Journal f . prakt. Chemie. Band 322, Heft 1, 1980, S. 156-160

b c

e f

h i

~~~~-

J. A. Barth, Leipzig

a H OCH, c1

d H OCH, C1

g H OCH, C1

Synthese und spektroskopische Eigenschaften von neuen Tetra hydrothiopyrano [ 2,3 -d] - thiazol- Derivaten

HAMED ABDEL REHEEM EAD~) , NAZMI ABDEL LATIF KASSAB Chemistry Department, Faculty of Science, Cairo University A.R.Egypt

HUBERT K~PPEL*, WOLF-DIETER BLOEDORN, KLAUS-DIETER SCHLEINITZ Sektion Chemie der Humboldt-Universitit zu Berlin

Studies on Synthesis and Spectroscopic Properties of New Tetrahydrothiopyrano[2,3-d] - thiazole-Derivatives

Bereit,s in fruheren Publikationen haben einige von uns die Praparation und Eigenschaften von fungizid und bakterizid wirkenden Thiopyrano[2,3-d]-thiazolen beschrieben [l, 2, 31. Nachfolgend berichten wir iiber die Ergebnisse der 1,4-Cycloaddition reaktiver Philodiene an 2-Thiazolidin-4- thion- nnd 2,4-Thiazolidindithion-Abkommlinge, die zu neuen Thiopyrano[B, 3-d]-thiazol-Derivaten fiihren.

So erhilt man bei der Umsetzung der tief farbigen 5-Aryliden-Derivate von 2-Thiazolidinon-4- thion l a , 3-Phenyl-2-thiazolidinon-4-thion Ib und 2,4-Thiazolidindithion Ic, welche nach den von GRISRCHUK publizierten Vorschriften [4] synthetisiert wurden, mit einem ‘iTberschuLi von 2-Methyl- methacrylat in Essigsiiure ausschliedlich die farbloeen 6-Methyl-6-carbmethoxyderivate 3a-i des Tetrahydrothiopyrano-7H[2,3-d]-thiazols.

CH3 CH,,,COOCH3

/-\ S + CH,=C-COOCH, I -+ RI- /3-<$TS R, - \=/\-/ \- \---/

2 1 1 ‘</’ 3 S, sN-%

I \

II

S’ 3N-R2 \ 2 / \/

X la X = O , R , = H l b X = 0, R, = C6H, l c X = S , R , = H

. 3 I R,

1) Diese Arbeit wurde wahrend eines Studienaufenthaltes an der Sektion Chemie der Humboldt- Universitat zu Berlin durchgefiihrt.

156 H. A. R. EAD u.a.

Die Struktur von 3a-i wurde durch Elementanalyss sowie IR- und lH-NMR-Messungen ab- gesichert, wobei die IR-Aufnahmen die erwarteten charakteristischen Absorptionsbanden vc =O bei 1690 cin-l (R8ingcarbonylvon3n--f), VC=O bei 1715-1720 cm-'(Estercarbonyl) undvNH bei 3215- 3220 cm-l (von 3a-c und3g-i) aufweisen [5]. Die lH-NMR-Clpektren zeigen bei allen Verbindungen fur CH,- und CH,OOC- einheitlich Singuletts zwischen1,50--1,G0 ppm bzw. 3,41-3,49 ppm, wahrend die Signale fur CH,O- und NH- bei 3,75 pprn bzw. um 10 ppm (3a-c) und 13 pprn (3g-i) gefunden werden. Charakteristisch iat die Signalfolge der Protonen in den Positionen C(5) und C(7) des hetero- cyclischen Sechsringes, fur den in Analogie zum Cyclohexen eine Halbsesselkonformation diskutiert werden kann. Von diesen Protonen, die aufgrund ihrer Stellung magnetisch nicht aquivalent sind, ergibt H-7ax zwischen 3,79-3,98 pprn jeweils ein leicht verbreitertes Singulett. Die Protonen H-5ax und H-5eq dagegen erzeugen mit Schwerpunkten um 2,70 und 3,53 ppm typische Dubletts vom AB- Typ mit geminaler Kopplung, die im Mittel -13,6 Hz betragt. Die zusatzliche Feinaufspaltung der H-6ax-Dubletts sowie die schwache Verbreiterung der ILesonanzlinien von H-5eq niachen die Kopplung iiber vier S-Bindungen mit H-7ax deutlich, welche durch Spinentkopplungsexperimente bewiesen wird. Die diesbezuglichen Kopplungskonstanten 4J(ax,ax) -1 Hz und 4J(ax, eq) < 0,6 Hz zeigen die gleiche Tendenz der Abstufung, wie sie kurzlich auch in den Arbeiten von LESSARD u. a. [S] sowie TOURWE u. a. [7] fur (ax,ax)- bzw. (ax,eq)-Kopplungen diskutiert wurde.

Die analoge Reaktion der 5-Aryliden-Derivate la-c mil; Benzalaceton 4 oder m-Nitrostyren b in Eisessig fiihrt ebenfalls nur zu den entsprechenden 6-Methylcarbonyl- bzw. 6-Nitro-5-phenyl- tetrahydrothiopyrano-7H[2,3-d]-thiazolen 6 ~ - i und 7s-i.

R,, )=

4 R,=COCH, 6 R,=NO,

6 R, = COCH, 7 R, = NO,

6

n b

d e f g h i

-

C

Rl

H OCH, C1 H OCH, c1 H OCH, c1

7

a b

d e f g h i

-

0

H H O OCH, H 0 C1 H 0 H C,H, 0 OCH, C,H, 0 C1 C,H, 0 H H S OCH, H S C1 H S

Die Strukturaufklarung der Verbindungen 6 und 7 erfolg1,e mit den bereits genannten Analysen- methoden, zusatzlich wurden einige MS-Messungen durchgefiihrt.

Dabei wurden in den IR-Spektren generell Absorptioiisbanden bei folgenden Erwartungswerten beobachtet: VC=O bei 1690-1 695 cm-l (Ringcarbonyl), vc,obei 1720-1 725 cm-1 (exocyclisch), VNH

bei 3215-3220 cm-l, v a s ~ 0 , bei 1560 cm-l und vnx0, bei 1370 cm-l. Die lH-chemischen Verschiebungen und Kopplungskonstanten von 6 und 7 sind in Tab. 1 zu-

sammengestellt. Pragnant sind hier die von den Protonen H-5, H-6 und H-7 verursachten Teil- spektren, welche vom Typ AMX sind und eine Analyse 1. Ordnung erlauben. Aus den Shiftwerten und Kopplungskonstanten geht hervor, daR bei dieser Gruppe von Verbindungen zwei verschieden- artige AMX-Teilspektren beobachtet werden, die zwei Konfigurationsisomeren zugeordnet werden mussen. Von diesen ist das Isomere, in dem die Protonen H-5, H-6 und H-7 jeweils pseudoaxial zu-

Synthese und Spektroskopie von Tetrahydrothiopyrano[2,3-d]-thiazol-Derivsten 157

Tabelle 1 carbonyl- bzw. 6-Nitro-5-phenyl-tetrahydrothiopyrano-7H[2,3-d]-thiazols 6 bzw. 7 .6 (in ppm gegen TMS intern)

lH-chemische Verschiebungen und Kopplungskonstantena) von Derivaten des 6-Methyl-

~~ ~

Ver- Form H-5 H-6 H-7 COCH, CH,O NH Phenyl Anteil bindung

6 a b

d

e f

g

h

i

7a b

a

C

C

e f

g

h

i

a 4,62 a 4,62 a 4,59 a 4,62 P 4,7G a 4,60 a 4 3 8 B 4,69 a 4,72 B 4,75 a 4,65 B 4,74 P 4,45

B 4,86 B 4,8G B 4,86 a 4,91 B 4,84 B 4,82 a 4,90 B 4,77 (x 5,oo B 4,86 a 5,08 B 4,90 B 4,83

3,431 3,58 3,54 3,65 3,92 3,65 3,59 3,85 3,64 3,90 3,56 3,85 3,89

5,90 5,94 5,96 5,41 5,79 5,72 5,38 5,89 5,41 5,79 $46 5,85 5,88

4,12 4,09 4,15 4,23 4,39 4,21 4,25 4,36 4,19 4,35 4,12 4,38 4,24

4,62 4,62 4,66 4,63 4,67 4,64 4,63 4,67 4,GO 4,G9 4,Gl 4,72 4,72

1,22 1,25 1,22 1,22 1,77 1,26 1,24 1,77 1,24 1,70 1,25 1,67 2,02 -

- - - - -

-

-

- - -

- -

11,12 7,12-7,44 11,00 G,75-7,62 11,OG 7,OG-7,50 - G,87- 7,56 - 6,87- 7,56 - 6,75- 7,35 - 7,05-7,55 - 7,05- 7,55 "1 7,00- 7,40 c , 7,OO-7,40 ") 6,75--7,45 ") G,75-7,45 ") G,60-7,25 11,32 7,06-7,50 11,45 G,80-7,50 11,50 7,lO-7,50 - 7,12-7,56 - 7,12-7,56 - G,81- 7,50 - 7,07-7,67 - 7,07- 7,67 13,25 7,00-7,50 13,25 7,OO-7,50 13,25 6,75-7,42 13,25 6,76-7,42 13,37 7,00-7,50

100 100 100 60 40 100 80 20 30 70 70 30

100

100 100 100 40 GO 100 25 75 20 80 50 50 100

") Die Kopplungskonstanten haben nahezu konstante Werte. a-Konfiguration: 3J(H-5, H-G) = 10,5 Hz; ,J(H-6, H-7) = 10,5 Hz. B-Konfiguration: ,J(H-5, H-6) = 11,4 0,2 Hz, ,J(H-G, H-7) = 5,4 -I: 0,2 Hz. 4J(H-5, H-7) ist in allen FBllen <0,5 Hz; b, Die Signale der Phenylgruppe sind kom- plexer Natur ; ") NH-Signale bei Raumtemperatur nicht lokalisierbar.

einander angeordnet sind, in Tab. 1 mit a gekennzeichnet. Fur das mit B bezeichnete Isomere wird dagegen aufgrund der GroBenordnung der zugehorigen vicinalen Kopplungskonstanten fur H-7 eine aquatoriale Stellung als plausibel angesehen. Bemerkenswerterweise konnten von 6a-c nur die reinen a-Isomeren, von 7 a-c dagegen nur die reinen @-Isomeren aufgefunden und nachgewiesen werden, auch in den Rohprodukten von 6b und 7c fanden sich lH-NMR-spektroskopisch keine An- deutungen einer Zweitkomponente. In den meisten anderen BBllen aber weisen die lH-NMR-Spektren beide Konfigurationsisomere als Gemisch aus. Ihr prozentualer Anteil lie13 sich leicht durcli Inte- gration bestimmen.

Spinentkopplungsexperimente bestgtigen dttn Zusammenhang der entsprechenden Signalgruppen, die z.B. fur die a-Konfiguration der Verbindungen 6 fur H-5 und H-7 jeweils aus einem Dublett bei 4,GO bzw. 4,15 ppm und wegen 3J (H-5, H-6) = ,J(H-G,H-7) aus einem H-6-Pseudotriplett um 3,GO ppm bestehen, wohingegen bei allen P-konfigurierten Isomeren infolge 3J(H-5, H-6) + 3J(H-6, H-7) davon abweichend ein H-6-Quadruplett auftritt. Dieses ist bei den Verbindungen 7 aufgrund der gleichfells

158 H. A. R. EAD u.a.

an C(6) befindlichen NO,-Gruppe relativ weit zu tiefem Feld verschoben (5,75-5,95 ppm). Phenyl- substitution in R, sowie der Austausch von 0 durch S im Thiiazolringiiben allgemein keinen EinfluB auf die Lage der Signale von H-5, H-6 und H-7 aus, auch ist der SubstituenteneinfluS von R, nur unbedeutend. Hochtemperaturmessungen an 7 d in DMSO bio 100°C ergaben keine Veranderungen in den Spektren, die auf Konformationslnderungen schlieI3en lassen.

Massenspektrometrisch kann keine Unterscheidung zwischen den beiden Konfigurationsisomern 01 und p getroffen werden, da sich im Fragmentierungsverhalten erwartungsgemalj keine gravierenden Unterschiede erkennen lassen. So finden sich im Falle von 6a und 7a in den 12 eV-Spektren neben den gut ausgeprlgten Molekiilionen- (MZ 367 bzw. 370) und Isotopenpeaks (M+ +1, M+ +2) im wesent- lichen nur noch zwei weitere Peaks mit MZ 221 (Mi.- C,H,CHCHR,) und MZ 146 bzw. 149 (C,H,CH- CHR;). Die hohe Intensitat dieser Fragmentpeaks ist durch die in Umkehrung zur Synthese vor sich gehende RDA- und die dazu in Konknrrenz verlaufende Oniumspaltung sowie durch die leichte Stabilisierung der gebildeten Ionen und Neutralbruchstiicke erklarbar. Weitere Peaks wie z. B. bei 6a mit MZ 245 (M+-C,H,S) und bei 7a mit MZ 323 (Mt-HNO,) sowie MZ 193, offenbar aus einer C=O-Abspaltung des (M+-C,H,CHCHNO,)-Fragments resultierend, sind nur von untergeordneter Bedeutung. Auch die 70 eV-Spektren belegen durch ihre Fragmente die Struktur der Verbindungen 6 und 7, wobei hier die Basispeaks bei MZ 220 liegen, in der IntensitLt dicht gefolgt von den Peaks bei MZ 221. Diese Fragmente sind offensichtlich auf Oniumspaltung oder RDA kombiniert mit H-Radi- kalwanderung zuriickzufiihren, wobei die hohen Intensitaten wahrscheinlich wie bei den MZ 221-Peaks aus den zwei moglichen Wegen der Spaltung resultieren.

Dr. E ~ D dankt Herrn Dr. habil. H. PAUL fur die gute IBetreuung und Herrn Doz. Dr. habil. W. DBPICE fur wertvolle Diskussionen. Den Herren Doz. Dr. se. K. H. GRUPE und Dr. M. SIEGNUND gilt der Dank fur die Aufnahme der MS- nnd IR-Spektren.

Beschreibung der Versiiehe Die Schmelzpunkte wurden mit dem BoETIus-Heiztisohmikroskop bestimmt (korr. Werte),

die IR-Spektren mit dern Spektralphotometer UR 20 des VEB Carl Zeiss, Jena, gemessen. Bur die 1H-NMR-Spektren stand ein 80 MHz-Gerat BS 487 C der Firnia Tesla, Brno, zur Verfiigung. Die Ver- bindungen 3, 6d--f und 7d-f wurden in CDCI, gemessen, fiir die restlichen Substanzen wurde ein Gemisch von CDCI, und DMSO-D, (5: 1) als Losungsmittel benutzt. Die Massenspektren wurden mit dem Gerat CH 6 (Varian) aufgenommen.

Darstellung der 5-Aryliden-Derivate von 2-Thiazolidinon-4-thion 1 a, 3-Phenyl-2-thiazolidinon-4-thion 1 b und 2,4-Thiazolidindithion 1 c

Eine Mischung von Thiocarbonylverbindung (0,Ol mol), entsprechendem aromatischen Aldehyd (0,Ol niol) und geschmolzenem Natriumacetat (etwa 5 g) wird in Eisessig (20 ml) im Wasserbad 15 Minuten erhitzt und anschlieaend abgekiihlt. Die anfallenden Kristalle werden abfiltriert, mit heiljem Wasser gewaschen und aus Essigsaure umkristallisiert.

Darstellnng der 7-Aryl-6-carbmethoxy-6-methyl-tctrahydro/(3-phenyl-te~rahydro)- thiopyrano-7H [2,3-d] thiazol-2-one/(2-thione) 3a- c bzw. 3 d-f/3g-i

Zu den entsprechenden Komponenten la -c (0,01 mol), suspendiert in Eisessig (30 ml), wird 2- Methyl-methacrylat im UberschuB hinzugefiigt. Die Mischung wird im Wasserbad etwa 30 Minuten erhitzt, bis Entfarbung der Losung eingetreten iet , und dann iiber Nacht bei Raumtemperatur stehen gelassen. Der danach abgeschiedene Feststoff wird abfiltriert und mehrfach aus Ethanol umkristalli- siert. Die Analysendaten der farblosen Verbindungen 3 sind in Tab. 2 zusammengestellt.

Synthese und Spektroskopie von Tetrathiohydropyrano[2,3-d]-thiazol-Derivaten 159

Tabelle 2 Analysendaten der Verbindungen 3 ~ ~

Ver- Ep. Summenformel Analysen : ber./gef. bindung "C (Molmasse) C H N S

3a

b

C

d

e

f

g

h

i

228

226

222

179

165

199

112

250

211

C14H15N03S2

(309,OO)

(351,OO)

(355,5)

(397,OO)

C22HziN04S2

(427,OO) C21H181NO3Sz (431,5)

(325,OO)

(355,OO)

(371,5)

C16H17N04S2

C15H14C1N03S2

C21H19N03SZ

C14H15N02S3

C15H17N03S3

c15H14C1N02S3

54,70 55,47 5O,G3 50,2O

61,82 G2,OO 58,46 58,99 51,70 51,74

48,45 48,20

4,84 5,O4 3,94 3,98

4,91 4,GO 4,17 4,15 4,Gl 434

3,76 3,92

- 3,98 3,94

3,94 3,9O 3,715 3,77

20,71 20,63 18,23 18,48

16,12 15,55 14,98 14,64 14,83 14,79

27,04 26,GO 26,84 26,15

Tabelle 3 Analysendaten der Verbindungen 6 und 7

Ver- Fp. Summenformel Analysen: ber./gef. bindung "C (Molmasse) C H N S

6a 246 CzoH1P02S2 G5,39 4,63 - - (3673) G5,11 4,GO - -

b 253 C21HXJN03sZ - - 3,53 16,12 (397,3) - - 3,58 16,49

- - 15,96 - - 15,65

d 177 C,,H21NO2S2 - - 3,16 14,44 (443,3) - - 3,26 14,70

e 155 C27HZ3N03S2 G8,49 4,86 2,96 13,53 (473,3) G8,36 4,93 2,92 13,28

f 185 CzsHzoC1"ASz - - 2,93 - - - 2,88 - (4773%

g 251 C20H17N0S3 62,66 4,44 3,65 -

(383,s) G2,30 4,48 4,35 -

C 258 C20H16C1N02S2 - (401,s) -

h 217 C21H19N02S3 - - 3,39 23,24 (41393) - - 3,44 23,OO

i 198 C2OHi,ClNOS3 57,40 3,83 - - (4174) 57,36 4,06 - -

160 H. A. R. EAD u.8.

Tabelle 3 (Fortsetzung)

Ver- Fp. Summenformel Analysen: ber./gef. bindung "C (Molmasse) c H N S

7a

b

C

d

e

f

g

11

i

225

215

233

209

186

128

216

239

230

15,84 15,56 14,33 13,97 13,47 13,34

64,50 63,97 63,15 63,59 59,93 60,37

4,03 4,00 4,21 4,53 3,54 3,68

6,27 5,97 5,89 6,00 5,82 6,08

51,36 50,97

3,09 3,22

6,6G 6,37

22,8% 22 ,m

Darstellung der 7-Aryl-5-phenyl/6-methylcarbonyl-(3,5-diphenyl)-/(6-nitro)- tetrahydrothiopyrano-7H[2,3-d]thiazol-2-one/(~-thione) 6a-12 (7a-c) bzw. 6d-f (7d--f)/Gg-i (7g-i)

Zu den entsprechenden Komponenten la-c (0,01 mol), suspendiert in Eisassig (30 ml), wird ent- weder w-Nitrostyren (0,Ol mol) oder Benzalaceton (0,01 mol) hinzugesetzt und die Mischung im Wasserbad bis zur Entfarbung der Losung erhitzt. Dann wird abgekuhlt und die anfallenden Kristalle werden abfiltriert und aus Ethanol oder Essigsaure umkristallisiert. Die Analysendaten der farb- losen bis schwach gelben Produkte sind der Tab. 3 zu entnehmen.

Literaturverzeichnis [l] N. A. KASSAB, S. 0. ABDALLAH u. H. A. R. EAD, Z. Naturforschung, Teil B, 30, 441 (1976). [2] 5. A. KASSAB, S. 0. ABDALLAH, H. A. R. EAD u. D. ZAKI, Z. Naturforschung, Teil B, 31, 376

[3] N. A. KASSAB, S. 0. ABDALLAH u. N. A. MESSEHA, J. prakt. Chem. 316, 209 (1974). [4] A. P. GRISHCHUIC, Khim. Geterotsikl. Soedin. 3, 372 (19G6); C.A. 65, 13680 (1966). [5] L. J. BELLAMY, Ultrarotspektrum 11. chemische Konstitution, 2. Aufl., D. Steinkopff, Darmstadt

[6] J. LESSARD, P. V. M. TAN, R. MARTLNO u. J. K. SGUNDEiRS, Can. J. Chem. 56, 1015 (1977). [7] D. TOURWE, G. VAN BINST u. T. KAMETANI, Org. Magn. Reson. 9, 341 (1977).

( 197 6).

1966.

Bei der Redaktion eingegangen am 17. Oktober 1978 bzw. 14. Mai 1979.

Anschr. d. Verf.: Dr. H. A. R. ZAD, Prof. Dr. N. A. L. KASSAB, Chemistry Department, Faculty of Science, Cairo University, A.R. Egypt, Dr. H. KOPPEL, W.-D. BLOEDORN, Prof. Dr. K. -D. SCKLEINITZ, Sektion Chemie der Humboldt-Universitat zu Berlin, DDR-1040 Berlin, Hessische Str. 1-2