Содержание к диссертации
Введение
1. Исследования органических реакций с помощью соединений радиоактивной серы 6
1.1. Обменные реакции изотопов серы, установление места разрыва связей в молекулах 7
1.2. Механизмы и кинетические исследования некоторых реакций органических соединений серы 17
1.2.1. Изучение возможных направлений реакций 17
1.2.2. Кинетические исследования некоторых реакций органических соединений серы, обнаружение промежуточных соединений 23
1.3. Молекулярные перегруппировки органических соединений, содержащих серу 32
1.3.1. Перегруппировка органических сульфокислот и солей 33
1.3.2. Дигидротиазин-тиазолиновая перегруппировка 34
1.4. Использование S в физической химии и биохимии 37
2. Обсуждение результатов 40
2.1. Синтез и изучение сольволитической перегруппировки циклических р-галогендитиокарбаматов с использованием соединений, меченных серой-35 40
2.2. Изучение методом радиоактивных индикаторов гидролиза циклических р-галогенизотиомочевин. Разработка метода синтеза новых 5-гидроксиметил-2-амино-2-тиазолинов 56
2.2.1. Разработка нового препаративного способа получения 5-гидроксиметил-2-амино-2-тиазолина 57
2.2.2. Получение 5-гидроксиметил-2-аминозамещенных-2-тиа-золинов 62
2.2.3. Масс-спектрометрические исследования 5-галогеналкшь и 5-гидроксиметил-2-амино-2-тиазолинов 73
3. Получение производных циклических дитиокарбаматов и изотиомочевин 78
3.1. Алкилирование и ацилирование циклических дитиокарбаматов 78
3.2. Ацилирование циклических изотиомочевин 84
4. Биологическая активность производных циклических дитиокарбаматов и изотиомочевин 91
5. Экспериментальная часть 98
5.1. Синтез исходных соединений 98
5.2. Синтез 5-галогентетрагидро-1,3-тиазин-2-тионов (Па,Ь, XI) и 5-галогенметилтиазолидин-2-тионов (Ша,Ь, XII) 99
5.3. Синтез гидрогалогенидов 5-галогенметил-2-аминозамещенных тиазолинов (Vllb, XXIa-i) 101
5.4. Синтез 5-гидроксиметил-2-аминозамещенных тиазолинов (IX, XIVa-h) 103
5.5. Производные циклических дитиокарбаматов 106
5.6. Производные циклических изотиомочевин 111
5.7. Синтез меченых соединений 113
5.8. Радиохроматография 114
5.9. Исследование кинетики реакций 116
5.10. Очистка растворителей и подготовка веществ к кинетическим исследованиям 117
5.11. Дополнительные исследования 117
5.12. Рентгеноструктурные исследования гидробромида 5- гидроксиметил-2-(М,К-метилбензил)амино-2-тиазолина (XlVd) и гидробромида 5-изобутаноилоксиметил-2-изобутаноиламино-2- тиазолина(ХХХУ1с) 118
Выводы 120
- Механизмы и кинетические исследования некоторых реакций органических соединений серы
- Молекулярные перегруппировки органических соединений, содержащих серу
- Изучение методом радиоактивных индикаторов гидролиза циклических р-галогенизотиомочевин. Разработка метода синтеза новых 5-гидроксиметил-2-амино-2-тиазолинов
- Ацилирование циклических изотиомочевин
Введение к работе
Несмотря на огромное количество синтетических и природных соединений, обладающих биологической активностью, поиск новых более эффективных и менее токсичных препаратов является актуальной задачей. Производные циклических дитиокарбаматов (такие как тиазин-2-тионы и тиазолидин-2-тионы) и циклических изотиомочевин (2-аминотиазины и 2-аминотиазолины) обладают широким спектром биологической активности. В последнее время получены данные о перспективности поиска радиопротекторов среди химических соединений являющихся ингибиторами NO-синтазы, так как радиопротекторы могут ингибировать продукцию N0 и, наоборот, ряд ингибиторов NO-синтазы обладают радиопротекторной активностью. Хорошо известны радиозащитные свойства некоторых циклических изотиомочевин, производных дигидротиазин-тиазолинового ряда. Проведенные ранее исследования показали, что большое влияние на токсичность этих соединений оказывает характер заместителя в положении 5 гетероциклического кольца. Наличие метильного или галогенметильного радикала в молекуле приводит к возрастанию токсичности, тогда как введение гидроксиметильного заместителя приводит к её снижению и увеличению радиозащитного эффекта. Это послужило основанием для поиска путей синтеза неизвестных ранее соединений, таких как N-замещенные-5-гидроксиметил-2-амино-2-тиазолины и их производные.
Наличие в молекулах циклических дитиокарбаматов и изотиомочевин нескольких реакционных центров и широкий спектр биологической активности, определяет интерес, проявляемый к данным соединениям, а химическая модификация дает возможность получения новых биологически активных соединений.
Целью данной работы было изучение методом радио нуклид ной диагностики закономерностей синтеза и превращений новых производных тиазина, тиазолшш и тиазолидина, являющихся аналогами циклических
5 дитиокарбаматов и изотиомочевин; исследование строения и химических свойств полученных веществ, а также изыскание областей практического применения синтезированных соединений.
В работе использовались соединения, меченные радионуклидом 35S. Это позволило получить информацию об оптимальных условиях получения и выделения новых циклических дитиокарбаматов и изотиомочевин, дало возможность детально изучить неописанную ранее перегруппировку 5-галоген-3,4,5,6-тетрагидро-1,3-тиазин-2~тионов, проходящую с сужением цикла. Исследования механизма тиазин-тиазолидиновой перегруппировки также были проведены с использованием изотопов серы-35 и хлора-36.
Диссертация состоит из пяти глав.
Механизмы и кинетические исследования некоторых реакций органических соединений серы
Методом тонкослойной радиохроматографии было исследовано превращение [358]2-амино-2-тиазолидинона-4 и его 5-м етил и 5-этилпроизводных, а также [ С]2-амино-2-тиазолидинона-4 в водных растворах щелочи [29] (схема 16). Ранее предполагалось, что в водных растворах при рН 7 эти соединения разлагаются с образованием мочевины и тиомочевины, 2-гидрокси- и 2- меркаптокарбоновых кислот. Такой состав продуктов реакции предполагает, что первоначально происходит раскрытие исходного гетероцикла по связи S-C(5) или S-C(2) (путь 1 или 3) (схема 16). Наличие лактамной группировки позволяет предположить, что в рассматриваемых условиях возможно раскрытие гетероцикла и по связи N(3 -C(4) (путь 2) (схема 16). Во всех случаях на разных глубинах превращения не была обнаружена мочевина, следовательно, путь 3 не реализуется. Изучение состава продуктов реакции выявило образование 8-(1-карбоксиметил)изотиомочевины, что свидетельствует о реализации пути 2, то есть происходит раскрытие цикла по эндоциклической связи по механизму, близкому к раскрытию лактамов в щелочной среде. Изучена перегруппировка некоторых р-галогенсульфидов в реакциях со свободными металлами [30]. При исследовании восстановления цинковой пылью в спирте и хлороводородной кислоте меченных серой-35 S-(2-бромэтил)изотиомочевин было установлено, что продуктами реакции являются только тиомочевина и соответствующие непредельные соединения. Специальным опытом была доказана устойчивость связи C-S солей 3-амино-и 3-карбоксипропилизотиомочевин к действию металлов. Это означает, что разрыв связи C-S в ходе восстановления определяется присутствием галогена в р-положении к атому серы. С использованием S показано [31], что в цепи последовательно-параллельных реакций З-амино-2-бромпропионовой кислоты с тиомочевиной образуются 8-(2-амино-1-карбоксиэтил)изотиомочевина, 2-амино-2-тиазолин-карбоновая-5 кислота, 2-амино-5-аминометил-2-тиазолинон-4 (схема 17). Было обнаружено [32], что гетероциклизация N-аллилтиомочевины, меченной серой-35, под действием протонных кислот приводит к целому спектру соединений, что противоречит результатам синтетической практики, использующей эту реакцию для количественного получения производных 5-метил-2-амино-2-тиазолина. Анализ реакционных смесей циклизации немеченой N-аллилтиомочевины показал, что практически единственным ее продуктом при нагревании в водных растворах протонных кислот (НС1, НВг, H2SO4) является 5-метил-2-амино-2-тиазолин.
При этом наблюдалось образование следовых количеств изомерного 2-амино-5,6-дигидро-4Н-1,3-тиазина(не более 1,5%) (схема 18). При этом особенно заметным оказалось влияние кислотности среды. В разбавленных водных растворах кислот (С0 0.1 моль/л) соединения I или II практически не образуются, независимо от удельной активности N-аллилтиомочевины , в то же время образуется неидентифицированный продукт, по всей видимости - полимерной природы, содержание которого увеличивается при понижении концентрации кислоты и достигает 15 - 20% (при концентрации кислоты менее 0.05 моль/л). Кроме того, во всех случаях было обнаружено существенное возрастание (по сравнению с циклизацией немеченой N-аллилтиомочевины) содержания дигидротиазина в реакционной смеси с 1,5% до 15 - 20%. Было установлено, что количество аномальных продуктов циклизации в этих реакциях возрастает с увеличением: 1) удельной радиоактивности исходной тиомочевины; 2) концентрации кислоты; 3) содержания ионов галогена в растворе (табл. 1). Необходимо также отметить, что во всех случаях содержание 5-членных гетероциклов I существенно превосходило количество их 6-членных изомеров II (в соотношении 95 : 5). Для идентификации этих продуктов были проведены их встречные синтезы и показана идентичность хроматографических констант продуктов реакции и эталонных соединений во всех используемых системах растворителей. Изучая реакцию карбодиимида с тиофосфорными кислотами было установлено [33], что при использовании двукратного избытка карбодиимида получается смесь продуктов содержащая тиопирофосфаты, тионофосфаты, тиолофосфаты, дициклогексилтиомочевину и полимер алкилметафосфат. При соотношении 1 : 1 была выделена Ы-фосфорил-К,Н -дициклогексилтио-мочевина. Подобное соединение было выделено и в случае диалкил- и диарилкарбодиимидов. Для выяснения механизма реакции использовали N-дифенилфосфорил-N,N -дициклогексилтиомочевину (В і) И меченный серой-35 0,0-диэтилтиофосфат (схема 20). Анализ реакционной смеси показал, что тиопирофосфат, содержащий дифенокситиофосфорильную и диэтоксифосфорильную группу (путь а) является преобладающим продуктом. Образование других возможных тиопирофосфатов (путь b,c,d) было минимально. Было найдено, что в выделенной дициклогексилтиомочевине (TU) содержится 91% серы-35, использованной в эксперименте. Полученные данные указывают на существование равновесия между аддуктом В и тиокислотами. Интерпретация механизма основана на том, что перегруппировка S- фосфорил- Ы -дициклогексилизотиомочевины (Aj) в Ы-фосфорил-КЗЧ - дициклогексилтиомочевину (Ві) является обратимой реакцией. Таким образом, протонированный N-фосфорилированный аддукт (Bj) превращается сначала в изомерную S-фосфорилированную форму (Ai). Затем нуклеофильная атака аниона О,0-диэтилфосфортионатана центральный атом углерода соединения (Аі) приводит к образованию аниона 0,0- дифенилфосфортионату и S-фосфорилированного аддукта (А2) содержащего радиоактивную серу. Последний аддукт (или его устойчивый N-изомер Вэ) могут реагировать со свободным анионом тиокислоты, давая соответствующий нерадиоактивный тиопирофосфат и дициклогексилтиомочевину (TU), содержащую серу-35 (путь а).
Другие пути превращения (Ь, с, d) приводят к образованию продуктов реакции в следовых количествах. Присутствие серы-35 в дициклогексилтиомочевине (TU) несомненно указывает на обмен целого аниона кислоты в ходе реакции, 1.2.2. Кинетические исследования некоторых реакций органических соединений серы, обнаружение промежуточных соединений Высокая нуклеофильность тиомочевины в сочетании с низкой основностью делают ее удобной моделью для изучения реакций нуклеофильного замещения широкого круга галогенпроизводных. При изучении реакции тиомочевины с N-(a- галоидацил)аминокислотами было показано, что реакция идет по второму порядку и скорость ее зависит от выбора растворителя [34]. Для подробного изучения влияния растворителя на скорость реакции была выбрана более простая модель - a-броммасляная кислота. Было изучено взаимодействие [ 8]тиомочевины и a-броммасляной кислоты в различных растворителях, определены константы скорости изучаемой реакции [35]. Установлено, что скорость реакции зависит от растворителя и уменьшается в ряду диметилформамид, этанол, изопропанол, уксусная кислота. Г.Б.Рязанцевым, Я.И.Лыс и В.М.Федосеевым было изучено влияние вицинальных заместителей на реакционную способность в бимолекулярном нуклеофильном замещении у насыщенного атома углерода. Методом радиохроматографии были определены константы скорости реакции тиомочевины с р-замещенными бромэтанами в диметилформамиде, рассчитаны энергии активации реакции [36]. Показано несоблюдение изокинетической зависимости и уравнения Тафта для всех заместителей и выполнение изокинетических зависимостей для двух отдельных реакционных серий, одна из которых удовлетворительно описывается уравнением Тафта, учитывающим индуктивные и стерические эффекты заместителей. На основании полученных данных было предположено существование двух типов вицинальных заместителей с различными механизмами влияния на реакционную способность брома у насыщенного атома углерода. Для первого типа заместителей (Н, F, Вг, СН3, СеН5) основными факторами, определяющими реакционную способность, являются индуктивные и стерические эффекты заместителей. Второй же тип (СООН, СООС2Н5, CN, ЖІзВг, SC(NH2)2Br) включает заряженные или сильно полярные заместители, что позволяет ожидать проявления эффекта поля, приводящего к дополнительной стабилизации переходного состояния.
Молекулярные перегруппировки органических соединений, содержащих серу
Радиоактивная сера была с успехом применена для изучения перегруппировки ароматических сульфокислот и сольволиза 5-галогензамещенных 2-амино-5,6-дигидро-1,3-тиазинов, приводящего к сужению цикла. Известно, что при нагревании растворов ароматических сульфокислот происходит их изомеризация с перемещением сульфогруппы и образованием разного соотношения изомеров, в зависимости от концентрации серной кислоты и температуры. Описана [15] реакция обратимой изомеризации о- и п-толуолсульфокислот, которая осуществляется нагреванием при 100С в течение 10 ч сульфокислоты в разбавленной серной кислоте. Равновесная смесь при 100С состоит из 15,4% орто- и 86,4% пара-изомеров. При нагревании а-нафталинсульфокислоты при 160С в серной кислоте она изомеризуется в (З-нафталинсульфокислоту. При нагревании бензол-сульфаминовой кислоты образуется сульфаниловая кислота (схема 28). Если реакцию проводить в присутствии эквимолярного количества серной кислоты, меченной 35S, в диоксане и вести нагревание в течение 55 ч при 100С, то в продукте реакции можно обнаружить 35S [45]. Это свидетельствует о том, что наблюдается межмолекулярная перегруппировка в результате гидролиза и вторичного сульфирования. п-Оксибензолсульфонат натрия в 9-18 н. растворе серной кислоты, меченной серой-35, в течение трех часов при 175С полностью обменивается с изотопом серы 35S, а при 130С только на 76% [46]. Эта реакция также протекает через стадию десульфирования с последующим сульфированием. Изучена миграция сульфогруппы в ряде гидрокси- и аминосульфокислот в присутствии Na235S04 с добавками нафталина, а-нафтола и а-нафтиламина [8]. В солях солях нафтионовой и сульфаниловой кислот, нафталин-2-сульфокислоты и 2-нафтиламин-1-сульфокислоты перегруппировка идет преимущественно без внедрения 35S в сульфогруппу получаемого изомера, то есть без участия сульфата среды (схема 29), а в свободных кислотах - с внедрением S, то есть по гидролитическому механизму (схема 30). Было установлено, что дигидробромид S-(2-6pOM-3-аминопропил)изотиомочевины при нагревании в водном растворе циклизуется с образованием гидробромида 2-амино-5-бром-5,6,-дигидро-1,3-тиазина [47]. Это соединение, в свою очередь, перегруппировывается с сужением цикла, давая гидробромид 2-амино-5-бромметил-2-тиазолин и гидробромид 2-амино-5-гидроксиметил-2-тиазолина (схема 31) [48]. Были синтезированы различные соли [ 8]2-амино-5-бром- и [ 3]2-амино-5-хлор- 5,6,-дигидро-1,3-тиазинов и радиохроматографически изучена кинетика тиазин-тиазолиновой перегруппировки в зависимости от влияния природы уходящей группы, кислотности среды, добавок нуклеофильных агентов [49]. Установлено, что в среде апротонных полярных растворителей (ацетон, ДМФА. ДМСО, жидкий S02) перегруппировка практически не наблюдается, лишь при длительном нагревании в среде ДМФА имеются следы перегруппированного продукта.
В полярных протонных растворителях, таких как метиловый, этиловый, изопропиловый спирты перегруппировка также не идет. Единственный растворитель, в котором перегруппировка солей 2-амино-5-галогензамещенных-1,3-тиазинов наблюдается с заметной скоростью - это вода. Анализ кинетических данных для перегруппировки солей дигидротиазинов в водных растворах показал, что скорости реакции описываются уравнением для необратимой реакции первого порядка (по дигидротиазину) и зависят от температуры и характера добавок, присутствующих в реакционной смеси [49]. Так, гидробромид 2-амино-5-бром-5,6,-дигидро-1,3-тиазина при повышении температуры реакционной среды с 80С до 100С перегруппировывается примерно в 5 раз быстрее, а в присутствии эквивалента бромистого аммония - в три раза медленнее. В 4 раза быстрее перегруппировывается гидробромид 2-амино-5-бром-5,6,-дигидро-1,3-тиазина, чем гидробромид 2-амино-5-хлор-5,6,-дигидро-1,3- тиазина. Это объясняется большей легкостью гетер ол из а связи С-На1 в случае связи С-Вг. С помощью экспериментов с двойной радиоактивной меткой (35S и 3бС1) было показано [50], что в сольволитической изомеризации [358]2-амино-5-хлор-5,6,-дигидро-1,3-тиазина в 50% водном этаноле в присутствии 10-кратного избытка хлористого натрия, меченного хлором-36, наблюдается эффект «внутреннего возврата» анионов хлора (то есть содержание перегруппированного и меченного только серой-35 2-амино-5-хлорметил-2-тиазолина в реакционной смеси существенно превосходит количество этого же, но дважды меченного гетероцикла) (схема 32). Полученные экспериментальные данные позволили сделать выводы относительно механизма дигидротиазин-тиазолиновой перегруппировки. Движущей силой перегруппировки шестичленного цикла в пятичленный является участие атома серы, причем скорость реакции существенно зависит от степени депротонирования амидиновой группировки гетероцикла, в рассредоточении положительного заряда которой также должен участвовать атом серы. Показано, что атака атома серы на реакционный центр происходит по внутримолекулярному SN2-MexaHH3My с образованием контактной ионной пары. Это позволяет объяснить значительную степень возврата анионов хлора в исходный тиазин. По-видимому, ионизация связи С-На1 протекает с синхронным взаимодействием Зр-электронов атома серы с развивающимся положительным зарядом на атоме углерода. Такое взаимодействие приводит к сульфониевой структуре, которая атакуется нуклеофилами, присутствующими в реакционной смеси.
Методом тонкослойной радиохроматографии при изучении сольволиза гидробромида 2-амино-5-бромметил-2-тиазолина, меченного 35S, в воде и 50%-м водном этаноле при 100С удалось обнаружить в реакционной смеси продукт перегруппировки с расширением цикла — соответствующий 5-бромдигидротиазин (максимальное содержание достигало 10-12%) [51], что свидетельствует об обратимости данной перегруппировки. 1.4. Использование 35S в физической химии и биохимии Существуют и другие направления использования органических соединений, меченных серой- Для изучения каталитической активности катализаторов также могут быть применены радиоизотопные методы [52]. Катализаторы на основе молибдена, используемые для дегидросульфирования, наиболее важные среди промышленных катализаторов. Одним из новых подходов, характеризующих структуру таких катализаторов и влияние серы на работу катализатора является использование изотопа 35S. Исследование поведения серы в реакции дегидросульфирования и реакции обмена с сульфированными Мо/А12Оз и Со-Мо/А1203 катализаторами позволяет изучить в условиях реакции процесс образования активных центров, влияние различных добавок на каталитическую активность [53]. Так, была изучена реакция дегидросульфирования дибензотиофена, меченного серой-35, серией Мо/А1203 катализаторов, содержащих 6-20% молибдена, при температуре 280-3 8 0С [54]. Было установлено, что механизм дегидросульфирования и природа активных центров не зависит от количества молибдена. Тогда как применение Со в качестве активатора M0/AI2O3 катализаторов для данной реакции при 200-400С приводит к увеличению каталитической активности, что может быть объяснено образованием большего количества активных центров [55]. Было найдено, что количество аккумулированной серы для всех катализаторов увеличивается с ростом температуры. При 400С Со и Мо присутствуют как Co9Sg и M0S2 [56]. Для этой же реакции были применены катализаторы Ru3(CO),2-3CsOH/Al203 (Ru 0-20%) [57]. Наилучшие результаты наблюдались для катализатора с 16%-ным содержанием Ru. Применение катализаторов на основе благородных металлов [58], например, Pt/АЬОз, показало те же результаты, что и обычные Со-Мо катализаторы. Однако, этот катализатор почти не содержит серы, что свидетельствует о разных механизмах действия катализаторов. Использование метода меченых атомов в биохимии - пример того, как в рамках одной научной дисциплины развивается метод [59], внедрение и совершенствование которого тесно связано с новейшими открытиями и достижениями в области атомной физики, радиохимии, физической химии; органической химии, методов органического и биоорганического синтеза.
Изучение методом радиоактивных индикаторов гидролиза циклических р-галогенизотиомочевин. Разработка метода синтеза новых 5-гидроксиметил-2-амино-2-тиазолинов
Радиозащитные свойства некоторых циклических изотиомочевин, производных 2-амино-5,6-дигидро-4Н-1,3-тиазина и 2-амино-2-тиазолина, хорошо известны [82, 83, 99, 100]. В последнее время вызывает интерес их способность селективно воздействовать на некоторые ферменты (например, изоформы N0 синтазы) [84, 85, 101, 102], Проведенные исследования [99] показали, что большое влияние на токсичность производных 2-аминотиазолина оказывает характер заместителя в положении 5 гетероциклического кольца. Наличие метилыюго или галогенметильного радикала в молекуле тиазолина приводит к возрастанию токсичности, тогда как введение гидроксиметильного заместителя приводит к её снижению. При изучении радиозащитной активности тиазолинов в опытах на животных оказалось, что для гидробромида 2-амино-5-гидроксиметил-2-тиазолина (IX) оптимальная радиозащитная доза почти в 4 раза меньше его токсичной (СД5о) дозы. Это послужило основанием для поиска новых путей получения ранее недоступных соединений, таких как 5-гидроксиметил-2-амино-2-тиазолин (IX) и его N-замещенные производные (XIV). К настоящему времени опубликовано лишь несколько работ, посвященных получению 5-гидроксиметил-2-амино-2-тиазолинов (IX и XIV). Впервые представитель этого ряда веществ гликоль (XVI) был получен в 1928 г. [103]. Авторы сообщили, что при нагревании соответствующего бромпроиз водного (XV) в водно-спиртовой среде в присутствии свежеприготовленной оксида серебра образуется соединение XVI (схема 41). К сожалению, в статье нет подробного описания метода получения и выхода конечного соединения. Крик П.И. и Меллор Ж.М. в своей работе, посвященной циклизации ненасыщенных тиомочевин [104], упоминают о получении из 5-иодметил-2- фениламино-2-тиазолина соответствующего 5-гидроксиметильного производного реакцией с трифторацетатом серебра в среде нитрометан-вода. Однако, в статье отсутствуют физико-химические данные полученного соединения и методика эксперимента. Принципиально иной способ получения [105] подобных гликолей был осуществлен в ходе синтеза потенциальных ингибиторов глюкозидазы С%-симметричных бис(2-амино-1,3-тиазолинов) (XIX) (схема 42). Обработка производного маннита бис(1,3-тиазолидин-2-тиона) (XVII) трет-бутиламином приводит к бис(2-]М-трет-бутиламино-1,3-тиазолину) (XVIII) с количественным выходом. Нагревая соединение (XVIII) с концентрированной соляной кислотой в течение 15 часов получают бис-тиазолины (XIX) в виде дигидрохлоридов с выходом не менее 70%.
В работах нашей лаборатории [48-51] было установлено, что перегруппировка гидробромида 5-бром-2-амино-5,6-дигидро-1,3-тиазина (VIb) в воде приводит к образованию смеси 5-бромметил-2-амино-2-тиазолина (Vllb) и 5-гидроксиметил-2- амино-2-тиазолина (IX) (схема 43). Выход тиазолина (IX) увеличивался при добавлении гидрокарбоната натрия в реакционную смесь [48], что можно объяснить гидролизом тиазолина (Vllb). Однако, максимальный выход соединения (IX) составлял лишь 25% и был достигнут за 34 часа нагревания. Анализируя литературные данные мы пришли к выводу, что существует два наиболее простых способа получения тиазолинов (IX) и (XIV): Так как одной из задач данной работы являлась разработка доступного метода синтеза тиазолинов (IX) и (XIV), мы сочли необходимым более тщательно изучить механизм этих реакций, установить преимущества и недостатки каждого метода и довести выход целевого продукта до препаративного. Для изучения первого способа получения нами был синтезирован [358]5-бром-2-амино-5,6-дигидро-4Н-1,3-тиазин (VIb ) по схеме 44. Для введения радиоактивной метки была использована [ 8]тиомочевина. Используя меченый тиазин (VIb ) мы изучили его перегруппировку в воде при 80 и 100С. Анализ кинетических данных показал, что основным продуктом реакции является 5-бромметил-2-амино-2-тиазолин (Vllb ). Оказалось, что 70% тиазина (VIb ) превращается в тиазолины (Vllb ) и (IX ) при 80С за 6 часов (схема 43), тогда как, при 100С такая же глубина превращения достигается за 1,5 часа. Однако, количество образовавшегося тиазолина (IX) в обоих случаях не превышает 15%. Специальным опытом было показано, что тиазолин (IX) неустойчив при кипячении в воде. За шесть часов нагревания его количество уменьшается вдвое, образуя полимерные продукты переменного состава. При 80С в воде это вещество устойчиво. Следует отметить, что по мере повышения кислотности среды (до рН 2-3) скорость перегруппировки существенно замедляется, что хорошо согласуется с литературными данными [97]. Таким образом, как и при гидролизе тиазолинов (VIIа,Ь), для полного прохождения реакции необходимо связывать выделяющиеся галоген анионы. К недостаткам этого метода нужно отнести и многостадийный способ получения тиазина (VIb), а также отсутствие в литературе надежных данных о синтезе 5-галоген-2-аминозамещенных производных тиазина (XX). Тиазолин (ЇХ) может быть получен и гидролизом соответствующего 5-галогенметил-2-амино-2-тиазолина (VIIa,b).
Преимуществом этого второго метода получения является то, что используемый в качестве исходного соединения тиазолин (Vllb) легко получается бромированием N-аллилтиомочевины с количественным выходом [106]. При выборе условий гидролиза тиазолина (Vllb) необходимо было учитывать, что тиазолиновый цикл неустойчив в щелочной среде [107] и, как и изомерные 5-галоген-2-амино-5,б-дигидро-4Н-1,3-тиазины (VIa,b), количественно переходит в гЧ-2,3-эпитиопропилцианамид (XXII), устойчивый в основной среде (NaOH в НгО, NaOMe в МеОН, NaOMe 18-краун-6 в ДМФА) (схема 45). Таким образом, было установлено, что для полного превращения гидробромида 5-бромметил-2-аминотиазолина (Vllb) в 5-гидроксиметил-2-аминотиазолин (IX) необходимо проводить реакцию при следующих условиях: а) при температуре не выше 80С; б) при рН 6-7; в) связывать выделяющиеся анионы брома, тем самым выводя их из сферы реакции. Учитывая особенности проведения данной реакции нами был разработан новый способ препаративного получения тиазолина (IX) с выходом не менее 90%. Для этого тиазолин (Vllb) нагревали в воде при температуре не выше 80С в присутствии оксида свинца РЬО, добавленного для связывания галогенид-анионов. Мы использовали желтую форму оксида свинца. Образующиеся в ходе реакции галогениды свинца практически нерастворимы в воде, то есть ион галогена выводится из сферы реакции и равновесие сдвигается в сторону образования 5-гидроксиметил-2-аминотиазолина (IX). Из-за плохой растворимости оксида свинца в воде (растворимость 0,0023г в 100г воды при 22С), реакция проходит в гетерогенной фазе, вероятно, на поверхности частиц оксида, поэтому следует брать избыток РЬО и добавлять постепенно при энергичном перемешивании, поддерживая рН среды не выше 7. После окончания реакции в растворе содержится только тиазолин (IX), а в осадке - оксид и галогенид свинца. Необходимо отметить, что упаривание водного фильтрата следует вести при максимально низкой температуре, так как тиазолин (IX) при повышенной температуре склонен к образованию полимерные продуктов переменного состава. Полученный в этих условиях тиазолин (IX) представляет собой гидробромид, строение и состав которого доказаны методом ПМР-спектроскопии и элементным анализом, т. пл. соответствует литературным данным [48] (см. Экспериментальную часть). Таким образом, на основании данных, полученных при изучении методом радиоактивных индикаторов перегруппировки и гидролиза тиазина (VIb) и тиазолина (Vllb) был разработан простой и доступный способ препаративного получения 5-гидроксиметил-2-амино-2-тиазолина (IX) гидролизом гидробромида 5-бромметил-2-аминотиазолина (Vllb) в присутствии оксида свинца. Изучение свойств исходных и конечных продуктов реакции позволило выбрать оптимальные условия проведения эксперимента. Использование оксида свинца дало возможность необратимо связывать выделяющиеся в ходе реакции аниона брома, что позволило получить соединение (IX) с 90%-ным выходом. 2.2.2. Получение 5-гидроксиметил-2-ашшозамещешіьіх-2-тиазолішов Предложенный нами способ получения тиазолина (IX) был успешно применен и для получения 5-гидроксиметильных производных (XIV). В качестве исходных соединений были синтезированы соответствующие 5-галогенметил-2-аминозамещенные тиазолины (ХХІа-і). Для этого использовали: бромирование или иодирование соответствующих N-производных N-аллилтиомочевины (XXIII) (метод А) и/или взаимодействие М-(2,3-дибромпропил)изотиоцианата (XXIV) с аминами (метод Б) (схема 46).
Ацилирование циклических изотиомочевин
Интенсивные исследования последних лет, посвященные биологической роли оксида азота, образующегося в живом организме в результате ферментативного окисления L-аргинина, стимулировали поиск соединений, способных генерировать, или наоборот, уменьшать продукцию NO в организме. Целый ряд патологических состояний, например, сердечнососудистые, инфекционные, воспалительные заболевания, мозговые повреждения при инсультах и т. д., могут быть в значительной степени связаны с повышенным или пониженным содержанием оксида азота [102, 119]. В последнее время получены данные о перспективности поиска радиопротекторов среди химических веществ, являющихся ингибиторами N0. Анализ литературных данных показал, что радиопротекторы могут ингибировать продукцию NO и, наоборот, ряд ингибиторов NO-синтазы обладают радиопротекторной активностью [120]. Модифицируя гидробромид 5-гидроксиметил-2-амино-2-тиазолина (IX), проявляющий радиозащитный эффект [82], в плане возможного повышения способности молекулы проникать через биомембраны, нами были синтезированы неизвестные ранее моно- и диацильные производные тиазолина (XXXV, XXXVIa-c) (схема 53). Биологическими предпосылками для освобождения активной формы из N, О-ацилированных производных является наличие в клетках ферментов из класса гидролаз-пептидаз и эстераз, расщепляющих связь NH-CO [100]. К тому же ацилирование гидроксиметильного фрагмента и амино-группы в молекуле (IX) приводит к снижению гидрофильности соединения [121]. Основная проблема при выборе условий ацилирования заключалась в том, что исходное соединение (IX) неустойчиво в присутствии основных агентов (см. главу II). Поэтому было решено вводить в реакцию в качестве ацилирующих агентов ангидриды или хлорангидриды карбоновых кислот в отсутствие оснований. Было установлено, что взаимодействие тиазолина (IX) с ангидридами кислот (уксусный, пропионовый, изомасляный ангидрид), приводит, в конечном итоге, к образованию О- и N- диацильных производных (XXXVIa-c). Только в случае уксусного ангидрида удалось выделить продукт моноацетилирования тиазолина (IX) по гидроксильной группе - О-ацетат (XXXV). Данная реакция (как и для всех ангидридов) проходит в гетерогенной фазе, так как исходный тиазолин (IX) нерастворим в уксусном ангидриде и приобретает консистенцию масла при нагревании до 60-80С. Соединение (XXXV) при этой температуре растворимо в уксусном ангидриде и может быть выделено при охлаждении.
Дальнейшее нагревание О-ацетата (XXXV) приводит к образованию диацетильного 0,N-производного (XXXVIa). Причем, если для получения О-ацетата (XXXV) достаточно 20 минут при 65С, то для введения второй ацетильной группы (в аминогруппу во втором положении) необходимо нагревать при этой температуре еще два часа, то есть сначала ацетилируется гидроксигруппа, а затем аминогруппа. Дальнейшее нагревание диацетильного производного (XXXVIa) не приводит к ацетилированию эндоциклического атома азота. Это верно и в случае других ангидридов (схема 53). Вероятно, на направление и скорость реакции оказывает влияние то, что исходный тиазолин (IX) применяется в виде гидробромида, а не свободного основания. Это же О-ацетильное производное (XXXV) было получено и при обработке тиазолина (IX) хлорангидридом уксусной кислоты (схема 53). При ацилировании хлорангидридом бензойной кислоты (схема 53) также образуется О-ацильное производное (XXXVII). Следует еще раз отметить, что ацилирование хлорангидридами кислот проходит в отсутствие основного агента (например, триэтиламина) и проходит также как ацилирование ангидридами, в гетерогенной среде. Добавка триэтиламина приводит к образованию трудноразделяемой смеси продуктов, Строение полученных соединений установлено на основании ЯМР Н и С спектроскопии (см. Экспериментальную часть) и подтверждено данными рентгеноструктурного анализа (РСА) диизобутирильного 0,Ы-производного соединения (XXXVIc). Кристалл для РСА был получен при кристаллизации из спирта. Кристаллографические параметры и экспериментальные данные приведены в табл. 21 (см. Экспериментальную часть), координаты и эквивалентные изотропные температурные параметры неводородных атомов в таблице 2 (см. Приложение). Согласно данным РСА полученное соединение в кристаллическом состоянии представляет собой 2-аминозамещенный-2-тиазолин, имеющий два изобутирильных заместителя, один по гидроксиметильнои группе в пятом положении, другой у экзоциклического атома азота. Максимальный выход атома N(2), из плоскости, образуемой атомами С(1),С(2),С(3), составляет 0,27 А, для атома S это -0,44 А. Строение соединения (XXXVIc) в кристаллическом состоянии приведено на рис.5. Как видно из табл. 15 в длинах связей C-N у эндоциклического и экзоциклического атомов азота наблюдаются незначительные изменения по сравнению с тиазолином (XlVd). Длина эндоциклической связи N(2)-C(l) равна 1.288(7) А, что соответствует стандартной двойной связи N(sp2) = C(sp2) для этих гетероциклов (1.27-1.28 А) (111, 112). Экзоциклическая связь N(1) - С(1) 1.361(7) А несколько короче одинарной связи C(sp2)-N (1.37-1.38 А) [111, 113, 114]. Введение ацильных фрагментов оказало влияние на изменение величин длины двух одинарных связей Sn-C(sp3) и S"-C(sp2).
Если разница между длинами этих связей в оксиметильном производном (XlVd) была всего 0.014 А, то теперь - это 0.119 А. Связь S-C(3), равная 1.840(6) А, длиннее ожидаемой величины (1.79 А [111] и 1.803 А [115]), тогда как связь S-C(l), равная 1.721(5)А - короче (1.77 A [111], 1.741 А [115]). По сравнению с гидроксиметильным производным (XlVd) уменьшилась и длина связи С(3)-С(4), с 1.521 А до 1.494 А. Угол C(l)-S-C(3) равен 90.6(3), что не противоречит данным, полученным для 2-аминотиазолинов (88) [111]. Так производные (ХХ1ХЬ-е) могут быть использованы в качестве гаметоцида для ржи, для стерилизации пыльцы ржи с целью получения гибридных семян при перекрестном опылении. Испытание соединений на гаметоцидную активность проводили в полевых условиях на тетраплоидной озимой ржи сорта «Белта». Было установлено, что при свободном опылении в отличие от эталона сравнения (этрел) сохраняется высокий процент завязываемости семян, что свидетельствует о селективном действии гаметоцида, не поражающего яйцеклетки у обработанных растений. При этом растения стерилизуются без ингибирования роста и развития, что дает возможность получать гибридные семена, обеспечивающие урожай зерна на 20-30% выше по сравнению с родительскими сортами. Соединения (ХХХ1Ь,с) проявили акарицидную активность. Исследование проводили на листьях фасоли, зараженной паутинным клещем Tetranychus urtical Koch. В качестве эталона использовали кельтан. Гибель клещей учитывали через 24 часа после обработки зараженных листьев испытуемыми растворами. Было найдено, что соединения (ХХХ1Ь,с) не уступают эталону по акарицидной активности. N-Ацилтиазолины (ХХХПа-е) обладают фунгицидной активностью. Испытания соединений проводили в оранжерейных условиях на растениях искусственно зараженных суспензией конидий (в 1мл воды 200000 конидий). Активность всех перечисленных соединений была не ниже эталонной (каратан). Ацильные производные 5-фенилтиазолидинтиона (XXXIIc,d5f,g) проявляют и антигельминтные свойства и могут найти применение в медицине. Исследование антигельминтной активности проводилось на мышах, зараженных Nippstrangylus brasiliensis. Все испытанные соединения проявили активность выше эталона (пиперазина). Следует отметить, что исходные тиазолидины (XXVI) и (XXVII) не обладают этими видами активности (табл. 17). Таким образом, введение алкильных и ацетильных заместителей в циклические дитиокарбаматы (XXVI) и (XXVII) привело к расширению спектра физиологической активности данных соединений.
![Синтез, свойства и исследование антиокислительной активности галогенидов S-[ -(4-гидроксиарил)алкил]изотиурония](/i/i/4276/436731.png "Синтез, свойства и исследование антиокислительной активности галогенидов S-[ -(4-гидроксиарил)алкил]изотиурония Кандалинцева Наталья Валерьевна")