Содержание к диссертации
Введение
1. Синтез, химические и биологические свойства 1,2,3-тиадиазолов (литературный обзор) 9
1.1. Первые примеры синтеза 1,2,3-тиадиазолов 9
1.2. Способы построения 1,2,3-тиадиазольного цикла
1.2.1. Метод Харда – Мори в синтезе производных 1,2,3-тиадиазола 12
1.2.2. Гетероциклизация -диазотионов. Реакция Вольфа 15
1.2.3. Синтез 1,2,3-тиадиазолов методом Пехмана 17
1.2.4. Катализируемые реакции N-тозилгидразонов с элементарной серой 19
1.2.5. Трансформации серосодержащих гетероциклических соединений как подход к построению 1,2,3-тиадиазольного цикла 19
1.3. Пути модификации производных 1,2,3-тиадиазола и изучение их биологической активности 21
1.3.1. Модификация 1,2,3-тиадиазолов по положению 5 цикла 21
1.3.1.1. Превращения 4-метил-1,2,3-тиадиазол-5-илкарбоновой кислоты 22
1.3.1.2. Реакции хлорангидрида 4-метил-1,2,3-тиадиазол-5-карбоновой кислоты в синтезе новых производных 1,2,3-тиадиазола 26
1.3.1.3. Гидразид 4-метил-1,2,3-тиадиазол-5-илкарбоновой кислоты в синтезе новых производных 1,2,3-тиадиазола 31
1.3.1.4. Реакции с участием 4-метил-1,2,3-тиадиазол-5-илметанола и 4-метил-1,2,3-тиадиазол-5-ил-карбальдегида 36
1.3.1.5. Другие реакции модификации 1,2,3-тиадиазолов с участием заместителя в положении 5 цикла 38
1.3.2. Модификация 1,2,3-тиадиазолов по положению 4 цикла 41
1.3.2.1. Превращения этилового эфира 5-метил-1,2,3-тиадиазол-4-илкарбоновой кислоты. Биологическая активность полученных соединений 41
1.3.2.2. Модификация заместителя в положении 4 цикла других 1,2,3-тиадиазолов 43
1.3.3. Модификация с участием заместителей в положениях 4 и 5 1,2,3-тиадиазольного кольца 43
1.4. Перегруппировки с участием 1,2,3-тиадиазольного цикла 44
2. Синтез и биологические свойства производных 1,2,3-тиадиазолов и 1,2,3-триазолов, полученных на основе реакций 1,2,3-тиадиазолил- и тиадиазолилкарбонилгидразинов (обсуждение результатов) 50
2.1. Синтез 1,2,3-тиадиазолилзамещенных моно- и диамидов угольной кислоты 50
2.1.1. Синтез N-арил-N-1,2,3-тиадиазолилмочевин 50
2.1.2. Получение эфиров 1,2,3-тиадиазол-5-илкарбаминовой кислоты 55
2.1.3. Синтез и свойства тиадиазолилмочевин, содержащих остатки аминокислот 56
2.2. Синтез гетероциклических ансамблей на основе производных 1,2,3-тиадиазола 59
2.2.1. Синтез 1,2,3-тиадиазолил-имидазолидин-2,4-дионов 60
2.2.2. Получение 1,3,4-тиадиазол-2-ил- и -1,3,4-оксадиазол-2-ил-1,2,3-тиадиазолов 63
2.2.3. Синтез 1,2,3-тиадиазолов, содержащих пиразольный цикл 2.2.3.1. Реакция гидразинопроизводных 1,2,3-тиадиазола с дикетонами 66
2.2.3.2. Взаимодействие 1,2,3-тиадиазолилгидразонов ацетофенонов с комплексом Вильсмайера – Хаака 67
2.3. Перегруппировка Димрота в ряду производных 5-гидразино-1,2,3-тиадиазола. Синтез
конденсированных 1,2,3-триазолов 68
2.3.1. Синтез 5H-[1,2,3]триазоло[5,1-b][1,3,4]тиадиазинов 68
2.3.1.1. Взаимодействие 1,2,3-тиалиазолилгидразонов ацетофенонов с пентахлоридом фосфора 69
2.3.1.2. Взаимодействие 1,2,3-тиалиазолилгидразонов с -бромацетофенонами 72
2.3.2. Синтез конденсированных [1,2,3]триазоло[5,1-b][1,3,4]тиадиазепинов 77
2.4. Изучение биологической активности 78
2.4.1. Исследование цитокининовой активности 1-(4-метил-[1,2,3]-тиадиазол-5-ил)-3-п-толуилмочевины 78
2.4.2. Исследование ростостимулирующих свойств соединений на семянах сосны обыкновенной 81
2.4.3. Изучение противовирусной активности веществ и способности стимулировать системную приобретенную устойчивость (СПУ) растений 84
2.4.4. Исследование фунгицидной активности 85
2.4.5. Изучение влияния [1,2,3]триазоло[5,1-b][1,3,4]тиадиазинов на пролиферацию клеточных культур 86
3. Экспериментальная часть 96
Заключение 148
Список литературы 149
- Катализируемые реакции N-тозилгидразонов с элементарной серой
- Реакции хлорангидрида 4-метил-1,2,3-тиадиазол-5-карбоновой кислоты в синтезе новых производных 1,2,3-тиадиазола
- Синтез и свойства тиадиазолилмочевин, содержащих остатки аминокислот
- Исследование ростостимулирующих свойств соединений на семянах сосны обыкновенной
Введение к работе
Актуальность темы. Химия производных 1,2,3-тиадиазола активно развивается на протяжении 130 лет с 1879 года, когда Ф. Бейльштейн впервые синтезировал 1,2,3-бензотиадиазол. Привлекательность этого гетероцикла обусловлена многогранностью его реакционной способности, его вкладом в теорию и химию гетероциклов, а также практическим использованием производных 1,2,3-тиадиазола в качестве пестицидов, лекарственных средств, технических реагентов и средств регуляции роста и развития растений. Широкое применение в сельском хозяйстве и исследованиях в области физиологии и биотехнологии растений нашел препарат тидиазурон. Различные виды биологической активности проявляют и его структурные аналоги. Однако, несмотря на то, что в настоящее время известно много различных способов синтеза и модификации тидиазурона и его производных, некоторые аспекты реакционной способности как самого 1,2,3-тиадиазольного цикла, являющегося ключевым фрагментом его структуры, так и его боковых заместителей и функциональных групп, до конца не исчерпаны.
Большими препаративными возможностями обладают гидразино- и
гидразидопроизводные 1,2,3-тиадиазола. Наличие в структуре этих соединений
высокореакционноспособных функциональных фрагментов дает возможность
конструировать на их основе новые гетероциклические ансамбли. В то же время 5-гидразино-1,2,3-тиадиазолы легко вовлекаются в процессы перегруппировки тиадиазольного цикла, что позволяет трансформировать их в уникальные конденсированные структуры. Это является особо ценным обстоятельством, поскольку в последние десятилетия в рамках изучения биологической активности 1,2,3-тиадиазолов значительно возрос интерес к линейно связанным и конденсированным гетероциклическим системам, содержащим помимо тиадиазольного фрагмента и другие азот-, кислород- и серусодержащие циклы.
Степень разработанности темы исследования. В последние десятилетия
биологическая активность 1,2,3-тиадиазолов наиболее широко изучалась по отношению к
растениям. В результате этих исследований были получены такие синтетические активаторы
системной приобретенной устойчивости (СПУ) растений как бион (S-метиловый эфир
бензотиадиазол-тиокарбоновой кислоты) и тиадинил (5-карбоксамид-4-метил-1,2,3-
тиадиазола). Тиадиазолилфенилмочевина – тидиазурон является синтетическим аналогом
цитокининов. Тидиазурон применяется для роста клеточных тканей новых гибридов и
трансгенных растений и находит широкое применение в сельскохозяйственной
биотехнологии. Коммерческий препарат Дропп, активным веществом которого является тидиазурон, применяется как эффективный дефолиант тонковолокнистого хлопчатника. Также следует отметить, что в последние годы в литературе в основном описывают соединения, полученные на основе реакций этилового эфира 4-метил-1,2,3-тиадиазол-5-карбоновой кислоты. Причиной этого является доступность этого соединения по сравнению, например, с изомерным этиловым эфиром 5-метил-1,2,3-тиадиазол-4-карбоновой кислоты, синтез которого имеет ряд технологических трудностей.
Цель диссертационной работы заключалась в разработке новых эффективных методов синтеза биологически активных гетероциклических соединений на основе производных 1,2,3-тиадиазол-5-илгидразинов и 1,2,3-тиадиазол-4(5)-илкарбонилгидразинов.
Задачи. В рамках этой темы были выработаны основные направления исследования: разработка эффективных методов синтеза 1,2,3-тиадиазолилзамещенных моно- и диамидов угольной кислоты; создание оптимальных методов синтеза ансамблей гетероциклов, содержащих 1,2,3-тиадиазол; разработка новых подходов к синтезу конденсированных производных 1,2,3-триазола, ключевой стадией которых является перегруппировка 1,2,3-тиадиазолилгидразинов; исследование биологической активности синтезированных соединений.
Научная новизна и теоретическая значимость работы:
-
Разработан и реализован новый альтернативный метод синтеза аналогов тидиазурона 1,2,3-тиадиазолилмочевин, содержащих ароматические и аминокислотные фрагменты.
-
Впервые обнаружена перегруппировка Димрота в ряду 5-уреидо-1,2,3-тиадиазолов.
-
Предложены новые синтетические подходы для получения ранее не описанных гетероциклических ансамблей, таких как 1,2,3-тиадиазол-4(5)-илимидазолидин-2,4-дионы, 1,3,4-оксадиазол-2-ил-1,2,3-тиадиазолы, 1,3,4-тиадиазол-2-ил-1,2,3-тиадиазолы, пиразол-1-ил-1,2,3-тиадиазолы.
-
Впервые изучено влияние микроволнового облучения на протекание реакции получения 1,2,3-тиадиазол-5-илимидазолидин-2,4-дионов.
-
Разработаны новые подходы к синтезу производных [1,2,3]триазоло[5,1-b][1,3,4]тиадиазинов.
-
Впервые получены спиросочлененные производные [1,2,3]триазоло[5,1-b][1,3,4]тиадиазинов.
-
Синтезирована новая гетероциклическая система [1,2,3]триазоло[5,1-b][1,3,4]тиадиазепин.
-
Впервые обнаружены синтетические вещества, стимулирующие in vitro пролиферацию различных клеточных линий.
Практическая значимость результатов диссертационного исследования состоит в том,
что разработаны методы синтеза новых соединений, среди которых обнаружены вещества,
проявляющие фунгицидную, противовирусную активность и способность стимулировать
СПУ. Установлена росторегулирующая активность нескольких 1,2,3-тиадиазолилмочевин и
1,2,3-тиадиазолилимидазолидин-2,4-дионов в отношении растений и показана
перспективность поиска в их ряду фитогормонов. Выявлен класс соединений, которые
способны селективно регулировать пролиферацию клеток и могут быть рекомендованы для
применения в исследованиях в области клеточных технологий, как в культивировании
клеточных культур, так и в восстановлении их функций после криоконсервирования.
Спиросочлененные 1,2,3-триазоло[5,1-b][1,3,4]тиадиазины, для которых обнаружена
способность стимулировать пролиферацию дермальных фибробластов, являются
перспективными веществами для применения в медицине, например, при восстановлении поврежденных тканей и ранозаживлении.
Объекты исследования. Производные 1,2,3-тиадиазол-5-илгидразина, гидразиды 4-метил-1,2,3-тиадиазол-5-карбоновой кислоты и 5-метил-1,2,3-тиадиазол-4-илкарбоновой кислоты.
Методология и методы исследования. При выполнении работы использовался комплексный подход к решению поставленных задач. Для получения исходных реагентов и
целевых продуктов применялись методы органического синтеза, активация реакций с
помощью микроволнового облучения, перегруппировки, циклоконденсация. Для изучения
фунгицидной, противовирусной, росторегулирующей активности и способности
стимулировать СПУ синтезированных соединений использовались общепринятые и описанные в литературе методы биологических исследований.
Достоверность полученных данных подтверждается сопоставлением полученных
результатов с литературными данными и данными независимых стандартных методов.
Анализ структуры, чистоты и состава получаемых соединений осуществлялся на
сертифицированных и поверенных приборах Центра коллективного пользования
уникальным оборудованием Уральского федерального университета лаборатории
комплексных исследований и экспертной оценки органических материалов такими методами, как инфракрасная спектроскопия (ИК), спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) на ядрах 1H и 13C, масс-спектрометрия, в том числе высокого разрешения, элементный анализ. Рентгеноструктурный анализ (РСА) проводили в институте органического синтеза им. И.Я. Постовского УрО РАН.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Синтез 1,2,3-тиадиазолилзамещенных моно- и диамидов угольной кислоты.
-
Синтез гетероциклических ансамблей на основе производных 1,2,3-тиадиазола.
-
Перегруппировка Димрота производных 5-гидразино-1,2,3-тиадиазола в синтезе конденсированных 1,2,3-триазолов.
-
Результаты исследований биологической активности веществ.
Личный вклад автора. Диссертант принимал непосредственное участие во всех этапах работы, включая планирование целей и задач исследования, выполнение экспериментов, в том числе и биологических испытаний, анализ и интерпретацию полученных данных, написание и оформление публикаций по результатам исследования.
Апробация работы. Полученные результаты представлены диссертантом на
конференциях регионального, всероссийского и международного уровня, в том числе на
конференциях «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 2014,
2015), Международной конференции молодых ученых «Молодежь в науке – 2011» (Минск,
2011), конференции «Химия в федеральных университетах» (Екатеринбург, 2014),
Международной конференции «Проблемы органической химии» (Шанхай, Китай, 2014),
Молодежной школе-конференции по органической химии (Екатеринбург, 2014),
Международном симпозиуме по гетероциклической химии (Москва, 2015), 13ой Международной конференции в Киото «Новые аспекты органической химии» (Киото, Япония, 2015), Зимней конференции молодых ученых по органической химии (Красновидово, 2016).
Финансирование диссертационной работы проводилось при поддержке Министерства образования и науки РФ (госзадание № 4.560.2014-К, грант Президента РФ для обучения за рубежом студентов и аспирантов российских вузов в 2011/2012 гг.), Программы повышения конкурентоспособности Постановление № 211 Правительства Российской Федерации (контракт № 02.А03.21.0006) и Российского фонда фундаментальных исследований (гранты 13-03-00137 и мол_а 16-33-00556), а также при финансовой поддержке молодых ученых в рамках реализации программы развития УрФУ.
Публикации. Основное содержание исследования опубликовано в 21 научной работе, в том числе 5 научных статьях в рецензируемых научных журналах, которые рекомендованы ВАК РФ для публикации результатов диссертационных исследований, 2 патентах КНР и 14 тезисах докладов научных конференций международного, российского и регионального уровней.
Структура диссертации. Диссертационная работа включает в себя введение, обзор литературы, результаты и их обсуждение, экспериментальную часть, заключение, список цитируемой литературы из 239 наименований и приложения. Работа изложена на 175 страницах машинописного текста и включает 5 таблиц, 31 рисунок, 3 приложения. Диссертационная работа по своей актуальности, целям, решаемым задачам и полученным результатам соответствует п. 1, 2, 3 и 8 паспорта специальности 02.00.03 – Органическая химия.
Катализируемые реакции N-тозилгидразонов с элементарной серой
В ряду 1,2,3-тиадиазолов обнаружено большое количество соединений, обладающих антимикробной, гербицидной, антитромбической, фугицидной и другими видами биологической активности. Препараты на основе -метилового эфира бензо[1,2,3]тиадиазол-7-тиокарбоновой кислоты (Бион, Bion, UltraMAX, Bion MX) [12, 13] и 5-фенилуреидо-1,2,3-тиадиазола (Дропп, Dropp Liquid, Тидиазурон, FreeFall SC, CutOut, Defolit) выпускаются фирмами Novartis, Syngena и Bayer CropScience Pty Ltd, Nufarm Americas Inc, Kingtai Chemicals в промышленном масштабе [14].
Следует отметить, что количество патентов, описывающих синтез и биологическую активность 1,2,3-тиадиазолов сопоставимо с количеством статей по данной тематике (в период с 1950-го по 2005-й годы количество патентов - 138, статей - 146). Это свидетельствует о большой практической значимости исследований в данной области.
Синтезу, химическим превращениям и биологическим свойствам 1,2,3-тиадиазолов посвящены обзоры и монографии [15-18].
Самым плодотворным по поиску и исследованию биологически активных соединений в ряду тиадиазолов является последнее десятилетие. За этот период, по данным химических поисковых баз Reaxys и Scopus, было опубликовано более 90 статей и 220 патентов, посвященных производным 1,2,3-тиадиазола. Ниже мы приводим обзор литературных данных, описывающих методы синтеза и результаты исследования биологической активности производных 1,2,3-тиадиазолов за последние 10 лет.
Можно выделить пять методов синтеза 1,2,3-тиадиазолов: 1. Реакции гидразонов L20, содержащих в -положении СШ группу, с хлористым тионилом (метод Харда - Мори). 2. Гетероциклизация -диазотионов L21 (метод Вольфа). 3. Реакции циклоприсоединения диазоалканов L23 с веществами, содержащими C=S группу L22 (метод Пехмана). 4. Катализируемые реакции #-тозилгидразонов с элементарной серой. 5. Трансформация кольца других серосодержащих гетероциклических соединений. R R N2 L21 Метод Пехмана NHY I N R L20 + SOCl2 Метод Хард-Мори R s L22 X + N v + N H L23 R 1.2.1. Метод Харда - Мори в синтезе производных 1,2,3-тиадиазола Безусловно, самым распространенным методом получения новых производных 1,2,3-тиадиазолов в настоящее время является метод Харда - Мори [19-21]. сн3 со2н со2н Большое внимание уделялось изучению механизма циклизации по методу Харда -Мори, которому посвящено много исследований и научных статей. Последним их обобщением является обзор Станетти и соавторов [22]. Харду и Мори удалось выделить промежуточный - продукт 1,2,3-тиадиазол-1-сульфоксид L26 [11]. Этот интермедиат трансформируется в 1,2,3-тиадиазол кипячением в этаноле в присутствии кислоты или без нее. Реакция протекает через пятичленное промежуточное соединение L27, которое при элиминировании легколетучего этилформиата дает 1,2,3-тиадиазол L19.
Позже механизм реакции Харда – Мори был исследован детально и обсуждался в статьях [22, 23]. Более полное представление о механизме было получено после выделения промежуточного соединения L29 и проведения кинетического исследования [25]. H Cl Так было показано, что тиадиазолин-1-он L29 ароматизируется с образованием 1,2,3-тиадиазолов L32 под действием избытка хлористого тионила при отшеплении группы X.
Данный метод синтеза 1,2,3-тиадиазолов не применим для соединений, в которых присутствуют амино-, меркапто-, гидрокси- и другие группы, способные реагировать с хлористым тионилом.
В последнее время метод Харда – Мори является наиболее широко используемым при получении производных 1,2,3-тиадиазола. Этот подход положен в основу синтеза тиадиазолов L34, которые далее при обработке метилатом натрия могут давать соли 4-арил-1,2,3-тиадиазол-5-илтиола L35. Реакцией L35 с различными 2-хлор(бром)-N-(замещенными)ацетамидами были получены 1,2,3-тиадиазолы L36a-r с высокими выходами (68–84 %) [26, 27].
Кроме того, соединения L36 и L37 были получены альтернативным способом. Тиадиа-золмеркаптоуксусные кислоты L38, полученные гидролизом эфиров L39, были обработаны пентахлоридом фосфора. Генерированные in situ хлорангидриды при взаимодействии с различными аминами давали серию амидов L36a-r. Однако полученный суммарный выход продуктов L36 был ниже (30–45 %), чем при использовании первого метода (68–84 %).
Для серии полученных тиоацетанилидов L36a-r были проведены испытания анти-ВИЧ-1 активности. Выявлено, что соединение L36a проявляет самую высокую противовирусную активность и ингибирует ВИЧ-1 в клетках MT-4 в 7 раз лучше, чем препарат сравнения невирапин (NPV) и в 8 раз лучше препарата делавирдин (DLV) [28].
Испытания анти-ВИЧ-1 активности серии соединений L36 и L37 показали, что все тио-ацетамиды L37a,d-g,k,r, содержащие в положении 1,2,3-тиадиазольного цикла нафтильный заместитель, являются эффективными ингибиторами ВИЧ-1 [29,30]. HXCH2CH2OH Ar Н Аг N О Y jf owo jf soci2 ff i /- OMe Sm3 \\ N Ar OMe 2 2 S // O о толуол s /f 0 x О о L40 L41 L42 64-74 % X = S; NH Ar = Ph (a); 4-MeC6H4 (b); 4-С1С6Н4 (c) 5-Сульфонил-1,2,3-тиадиазолы L41 были получены из семикарбазонов L40 по Харду и Мори. При взаимодействии соединения L41 с 2-аминоэтанолом или 2-аминоэтантиолом в присутствии н-бутил лития и SmCb была синтезирована серия 5-сульфонил-1,2,3-тиадиазолов L42. Исследование антимикробного действия 1,2,3-тиадиазолов L42 показало, что эти соединения проявляют умеренную активность в отношении грамм-положительных (Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis) и практически не обладают активностью в отношении грамм-отрицательных (Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae) бактерий. При этом было отмечено, что соединения L42 проявили фунгицидные свойства в отношении грибов-фитопатогенов Fusarium solani (возбудитель фузариоза растений), Curvularia lunata (возбудитель аллергии) и Aspergillus niger (возбудитель аспергиллеза человека). Наиболее активными фунгицидами оказались 1,2,3-тиадиазолы L42, содержащие тиазолиновый фрагмент в положении 5 цикла [31].
Стоит отметить, что реакция Харда - Мори, как правило, протекает успешно при использовании #-карбамоил-, N-ацил-, #-арилсульфанилгидразонов и т.п. В литературе описано только несколько примеров получения 1,2,3-тиадиазолов из JV-незамещенных гидразонов, не содержащих этих легкоуходящих групп.
Реакции хлорангидрида 4-метил-1,2,3-тиадиазол-5-карбоновой кислоты в синтезе новых производных 1,2,3-тиадиазола
pallens, инсектицидная (в отношении Plutella Xylostella L), фунгицидная активность (в отношении Alternaria solani, Botrytis cinerea (возбудитель серой гнили), Cercospora arachidicola, Gib-berella zeae, Phytophthora infestans (Mont) de Вагу, Physalospora piricola, Pellicularia sasakii (Shi-mi), Sclerotinia sclerotiorum (склеротиния) и Rhizoctonia cerealis (возбудитель окаймленной пятнистости), а также способность стимулировать системную приобретенную устойчивость растений. Восемь соединений серии L117 проявили высокую ларвицидную активность, большинство соединений ряда L117 проявили фунгицидную активность в отношении Physalospora piricola и Cercospora arachidicola [80].
При взаимодействии хлорангидрида 4-метил-1,2,3-тиадиазолил-5-карбоновой кислоты L95 с соответствующими аминами получены 1,2,3-тиадиазолил-5-карбоксамиды L119 и Ы21а-Ь. Согласно расчетным данным, соединение L119 является потенциальным ингибитором фермента тирозил-ДНК фосфодиэстеразы 2 (TDP2), вовлеченного в топоизомераза-опосредованное восстановление повреждения ДНК. Но при сравнении активности соединения L119 с активностью токсофлавина, селективного ингибитора фермента TDP2, установлено, что производное 1,2,3-тиадиазола практически не обладает ингибирующей способностью [81].
Производные 4-(пиразол-1-ил)карбоксанилида L121a-b синтезировали взаимодействием амина и 4-метил-1,2,3-тиадиазол-5-карбоновой кислоты L94 в присутствии POCl3 под действием микроволнового облучения. Полученные соединения являются потенциальными ингибиторами транзиторного рецепторного потенциального канала, с которым связано большое количество почечных заболеваний [82].
Для разработки новых элиситоров с высокой степенью инициации СПУ была синтезирована серия 1,2,3-тиадиазолов L123, содержащих 1,3-тиазольный цикл, согласно принципу сочетания биологически активных заместителей. Выбор в качестве заместителя 1,3-тиазольного цикла основан на его высокой фунгицидной активности [83]. Биологические испытания показали, что среди 9 соединений L123 только два инициируют СПУ лучше, чем положительный контроль (тиадинил). Кроме того, одно соединение продемонстрировало способность ингибировать рост фитопатогенных грибов in vitro и in vivo [84].
Реакция карбонилхлорида L95 с вторичными аминами L124 приводила к образованию амидов L125a-i. Для соединений L125a-e была выявлена высокая инсектицидная активность в отношении Spodoptera littoralis (египетская хлопковая совка), Heliothis virescens (табачная ли 28 стовертка), Plutella xylostella (капустная моль), Diabrotica balteata (огуречный жук), Thrips tabaci (трипс табачный) и Tetranychus urticae (обыкновенный паутинный клещ) [85]. Предлолагется, что эти производные 1,2,3-тиадиазола могут использоваться в качестве инсектицидов, немато-цидов, моллюскоцидов.
Ацилированием биологически активных аминов хлорангидридом 1,2,3-тиадиазольной кислоты были синтезированы соединения L128a-d – модуляторы активности депо-управляемых кальциевых каналов [87] и L129 – положительный аллостерический модулятор никотиновых рецепторов ацетилхолина [88]. Синтез соединений L128a-d проводили в присутствии димети-ламинопиридина (DMAP) и диизопропилэтиламина (DIPEA, основания Хунига). Соединение L129 было синтезировано при добавлении диизопропилэтиламина в хлористом метилене. СН,
Для соединений L133 in vitro была изучена противовирусная активность в отношении вируса гепатита В (HBV). Выявлено, что у соединений L133b-c степень ингибирования репликации вируса гепатита выше, чем для известного используемого положительного контроля – препарат ламивудин [89].
Серия соединений L135 была получена ацилированием бензоилхлоридами гидразидов L134, полученных реакцией карбонилхлорида 4-метил-1,2,3-тиадиазола L95 с трет-бутилгидразином в присутствии гидроксида натрия. Производные 1,2,3-тиадиазола L136 были синтезированы взаимодействием хлорангидрида L95 с различными гидразидами. N //
Соединения L135и L136 были исследованы на инсектицидную активность в отношении Plutella xylostella L. (капустная моль) и Culex pipiens pallens (комар обыкновенный) [90]. Высокую активность в отношении капустной моли проявлили гидразиды L135g и L135k в концентрации 200 мкг/мл, соединения L135i, L136a и L136k проявили 100 % инсектицидную активность в отношении комара обыкновенного при концентрации 1 мкг/мл. Хлорангидрид 1,2,3-тиадиазол-5-илкарбоновой кислоты L95 также вступает в реакцию С-ацилирования при взаимодействии с пиразолоном L137. Реакцией Шоттен – Баумана (the Scotton – Baumann reaction) 2,5-дизамещенных-2,4-дигидропиразол-3-онов L137 с 4-метил-1,2,3-тиадиазол-5-карбонилхлоридом L95, с последующей перегруппировкой Фриса (Fries rearrangement) в присутствии гидроксида кальция и оксида кальция в качестве катализатора была синтезирована серия новых 4-ацил-2,5-дизамещенных-3-гидроксипиразолов L138.
Синтез и свойства тиадиазолилмочевин, содержащих остатки аминокислот
Следует отметить, что соединения 33a,c,d были получены ранее [162] с использованием другого метода. В литературе имеются сведения об антибактериальной активности эфиров 1,2,3-тиадиазол-5-илкарбаминовой кислоты [162]. Нами были проведены исследования фунги-цидной активности полученных соединений ЗЗа-е в отношении микроскопических грибов -фитопатогенов сельскохозяйственных культур. Результаты исследования фунгицидной активности описаны в разделе
Нами было выдвинуто предположение, что введение фрагментов аминокислот в молекулы 1,2,3-тиадиазолилмочевин позволит увеличить их биодоступность, а также получить водорастворимые формы в виде натриевых солей. Разработанная ранее методика стала основой для синтеза 1,2,3-тиадиазолилмочевин 35a-h и 36a-d, которые были синтезированы при взаимодействии ацилазидов 26b, 28b с аминокислотами 34a-h (Таблица 1).
Таблица 1 – Аминокислоты 34a-i, используемые для синтеза 1,2,3-тиадиазолилмочевин 35a-i, 36a-d и солей тиадиазолилмочевин 38a-h и 39a-d Аминокислота Соединения –Х– глицин 34а, 35а, 36а, 38а, 39а –СH2 D--аланин 34b, 35b, 36b, 38b, 39b -СH(CHз) D--фенил--аланин 34с, 35с, 36с, 38с, 39с –СH(CH2Ph) L-валин 34d, 35d, 36d, 38d, 39d H-c—CH(CH3)2 D-триптофан 34e, 35e, 38e H—c—CH2 N-4 /H x y глицилглицин 34f, 35f, 38f -CH2CONHCH2 L-серин 34g, 35g, 38g –СH(CH2OH) -аланин 34h, 35h, 38h -CH2CH2 1 Часть результатов опубликована в статье: Емельянов В. В., Мусальникова А. В., Саватеева Е. А., Шахмина Ю.С., Калинина Т. А., Глухарева Т. В., Моржерин Ю. Ю. Синтез и оценка влияния производных 5-сульфанил-1,2,3-триазол-1-иламинокарбоновых кислот на кинетику окисления аскорбиновой кислоты // Изв. Академии наук. Серия химическая. – 2016. – № 1. – С. 203–209. Несмотря на то, что реакционная способность NH2-группы аминокислот ниже, чем у ароматических аминов, реакции их карбамоилирования протекали при кипячении в 1,4-диоксане в течение 3–5 ч без применения катализаторов с выходами 62–85 %.
В спектрах ЯМР 1Н тиадиазолилмочевин 35a-g сигналы протонов метильной группы в положении 4 гетероцикла наблюдались при 2,50–2,55 м.д., сигналы NH-протонов уреидогруппы – в области 9,88–10,40 м.д. (для N(1)) и 6,81–7,27 м.д. (для N(2)), протон карбоксильной группы – в виде уширенного сигнала в области 12,22–12,94 м.д. (11,81 м.д. для 35h).
В спектрах ЯМР 1Н тиадиазолилмочевин 36a-d сигналы протонов метильной группы в положении 5 проявлялись при 2,35–2,45 м.д. в виде синглета, сигналы N(1)H-протонов уреидо-группы наблюдались в области 8,98–9,16 м.д. в виде дублетов для мочевин 36b,c,d и в виде триплета для мочевины 36a. Сигналы протонов у N(2) регистрировались при 6,82–7,13 м.д. в виде синглета, а протонов карбоксильной группы – в виде уширенного сигнала в области 12,04–12,23 м.д.
Таким образом, в спектрах ЯМР 1Н тиадиазолилмочевин 36a-d сигналы протонов всех групп находятся в области более сильного поля по сравнению с сигналами протонов аналогичных групп мочевин 35a-h, при этом наибольший сильнопольный сдвиг (на 0,90–1,24 м.д.) наблюдается для сигнала N(1)H-протонов уреидогруппы (Рисунок 2, 3).
В спектрах ЯМР 13С тиадиазолилмочевин 36a-d наблюдается сдвиг сигнала углерода ме-тильной группы в положении 5 цикла в область сильного поля (9,40–9,60 м.д.) на 2,2–2,5 м.д. по сравнению с сигналом углерода метильной гпуппы в положении 4 цикла для мочевин 35a-h. Сигнал углерода С(5) тиадиазолилмочевин 36a-d сдвигается в область более слабого поля на 6,5–6,8 м.д. по сравнению с аналогичным сигналом в спектре тиадиазолилмочевин 35a-h.
Следует отметить, что в масс-спектрах тиадиазолилмочевин 35a-h и 36a-d не всегда регистрируется пик молекулярного иона. Характерными в масс-спектрах являются пики осколочных ионов массой [М–N2]+, [М–N2–H2O]+, [М–N2–H2O–CO]+. Натриевые соли полученных кислот 35a-h, 36a-d были получены при обработке водным раствором NaOH при комнатной температуре. N // N. СНз О N // N. N // N. Х Х NaOH і N Н N Н 37a-h Н / і \ NaOH н2о X S О СНз N Н N // N. 35a-h s со2н н2о Н С02Н Н N N X л О снз 36a-d N // N. s / N Н C02Na н C02Na N x 2 О снз 39a-d N О 38a-h СНз SH /Х C02Na Структура полученных соединений была установлена с помощью данных спектроскопии ЯМР 1H и 13С, ИК-спектроскопии. Поскольку в спектрах ЯМР 1Н солей 37a-h отсутствовал сигнал протона при N(1), нами было выдвинуто предположение, что в растворе натриевые соли (4-метил-1,2,3-тиадиазол-5 илкарбамоил)аминокарбоновых кислот 37a-h перегруппировываются в 1-карбамоил-4-метил-5-меркапто-1,2,3-триазолы 38a-h. Это позволяет объяснить факт исчезно вения сигнала NH протона. Также для соединений 38c,e-g в области 11,6–12,0 м.д. регистриро вался уширенный сигнал, который можно отнести к сигналу SH-группы. Для солей 38a,b,d,h данный сигнал отсутствует, что является особенностью 5-меркапто-1,2,3-триазолов [163]. До полнительным подтверждением протекания перегруппировки может служить сдвиг сигнала протона при N(2) на 0,7–1,1 м.д. (для соединений 38a-c,e-h) и 2,0 м.д. (для 38d) в область слабо го поля по сравнению с соответствующим сигналом для тиадиазолов 35a-h. Также характерным является сдвиг сигнала углерода С(5) триазольного цикла в область слабого поля на 0,6–1,5 м.д. в спектрах ЯМР 13C триазолов 38 по сравнению с сигналом углерода С(5) в спектрах тиадиазо лов 35.
Для 1,2,3-тиадиазол-4-илмочевин 36a-d протекание перегруппировки Димрота невозможно, и в результате реакции образуются натриевые соли 39a-d. В спектрах ЯМР 1Н солей 39 сигналы протонов при N(1) регистрируются в области более слабого поля (9,57–9,61 м.д.) по сравнению с аналогичным сигналом NH-протона в кислотах 36a-d (8,97–9,16 м.д.). Для натриевых солей 39a-d отсутствует сигнал протона карбоксильной группы, который для исходных кислот 36a-d наблюдался в области 12,04–12,23 м.д.
Исследование ростостимулирующих свойств соединений на семянах сосны обыкновенной
Полученные результаты позволяют предположить, что вещества (35d, 44с), проявившие сходные с ГК свойства, можно использовать с целью повышения всхожести, сокращения сроков прорастания семян, а также улучшения роста и дальнейшей жизнеспособности сеянцев, которые, в свою очередь, применяют для создания географических культур древесных пород. Использование веществ, по своим свойствам сходных со стимуляторами роста, также перспективно для селекционных работ с древесными видами и работ по изменению генетической структуры промышленно ценных видов растений, таких как сосна обыкновенная.
Известны примеры совместного применения ГК и ТДЗ, в результате которого зафиксировано повышение семенной продуктивности [221]. Соответственно, необходимо дальнейшее изучение совместного влияния ТДЗ и 44с на рост сеянцев сосны. Практическое применение соединений, обладающих указанными свойствами, заключается в стимуляции корнеобразования или побегообразования при вегетативном размножении и размножении in vitro.
Таким образом, к наиболее перспективным веществам для дальнейшего изучения биологических свойств, как в качестве самостоятельных стимуляторов роста, так и в сочетании с ТДЗ, можно отнести соединения 35d и 44с.
Одним из новейших направлений защиты растений от болезней является активация СПУ растений под действием химических веществ (элиситоров) природного и синтетического происхождения, способных индуцировать механизмы защиты растений к возбудителям болезней и формировать устойчивость к повторному заражению [225, 226]. В настоящее время в сельском хозяйстве применяются такие активаторы СПУ, как бион [227], тиадинил [228], метадинил [84], являющиеся производными 1,2,3-тиадиазола.
Одним из способов исследования способности вещества индуцировать СПУ растений является оценка защиты растения от вирусных инфекций при однократном и повторном заражении. Параллельно также изучается противовирусная активность веществ [229]. Наиболее удобной моделью для изучения индукции СПУ и противовирусного действия веществ являются растения табака, зараженные вирусом табачной мозаики (ВТМ) [230-232].
Исследования противовирусной активности и способности индуцировать СПУ выполнены Т. А. Калининой во время стажировки в научной группе под руководством профессора Ж.-Дж. Фана (Государственная лаборатория элементо-органической химии, Нанкайский университет, г. Тяньцзинь, Китай). Часть результатов опубликована в двух патентах (Пат. 102816135 КНР. 5-Methyl-1,2,3hiadiazole-containing 1,3,4hiadiazole derivatives and their preparation method and use / Zh.-J. Fan, T. A. Kalinina, X.-W. Hua, D. Wang, X.. Ji, Yu.Yu. Morzherin, N. P. Belskay, V. A. Bakulev. Опубл. 12.12.2012. Пат. 102816158 КНР. 5-methyl-1,2,3hiadiazole-1,3,4-oxadiazole derivatives, and preparation method and application thereof / Zh.-J. Fan, T. A. Kalinina, W.. Mao, X.-W. Hua, D. Wang, X.. Ji, Yu. Yu. Morzherin, N. P. Belskay, V. A. Bakulev. Опубл. 12.12.2012). Для оценки способности индуцировать СПУ и противовирусной активности веществ нами были выбраны 1,3,4-оксадиазол- и 1,3,4-тиадиазол-4-ил-1,2,3-тиадиазолы 50a-h и 53b-k, а также N-(5-метил-[1,2,3]тиадиазол-4-карбонил)-гидразинкарботиоил]ариламиды 52b-k. Для исследования in vivo использовались растения табака в период развития шестого листа. Для инокуляции вирусом табачной мозаики соком ранее зараженных растений (концентрация ВТМ 5,8810–2 мг/мл) обрабатывались три верхних листа растений. В качестве положительного контроля были использованы активатор СПУ тиадинил (ТДЛ) и противовирусный препарат риба-вирин [233, 234]. В качестве отрицательного контроля сравнения для каждого опыта (лечение, инактивация, индукция, защита) использовали обработанные водой растения табака.
Соедиения 50b и 53j проявили наибольший стимулирующий СПУ эффект и защитный эффект среди всех исследованных соединений (Приложение Б). Для этих соединений показатель защитного эффекта превышал показатель рибавирина примерно на 20 %, а ТDL – на 130 %, при этом уровень индукции СПУ был близок к ТДЛ.
Также интересные результаты были получены для соединений 52e и 53h, которые показали высокий лечебный и инактивирующий ВТМ эффекты и могут считаться перспективными с точки зрения дальнейшего изучения их противовирусной активности. Однако данные соединения имеют недостаточно высокий защитный эффект. Возможно, это связано с их быстрой биодеградацией. В связи с этим необходимы дальнейшие исследования данных соединений.
Соединения 52g, 53f проявили высокий уровень инактивации и защиты (Приложение Б). Однако лечебный эффект их был достаточно низким. Данные вещества могут быть рекомендованы для изучения профилактической защиты растений от вирусных заболеваний.
Соединение 52h проявило высокий лечебный и защитный эффекты (Приложение Б). Однако уровень индукции СПУ оказался на 35 % ниже, чем у ТДЛ. Для данных соединений мы считаем целесообразным дальнейшее исследование зависимости уровня СПУ от концентрации.
Таким образом, в результате проведенных исследований были обнаружены соедиения перспективные для дальнейшего исследования в качестве противовирусных средств и активаторов СПУ растений.
Грибковые заболевания имеют наиболее широкое распространение у сельскохозяйствен 9 Исследования фунгицидной активности веществ выполнены Т. А. Калининой и И. С. Хажиевой во время стажировки в научной группе под руководством профессора Ж.-Дж. Фана (Государственная лаборатория элементо-органической химии, Нанкайский университет, г. Тяньцзинь, Китай). Часть результатов опубликована в двух патентах (Пат. 102816135 КНР. 5-Methyl-1,2,3hiadiazole-containing 1,3,4hiadiazole derivatives and their preparation method and use / Zh.-J. Fan, T. A. Kalinina, X.-W. Hua, D. Wang, X.. Ji, Yu. Yu. Morzherin, N. P. Belskay, V. A. Ba-kulev. Опубл. 12.12.2012. Пат. 102816158 КНР. 5-methyl-1,2,3hiadiazole-1,3,4-oxadiazole derivatives, and preparation method and application thereof / Zh.-J. Fan, T. A. Kalinina, W.. Mao, X.-W. Hua, D. Wang, X.. Ji, Yu. Yu. Morzherin, N. P. Belskay, V. A. Bakulev. Опубл. 12.12.2012). ных растений и часто приводят к значительным потерям урожая, поэтому разработка фунги-цидных препаратов для защиты растений является актуальной задачей. Среди производных 1,2,3-тиадиазола обнаружены соединения, обладающие высоким уровнем фунгицидной активности в отношении фитопатогенных грибов [100, 102, 235, 236].