Intramolekulární nukleofilní atak karbaniontu na ortho-nitroskupinu vedoucí k substituovaným benzo[d]thiazol-3-oxidům

Abstract

Bázicky katalyzovanou reakcí methyl-2,6-dinitrofenylsulfanylethanoátu (3) vzniká produkt cyklizace - 2-methoxykarbonyl-7-nitrobenzo[d]thiazol-3-oxid (4). Analogicky, 2,6-dinitrofenylsulfanylethannitril (7) a 2,4,6-trinitrofenylsulfanylethannitril (13) poskytují 2-kyan-7-nitrobenzo[d]thiazol-3-oxid (8) resp. 2-kyan-5,7-dinitrobenzo[d]thiazol-3-oxid (14). Struktura výchozích látek byla vedle NMR spekter a elementárních analýz potvrzena také rentgenovou strukturní analýzou. Kinetika cyklizačních reakcí látek 3, 7 a 13 byla studována pomocí UV VIS a 1H NMR spektroskopie. Cyklizace látky 3 byla spektrofotometricky studována v methanolických N-methylmorfolinových a N-methyl-piperidinových pufrech, cyklizace látky 7 v methanolických methoxyacetátových, acetátových, 2,4,6-trichlorfenolátových, N-methylmorfolinových a N-methylpiperidi-nových pufrech a cyklizace látky 13 v methanolických methoxyacetátových, acetátových a N-methylmorfolinových pufrech. Závislosti pozorovaných rychlostních konstant kpoz na koncentraci bázické složky pufru v "kyslíkatých" pufrech jsou lineární. V "dusíkatých" pufrech jsou závislosti kpoz na koncentraci báze nelineární, se zvyšujícími se koncentracemi báze dochází k poklesu hodnot směrnic závislostí kpoz na koncentraci báze. Na základě získaných kinetických dat byly pro cyklizace všech tří látek navrženy reakční mechanismy, které mají společné rysy. V prvním kroku dochází vlivem přítomné báze k rychlému, vratnému odštěpování protonu za vzniku příslušného karbaniontu. Volný elektronový pár na karbaniontu poté atakuje dusík v jedné ortho-nitroskupině za vzniku cyklického intermediátu In1 a následně dochází opět za bázické katalýzy k přeměně intermediátu In1 na dvojnásobně záporně nabitý intermediát In2. V posledních krocích se intermediát In2 protonuje a po odštěpení OH iontu z dusíku vzniká příslušný produkt cyklizace - derivát benzo[d]thiazol-3-oxidu. Rychlost limitujícím stupněm pro cyklizaci látky 3 je difúzní separace složek z tzv. "encounter komplexu" vzniklého z intermediátu In1 a báze. Kinetické chování látek 7 a 13 je rozdíl od látky 3 ovlivněno přítomností rychlé předřazené acidobázické rovnováhy výchozího substrátu, což umožňuje přímo z kinetických dat stanovit hodnotu pKa látky 7 (10.23) a odhadnout pKa látky 13 ( 8). Při cyklizaci látky 7 je rychlost určujícím stupněm v methoxyacetátových pufrech odštěpování protonu z intermediátu In1. V acetátových, 2,4,6-trichlorfenolátových a N-methylmorfolinových pufrech dochází k postupné změně rychlost určujícího stupně - s rostoucí bazicitou pufru se významně urychluje odštěpování protonu z intermediátu In1 a rychlost určujícím krokem se stává obecně kysele katalyzovaná protonace intermediátu In2. V případě látky 13 je rychlost určujícím stupněm v methoxyacetátových a acetátových pufrech štěpení vazby C-H v intermediátu In1 a v N-methylmorfolinových pufrech je rychlost limitující katalyzovaná protonace In2.