Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Синтез, химические свойства и биологическая активность замещённых бензофуроксанов и бензофуразанов 11
1.1. Синтез, химические свойства и биологическая активность замещённых бензофуроксанов и бензофуразанов 11
1.1.1. Синтез бензофуроксанов и бензофуразанов 12
1.1.2. Химические свойства замещённых бензофуроксанов 16
1.1.3. Химические свойства замещённых бензофуразанов 28
1.1.4. Биологическая активность замещённых бензофуроксанов и бензофуразанов 34
1.2. Синтез, свойства, биологическая активность четвертичных фосфониевых солей 43
1.2.1. Синтез четвертичных фосфониевых солей 44
1.2.2. Химические свойства солей фосфония 46
1.2.3. Биологическая активность четвертичных солей фосфония 49
Глава 2. Синтез, строение и биологическая активность четвертичных солей фосфония на основе реакций третичных фосфинов с некоторыми азотистыми гетероциклами и высшими галоидными алкилами {Обсуждение результатов) 55
2.1 .Реакции третичных фосфинов с 5,7-дихлор -4,6-динитробензофуроксаном 56
2.1.1. Реакция 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуроксана(Г) с трифенилфосфином 57
2.1.2. Реакция 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуроксана (I) с трициклогексилфосфином 66
2.1.3. Реакция 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуроксана (I) с дифенилциклогексилфосфином 68
2.1.4. Реакция 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуроксана (I) с трис-(пара-метоксифенил)фосфином 70
2.1.5. Реакция 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуроксана (I) с трис-(пара-фторфенил)фосфином 74
2.1.6. Реакция 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуроксана (I) с бис-(диэтиламино)фенилфосфином 77
2.2. Реакции третичных фосфинов с 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуразаном 82
2.2.1 Реакция 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуразана (II) с трифенилфосфином в соотношени 1:2 82
2.2.2. Реакция 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуразана (II) с трифенилфосфином в соотношени 1:4 86
2.2.3. Реакции 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуразана (II) с трициклогексилфосфином 89
2.2.4. Реакция 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуразана (II) с трис-(пара-метоксифенил)фосфином 93
2.2.5. Реакция 5,7-Дихлор-4,6-динитробензофуразана (Ц) с трис-(п-фторфенил)фосфином 96
2.3^минирование бензофуроксана (I) и -фуразана (II) различными аминами 100
2.3.1. Взаимодействие дихлординитробензофуроксана (I) с рядом замещённых анилинов и сульфаниламидов 100
2.3.2. . Реакции дихлординитробензофуроксана (I) со вторичными аминами 105
2.3.3. Реакции дихлординитробензофуроксана (I) с высшими первичными аминами 112
2.3.4. Реакции дихлординитробензофуроксана с рядом замещённых сульфаниламидов 114
2.3.5. Реакции 5,7-4,6-дихлординитробензофуразана (II) со вторичными аминами 117
2.4. Четвертичные фосфониевые соли с высшими алкильными заместителями
2.5. Комплексы четвертичные фосфониевых солей с 5,7-дихлор-4,6- д ин итробензофуроксаном и - фуразаном 131
2.6. Биологическая активность синтезированных соединений 136
Глава 3. Экспериментальная часть 139
3.1. Реакции дихлординитробензофуроксана с фосфорными нуклеофилами 13 9
3.2. Реакции дихлординитробензофуроксана с фосфорными нуклеофилами 142
3.3. Аминирование бензофуроксана и -фуразана различными аминами 144
3.3.1. Взаимодействие бензофуроксана (I) с замещенными анилинами 144
3.3.2. Реакции дихлординитробензофуроксана со вторичными аминами 146
3.3.3. Реакции дихлординитробензофуроксана (I) с высшими первичными аминами 147
3.3.4. Реакции дихлординитробензофуроксана с рядом замещённых сульфаниламидов 149
3.3.5. Реакции дихлординитробензофуразана (II) со вторичными аминами 150
3.4. Четвертичные фосфониевые соли с высшими алкилами 151
3.5. Комплексы четвертичные фосфониевых солей с 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуроксаном и - фуразаном 153
3.6. Приборы, использованные в исследовании 156
Выводы 157
Список литературы 159
- Химические свойства замещённых бензофуразанов
- Реакция 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуроксана (I) с трициклогексилфосфином
- Реакция 5,7-Дихлор-4,6-динитробензофуразана (Ц) с трис-(п-фторфенил)фосфином
- Комплексы четвертичные фосфониевых солей с 5,7-дихлор-4,6- д ин итробензофуроксаном и - фуразаном
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время для ведущих химических лабораторий мира все более актуальной становится проблема направленного синтеза биологически активных веществ и лекарственных препаратов нового поколения, сочетающих в себе такие свойства, как высокая эффективность, широкий спектр биологической активности по отношению к основным видам патогенной микрофлоры в сочетании с низкой токсичностью, отсутствие побочных эффектов, направленный транспорт к очагу инфекции. Одним из наиболее эффективных современных подходов в этом направлении является функционализация заведомо биоактивной «каретки-носителя» различными фармакорфорными группами. В настоящем исследовании в качестве таких «кареток-носителей» были выбраны дихлординитробензофуроксан и соответствующий бензофуразан, обладающие выраженной биологической активностью и содержащие одновременно как нуклеофильные, так и электрофильные реакционные центры, по которым можно проводить эффективную функционализацию потенциальными фармакофорами. Выбор данных гетероциклов не случаен ввиду их близкого структурного сходства с нуклеиновыми основаниями ДНК и РНК (аденином, гуанином). Несмотря на то, что различные замещенные бензофуроксаны и бензофуразаны представляют большой теоретический и практический интерес и широко исследуются во всём мире, объекты настоящего исследования – суперэлектрофильные дихлординитробензофуроксан и дихлординитробензофуразан – изучены явно недостаточно как в плане их реакционной способности по отношению к различным нуклеофильным реагентам, так и в плане биологической активности образующихся в этих реакциях продуктов. Так, например, в литературе до сих пор нет ни одного надежного факта введения в молекулы бензофуроксанов и бензофуразанов фосфорорганических заместителей – мощнейших потенциальных фармакофоров.
Другим биомиметическим подходом, реализованным в настоящей работе, является синтез аналогов фрагментов природных клеточных мембран – в частности, четвертичных фосфониевых солей с высшими алкильными радикалами, аналогов фосфолипидов.
Целью данной диссертационной работы является направленный синтез в рамках биомиметического подхода новых биологически активных веществ посредством функционализации дихлординитробензофуроксана и -бензофуразана биогенными фосфорными и азотистыми нуклеофилами, а также четвертичных солей фосфония с высшими алкильными радикалами – аналогов фосфолипидных фрагментов клеточных мембран – на основе реакций третичных фосфинов с указанными азотистыми гетероциклами и высшими галоидными алкилами; изучение строения и биологической активности синтезированных соединений, разработка на их основе новых лекарственных препаратов для ветеринарии и медицины.
В задачи исследования входило:
Поиск новых классов физиологически активных ФОС на основе систематического исследования неизвестных ранее реакций фосфорилирования азотистых гетероциклов – дихлординитробензофуроксана и дихлординитробензофуразана – широкой серией третичных фосфинов.
Изучение строения и биологической активности образующихся продуктов, разработка эффективных методов их направленного синтеза.
Разработка эффективных методов синтеза четвертичных фосфониевых солей с высшими алкильными радикалами – аналогов компонентов клеточных мембран – на основе реакций третичных фосфинов с высшими галоидными алкилами. Получение широко ряда указанных соединений, изучение их антибактериальной и антимикотической активности в отношении наиболее распространенной патогенной микрофлоры.
Изучение механизма биологического действия четвертичных фосфониевых солей с высшими алкильными радикалами путем количественного исследования как их взаимодействия с моделью биологической мембраны (1-пальмитоил-2-олеил-sn-глицеро-3-фосфатидилхолин, SIGMA) методом ленгмюровских монослоев, так и самоорганизации в разбавленных растворах.
На основе результатов проведенных систематических исследований разработка и лабораторные испытания совместно со специалистами Казанского государственного технологического университета, Казанского государственного медицинского университета, Казанской государственноой медицинской академии, Казанской государственноой академии ветеринарной медицины и ОАО «Татхимфармпрепараты» новых отечественных лекарственных препаратов: антипаразитарных противонематодозных фармацевтических композиций, а также антимикотических и антибактериальных фармацевтических субстанций для глазных мазей и капель на основе синтезированных ФОС.
Научная новизна работы и выносимые на защиту положения. В ходе работы впервые проведена функционализация дихлординитробензофуроксана и соответствующего бензофуразана третичными фосфинами. Открыты новые реакции, приводящие к продуктам моно- и дифосфорилирования – часто необычного строения: четвертичных фосфониевых солей, кетоилидов, стабильных свободных радикалов. В сравнительном плане изучены также реакции аминирования указанных гетероциклов широкой серией первичных и вторичных аминов и показано, что в случае дихлординитробензофуроксана независимо от соотношения реагентов образуются только продукты диаминирования с замещением обоих атомов хлора в ароматическом кольце бензофуроксана, тогда как в случае дихлординитробензофуразана при соотношении реагентов 1:2 возможно образование и продуктов монозамещения. Разработан эффективный метод синтеза четвертичных фосфониевых солей с высшими алкильными радикалами. Получена широкая серия высших четвертичных солей фосфония – аналогов фосфолипидных компонентов клеточных мембран, а также впервые получены комплексы этих солей с дихлординитробензофуроксаном. Структура всех ключевых соединений доказана методом рентгеноструктурного анализа. Проведено систематическое исследование всех полученных соединений на биологическую активность по отношению к наиболее распространенным видам патогенной микрофлоры и гельминтам. При этом выявлено значительное число соединений с крайне высокой биологической активностью.
На защиту выносятся:
-
Реакции третичных фосфинов с дихлординитробензофуроксаном и дихлординитробензофуразаном, приводящие к продуктам фосфорилирования необычного строения. Разработанные на этой основе методы синтеза фосфорзамещенных бензофуроксанов и бензофуразанов.
-
Строение образующихся в этих реакциях фосфорзамещенных бензофуроксанов и бензофуразанов.
-
Синтез и строение новых продуктов аминирования дихлординитробензофуроксана и -фуразана первичными и вторичными аминами и амидами – в том числе, сульфаниламидами.
-
Новый метод синтеза четвертичных фосфониевых солей с высшими алкильными радикалами и их комплексов с дихлординитробензофуроксаном и -фуразаном.
-
Биологическая активность синтезированных соединений и их композиций.
Практическая значимость работы состоит как в разработке методов синтеза неизвестных ранее биологически активных ФОС, так и в создании на их основе конкретных новых лекарственных препаратов для лечения глазных болезней и гельминтозов животных, что защищено двумя зарегистрированными в 2009 году заявками на патенты РФ.
Личный вклад автора заключается в разработке методов направленного синтеза новых биологически активных веществ на основе реакций гетероциклических систем и фосфорорганических соединений; идентификации новых полученных соединений и установлении их структуры; исследовании биологической активности синтезированных соединений; обобщении полученных результатов и анализе литературных данных. Большая часть экспериментальных результатов получена автором лично или при его непосредственном участии.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: XIV International conference on the chemistry of phosphorus compounds (ICCPC-14) (Казань, 2005); V, VI, VII, VIII, IX научных конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов "Материалы и технологии XXI века" (Казань, 2005 г., 2006 г., 2007 г., 2008 г., 2009 г.); International conference «Chemistry of nitrogen containing heterocycles» (CNH) (Харьков, 2006 г.); XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. (Москва, 2007 г.); Международная научно-техническая конференция «Современные проблемы спец. техн. химии» (Казань, 2007 г.); XV International conference on the chemistry of phosphorus compounds (ICCPC-15) (Санкт-Петербург, 2008 г.); Российская конференция «Фармакология и токсикология ФОС и других биоактивных веществ» (Казань, 2008 г.); Конференция по химии нитросоединений и родственных азот-кислородных систем, «Нитро-100» ИОХ (Москва, 2009 г.).
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 11 статьях, опубликованных в зарубежных и центральных российских изданиях, а также в тезисах 17 докладов на конференциях различного уровня и 2 зарегистрированных заявках на патенты РФ. Публикации по теме диссертации написаны в соавторстве с научным руководителем к.х.н. доцентом Галкиной И.В. Д.х.н. проф. Галкин В.И. и д.х.н. проф. Бердников Е.А. принимали участие в обсуждении результатов исследования. Д.ф.-м.н. проф. Тагиров М.С., к.ф.-м.н. с.н.с. Розенцвайг Ю.К. и к.ф.-м.н. с.н.с. Орлинский С.Б. принимали участие в записи и интерпретации ЭПР-спектров. Д.ф.-м.н. проф Ильясов А.В. и к.ф.-м.н. с.н.с. Гнездилов О.И. принимали участие в записи и интерпретации ЯМР-спектров. К.х.н. Сахибуллина В.Г. записывала и интепретировала ИК-спектры. PhD, научный сотрудник университета Мюнстера (ФРГ) Г. Люфтманн записывал и интепретировал масс-спектры. Сотрудники ИОФХ д.х.н. Катаева О.Н., д.х.н. Литвинов И.А. и к.х.н. Криволапов Д.Б. выполняли рентгеноструктурные исследования. Д.х.н. проф. Юсупова Л.М. (КХТУ) и к.х.н. Левинсон Ф.С. (КХТУ) синтезировали и предоставили для исследования соответственно дихлординитробензофуроксан и дихлординитробензофуразан. Д.фарм.наук проф. Егорова С.Н. (КГМУ) руководила разработкой лекарственных форм препаратов, доктора ветеринарных наук КГВМА проф. Шакуров М.Ш. и проф. Лутфуллин М.Х. руководили лабораторными и полевыми испытаниями на животных глазных мазей и капель «Астра» и антигельминтного препарата «Дегельм». Заведующий кафедрой фармакологии Нижегородского медицинского университета д.х.н. проф. Мельникова Н.Б. с сотрудниками изучали механизм взаимодействия синтезированных фосфониевых солей с моделями клеточных мембран. Микробиологические исследования проведены сотрудниками кафедры микробиологии КГМА к.м.н., доц. Шулаевой М.П., под руководством проф. Поздеева О.К.
Автор выражает глубокую признательность всем принимавшим участие в настоящем исследовании за плодотворное сотрудничество.
Работа выполнена на кафедре высокомолекулярных и элементоорганических соединений Химического института им. А.М. Бутлерова Казанского государственного университета в рамках основного научного направления «Синтез, строение, реакционная способность и практическое применение органических, элементоорганических и координационных соединений», а также при финансовой поддержке совместной российско-американской программы «Фундаментальные исследования и высшее образование» (BRHE): грант CRDF № BP4M07 и грант Минобрнауки РФ № 2.2.2.2/5013.
Объем и структура работы. Работа изложена на 173 страницах, содержит 5 таблиц, 67 рисунков, 12 схем и 158 библиографических ссылок. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы и приложения.
В первой главе рассмотрены литературные данные по проблеме. Во второй главе обсуждаются результаты исследования реакций фосфорилирования и аминирования объектов исследования. В третьей главе описана экспериментальная часть работы.
Химические свойства замещённых бензофуразанов
Реакции нуклеофильного замещения являются наиболее изученными в ряду бензофуразанов. Благодаря электроноакцепторному характеру фуразанового цикла производные бензофуразана легко вступают в эту реакцию. Особенностью бензофуразанов является чрезвычайно сильная активация их нитрогруппои по отношению к нуклеофильным реагентам. Например, введение в галогенбензофуразаны нитрогруппы увеличивает скорость замещения галогена в 10-10 раз, тогда как для соответствующих производных бензола эта величина составляет 103-10б[45]. Д. Монте с сотрудниками показали, что к нуклеофильному замещению более активировано положение 5. Они объясняют это электростатическим отталкиванием неподеленной электронной пары азота фуразанового цикла с отрицательно заряженным атакующим нуклеофилом (эффект «электростатического зонтика»), что затрудняет атаку нуклеофилом положения 4. Галогеннитробеизофуразаны взаимодействуют с метилатом натрия при низких температурах с высоким выходом соответствующих метоксинитробензофуразанов [45,46]: Замещение галогена в субстратах, не содержащих нитрогрупп, идет менее однозначно. Ди Нунно с сотрудниками обнаружили, что при взаимодействии галогенбензофуразанов с алкокси- и тиоалкокси-анионами наряду с нормальным замещением имеет место и «кине-замещение» [47-49]: Hal 4-Галогенбензофуразаны более склонны к «кине-замещению» по сравнению с 5-изомерами. При этом склонность к аномальному ходу реакции 4-замещенных увеличивается в ряду F С1 Вг I. Для 4-фторбензофуразана «кине-замещение» наблюдается редко. С повышением температуры реакции доля продукта «кине-замещения» уменьшается [47-50]. Явление «кине-замещения» протекает по механизму присоединения-отщепления, который конкурирует с Бдг - механизмом [47-50]: Hal AlkOH Способность галогенбензофуразанов к «кине-замещению» указывает на их двойственную (ароматическую и хиноидную) природу. Хиноидныи характер проявляется и в 5-хлор-6-нитробензофуразане, в котором нитрогруппа не активирует галоген, так как положения 5 и 6 связаны одинарной связью. Поэтому при умеренных температурах замещение хлора на метоксильную группу не происходит [51], а в более жестких условиях протекает образование 4-метилацеталь-6-метоксибензофуразанхинонмоно-оксима либо 4-метилацеталь-6-хлорбензофуразанхинонмонооксима [52]:
Значительный интерес представляет замещение галогена на азидную группу. Галогены, активированные нитрогруппой, легко замещаются азид-ионом. Замещение хлора в 4-хлор-7-нитробензофуразане на азидную группу проходит быстро при нагревании в ДМСО [53]: NaN3 Более активный 4-нитро-5-хлорбензофуразан реагирует с азидом натрия в смеси ацетон-метанол при комнатной температуре. При этом происходит самопроизвольное выделение азота с образованием фуроксанобензофуразана [54]: Гладко происходит взаимодействие с азидом натрия и 4-хлор-5,7-динитробензофуразана. При этом промежуточный азид также не фиксируется, спонтанно реализуется образование 4-нитро-6,7-фуроксанобензофуразана. Реакция 4-иитро-5,6-дихлор- и 4-нитро-5,7-дихлор(бром)бензофуразанов с азидом натрия идет по положению 5. Образующиеся при этом азидонитрогалогенбензофуразаны оказались более устойчивыми, в связи с этим для циклизации требуется нагревание [55,56]: Результаты взаимодействия указанных дигалогеннитробензофуразанов с азидом натрия наглядно свидетельствуют о большей подвижности галогена в положении 5, чем в положении 7. Эта особенность проявляется 4-нитро-5,7-дигалогенбензофуразанами не только во взаимодействии с азид-ионом, но и в реакции с аммиаком [57]: Нитробензофуразаны легко взаимодействуют с гидроксиламином в щелочной среде, чем напоминают нитробензолы [58,59]. 4-Нитробензофуразан аминируется в положение 5, 5-нитробензофуразан - в положение 4, причем введенная аминогруппа способна замещаться на гидроксил при непродолжительном кипячении ( 2 мин) в 10%-ном водном растворе щелочи: 5,7-Динитробензофуразан также легко аминируется гидроксиламином в положение 4 [59,57]. Попытки ввести вторую аминогруппу с использованием избытка реагента не привели к успеху. В этих условиях аминогруппа подвергается гидролизу с образованием гидроксипроизводного бензофуразана [57]: Особенности аминирования 5,7-динитробензофуразана гидроксил-амином свидетельствуют о высокой чувствительности к нуклеофильной атаке положения 4. На этом основывались попытки синтеза 4,6-диамино-5,7-динитробензофуразана на основе 6-амино-5,7-динитробензофуразана. Однако было показано, что последний гидроксиламином не аминируется, это согласуется с отрицательным результатом аминирования 7-амино-4-нитробензофуразана.
В то же время 4-нитро-7-хлор(бром)бензофуразан и 6-хлор-5-нитробензофуразан аминируются легко -первый в положение 5 (как и 4-нитробензофуразан), второй в положение 4 (как и 5 нитробензофуразан). Эти данные свидетельствуют, что гидроксиламин не является универсальным средством введения аминогруппы в нитросодержащие бензофуразаны. Наличие в системе аминогруппы как мощного электронодонора достаточно эффективно снижает дефицит л:-электронной плотности ароматической системы. Значительно большими возможностями в этом плане обладают галогеннитробензофуразаны. В частности, задача синтеза диаминодинитробензофуразана была решена с использованием аммонолиза дихлординитробензофуразана: круг хлорнитробензофуразанов. В наибольшей мере эти реакции характерны для динитропроизводных, которые реагируют даже с таким слабым нуклеофилом как вода [57]. Высокая подвижность хлора в изомерных 4-нитро-7-хлор- и 5-нитро-7-хлорбензофуразанах, а также реализованная ранее возможность перевода 4-нитробензофуразана в 4-аминофуразан использованы в двухступенчатом синтезе новых аминов бензофуразанового ряда [60,61]. Восстановление нитрогруппы в полупродуктах проводили хлоридом олова в концентрированной соляной кислоте. Результаты восстановления нитрогруппы в замещенных бензофуразанах [62]:
Реакция 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуроксана (I) с трициклогексилфосфином
Дальнейшие исследования были посвящены расширению ряда третичных фосфинов в реакциях с данным бензофуроксаном. Нам представлялось интересным проследить ход реакции и образование продуктов фосфорилирования при варьировании заместителей у атома фосфора в третичных фосфинах. С этой целью мы решили вначале заменить фенильные группы в трифенилфосфине на неароматические циклогексильные. В результате реакции фуроксана (I) с трициклогексилфосфином образуется продукт монозамещения: Реакция протекает легко при комнатной температуре с образованием кристаллов оранжевого цвета с Тразл= 267 С. Строение полученного продукта подтверждено комплексом физико-химических методов. В спектре ЯМР Р продукта фиксируется сигнал в области 33.7 м.д.(рис. 9). Пространственная конфигурация продукта определена методом РСА (рис. 10). Рис. 10. Молекулярная структура продукта 2 В данном случае, предположительно по схеме 3, происходит элиминирование двух молекул оксида азота, но сохраняются оба атома хлора, один из которых меняет своё положение в цикле, связываясь с атомом углерода. При этом, можно говорить о том, что атака нуклеофила осуществляется по атому углерода, связанному с нитро-группой, а не с атомом хлора, как в случае реакций с трифенилфосфином. Таким образом, замена фенильных групп в молекуле третичного фосфина на близкие по структуре (шестичленный цикл), но уже не ароматические, а алифатические циклогексильные приводит к образованию продукта уже не ди-, а моно-фосфорилирования.
Реакция 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуроксана (I) с дифенилциклогексилфосфином Описанное выше драматичное изменение хода реакции при замене трех фенильных заместителей на циклогексильные, которое могло быть связано с одновременным существенным изменением как электронных, так и стерических факторов в молекуле третичного фосфина, побудило нас изучить аналогичную реакцию дихлординитробензофуроксана (I) с дифенилциклогексилфосфином, который отличается от трифенилфосфина заменой лишь одного фенильного заместителя на изоструктурный алифатический циклогексильный радикал. Оказалось, что реакция бензофуроксана с дифенилциклогексилфосфином протекает совершенно аналогично описанной выше реакции с трициклогексилфосфином с образованием такого же продукта монозамещения 3 с Тщ, с разл 156.84С и химическим сдвигом ядра атома фосфора в ЯМР 31Р спектре в области 28 м.д. Окончательное строение полученного продукта подтверждено методом РСА (рис.12). Очевидно, что взаимодействие дифенилциклогексилфосфина с дихлординитробензофуроксаном (I) протекает в полном соответствии со схемой 3, предложенной ранее для реакции с трициклогексилфосфином. Таким образом, из полученных результатов для реакций бензофуроксаном (I) с трициклогексилфосфином и дифенилциклогексил-фосфином, видно, что замена уже одного фенильного радикала на алифатический приводит к образованию продукта монозамещения. Полученные выше данные указывают на то, что вряд ли стерический эффект является определяющим в переключении канала реакции с дифосфорилирования на монофосфорилирование, поскольку трифенилфосфин и дифенилциклогексилфосфин в плане стерических требований отличаются весьма несущественно.
Скорее всего, причиной столь кардинального различия является электронный (донорный) эффект циклогексильных заместителей, который, с одной стороны, увеличивает нуклеофильность третичного фосфина и делает его более активным по отношению к различным электрофильным центрам бензофуроксана (I), способным замещать уже и нитрогруппу. С другой стороны, донорные заместители у атома фосфора, уже вошедшего в бензофуроксановый цикл, способны заметно понизить электрофильность оставшихся реакционных центров, препятствуя, таким образом, атаке второй молекулы третичного фосфина. Для проверки этой гипотезы мы вовлекли в данные реакции триалрилфосфины с донорными заместителями в пара-положении ароматического кольца, которые не отличаются от трифенилфосфина по стерическим параметрам, однако существенно отличаются по электронным. И действительно, взаимодействие бензофуроксана (I) с трис-(пара-метоксифенил)фосфином протекает, в целом, аналогично реакции с трициклогексилфосфином и также приводит к продукту монозамещения. Однако, в этом случае в реакции, предположительно, принимает участие растворитель -этиловый спирт. При этом атом хлора замещается на гидрокси-группу с образованием в конечном итоге свободного радикала 4, чем продукт данной реакции и отличается от ранее описанных. Образование радикала N0 в процессе реакции зафиксировано и методом ЭПР (рис.13):
Реакция 5,7-Дихлор-4,6-динитробензофуразана (Ц) с трис-(п-фторфенил)фосфином
Строение полученного продукта было подтверждено методами ИК- (рис. 32) и "5 1 ЯМР Р (рис. 33) спектроскопии, термическая стабильность продукта 13 изучена при помощи совмещённого ТГ/ДСК анализа (рис.34). По данным ИК-спектроскопии (рис. 29) можно сделать вывод о сохранении бензофуразанового цикла: 1590 см ,1594 см"1, 1624 см" (О С=С-, С—N, ), 1498 см" , 1520 см" (C-N, С=С), а также спектры подтверждают наличие фосфониевого центра в продукте монозамещения 13: 499 см"1, 517 см"1, 538 см 1 (=С-Р-С), 803 см"1 (=С-Р), 1107 см" (=С-Р+). Также, отчётливо видна полоса в области 1163 см"1 (C-F) и в области 1242 см"1 (=С-СГ). Примечательно, что и в этом случае структура дихлорзамещенного фенолятного фосфабетаина 13 весьма напоминает структуру продукта 5, полученного в реакции данного фосфина с 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуроксаном (раздел 2.1.5) за естественным исключением фуроксанового атома кислорода и лишь той разницей, что фосфониевый и чувствительно к строению третичного фосфина, причем факторы этого строения близким образом сказываются на направлении реакций с фуроксаном и фуразаном. В продолжение исследований по синтезу новых биологически активных веществ и в плане сравнения с описанными выше реакциями фосфорилирования нами в диссертационной работе изучены также 20 реакций аминирования бензофуроксана (I) и соответствующего фуразана (II) различными аминами. Показано, что третичные амины не вступают во взаимодействие с указанными субстратами, видимо, в силу их существенно хменьшей нуклеофильности по сравнению с третичными фосфинами. Это хорошо согласуется с литературными данными [39,40], в соответствии с которыми подобное взаимодействие возможно лишь в присутствии воды за счет гидролиза по С-7 атому хлора с образованием 5-хлор-7-гидрокси-4,6-динитробензофуроксана - достаточно сильной кислоты, протонирующей третичные амины с образованием соответствующих солей. В этой связи мы изучили взаимодействие указанных фуроксана и фуразана с широкой серией первичных и вторичных аминов и показали, что во всех случаях образуются продукты диаминирования с замещением обоих атомов хлора и образованием соответствующих 5,7-диамино-4,6-динитробензофуроксанов и —фуразанов. Следует отметить, что до наших работ в литературе был известен лишь один надежно установленный случай успешного диаминирования 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуроксана (ДХДНБФ, (I) ) замещенным анилином [42,43] В наших исследованиях мы вовлекли в реакцию аминирования достаточно широкий ряд замещенных анилинов (продукты аминирования 14-18), вторичных аминов (продукты аминирования 19-22) и первичных аминов с потенциально фармакофорными группами при атоме азота - высшими алкильными и сульфаниламидными заместителями (продукты аминирования 23-31). 2n5 3i)R1__c s/C CiH Как уже отмечено выше, во всех случаях с высокими выходами получены продукты дизамещения обоих атомов хлора в молекулах дихлординитробензофуроксана (I), состав и строение которых подтверждены комплексом химических, физических и физико-химических методов: ТГ/ДСК, ИК-, ЯМР Н - спектроскопией, элементным и рентгеноструктурным анализом. Поскольку, как отмечено выше, реакции диаминирования ДХДНБФ (I) ранее удалось провести лишь для замещенных анилинов, мы также начали наше исследование с этого класса аминов, чтобы проверить, будут ли протекать подобные реакции не в водно-сульфоксидных или водно-изопропанольных средах, а в выбранных нами безводных растворителях (абсолютный этанол, диэтиловый эфир, либо их смесь).
Естественно, в эту реакцию вовлекались новые, неизученные ранее замещенные анилины. В среде абсолютного этанола при соотношении реагентов ДХДНБФ: амин 1:4 (две дополнительные молекулы амина необходимы для связывания двух молекул НС1, хотя на всех приводимых ниже схемах для их упрощения очевидное образование гидрохлоридов исходных аминов не указывается) реакции протекают достаточно легко и с высоким выходом приводят к соответствующим продуктам дизамещения общей формулы А: В результате реакций со сложными эфирами яяра-аминобензойной кислоты были получены кристаллические вещества оранжевого цвета 14 и 15 с Тпл(с разл) 184.9С и 183.8С соответственно для продуктов с R = пара-СООСНт, и R = пара-СООС2Н5. Согласно данным элементного анализа и ИК-спектроскопии полученные продукты представляют собой продукты нуклеофильного дизамещения. Так, в ИК-спектре продукта 14 присутствует характеристичная полоса поглощения в области 3290 см" , соответствующая валентным колебаниям N-H связи, а также полосы в области 1250 см"1 (C=N) и 750 см"1, характерная для N-H связи в первичных ариламинах, тогда как в спектре исходного амина видны два сигнала: 3350см"1 и 3450см" , характерные для N-H связи первичных ариламинов. При этом, в спектре продукта сохраняется полоса в области 1700 см"1, характеризующая сложноэфирную -COOR группу. Полоса в области 1620 см"1, характеризующая -C=N- связь в бензофуроксановом цикле также отчётливо видна в спектре продукта. Термическая стабильность полученных продуктов доказана методом совмещённого ТГ/ДСК анализа. На рис. 36 представлена дериватограмма продукта диаминирования 14. Аналогичные результаты получены и для этильного аналога 15.
Комплексы четвертичные фосфониевых солей с 5,7-дихлор-4,6- д ин итробензофуроксаном и - фуразаном
Как показано в настоящей работе и отмечено в литературе, четвертичные фосфониевые соли с высшими алкильными заместителями у атома фосфора, с одной стороны, и функционально замещенные бензофуроксаны и -фуразаны, с другой, обладают выраженной антибактериальной и фунгицидной активностью. Представлялось интересным симбиотически объединить эти качества в одной молекуле. С этой целью в настоящем разделе диссертации мы изучили возможности химического взаимодействия четвертичных фосфониевых солей с соответствующими гетероциклами. При этом из литературных данных было известно, что 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуроксан легко образует комплексы с катионами щелочных и щелочноземельных металлов, строение которых во многих случаях было доказано методом РСА. Мы полагали возможным образование подобных комплексов и с фосфониевыми катионами. В этой связи мы вовлекли в такое взаимодействие синтезированные нами и описанные выше четвертичные фосфониевые соли с высшими алкильными радикалами и 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуроксан (I), а также соответствующий дихлординитрофуразан (II). Реакции проводили в среде эфира, в котором замещенные фуроксан и фуразан растворяются очень хорошо а фосфониевые соли практически нерастворимы. В эфирные растворы фуроксана (фуразана) добавляли полуторократный избыток соли фосфония. Оказалось, что данные реакции протекают в гетерогенном варианте очень легко с ярко выраженным глубоким изменением окраски. Основная часть фосфониевой соли при этом за короткое время переходила в эфирный раствор, а непрореагировавшая ее часть оставалась в осадке. Раствор отделяли от осадка и удаляли эфир в вакууме. Выделенные таким образом комплексы представляли собой маслообразные легкоплавкие кристаллы, хорошо растворимые в воде и большинстве органических растворителей, с характерной яркой окраской от оранжевой до малиновой. В качестве примеров ниже представлены реакции трифенилгексилфосфонийбромида 40 и трифенилгексадецилфосфоний-бромида 48 с 5,7-дихлор-4,6-динитробензофуроксаном (I). Строение полученных продуктов подтверждено комплексом физико-химических методов исследования. Посредством совмещенного ТГ/ДСК анализа была изучена термическая стабильность полученных комплексов, а также индивидуальность полученных веществ.
В частности, из дериватограммы комплекса 56 фуроксана с гексилтрифенилфосфоний бромидом 40 (рис. 64) следует, что данное вещество плавится с разложением при температуре 144.7 С с потерей массы 45 %, что явно отличает полученный продукт от исходной соли, которая плавится при температуре 205 С без разложения. На основании результатов ИК-спектрального исследования (рис. 65)можно сделать вывод о сохранении бензофуроксанового цикла в продукте 56, поскольку в области 1550 см- , 980 см-1 (0 С=С-, C=N, C-N-O), 1450 см-1 , 1520 см-1 (C-N, С=С) характерные для бензофуроксанового цикла, а также сигналы в области 499 см" , 517 см"1 (=С-Р-С), 710 см"1 (=С-Р), 1107 см"1 (=С-Р+), свидетельствующие о присутствии в соединении фосфониевого центра. гексадецилтрифенилфосфонийбромидом 48 был получен аддукт 65 в виде легкоплавкой бордовой кристаллической массы с Т около 40С. В ЯМР Р спектре атом фосфора резонирует в виде единственного синглета с 8Р 26.10 м.д. Этот сигнал смещен по сравнению с исходной фосфониевой солью (8Р 24.78 м.д.) в слабые поля на 1.5 м.д., что однозначно свидетельствует о протекании реакции и, в то же время, о сохранении фосфониевого характера атома фосфора, а не об образовании фосфоранового, как это также можно было предполагать теоретически. Аналогично протекают реакции и других фосфониевых солей с изучаемыми фуроксаном (I) и фуразаном (II). Помимо изменения химического сдвига ядра атома фосфора, в образующихся комплексах отчетливо меняются и все остальные их параметры по сравнению с исходными компонентами: данные элементного анализа (соответствующие по составу комплексам 1:1), ИК-спектральные характеристики, температуры плавления (во всех случаях образуются окрашенные легкоплавкие кристаллы), растворимость (комплексы в отличие от исходных компонентов легко растворяются в воде и большинстве органических растворителей), биологическая активность (она существенно выше, чем у исходных компонентов - см. раздел 2.6). Из совокупности полученных данных следует очевидный вывод об образовании комплексов между фосфониевыми солями и исследуемыми фуроксаном и фуразаном, в которых фосфониевый атом фосфора координируется с одним или несколькими отрицательно заряженными атомами кислорода указанных питрозамещенных гетероциклов, как это известно в литературе для подобных их комплексов со щелочными и щелочноземельными металлами. Характеристика 10 полученных комплексов представлена в таблице 3.
Все синтезированные нами в настоящей работе соединения прошли испытания на биологическую активность по отношению к наиболее распространенной патогенной микрофлоре человека и животных (бактериям и грибам), а также гельминтам. Установлено, что подавляющее большинство из них обладает от выраженной до крайне высокой антибактериальной, антимикотической и антигельминтной активностью, часто намного превосходящей активность соответствующих коммерческих препаратов. Исследования антибактериальной и антимикотической активности проводились на кафедре микробиологии Казанской государственной медицинской академии под руководством заведующего кафедрой профессора О.К.Поздеева, а антигельминтной активности - на кафедре паразитологии Казанской государственной академии ветеринарной медицины под руководством заведующего кафедрой профессора М.Х.Лутфуллина. Наибольшая биологическая активность в сочетании с низкой токсичностью соединений была установлена для четвертичных фосфониевых солей с высшими алкильными радикалами и их комплексов с дихлординитрозамещенными бензофуроксаном и
Похожие диссертации на Синтез, строение и биологическая активность четвертичных солей фосфония на основе реакций третичных фосфинов с некоторыми азотистыми гетероциклами и высшими галоидными алкилами
