- Phổ khối lượng (MS và HRMS)
d) Mở vòng ditosylaziridin 197 bằng tác nhân naphth-1-ol
3.1.4.2 Mở vòng ditosylaziridin 197 bằng tác nhân S-nucleophin
Chúng tôi tiếp tục nghiên cứu phản ứng mở vòng aziridin 197 bằng
tác nhân S-nucleophin với các tỉ lệ khác nhau. Điều ngạc nhiên, khi dùng tác nhân này là phản ứng thế tại cacbon nhóm CH2OTs xảy ra trước, sau đó là phản ứng mở vòng (sơ đồ 3.11; sơ đồ 3.12) các sản phẩm thu được khác hoàn toàn so với phản ứng sử dụng các tác nhânO-nucleophin
a)Mở vòng ditosyl aziridin 197 bằng (thio)phenol
Phản ứng mở vòng cis-1-tosyl-2-tosyloximetyl-3-
(triflometyl)aziridin 197 với 0,9 đương lượng (thio)phenol, có mặt của tác nhân kiềm K2CO3 trong dung môi axeton tạo thành sản phẩm thế cis-1- tosyl-2-phenylthiometyl-3-(triflometyl)aziridin199avới hiệu suất 55%.
Sơ đồ 3.11: Phản ứng mở vòng hợp chất ditosyl aziridin 197 bằng benzenthiol
Cấu trúc của sản phẩm 199a được chứng minh bằng các phương
pháp phổ. Phổ 1H NMR của hợp chất 199a xuất hiện các tín hiệuH(ppm)
2,44 (3H, s) là tín hiệu của 3H nhóm OCH3; 3,1-3,13 (2H,m) là tín hiệu của nhóm CH2; 3,16-3,32 (1H, m) là tín hiệu H của CH-CH2; 3,29 (1H, dq, J=
6,1, 6,1 Hz) là tín hiệu H của CHCF3 và tín hiệu của các 9H nhân thơm ở
7,21-7,36 (7H, m) và 7,79 (2H, d, J= 8,2 Hz). Phổ 13C NMR của hợp chất
199a xuất hiện c(ppm) 21,7 là tín hiệu của cacbon nhóm CH3; 31,1 là tín
hiệu của cacbon nhóm CH-CH2; 41,1 (q, J = 41,2 Hz) là tín hiệu của cacbon nhóm CH-CF3; 42,5 tín hiệu nhóm CH2; 122,8 (q,J= 231,9 Hz) tín
hiệu nhóm CF3 và tín hiệu của các nguyên tử cacbon nhân thơm ở 127,2
(CH), 128,3 (2xCH), 129,2 (2xCH), 129,9 (2xCH), 130,4 (2xCH), 133,2
(C), 134,0 (C), 145,6 ppm (C). Trên phổ 19F NMR xuất hiện tín hiệu CF3
tại δ -65,18 ppm (3F, d, J(H/F) = 6,6 Hz). Các dữ liệu phổ cho phép khẳng định199alà cis-2-phenylthiometyl-1-tosyl-3-(triflometyl)aziridin.
Về cơ chế của phản ứng cũng giống như tác nhân O-nucleophin khi
tác dụng với 1-tosyl-2-tosyloximetyl-3-(triflometyl)aziridin, S-nucleophin có thể tấn công theo ba con đường như sơ đồ 3.12
Sơ đồ 3.12: Cơ chế phản ứng mở vòng ditosyl aziridin197bằng tác nhânS-nucleophin
Tuy nhiên, sản phẩm phản ứng chỉ nhận được hợp chất 199a, nghĩa
là tác nhân nucleophin benzenthiol tấn công vào vị trí cacbon của CH2 (con đường a).
Để chứng minh cơ chế của phản ứng giữa benzenethiol với cis-1- tosyl-2-tosyloximetyl-3-(triflometyl)aziridin 197 chúng tôi tiếp tục thực hiện phản ứng với việc tăng tác nhân benzenethiol lên 2,1 đương lượng, thu được sản phẩm mở vòng là N-[2,3-bis(arylthio)-1-(triflometyl)propyl]-4-
(metylbenzen)sunfonamit200avới hiệu suất 68% (sơ đồ 3.13).
Sơ đồ 3.13: Phản ứng mở vòng ditosyl aziridin 197 với 2,1 đương lượng benzenthiol
Có thể thấy rằng, tác nhân nucleophin của benzenthiol vẫn có 3 khả năng tấn công như trên, nhưng phản ứng vẫn xảy ra theo cơ chế thế nucleophin ở vị trí cacbon của CH2 liên kết với tosyl, sau đó tác nhân nucleophin còn dư tiếp tục tấn công vào vị trí cacbon C-2 của vòng aziridin
Sơ đồ 3.14: Sơ đồ cơ chế mở vòng ditosyl aziridin197 với 2,1 đương lượng benzenthiol
b) Mở vòng ditosyl aziridin 197 bằng o-metylbenzenthiol:
Chúng tôi tiếp tục nghiên cứu phản ứng mở vòng cis-1-tosyl-2- tosyloximetyl-3-(triflometyl)aziridin 197bằng tác nhâno-metylbenzenthiol ở các tỉ lệ đương lượng khác nhau thu được kết quả như sau.
Khi mở vòng ditosyl 197 bằng việc sử dụng 0,9 đương lượng o- metylbenzenthio l, 2 đương lượng K2CO3 tại nhiệt độ phòng trong 42 giờ,
thu được sản phẩm là cis-1-tosyl-2-(o-metylphenyl)thiometyl-3-
(triflometyl)aziridin199bvới hiệu suất 47% (sơ đồ 3.15)
Sơ đồ 3.15: Phản ứng của ditosyl aziridin 197 với 0,9 đương lượng
Khi sử dụng 2,1 đương lượng o-metylbenzenthiol thì thu được sản
phẩm là N-[2,3-bis(arylthio)-1-(triflometyl)propyl]-4-
(metylbenzen)sunfonamit200bvới hiệu suất 85% (sơ đồ 3.16)
Sơ đồ 3.16: Phản ứng mở vòng ditosyl aziridin 197 với 2,1 đương lượngo-metylbenzenthiol
Từ sản phẩm phản ứng nhận được ở trên ta có thể thấy rằng cơ chế phản ứng vẫn đi theo con đường như sơ đồ 3.13
Cơ chế phản ứng mở vòng ditosyl aziridin 197 bằng các tác nhân nucleophin có sự chọn lọc vị trí như trên được giải thích thêm nhờ tính toán bằng phần mềm hyperchem 8.0 (USA).
Sử dụng phương pháp tính toán bán kinh nghiệm AM1 (một trong những phương pháp được coi là chính xác nhất) trong phần mềm hyperchem tính toán mật độ điện tử trong vòng aziridin và vị trí cacbon của nhóm CH2 liên kết với OTs của ditosyl197và hợp chất CH3-aziridin197’, chúng tôi thu được kết quả như sau:
Hình 3.4: Mật độ điện tích của CH3-aziridin197’và CF3-aziridin197
vào cả hai vị trí này để mở vòng, tạo hỗn hợp sản phẩm. Kết quả nghiên
cứu mở vòng aziridin 197’’bằng tác nhân cacbon-nucleophin của Baldwin
và cộng sự [58] phù hợp với tính toán này (sơ đồ 3.17)
Sơ đồ 3.17: Phản ứng mở vòng aziridin197’’
Với CF3-aziridin197, điện tích tại C-3 của vòng azirindin âm và điện tích tại vị trí C-2 của vòng aziridin dương, do đó tác nhân nucleophin chỉ có thể tấn công vào vị trí C-2 của vòng. Kết quả này phù hợp với các dữ kiện thực nghiệm thu được.
Để giải thích sự khác nhau khi tấn công vào vòng aziridin 197 của
hai tác nhân nucleophin ArS- và ArO-, chúng tôi dựa vào nguyên tắc tương tác của nucleophin và electrophin là tương tác “hard-hard” và “soft-soft” chiếm ưu thế [59]. Nghĩa là các “hard nucleophin” sẽ tấn công vào các “hard electronphin” và các “soft nucleophin” sẽ tấn công vào các “soft electronphin”. Do nguyên tử oxi có độ âm điện lơn hơn lưu huỳnh, vì thế O-nucleophin (ArO-) sẽ là hard nucleophin và S-nucleophin (ArS-) là soft nucleophin [60]. Vị trí C-2 trong vòng aziridin do ảnh hưởng của nhóm thế CF3 ở vị trí C-3 của vòng nên có điện tích dương lớn hơn cacbon của nhóm CH2 liên kết với OTs, vì vậy vị trí C-2 là “hard electronphin” và cacbon của nhóm CH2OTs là soft electronphin. Vì thế, “hard nucleophin” ArO-tấn công vào “hard electronphin” C-2 của vòng aziridin, còn các “soft nucleophin” ArS-tấn công vào “soft electronphin” CH2OTs.
Để chứng minh thêm cho giải thích về khả năng chọn lọc vị trí của các tác nhân nucleophin ở trên, chúng tôi tiếp tục thực hiện phản ứng mở
vòng aziridin 197với các tác nhân dinucleophin có chứa oxi và lưu huỳnh