Сульфоксиды

Первичными продуктами окисления тиоэфиров являются сульфоксиды. В качестве окислителей тиоэфиров может использоваться пероксид водорода в кислой среде, элементный иод и другие окислители. Многотоннажное производство диметилсульфоксида основано на окислении азотной кислотой диметилсульфида – побочного продукта целлюлозно-бумажной промышленности.

Сульфоксиды ароматического ряда могут быть получены по реакции соответствующих ароматических соединений с диоксидом серы при катализе кислотами Льюиса или сильными кислотами:

Сульфоксиды имеют пирамидальное строение и поэтому сульфиды с разными заместителями у атома серы прохиральны – их окисление в сульфоксиды приводит к образованию рацемической смеси пространственных изомеров, которую можно разделить на стереомеры, так как рацемизация их при комнатной температуре идёт очень медленно. Так, например, одним из лекарственных препаратов с сульфоксидной функциональной группой является нейролептик модафинил:

Его применяют для лечения сонливости и в качестве мягкого психостимулятора. При этом оказалось, что R-изомер модафинила (армодафинил) заметно превосходит по активности рацемическую смесь изомеров. Правда, во многих странах модафинил внесен в список потенциальных наркотических средств и запрещен ВАДА к использованию спортсменами.

Сульфоксидная функциональная группа содержится также в молекулах средств для лечения язвы желудки омепразола и лансопразола, действие которых основано на ингибировании протонного насоса (К⁺,Н⁺-АТФазы), генерирующего кислотную среду в желудке. И в этом случае более эффективным оказался один из пространственных изомеров омепразола по сульфоксидной группе (S-изомер, эзомепразол):

Высокая полярность сульфоксидной группы и пирамидальная структура молекулы делают сульфоксиды хорошими лигандами для комплексообразования. В соответствии с этим диметилсульфоксид является одним из самых распространенных апротонных полярных растворителей в лабораторной практике. Он менее токсичен, чем другие высокополярные растворители (диметилформамид, гексаметапол и др.).

Полярные апротонные растворители специфически сольватируют катионы, вследствие чего реакции нуклеофильного замещения металлированных производных протекают в них на несколько порядков быстрее, чем в протонных растворителях, снижающих реакционную способность нуклеофильного реагента в результате образования водородных связей.

Под названием димексид диметилсульфоксид используется в фармакологии в качестве местного противовоспалительного и обезболивающего средства. Его вводят также в состав лекарственных средств, предназначенных для трансдермального введения активных начал. В смеси с водой в концентрации от 10 до 50 % он значительно ускоряет поступление лекарств через кожу.

При использовании диметилсульфоксида в качестве растворителя надо учитывать достаточно высокую реакционную способность этого вещества. Так, например, диметилсульфоксид может выступать в роли окислителя. В реакции с первичными алкилгалогенидами или сульфонатами он образует сульфоксониевые соли, которые разлагаются действием третичных аминов на альдегид и диметилсульфид (реакция Корнблюма), а п‑толилсульфонат (тозилат) вторичного спирта в реакции с диметилсульфоксидом и триэтиламином превращается в кетон:

Ещё один способ превращения первичных и вторичных спиртов в альдегиды и кетоны представлен окислением по Сверну. В этом случае диметилсульфоксид реагирует с оксалилхлоридом с образованием хлорида диметилхлорсульфония, который далее в присутствии основания реагирует со спиртом по схеме:

Окислительным превращением алкильного остатка в хлорформиатах сопровождается их реакция с диметилсульфоксидом в присутствии оснований:

Диметилсульфоксид реагирует также с другими ацилирующими реагентами. При этом атом серы восстанавливается, а в одной из связанных с атомом серы алкильных групп повышается степень окисления. В качестве примера приводится реакция метилэтилсульфоксида с уксусным ангидридом (R. Pummerer, 1909), в результате которой происходит окислительное превращение связанной с атомом серы этильной группы, протекающее с образованием ацетильного производного S‑метилполутиоацеталя:

С гидридом натрия диметилсульфоксид реагирует с выделением водорода:

Образующийся при этом димсилнатрий можно использовать в качестве сильного основания в гомогенной среде.

Диметилсульфоксид нельзя использовать в качестве растворителя при проведении реакций с участием первичных аминов, так как он реагирует с ними с образованием сульфимидов:

В реакции сульфоксидов с алкилаторами образуются соли сульфоксония. Так, например, метилиодид переводит диметилсульфоксид в иодид триметилсульфоксония:

Важная область применения образующихся при алкилировании тиоэфиров и сульфоксидов сульфониевых и сульфоксониевых солей представлена реакциями, известными как реакции Джонсона-Кори-Чайковски (Johnson-Corey-Chaykovsky) или реакции Кори-Чайковски. При действии сильных оснований на соли сульфония и, соответственно, сульфоксония они превращаются в илидные соединения:

Диметилсульфид и диметилсульфоксид являются хорошими уходящими группами, и поэтому в реакциях с непредельными соединениями илиды на основе серы встраивают алкилиденовые группы по двойным связям с образованием трёхчленных циклов. При этом метилид диметилсульфония используется преимущественно для получения оксиранов (эпоксидов). Так, например, в производстве эффективного триазольного фунгицида тебуконазола на предпоследней стадии получают эпоксидное соединение действием на 2‑(4-хлорфенил)этилтретбутилкетон метилида диметилсульфония, образующегося из бромида триметилсульфония и третбутилата калия:

Далее полученное соединение реагирует с триазолятом натрия с раскрытием оксиранового цикла.

В смеси диметилсульфоксида с тетрагидрофураном метилид диметилсульфоксония, полученный из иодида триметилсульфоксония и гидрида натрия, реагирует преимущественно с этиленовыми двойными связями с образованием циклопропанового структурного элемента, например:

Если в реакции циклопропанирования должен участвовать алкилиденовый фрагмент, отличный от метиленовой группы, реакцию проводят с илидом, образующимся из галогенида алкилдифенилсульфоксония или алкилдифенилсульфония. Так, например, один из способов получения эфира хризантемовой кислоты, используемой для получения пиретроидных инсектицидов, включает взаимодействие изопропилида дифенилсульфоксония с эфиром 5-метилгекса-2,4-диеновой кислоты:

Вторым продуктом этой реакции становится дифенилсульфоксид, который можно возвращать в процесс для получения изопропилида дифенилсульфоксония.

Метилид диметилсульфоксония реагирует также с оксиранами. Так, например, глицидиловые эфиры реагируют с ним с образованием алкоксиоксетанов. В третбутаноле при температуре 50 °С эта реакция протекает в течение времени около 4 суток:

По аналогичной схеме можно переводить азиридины в азетидины.