Aromatic and heterocyclic perfluoroalkyl sulfides. Methods of preparation Beilstein J. Org. Chem. 2010, 6, 880–921. doi:10.3762/bjoc.6.88
5. Harsányi, A.; Dorkó, É.;  Csapó, Á.; Bakó, T.; Peltz, Cs.; Rábai, J.  Convenient synthesis and isolation of trifluoromethylthio-substituted building blocks. J. Fluorine Chem. 2011, 132, 1241–1246. doi:10.1016/j.jfluchem.2011.07.008
6. Unpublished results of PhD student Mr. Bálint Menczinger, Institute of Chemistry, Eötvös Loránd University, Budapest.
7. Cf. Harsányi, A.  Synthesis and Characterization of Aryl Perfluoroalkyl Sulfides,  B.Sc. Thesis, 2010, Institute of Chemistry, Eötvös Loránd University, Budapest.
8. Sviridova, A. V.; Laba, V. I.; Vasil’ev, S. V.; Litvinov, V. P. Efficient method for the synthesis of [2-(alkylarylthio)ethyl]pyridines. Russ. Chem. Bull. Int. Ed. 2001, 50, 563-565.

Статья рекомендована к публикации членом редколлегии József Rábai

Fluorine Notes, 2017, 114, 1-2