При взаимодействии альдегидов и кетонов с тиолами (серными аналогами спиртов) образуются аналогичные продукты присоединения тиоацетали, которые также называют меркаптали, и тиокетали. При чем в аналогичных условиях реакций выходы тиоацеталей или тиокеталей обычно выше, чем ацеталей или кеталей:
Рисунок 1.
После того как было обнаружено, что скелетный никель Ренея вызывает обессеривание сульфидов тиоацетали и тиокетали стали применять в реакциях превращения карбонильной группы в $CH_2$-группу. Оба процесса: образование тиокеталей и десульфуризация идут в очень мягких условиях при 20-50 $^\circ$С, что нередко позволяет проводить эту реакцию в присутствии других функциональных групп:
Рисунок 2.
Тиоацетали углеводородов и моносахаридов
Тиоацетали (меркаптали) образуются при воздействии на углеводы меркаптанов (в избытке) при охлаждении в кислой среде. Характерной особенностью меркапталей является то, что они существуют исключительно в ациклические форме (в отличие от других производных сахаров).
Рисунок 3.
Если синтез меркапталей проводить при $t > 0^\circ$ C и в течение длительного времени, то кроме основного продукта образуются еще примеси аномерных тиогликозидов (поскольку реакция происходит в концентрированной соляной кислоте возможен частичный гидролиз меркапталя).
С меркаптанами способны взаимодействовать все восстановительные сахара: альдозы, кетозы, аминокислот и дезоксицукры, уроновые кислоты и др.
Значение тиоацеталей
Тиоацетали являются ценными соединениями для синтетической химии углеводов. Они устойчивы в:
- нейтральной ($pH 7$) среде;
- щелочной ($pH > 7$) среде;
- слабокислой ($pH
Тиоацетальная группа не восстанавливается комплексными гидридами щелочных металлов, а также не окисляется тетраацетатом свинца и, в определенных условиях, перйодатом натрия. Тиоацетальная группа может быть легко превращена в исходную карбонильную группу, благодаря чему их используют как специфическую защиту карбонильной функции в различных преобразованиях углеводов. Кроме того, тиоацетальные производные углеводов используют для выделения, идентификации, установления строения сахаров.
Для получения исходного моносахарида с меркапталя, последний обрабатывают избытком сулемы в присутствии карбоната кадмия или желтого оксида ртути, которые нужны для нейтрализации хлороводорода, который выделяется в процессе реакции. Также тиоацетальний фрагмент легко превращается в карбонильный под действием брома в разведенной уксусной кислоте. Если снятие тиоацетальной группы проводить с помощью сулемы или брома в абсолютном спирте, то получают гликозиды сахаров. Важно, что размер цикла гликозида зависит от условий реакции, при охлаждении в нейтральной среде преимущественно образуются фуранозиды, а при нагревании или в кислой среде - пиранозиды.
Рисунок 4.
Реакции с изменением размера кислородсодержащего цикла
Защитные функции тиоацетальной группы используют, в частности, в реакциях, происходящих с изменением размера кислородсодержащего цикла.
Например, при воздействии на диэтилмеркапталь $D$-галактозы трифенилхлорметаном в пиридине реакция происходит региоселективно: алкилируется исключительно первичная спиртовая группа. Свободные гидроксильные группы дальше защищают ацилированием уксусным ангидридом в пиридине. На следующей стадии осторожно кислотным гидролизом снимают трифенилметильную защитную группу и высвобождают первичную спиртовую группу. Далее при воздействии на полученное соединение сулемой получают ацетат галактосептанозы. Это был первый пример производных сахаров, содержащих семичленный кислородсодержащий цикл. Такой подход используют для реакций расширения цикла углеводов.
Рисунок 5.
Аналогичный принцип используется для сужения пиранозного цикла к фуранозному, но свободной в этом случае оставляют $HO$-группу у атома $C-4$.
Образование аль-форм сахаров
Если все гидроксильные группы в молекуле меркапталя защищены (например, ацильной защитой), то снятие тиоацетальной группы под действием сулемы или брома в водной среде приводит к образованию аль-форм сахаров (соединений со свободной карбонильной группой).
В случае проведения этой реакции не в водной среде, а в абсолютном спирте получают ацеталь аль-формы. Такой подход является единственным методом получения ацеталей аль-форм сахаров.
Рисунок 6.
