Содержание к диссертации
Введение
I. Способы получения конденсированных тиазолов. (Литературный обзор) 5
I.1. Тиазольные системы, конденсированные с пятичленными гетеро-ароматическими циклами 5
I. 1. 1. Фуротиазолы (А) 6
1.1.2. Тиазолотиазолы (В) 7
I. 1. 3. Тиазолоизотиазолы (С) 8
I. 1.4. Пиразолотиазолы (D) 9
I. I. 5. Тиазолоизоксазолы (Е) 11
I. 1.6. Тиенотиазолы (G) 12
I. 1.7. Пирролотиазолы (F) 19
I. 2. Тиазолыгые системы, конденсированные с шестичленними гетеро-ароматическими циклами. Тиазологшридины 22
II. Синтез конденсированных гетероциклических систем на основе монотиооксамидов. (Обсуждение результатов) 30
II. 1. Синтез конденсированных тиазолов в условиях окислительной циклизации 31
II. 1. 1. Синтез тиазолов, конденсированных с пятичленными гетероароматическими циклами 32
II. 1. 1.1 Синтез 2-карбамоилтиенотиазолов... 33
II. 1. 1. 1. (а) Синтез 2-карбамоилтиено[3,2-тиазолов 33
II. 1. 1. 1. (б) Синтез 2-карбамоилтиено[2,3-d\тиазолов 34
II. 1. 1.2 Синтез пирролотиазолов , 38
II. 1. 1.3. Ограничения и дополнительные возможности 44
II. 1. 1.4. Сопоставление нового метода с традиционными методами получения конденсированных тиазолов 46
II. I. 2. Синтез тиазолопиридинов 49
II. 2. Синтез конденсированных гетероциклических соединений в условиях нуклеофильного замещения , 53
II. 2. 1. Синтез карбамоил-4,5-дигидро-1,3-тиазолов и карбамоилбензотиазолов 53
II. 2. 2. Синтез конденсированных пиримидинов 56
Заключение 62
III. Экспериментальная часть 63
Выводы 93
Список литературы 94
Приложение 100
- Тиазольные системы, конденсированные с пятичленными гетеро-ароматическими циклами
- Тиазолыгые системы, конденсированные с шестичленними гетеро-ароматическими циклами. Тиазологшридины
- Синтез тиазолов, конденсированных с пятичленными гетероароматическими циклами
- Сопоставление нового метода с традиционными методами получения конденсированных тиазолов
Введение к работе
Широкое применение в органическом синтезе, в частности в синтезе гетероциклических соединений, находят реакции, включающие в себя модификацию тиоамидной группы. В гораздо меньшей степени реализованы синтетические возможности тиоамид-ных групп в монотиооксамидах, где они находятся в ct-положении к амидной функции. Вместе с тем, известно, что в монотиооксамидах тиокарбонильная группа значительно легче, чем в традиционных тиоамидах, взаимодействует с иуклеофильными реагентами, а также вступает в электрофильные и радикальные реакции. Это дает возможность проводить региоселективные превращения, максимально использовать и последовательно модифицировать амидную и тиоамидную группы для создания самых разнообразных продуктов. В последнее время в Лаборатории гетероциклических соединений ЙОХ РАН был разработан удобный метод получения монотиооксамидов [1], что позволило перейти к систематическому изучению их реакционной способности. Сочетание в монотиооксамидах в одной молекуле максимально сближенных амидных и тиоамидных фрагментов придает соединениям неожиданные свойства и открывает возможности синтеза различных веществ, в том числе и гетероциклических структур, содержащих амидный фрагмент. Учитывая значительную роль, которую играют амидпые группы в природных веществах и биологически активных соединениях, представляет значительный интерес разработка методов синтеза таких гетероциклов.
R3 R4A<%4 Het" V
Ранее было показано, что моиотиооксамиды являются удобными исходными веществами в синтезе карбамоилимидазолинов [2], карбамоил-1,2,4-оксадиазолов [3], карбамоил-1,3,4-оксадиазолов [4], карбамоил-1,2,4-триазолов [5], карбамоилфуроксапов [4].
Однако, несмотря на высокий синтетический потенциал монотиооксамидов, до начала наших работ не предпринималось попыток исследований, посвященных получению конденсированных гетероциклов на их основе. В то же время, именно конденсированные гетероциклы, в частности хиназолины, тиепопиримидины и конденсированные тиазолы, на наш взгляд, являются труднодоступными веществами, синтез которых целесообразно проводить исходя из монотиооксамидов. Особый интерес представляют конденсированные тиазолы. Химия тиазола и большинства его производных хорошо изучена [6-8]. Химия конденсированных тиазолов (за исключением бензотиазолов), по существу, развита довольно слабо. Число публикаций на эту тему невелико и почти все они появились в последние три десятилетия. Вместе с тем, показано, что конденсированные тиазолы являются биологически активными веществами [7,8]. Они широко исследуются в качестве потенциальных лекарственных препаратов [8-12] и находят применение в медицине [8,9]. Используются конденсированные тиазолы также как компоненты фотографических [13-16] и полупроводниковых материалов [17-19].
В настоящей работе впервые систематически исследована реакционная способность монотиооксамидов как предшественников конденсированных гетероциклов. Показана перспективность их использования в синтезе различных конденсированных соединений, в том числе широкого ряда гетероциклических структур, представляющих значительный практический интерес.
В процессе работы проведено изучение взаимодействия хлорацетамидов с предварительно приготовленными растворами серы и гетероциклических аминов, в результате были разработаны удобные способы получения монотиооксамидов, содержащих гетероциклические фрагменты.
На основе полученных монотиооксамидов синтезирован целый ряд ранее труднодоступных конденсированных гетероциклических соединений, таких как хиназолины, тиенопиримидины и различные конденсированные тиазолы. Показано, что монотиоокса-миды являются удобными исходными соединениями для конструирования конденсированных гетероциклов.
Проведено исследование биологичнеской активности ряда синтезированных нами соединений. Установлено, что они представляют интерес в качестве потенциальных противовирусных препаратов.
Диссертация включает три главы. Литературный обзор (глава I) посвящен способам получения конденсированных тиазолов. Во второй главе обсуждаются синтез монотиооксамидов, создание на их основе разнообразных конденсированных гетероциклических веществ и их практическое применение. Третья глава представляет собой экспериментальную часть, в которой представлены методики синтеза соединений.
Тиазольные системы, конденсированные с пятичленными гетеро-ароматическими циклами
Анализ литературных данных показал, что известные методы получения конденсированных тиазольных систем весьма трудоемки и многостадийны. Выходы целевых продуктов невысоки, а для осуществления их синтеза приходится получать труднодоступные исходные соединения.
Ранее в Лаборатории гетероциклических соединений ИОХ РАН был разработан простой и удобный метод получения монотиооксамидов, заключающийся в реакции хлораце-тамидов с предварительно приготовленным раствором аминов и серы в ДМФА [1]. Показано, что полученные по этому методу монотиооксамиды являются удобными исходными соединениями для получения различных труднодоступных карбамои л содержащих гетеро-циклов, таких как карбамоилимидазолипы [2], карбамоил-1,2,4-оксадиазолы [3], карбамо-ил-1,3,4-оксадиазолы [4], карбамоилфуроксаиы [4], карбамоил-1,2,4-триазолы [5], 2-карбамоилбензотиазолы [92].
В рамках данного исследования мы изучили возможность использования этого подхода для создания конденсированных гетероциклических соединений, включающих тиа-зольный цикл.На первом этапе необходимо было получить неизвестные ранее монотиооксамиды взаимодействием соответствующих гетероциклических аминов с хлорацетам идами и серой в присутствии триэтиламина. Затем мы систематически изучили поведение полученных монотиооксамидов в условиях окислительной циклизации при действии Кз[Те(СМ)б].
Как уже отмечалось выше, имеющиеся в литературе немногочисленные методы получения тиеиотиазолов[47,50-53] трудоемки, многостадийны и не позволяют синтезировать тиеиотиазолы, содержащие карбамоильную группу. Поэтому представлялось целесообразным разработать методы получения различных изомеров тиенотиазолов: как 2-карбамоилтиено[3,2-йГ]тиазола 1, так и 2-карбамоилтиено[2,3- тиазола 2.
Синтез исходных соединений - 3-аминотиофена (5а) и неизвестного ранее 2-метил-4-аминотиофена (5Ь) осуществляли по двухстадийной схеме из описанных в литературе 3-бромтиофена (За) и 2-метил-4-бромтиофена(ЗЬ)[93]. Соответствующие бромиды 3 обрабатывали BunLi в эфире и затем при -70С добавляли р-толуолсульфонилазид. Образующийся при этом 3-азидотиофсн (4а) и 2-метил-4 На основе этих аминов были разработаны методы получения монотиооксамидов с высокими выходами. Было установлено, что взаимодействие хлорацетамидов с растворами аминов и серы происходит достаточно энергично и не требует дополнительного нагревания. Соответствующий амин смешивали с серой и трнэтиламином в ДМФА и выдерживали не менее 30 минут. Затем к полученной смеси добавляли хлорацетамиды при 20С и выдерживали 8 часов при этой температуре. Из реакционной смеси с выходами 50 -65% были выделены монотиооксамиды 6a-i. Было изучено поведение монотиооксамидов в условиях реакции окислительной циклизации. Варьировались температура реакции, а также количество используемого Кз[Ре(СЫ)б] и щелочи. Оптимальным условием синтеза является проведение процесса при 20С в 20% растворе NaOH. Окисление монотиооксамидов ба-f привело с хорошими выходами к соответствующим 2-карбамоилтиено[3,2- /[тиазолы la-f.[94,95]. Для синтеза 2-карбамоилтиено[2,3-/]тиазолов исходные аминотиофены 11а,Ь, были получены по модифицированной методике [96] из доступных тиофенкарбоновых кислот 7а,Ь. Мы упростили известную методику, избежав использования абсолютных растворите лей и сократив количество стадий. Азиды 9а,Ь синтезированы из хлорангидридов 8аД и далее превращены в трет-бутоксикарбонильные производные 10а,Ь [96], дальнейшее снятие mpem-бутоксикарбонильной группы под действием НС1 приводит к образованию целевых аминотиофенов 11а,Ь. Таким образом, нами впервые получены мопотиооксамиды из аминотиофенов и на их основе разработан удобный метод получения тиено[3,2-/]- и [2,3- /]тиазолов. Следует отметить, что предложенный нами способ получения тиенотиазолов из монотиооксамидов позволяет получать целевые соединения с более высоким выходом по сравнению с известным в литературе способом синтеза тиенотиазолов из алкил-тиоамидов[47,50,51]. Сравнение выходов как на стадии получения тиоамидов, так и на стадии циклизации показало, что мопотиооксамиды образуются с более высокими выходами (40-65%), чем тиоамиды (14-29%) из соответствующих аминотиофенов. Реакция получения тиенотиазолов также протекает с более высоким выходом в случае получения их из монотиооксамидов (40-53%) по сравнению с получением их из тиоамидов (10-65%). Общий выход тиенотиазолов на исходные аминотиофены в нашем случае составляет 20-33%, а по литературным данным 1 -9%. Поскольку, полученные нами производные тиено[3 2- /]- и -[2,3-/]тиазолов являются малоисследованными соединениями, мы изучили их реакционную способность. Синтезированные нами тиенотиазолы содержат амидпый фрагмент. Наличие этого фрагмента открывает широкие возможности для модификации конденсированных тиазо-лов и получения неизвестных или труднодоступных соединений этого ряда. Амидная функция монотиооксамидов 6a,i легко омыляется в условиях окислительной циклизации до кислот 13а,Ь.
В данной работе при окислении монотиооксамидов K.3[Fe(CN)6] в щелочном водном растворе нами впервые получены карбоновые кислоты тиепо[3,2-і/]тиазолов 13a,b [98]. Процесс циклизации монотиооксамидов и последующий гидролиз амидного фрагмента осуществляется в одну стадию и протекает, по-видимому, через образование тиенотиазо-ла, имеющего амидный фрагмент в положении 2. В случае окисления 2-(3-иламинотиен)-2-тиоксоацетамида 6а такой амид 1а удалось выделить. Полученные кислоты 13а,Ь метилировали в ТГФ диазометаном до эфиров 14а,Ь с выходом 92-95%.
Тиазолыгые системы, конденсированные с шестичленними гетеро-ароматическими циклами. Тиазологшридины
Таким образом, нами впервые были получены конденсированные пиримидины, имеющие в своем составе карбамоильную функцию. Наличие этой функции открывает большие синтетические возможности, но химия таких систем не изучалась. Поэтому было проведено исследование реакционной способности некоторых синтезированных конденсированных гетероциклических соединений.
Показано, что имеющаяся в пиримидиновой системе амидная функция легко аци-лируется и может быть модифицирована в нитрильпую. Трифторацетилирование соединения 72а приводит к его производному 74 а взаимодействие сРОСЬ - к нитрилу 75 [125,126]. Исходя из метилового эфира антраниловой кислоты (76) получен мопотиооксамид 77 [1]. Его реакции с фенилгидразином, гидразин гидратом и бепзиламииом привели к производным хипазолина 78-80 [125,126]. В качестве альтернативного подхода мы предложили использовать мопотиооксамид в качестве циклизующего агента на примере синтеза пиримидинтионов. В литературе известно несколько многостадийных синтезов хииазолиитионов, которые часто требуют жестких условий [127,128]. Среди более простых путей, существует несколько одностадийных методов их получения из 2-аминобензонитрила, среди которых метод, в котором используют тиоамиды [129]. Мы предложили использовать для синтеза хииазолин-4(ЗН)-тионов монотиооксами-ды, что позволяет получать неизвестные ранее пиримидинтионы, имеющие амидный фрагмент. Можно предположить, что механизм протекания реакции соответствует следующей схеме: монотиооксамид реагирует с протонированным аминонитрилом 81, давая тиазин, который затем претерпевает раскрытие цикла путем разрыва C-S связи с образованием интермедиата А, циклизация последнего приводит к образованию хиназолшпиона 82. Такая схема хорошо согласуется с литературными данными [129], описывающими взаимодействие ароматических аминонитрилов с тиоамидами. Таким образом, нами впервые были получены конденсированные пиримидины, имеющие в своем составе карбамоильную функцию. Завершая этот раздел, отметим, что в диссертации предложен удобный подход к конденсированным пиримидинам с карбамоильнои функцией, что предполагает богатый реакционный потенциал этих продуктов. Полученные нами конденсированные гетероциклические соединения представляют интерес в качестве потенциальных лекарственных препаратов. Так, 14Ь и 49а были переданы для проведения биологических испытаний во Всероссийский институт ветеринарной вирусологии (г. Покров). Испытания показали, что оба этих вещества проявляют высокую противовирусную активность при относительно низкой токсичности. В результате проведенного исследования разработан удобный метод синтеза моно-тиооксамидов гетероциклического ряда, и на их основе получены ранее труднодоступные конденсированные гетероциклические структуры. Путем взаимодействия гетероциклических аминов с хлорацетамидами и предварительно приготовленным раствором серы в ДМФА были получены монотиооксамиды с различными гетероциклическими фрагментами, такими, как тиофен, пиразол, пиррол и пиридин. Систематическое изучение реакционной способности монотиооксамидов позволило разработать удобные общие методы получения конденсированных гетероциклов. Впервые изучено взаимодействие хлорацетамидов с аминотиолами и на основе этой реакции разработан удобный метод получения карбамоилбензотиазолов и карбамоил-4,5-дигидро-1,3-тиазолов. Впервые изучено поведение гетероциклических монотиооксамидов в условиях реак ции окислительной циклизации при действии Кз[Ре(С]\Г)б] в основных условиях. Осущест влен синтез конденсированных гетероциклических тиазолов, таких как, 2-карбамоилтиено[3,2- ]тиазолы, 2-карбамоилтиено[2,3-/]тиазолы) 4-метил-4Н пирроло[3,2-сЭД1,3]тиазолы, 5-аминотиазоло[4,5-6]пиридин-2-карбоксамиды и тиазоло[5,4-6]пиридин-2-карбоксамиды, содержащие карбамоильный фрагмент. Из монотиооксамидов, содержащих в вицинальном положении функциональные группы, осуществлен синтез конденсированных гетероциклических систем, в частности, тиенопиримидинов и хиназолипов и впервые получены соединения этого ряда, содержащие карбамоильную функцию.
СпектрыЯМР Н зарегистрированы на приборах Bruker WM-200 (200 МГц) и WM-250 (250 МГц) в DMSO-de и CDCb относительно ГМДС. Масс-спектры записаны на приборе Varian МАТ СН-6 с прямым вводом образца в ионный источник, энергией ионизации 70 эВ и ускоряющим напряжением 1,75 кВ. Температуры плавления измерены на нагревательном столике Boetius и не корректировались. Для анализа всех реакционных масс и контроля чистоты выделенных продуктов использовался метод ТСХ на пластинах Silufol UV-254, в системах растворителей этилацетат, этилацетат-гексан, 1:1 и этилацетатнгексан, 1:2.
Синтез тиазолов, конденсированных с пятичленными гетероароматическими циклами
Поскольку задачей нашего исследования была разработка удобного метода синтеза конденсированных тиазольных систем, включающих в свой состав гетероциклы, мы попытались сопоставить новый разработанный метод с уже существующими.
С этой целью мы не только изучили литературные данные, но и попытались сами на основе известных методов синтезировать целевые структуры с целью сравнения методов их получения.
На первом этапе нами была изучена возможность синтеза тиенотиазолов, бромиро-ванных в Р-положение тиофена и имеющих метильную группу в а-положении тиофена. Такие производные могли служить удобными исходными для целого ряда биологически активных соединений и фотохромных продуктов, однако не были описаны в литературе. Мы намеревались осуществить синтез тиенотиазолов из 4-бром 5-метил-2-нитротиофен-3-тиола (40), путем восстановления нитрогруппы и последующей циклизацией с образованием тиенотиазолыюи системы. Для этой цели по известной методике [105-107] нами был синтезирован 3,4-дибром-2-метил-5-нитротиофен (39), из которого получено неизвестное ранее тиольное производное 40. Таким образом, попытка получить тиенотиазолы с использованем 4-бром-5-метил-2-нитротиофен-3-тиола (40) не увенчалась успехом.
Попытка получения тиенотиазалов из бромированного аминосоединения 43 [108] по литературной методике [35] также оказалась неудачной. При роданировании 43 целевые продукты 44, 45 были получены лишь в следовых количествах.
Таким образом, в результате нашего исследования мы пришли к выводу о нецелесообразности использования литературных методов для осуществления поставленной задачи и убедились, что предложенный нами метод окисления монотиооксамидов проявляет несомненные преимущества перед описанными.
Исходя из этого, можно сделать вывод, что новый подход к синтезу конденсированных тиазольных систем обладает несомненными преимуществами: он позволяет работать с доступными исходными соединениями (монотиооксамиды) и позволяет получать конденсированные тиазолы, имеющие функциональные заместители, такие как карбамо-ильная группа, что не было известно ранее. Кроме того, при использовании этого метода удается значительно сократить число стадий и увеличить выходы целевых структур.
Новый метод получения конденсированных тиазолов из монотиооксамидов в условиях окислительной циклизации успешно был распространен и на шестичленные гетеро-циклы, в частности на пиридин. Так, этот метод использовался для получения тиазоло[4,5-6]- и [5,4-6]пиридин-2-карбоксамидов. Из литературных данных известно, что производные тиазолопиридииов обладают широким спектром биологической активности, включая аиальгетическую, анти-пиретическую, противовоспалительную и противогрибковую [58,8], Вместе с тем, описанный в литературе синтез амида пиридо[3,2- тиазол-2-карбоновой кислоты весьма трудоемок и многостадиен [90]. Предлагаемый нами поход позволяет осуществить синтез соединений вышеуказанной структуры с большими выходами всего в 2 стадии, а также осуществить синтез соединений, содержащих карбамоильную группу. Циклизация в тиазолопиридиновую систему успешно была осуществлена на моно-тиооксамидах, полученных из 2,5-диамипопиридипа (47) и 3-аминопиридина (53). Исходные монотиооксамиды получены из соответствующих аминопиридинов, хлор-ацетамидов и серы в присутствии триэтиламина. Окисление монотиооксамидов 48a-g действием КзТе(СМ)б] с образованием тиазоль-ной системы протекает при 50С в 20% растворе NaOH и с высокими выходами приводит к 5-аминотиазоло[4,5-&]пиридин-2-карбоксамидам 49a-g[95,109,110] В синтез монотиооксамидов были вовлечены и хиральные соединения. Использование оптически активного хлорацетанилида 50 привело с удовлетворительньши выходами к монотиооксамиду 51, циклизация которого позволила получить оптически активный конденсированный тиазолопиридин 52. Окисление монотиооксамидов 54a-d, полученных из 3-амииопиридина (53), действием Кз[Ре(СЫ)б] с образованием тиазольной системы протекает при 50С в 20% растворе NaOH и с высокими выходами приводит к тиазоло[5,4-6]пиридин-2-карбоксамидам 55a,b,d.[95] Реакция чувствительна к электронным факторам: заместители в пиридиновом цикле оказывают влияние на процесс циклизации. Так, в случае монотиооксамидов незамещенного пиридина 56 или метилпиридина 58 не наблюдалось образования тиазольных циклов, а незамещенные амиды омылялись в щелочных условиях до соответствующих кислот, и основными продуктами реакции были ІУ-пиридилтиооксаминовьіе кислоты 57 и 59 [109].
Сопоставление нового метода с традиционными методами получения конденсированных тиазолов
В связи с тем, что сейчас уделяется большое внимание синтезу биологически активных соединений на основе пиррола [10-12,54], перед нами была поставлена задача исследования возможности синтеза новых конденсированных гетероциклических систем на пирроле.
В литературе описано получение 1-метил-2-амипопиррола в виде тетрафенилбората 19 из 1-м етил пиррол а (18) [99,100]. Мы намеревались использовать это соединение для получения монотиооксамидов 20 и дальнейшего превращения их в конденсированные структуры. Однако превращение амина не удалось осуществить, по-видимому, из-за низкой устойчивости свободного 1-метил-2-аминопиррола.
В ходе исследования более успешно нами была использована литературная методика получения этил 4-амино-1-метил-1Н-пиррол-2-карбоксилата (21) [101,102],
С хорошим выходом был получен аминопиррол 21, из которого путем взаимодействия с хлорацетамидами и серой в присутствии триэтиламина впервые синтезированы монотиооксамиды пиррольного ряда 22а-с. Окисление монотиооксамидов 22 с образованием тиазолыюй системы протекает действием Кз[Ре(СЫ)б] в 20%-пом растворе NaOH при 20С и с хорошими выходами приводит к 4-метил-4Н-пирроло[3,2- /][1,3]тиазол-2,5-дикарбоновой кислоте (23)[103]. Реакция циклизации монотиооксамидов протекает с омылением сложноэфирной и амидной функций с образованием карбоксипирролтиооксаминовой кислоты 24, которую в некоторых случаях удалось вьщелить. При действии Kj[Fe(CN)6] в 20%-ном растворе NaOH при 20С она циклизовалась с образованием пирролтиазольной системы 23 с количественным выходом. Дикислоту 23 действием диазометана превратили в эфир 25, который был затем восстановлен ПАІН4 в присутствии А1СЬ в абсолютном ТГФ с образованием 2,4,5-триметил-4Н-пирроло[3,2- /][1,3]тиазола (26) [103]. Взаимодействием вещества 26 с хлорацетилхлоридом и дих л оран гидридом глутаро-вой кислоты в присутствии хлористого алюминия были синтезированы кетоны 29 и 30. Нетрудно видеть, что соединения 26, 28, 30 и 31 являются предшественниками перспективных фотохромов IV - VII, последний из которых может также проявить высокую биологическую активность, синтез которых выходит за рамки диссертационного исследования. При взаимодействии соединения 26 с 3,4-дихлорциклобут-3-ен-1,2-дионом происходит замещение только одного атома хлора, что дает возможность синтезировать несимметрично построенные циклобутендионы. Так, продукт моноприсоединения 3-хлор-4-(2,4,5-триметил-4Н-пирроло[3,2- ][1,3]тиазол-6-ил)пиклобут-3-еіі-І,2-диоі{ (32) гладко реагирует с анилином и морфолином в ТГФ в течение 10 минут, образуя соответствующие амино-производные ЗЗа,Ь. Таким образом, нами разработан удобный метод синтеза монотиооксамидов гетероциклического ряда и продемонстрирована возможность получения на их основе ранее неизвестных содержащих в положении 2 карбамоильную функцию тиазолов, конденсированных с пятичленпыми гетероциклами.