کربوکسیل‌زدایی رادیکالی بدون فلز: رویکردی موثر برای سنتز مستقیم آریل-آلکیل تیواترها از کربوکسیلیک اسیدها

محورهای موضوعی : سایر

مارال صالحی ¹ , نجمه نوروزی ^{2 *} , محمد عباسی ³

1 - گروه شیمی، دانشکده علوم و فناوری نانو و زیستی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر 75169، ایران.
2 - گروه شیمی، دانشکده علوم و فناوری نانو و زیستی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر 75169، ایران.
3 - گروه شیمی، دانشکده علوم و فناوری نانو و زیستی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر 75169، ایران.

تاریخ دریافت : 1404/03/12 تاریخ پذیرش : 1404/03/21 تاریخ انتشار : 1404/04/25

کلید واژه: تیواتر, کربوکسیلیک اسید, مورفولین, کربوکسیل زدایی رادیکالی, بدون فلز. ,

چکیده مقاله :

در این مطالعه، یک روش مستقیم و بدون فلز برای سنتز تیواترها از کربوکسیلیک اسیدها و دی‌آریل‌دی‌سولفیدها معرفی شده است. واکنش در حضور مورفولین و باز در حلال دی متیل فرمامید و با مکانیسم رادیکالی و از طریق حذف گروه کربوکسیل انجام می‌شود. این فرایند با بازده بالا، تحمل‌پذیری گروه‌های عاملی متنوع و بدون نیاز به تیول یا کاتالیزگر فلزی، مسیر جدیدی برای تهیه تیواترهای آریل-آلکیل ارائه می‌دهد.

چکیده انگلیسی:

In this study, a direct and metal-free method for the synthesis of thioethers from carboxylic acids and diaryl disulfides is introduced. The reaction is carried out in the presence of morpholine and base in dimethylformamide solvent and by a radical mechanism involving decarboxylation. This process offers a new route to the preparation of aryl-alkyl thioethers with high yield, tolerance of diverse functional groups, and without the need for thiol or metal catalysts.

منابع و مأخذ:

[1] L. Li, Y. Ding. Mini Rev. Org. Chem. 14, 407- 431 (2017).
[2] M. Kazemi, L. Shiri, H. Kohzadi. Phosphorus Sulfur Silicon Relat. Elem. 190, 978-1003 (2015).
[3] R. Wu, K. Huang, G. Qui, J.B. Liu. Synthesis 51, 3567-3587 (2019).
[4] L.O.C. Ong, N.G. Khaligh, J.J. Ching. Curr. Org. Chem. 24, 550-581 (2020).
[5] J. Xia, R. Yao, M. Cai. Appl. Organomet. Chem. 29, 221-225 (2015).
[6] S. Vilakumar, K. Pitchumani. J. Mol. Catal. A: Chem. 217, 117-120 (2004).
[7] M. Kazemi, H. Kohzadi, O. Abdi. J. Mater. Environ. Sci. 6, 1451-1456 (2015).
[8] R.N. Salvatore, R.A. Smith, A.K. Nischwitz, T. Gavin. Tetrahedron Lett. 46, 8931-8935 (2005).
[9] B.C. Duffy, K.T. Howard, J.D. Chisholm. Tetrahedron Lett. 56, 3301-3305 (2015).
[10] K.C. Kumara Swamy, N.N.B. Kumar, E. Balaraman, K.V.P. Pavan Kumar. Chem. Rev. 109, 2551-2651 (2009).
[11] V.J. Geiger, R.M. Oechsner, P.H. Gehrtz, I. Fleischer. Synthesis 54, 5139- 5167 (2022).
[12] F. Abedinifa, S. Bahadorikhalili, B. Larijani, M. Mahdavi, F. Verpoort. Appl. Organomet. Chem. 36, E6482 (2022).
[13] Y. Nishimoto, A. Okita, M. Yasuda, A. Baba. Org. Lett. 14, 1846-1849 (2012).
[14] W.L. Xing, D.G. Liu, M.C. Fu. RSC. Adv. 11, 4593-4597 (2021).
[15] P.J. Moon, R.J. Lundgren, ACS. Catal. 10, 1742-1753 (2020).
[16] D.Y. Kong, P.J. Moon, W.Y Qian, R.J. Lundgren, Chem. Commun. 54, 6835-6838 (2018).
[17] E. Shaikhi Shahidzadeh, N. Nowrouzi, M. Abbasi. Appl. Organomet. Chem. 33, e5211 (2019).

متن کامل:



 

 

 

کربوکسیل‌زدایی رادیکالی بدون فلز: رویکردی موثر برای سنتز مستقیم آریل-آلکیل تیواترها از کربوکسیلیک اسیدها

مارال صالحی، نجمه نوروزی،* محمد عباسی 

گروه شیمی، دانشکده علوم و فناوری نانو و زیستی، دانشگاه خلیج فارس، بوشهر 75169، ایران. 

[e-mail]

 

 

1- مقدمه 

ترکیبات تیواتر(آریل آلکیل سولفیدها) از جمله ساختارهای مهم در شیمی آلی به شمار می‌آیند و در حوزه‌های گوناگون از جمله داروسازی، بیوشیمی، علوم مواد و کاتالیز نقش کلیدی ایفا می‌کنند. وجود پیوند کربن-گوگرد در این ترکیبات موجب ایجاد ویژگی‌های فیزیکی و زیستی منحصربه‌فردی می‌شود که آن‌ها را به اهداف جذابی در طراحی داروها و سنتز مواد پیشرفته تبدیل کرده است. از این‌رو، توسعه مسیرهای سنتزی کارآمد و اقتصادی برای تشکیل پیوند کربن-گوگرد، به‌ویژه با استفاده از مواد اولیه ساده و در دسترس، همواره مورد توجه محققان بوده است]4-1[.

https://doi.org/10.71508/crn.2025.140403121208686

سنتز تیواترها به طور سنتی از طریق آلکیلاسیون تیول‌ها با هالیدهای آلکیل در حضور بازهای قوی انجام می‌شود[5-9]. واکنش میتسونوبو که در آن تیول‌ها با الکل‌ها جفت می‌شوند، مسیر دیگری برای دست‌یابی به این ترکیبات فراهم کرده است[10]. در سال‌های اخیر، واکنش‌های جفت‌شدن متقاطع کربن-گوگرد به کمک کاتالیزگرهای فلزی بین تیول‌ها و الکترون‌دوست‌هایی مانند هالیدهای آریل، اسیدهای بورونیک و مشتقات کربوکسیلیک به عنوان راهبردهای اصلی در سنتز تیواترها مطرح شده‌اند[12،11]. با این حال، این روش‌ها اغلب نیازمند استفاده از فلزات گران، شرایط سخت یا تیول‌های بدبو هستند که سازگاری زیست‌محیطی آن‌ها را کاهش می‌دهد. در سال‌های اخیر روش‌هایی برای تیواترسازی مستقیم اسیدهای کربوکسیلیک با تیول‌ها یا دی‌سولفیدها نیز گزارش شده‌اند]13[. به عنوان مثال، سیستم‌های کاتالیزگری شامل ایندیم (III)برمید یا ایندیم (III)یدید همراه با تترا متیل دی سیلوکسان(TMDS) در شرایط تک ظرف، امکان تبدیل اسیدهای آروماتیک یا آلیفاتیک به تیواترها را فراهم کرده‌اند[14]. همچنین، مسیرهای اکسایش هوازی بدون فلز برای تهیه اترهای سلنید یا سولفید از فنیل‌استیک اسیدها در حضور دی‌سولفیدها یا دی‌سلنیدها معرفی شده‌اند[15]. در مواردی نیز، کربوکسیل زدایی بدون فلز برای سنتز سولفیدهای آریل-آلکیل از مشتقات استات گزارش شده است که از نظر انتخاب‌پذیری و تحمل گروه‌های عاملی بسیار مناسب هستند]17،16[.

با وجود این پیشرفت‌ها، روش‌های بدون فلز و فاقد تیول که از اسیدهای کربوکسیلیک به عنوان شریک جفت ‌شونده استفاده کنند، هنوز محدود و کمتر توسعه‌ یافته‌اند.

در این زمینه، اخیراً گروه ما روشی ساده و مؤثر برای سنتز تیواترهای آریل-آلکیل را توسعه داده است که در آن، از 2-فنیل‌پروپانال به عنوان عامل جفت‌شونده با دی‌آریل‌دی‌سولفیدها استفاده شده است]18[. این فرایند از طریق مکانیسم پیشنهادی شامل تیوآریل دار کردن و حذف کربونیل، در حضور مورفولین و پتاسیم کربنات و بدون نیاز به کاتالیزگر فلزی در حلال دی متیل فرمامید انجام گرفت و فرآورده های نهایی با بازده بالا حاصل شدند. با توجه به نتایج رضایت‌بخش این واکنش، در مطالعه حاضر تصمیم گرفته شد که با جایگزین‌کردن 2-فنیل‌پروپانال با کربوکسیلیک اسیدها، امکان گسترش روش یادشده به مسیر حذف کربوکسیل از کربوکسیلیک اسیدها در واکنش با دی‌سولفیدها بررسی گردد(شکل 1). این تحول می‌تواند مسیر جدیدی برای سنتز تیواترها از اسیدهای ساده آروماتیک بدون نیاز به فعال‌سازی‌های پیشین یا استفاده از کاتالیزگرهای فلزی فراهم سازد. مزایای این روش شامل استفاده از واکنش‌گرهای ساده و در دسترس، عدم نیاز به تیول‌های بدبو، سازگاری با گروه‌های عاملی متنوع و بازده بالا می‌باشد که آن را به روشی مفید و کاربردی برای گسترش شیمی ترکیبات گوگرد دار تبدیل می‌کند. 

 

شکل 1. تهیه تیو اترها از واکنش جفت شدن 2-آریل کربوکسیلیک اسیدها با دی آریل دی سولفید ها.

2-بخش تجربی

2-1-مواد شیمیایی و دستگاه ها

تمامی مواد شیمیایی و حلال های مورد استفاده در این تحقیق از شرکت مرک، سیگما آلدریچ و فلوکا خریداری شده و بدون خالص سازی مجدد مورد استفاده قرار گرفته اند. به منظور بررسی پیشرفت واکنش از روش کروماتوگرافی لایه نازک(TLC) در  nm 254 و با استفاده از صفحات TLC-Card silica gel استفاده شده است. طیف‎های 1H-NMR توسط دستگاه اسپکترواسپین بروکر با قدرت 400 و 300 مگاهرتز و طیف‎های 13C-NMR با دستگاه اسپکترواسپین بروکر با قدرت  100 و 75 مگاهرتز  با استفاده از تترا متیل سیلان به عنوان استاندارد داخلی به دست آمده است.

2-2- روش عمومی برای سنتر تیواترها از کربوکسیلیک اسیدها و دی سولفیدها

به یک فلاسک حاوی دی‌متیل‌فرم‌آمید(1 میلی‌لیتر)، دی‌آریل دی‌سولفید(5/0میلی‌مول)، کربوکسیلیک اسید(5/0 میلی‌مول)، پتاسیم کربنات(5/1 میلی‌مول) و مورفولین(5/0 میلی‌مول) اضافه شدند. این مخلوط در حمام روغن در دمای 130 درجه سانتی‌گراد هم زده شد. پس از تکمیل واکنش که با استفاده از کروماتوگرافی لایه نازک بررسی شد، محتویات فلاسک تا دمای اتاق سرد و با آب(1 میلی‌لیتر) رقیق گردید. در این مرحله محصول توسط اتیل استات(چهار بار و هر بار 1 میلی‌لیتر) استخراج شد. در انتها حلال آلی تبخیر شد و محصول خام با استفاده از کروماتوگرافی ستونی و با بهره‌گیری از سیلیکاژل و حلال ان-هگزان خالص‌سازی شد. فرآورده های خالص با بازده خوب تا عالی به دست آمدند (جدول 2).

Phenyl(1-phenylethyl)sulfane (1): Yellow liquid, 1H-NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.35- 7.33 (m, 4H), 7.32- 7.31 (m, 2H), 7.27- 7.26 (m, 2H), 7.25-7.21 (m, 2H), 4.38 (q, J= 7.2 Hz, 1H), 1.67 (d, J= 7.2 Hz, 3H). 13C-NMR (100 MHz, CDCl3) δ 143.94, 135.82, 133.19, 129.41, 129.13, 128.17, 127.88, 127.70, 48.71, 23.09.

(4-Chlorophenyl)(1-phenylethyl)sulfane (4): Yellow liquid, 1H-NMR (400 MHZ, CDCl3) δ 7.33- 7.28 (m, 5H), 7.27-7.22 (m, 1H), 7.22-7.21 (m, 3H), 4.33 (q, J= 7.2 Hz, 1H), 1.65(d, J= 7.2 Hz, 3H). 13C-NMR (100 M Hz, CDCl3) δ 142.88, 133.98, 133.94, 133.37, 128.84, 128.48, 127.31, 127.29, 48.29, 22.20.

(4-Bromophenyl)(1-phenylethyl)sulfane (6): Yellow liquid, 1H-NMR (400 MHZ, CDCl3) δ 7.38- 7.35 (m, 2H), 7.32-7.30 (m, 4H), 7.29-7.23 (m, 1H), 7.17-7.14 (m, 2H), 4.34 (q, J= 8.0 Hz, 1H), 1.66 (d, J= 8.0 Hz, 3H). 13C-NMR (100 MHZ, CDCl3) δ 142.85, 134.22, 134.04, 131.77, 128.49, 128.26, 127.32, 127.27, 121.36, 48.12, 22.25.

(Naphthalen-2-yl)(1-phenylethyl)sulfane (9): Yellow liquid, 1H-NMR (300 MHZ, CDCl3) δ 8.05-7.86 (m, 1H), 7.765 (q, J= 3.0 Hz, 1H), 7.70-7.63 (m, 1H), 7.61-7.52 (m, 1H), 7.47-7.28 (m, 3H), 4.26 (q, J= 6.0 Hz, 1H), 1.95 (d, J=9.0 Hz, 3H). 13C-NMR (75 MHZ, CDCl3) δ 143.58, 139.35, 131.41, 128.91, 128.74, 128.27, 127.74, 127.15, 126.69, 126.15, 125.60, 124.71, 124.20, 123.70, 44.99, 23.97.

۳- نتایج و بحث

برای شروع بررسی تجربی، واکنش بین ۲-فنیل‌پروپانوئیک اسید و دی فنیل دی سولفید به عنوان واکنش مدل انتخاب شد و در حضور مورفولین و باز معدنی در حلال دی متیل فرمامید تحت بررسی قرار گرفت. به ‌منظور دستیابی به شرایط بهینه، تأثیر پارامترهای مختلف مانند حضور مورفولین، نوع و مقدار باز، نوع حلال، و دمای واکنش مورد مطالعه قرار گرفت.

در مرحله نخست، اهمیت استفاده از مورفولین در واکنش بررسی شد. در غیاب مورفولین بازده محصول به‌طور قابل‌توجهی پایین‌   بود(54٪)(جدول 1، ردیف 1). افزودن 5/0 میلی‌مول مورفولین منجر به افزایش بازده تا ۹۱٪ شد(جدول 1، ردیف 2). بهینه سازی مقدار مورفولین نشان داد کاهش مقدار آن بازده را کاهش می دهد و افزایش مقدار آن، تغییری در بازده ایجاد نمی کند(جدول 1، ردیف های 3 و 4). در ادامه، بازهای معدنی مختلف مورد آزمایش قرار گرفتند. بدین منظور علاوه بر پتاسیم کربنات، بازهایی مانند پتاسیم فسفات، سدیم کربنات و سدیم استات نیز مورد  بررسی قرار گرفتند(جدول 1، ردیف های 5-7). در میان این بازها 5/1 میلی‌مول پتاسیم کربنات بهترین نتیجه را ارائه داد. کاهش مقدار پتاسیم کربنات به 3/1 میلی‌مول موجب افت بازده به ۷9٪ شد و افزایش این مقدار تاثیری بر واکنش نداشت(جدول 1، ردیف های 8 و 9). نوع حلال نیز نقش مهمی در این واکنش داشت. در میان حلال‌های مختلف، تنها دی متیل فرمامید بازده مطلوب(۹۱٪) ایجاد کرد. در حلال‌های  دی متیل سولفوکسید، 

جدول 1. تاثیر پارامتر های مختلف بر واکنش تهیه تیو اتر ها از اسید های آروماتیک و دی آریل دی سولفید ها.
ردیف	باز (میلی مول)	حلال (1 میلی لیتر)	دما (درجه سانتی گراد)	بازده (%) 1
1	پتاسیم کربنات (5/1)	دی متیل فرمامید	130	542
2	پتاسیم کربنات (5/1)	دی متیل فرمامید	130	913
3	پتاسیم کربنات (5/1)	دی متیل فرمامید	130	834
4	پتاسیم کربنات (5/1)	دی متیل فرمامید	130	905
5	پتاسیم فسفات (5/1)	دی متیل فرمامید	130	673
6	سدیم کربنات (5/1)	دی متیل فرمامید	130	783
7	سدیم استات (5/1)	دی متیل فرمامید	130	703
8	پتاسیم کربنات (3/1)	دی متیل فرمامید	130	793
9	پتاسیم کربنات (6/1)	دی متیل فرمامید	130	923
10	پتاسیم کربنات (5/1)	استونیتریل	رفلاکس	273
11	پتاسیم کربنات (5/1)	دی متیل سولفوکسید	120	653
12	پتاسیم کربنات (5/1)	پلی اتیلن گلیکول-200	120	523
13	پتاسیم کربنات (5/1)	اتانول	رفلاکس	03
14	پتاسیم کربنات (5/1)	آب	رفلاکس	03
15	پتاسیم کربنات (5/1)	دی متیل فرمامید	120	813
16	پتاسیم کربنات (5/1)	دی متیل فرمامید	140	913
1 بازده مربوط به محصول خالص سازی شده می باشد. 2 انجام واکنش در غیاب مورفولین. 3 انجام واکنش در حضور 5/0 میلی مول مورفولین. 4 انجام واکنش در حضور 4/0 میلی مول مورفولین. 5 انجام واکنش در حضور 6/0 میلی مول مورفولین.

استو نیتریل، پلی اتیلن گلیکول-200، اتانول و آب بازده محصول پایین بود یا اصلا محصول تشکیل نشد(جدول 1، ردیف های ‌ 10-14). در نهایت تاثیر دما بر واکنش نیز مورد بررسی قرار گرفت. کاهش دما به ۱۲۰ درجه سانتی‌گراد، موجب کاهش بازده به 81٪ شد و دمای بالاتر تاثیری بر نتایج نداشت(جدول 1، ردیف های 15 و 16). بنابراین، دمای ۱۳۰ درجه سانتی‌گراد به عنوان دمای بهینه تعیین شد.

در نهایت، شرایط بهینه واکنش عبارت است از: 5/0 میلی‌مول اسید، 5/0 میلی‌مول دی سولفید، 5/0 میلی‌مول مورفولین، 5/1 میلی‌مول پتاسیم کربنات و 0/1 میلی‌لیتر دی متیل فرمامید در دمای ۱۳۰ درجه سانتی‌گراد.

پس از بهینه‌سازی شرایط واکنش، به‌منظور ارزیابی کارایی روش توسعه‌یافته، گستره‌ی واکنش با استفاده از دی سولفیدهای گوناگون و اسیدهای کربوکسیلیک آروماتیک مورد بررسی قرار گرفت. همان‌طور که در جدول ۲ مشاهده می‌شود، این روش توانست فرآورده های تیواتری متناظر را در شرایط نسبتاً ملایم با بازده‌های مناسب تا عالی به دست دهد. واکنش میان دی سولفیدهای مختلف با اسیدهای آروماتیک گوناگون، از جمله مشتقات دارای گروه‌های الکترون‌دهنده و الکترون‌کشنده، در اغلب موارد با موفقیت انجام شد. بازده واکنش‌ها در محدوده‌ی ۷۵٪ تا ۹۱٪ قرار دارد

. در مرحله اول، به‌منظور بررسی تأثیر ساختار دی سولفیدها، 2-

 

جدول 2. تهیه تیو اتر ها از واکنش میان دی آریل دی سولفید ها با کربوکسیلیک اسیدها در حضور مورفولین*.
2 ساعت، 86% (4)	5 ساعت، 85% (3)	7 ساعت، 80% (2)	6 ساعت،91% (1)
9 ساعت، 78% (8)	5 ساعت، 86% (7)	2 ساعت، 80% (6)	3 ساعت، 87% (5)
3 ساعت، 85% (12)	5 ساعت، 75% (11)	6 ساعت، 82% (10)	2 ساعت، 83% (9)
ادامه جدول 2.
2 ساعت،         81% (16)	2 ساعت،         83% (15)	4 ساعت، 78% (14)	5 ساعت، 76% (13)
6 ساعت، 75% (20)	4 ساعت، 77% (19)	13 ساعت،         79% (18)	3 ساعت،         81% (17)
1 ساعت، 75% (24)	2 ساعت، 81% (23)	3 ساعت، 83% (22)	4 ساعت، 76% (21)
*تمامی فرآورده ها ، با بررسی خواص فیزیکی و طیقی شناسایی شدند.

 

فنیل‌پروپانوئیک اسید به‌عنوان شریک ثابت انتخاب شد و با مجموعه‌ای از دی سولفیدها مختلف شامل دی فنیل دی سولفید، دی (پاراتولیل) دی سولفید، دی (ارتوتولیل) دی سولفید ، بیس (4-کلروفنیل) دی سولفید، بیس (2-کلروفنیل) دی سولفید، بیس (4-بروموفنیل) دی سولفید، بیس (4-سیانوفنیل) دی سولفید، بیس (4-متوکسی فنیل) دی سولفید، دی (2-نفتنیل) دی سولفید، بیس (2-بنزوایمیدازولیل) دی سولفید و دی (2-پیریدینیل) دی سولفید وارد واکنش شد. در تمام موارد، فرآورده های تیواتر با بازده‌های خوب تا عالی به دست آمدند(جدول 2، ترکیبات 1-11). این نتایج بیانگر آن است که حضور گروه‌های الکترون‌دهنده یا الکترون‌کشنده در موقعیت‌های مختلف حلقه بنزنی، تأثیر چشمگیری بر عملکرد کلی واکنش نداشته است و سیستم حاضر نسبت به تغییرات الکترونی و فضایی دی سولفیدها از تحمل بالایی برخوردار است.

در ادامه، برای بررسی امکان تعمیم‌پذیری روش نسبت به نوع اسید، 2-فنیل‌استیک اسید به‌جای 2-فنیل‌پروپانوئیک اسید به کار گرفته شد. واکنش این اسید با دی سولفیدهایی نظیر دی (پاراتولیل) دی سولفید، دی (ارتوتولیل) دی سولفید، بیس (4-بروموفنیل) دی سولفید، دی (2-نفتنیل) دی سولفید و دی بنزیل دی سولفید نیز با بازده‌های مطلوب انجام شد و فرآورده های موردنظر با خلوص مناسب و بازده مطلوب جداسازی شدند(جدول 2، فرآورده های 12-18). در نهایت، ۲-نفتیل‌استیک اسید به‌عنوان یک اسید حجیم‌تر نیز مورد آزمایش قرار گرفت. این اسید نیز با دی سولفیدهای مختلف وارد واکنش شد و مانند اسیدهای قبلی ترکیبات تیواتری متناظر را با بازده‌های خوب تا عالی تولید کرد(جدول 2، فرآورده های 19-24). اسیدهای آلیفاتیکی مانند 3-فنیل پروپانوئیک اسید و هگزانوئیک اسید و دی آلکیل دی سولفیدها در سیستم حاضر فعالیتی از خود نشان ندادند.

برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد مکانیسم واکنش، از یک مهارکننده‌ی رادیکالی در واکنش مدل استفاده شد و دو فاکتور زمان و بازده مورد بررسی قرار گرفت(شکل 2). نتایج نشان داد که در حضور 6،6،2،2-تترامتیل پی پیریدین ان-اکسی(TEMPO) به‌عنوان گیرنده‌ی رادیکال، واکنش متوقف می شود و بازده محصول تیواتر به‌طور قابل‌توجهی کاهش می یابد. بنابراین، به‌احتمال زیاد واکنش از مسیر رادیکالی پیش می‌رود که منجر به تیول‌دار شدن همراه با حذف کربن دی اکسید از کربوکسیلیک اسیدها می‌شود. 

بر اساس نتایج فوق و آزمایش‌ کنترلی انجام‌ شده، مکانیسم احتمالی واکنش در شکل ۳ پیشنهاد شده است. در گام آغازین، مورفولین به عنوان یک نوکلئوفیل به دی‌سولفید حمله کرده که در نتیجه آن، حدواسط 4-فنیل‌تیومورفولین(I) به همراه یک مولکول تیوفنول ایجاد می‌شود. این حدواسط حاوی پیوند N–S است که به دلیل ماهیت ضعیف آن، در ادامه و تحت تأثیر 

شکل 2. واکنش کنترلی برای تعیین نوع مکانیسم واکنش.

 

شکل 3. مکانیسم پیشنهادی برای تشکیل آریل آلکیل سولفید ها از 2-آریل کربوکسیلیک اسیدها و دی آریل دی سولفیدها در حضور مورفولین.

حرارت، به‌صورت همولیتیک شکسته شده و دو گونه رادیکالی N-مورفولین رادیکال(II) و تیو فنیل‌ رادیکال(III) ایجاد می‌گردد. در مرحله بعد، مولکول کربوکسیلیک  اسید، در یک واکنش اسید-باز با پتاسیم کربنات به آنیون کربوکسیلات(IV) تبدیل می‌شود. این آنیون در مواجهه با گونه‌ی N-مورفولین رادیکال(II)، با دادن یک الکترون، به آن گونه، به رادیکال کربوکسیل(VI) تبدیل می شود. از طرفی، در نتیجه این فرآیند، N-مورفولین رادیکال(II) به آنیون مربوطه(V) کاهیده شده و سپس از طریق دریافت پروتون از بی‌کربنات (HCO₃⁻)مجدداً به مورفولین بازیابی می‌شود؛ این گام، چرخه رادیکالی مورفولین را کامل می‌کند. رادیکال کربوکسیل(VI)، ناپایدار بوده و با از دست دادن یک مولکول CO2، به رادیکال بنزیلی پایدارتر(VII) تبدیل می‌شود. این رادیکال در نهایت با ‌تیو فنیل رادیکال(III) حاصل از مرحله اول وارد اتحاد رادیکالی شده و فرآورده نهایی تیواتر را به وجود می آورد.

این مسیر واکنشی نه تنها نقش چندجانبه مورفولین را به‌عنوان نوکلئوفیل، منبع رادیکال و بازیافت‌پذیر در چرخه کاتالیزگری برجسته می‌سازد، بلکه چگونگی فعال‌سازی دی‌سولفید و تسهیل کربوکسیل زدایی تحت شرایط ملایم را نیز به‌خوبی تبیین می‌کند.

فعال نبودن اسیدهایی مانند 3-فنیل پروپانوئیک اسید و هگزانوئیک اسید در سیستم حاضر نشان می دهد که تشکیل رادیکال بنزیل برای انجام و ادامه واکنش ضروری می باشد. دی آلکیل دی سولفیدها هم احتمالا به دلیل پایداری کمتر رادیکال تیوآلکیل (•RS) نسبت به رادیکال تیوآریل (•ArS) و در نتیجه عدم تشکیل این رادیکال، در واکنش شرکت نکرده اند.

4- نتيجه گيری 

در این پژوهش، یک روش ساده، کارآمد و بدون نیاز به فلز برای سنتز تیواترهای آریل-آلکیل از اسیدهای کربوکسیلیک معرفی گردید. این فرایند در حضور دی‌آریل‌دی‌سولفید و مورفولین در محیط دی‌متیل‌فرم‌آمید و تحت شرایط بدون کاتالیزگر فلزی انجام شد و توانست با بهره‌گیری از یک مکانیسم رادیکالی همراه به حذف CO2، فرآورده های مورد نظر را با بازده‌ بالا تولید نماید. تحمل‌پذیری بالای سیستم نسبت به گروه‌های عاملی مختلف در ترکیبات دی سولفیدی و اسید، عدم نیاز به تیول‌های بدبو، استفاده از مواد اولیه ساده و مقرون‌به‌صرفه، و همچنین شرایط عملیاتی ملایم و قابل دسترس، از مهم‌ترین ویژگی‌های این روش به شمار می‌روند. نتایج به دست آمده تأیید می‌کند که روش ارائه‌ شده نه‌تنها نسبت به ساختار دی سولفید، بلکه در برابر تغییرات ساختاری در کربوکسیلیک اسید نیز از پایداری و کارایی بالایی برخوردار است. این دستاورد می‌تواند به‌عنوان یک راهبرد مؤثر در سنتز ترکیبات حاوی پیوند کربن-گوگرد مورد استفاده قرار گیرد و افق‌های جدیدی را در شیمی ترکیبات آلی و طراحی مسیرهای سنتزی پایدار بگشاید.

مراجع

1.       L. Li, Y. Ding. Mini Rev. Org. Chem. 14, 407- 431 (2017).  

2.       M. Kazemi, L. Shiri, H. Kohzadi. Phosphorus Sulfur Silicon Relat. Elem. 190, 978-1003 (2015).

3.       R. Wu, K. Huang, G. Qui, J.B. Liu. Synthesis 51, 3567-3587 (2019).

4.       L.O.C. Ong, N.G. Khaligh, J.J. Ching. Curr. Org. Chem. 24, 550-581 (2020).

5.       J. Xia, R. Yao, M. Cai. Appl. Organomet. Chem. 29, 221-225 (2015).

6.       S. Vilakumar, K. Pitchumani. J. Mol. Catal. A: Chem. 217, 117-120 (2004).

7.       M. Kazemi, H. Kohzadi, O. Abdi. J. Mater. Environ. Sci. 6, 1451-1456 (2015).

8.       R.N. Salvatore, R.A. Smith, A.K. Nischwitz, T. Gavin. Tetrahedron Lett. 46, 8931-8935 (2005).

9.       B.C. Duffy, K.T. Howard, J.D. Chisholm. Tetrahedron Lett. 56, 3301-3305 (2015).

10.        K.C. Kumara Swamy, N.N.B. Kumar, E. Balaraman, K.V.P. Pavan Kumar. Chem. Rev. 109, 2551-2651 (2009).

11.       V.J. Geiger, R.M. Oechsner, P.H. Gehrtz, I. Fleischer. Synthesis 54, 5139- 5167 (2022).

12.       F. Abedinifa, S. Bahadorikhalili, B. Larijani, M. Mahdavi, F. Verpoort. Appl. Organomet. Chem. 36, E6482 (2022).

13.       Z. Wu, D.A. Pratt. Nat. Rev. Chem. 7, 573-589 (2023).

14.       Y. Nishimoto, A. Okita, M. Yasuda, A. Baba. Org. Lett. 14, 1846-1849 (2012).

15.       W.L. Xing, D.G. Liu, M.C. Fu. RSC. Adv. 11, 4593-4597 (2021).

16.       P.J. Moon, R.J. Lundgren, ACS. Catal. 10, 1742-1753 (2020). 

17.       D.Y. Kong, P.J. Moon, W.Y Qian, R.J. Lundgren, Chem. Commun. 54, 6835-6838 (2018). 

18.       E. Shaikhi Shahidzadeh, N. Nowrouzi, M. Abbasi. Appl. Organomet. Chem. 33, e5211 (2019).

 

 

 

 

 

 

 

Metal-free radical decarboxylation: an efficient approach for the direct synthesis of aryl-alkyl thioethers from carboxylic acids 

Maral Salehi, Najmeh Nowrouzi,* Mohammad Abbasi        

 Chemistry Department, Faculty of Nano and Bio sciences and Technology, Persian Gulf University, Bushehr 75169,

Abstract: In this study, a direct and metal-free method for the synthesis of thioethers from carboxylic acids and diaryl disulfides is introduced. The reaction is carried out in the presence of morpholine and base in dimethylformamide solvent and by a radical mechanism involving decarboxylation. This process offers a new route to the preparation of aryl-alkyl thioethers with high yield, tolerance of diverse functional groups, and without the need for thiol or metal catalysts.

Iran.

Keywords: Thioether, Carboxylic acid, Morpholine, Radical decarboxylation, Metal-free.

https://doi.org/10.71508/crn.2025.140403121208686

 

تاریخ دریافت : 12/3/۱404         سال چهارم | شماره 1 | بهار ۱404                1

تاریخ پذیرش : 21/3/۱404