Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Обзор литературы 10
1.1 Синтез ненасыщенных оксопроизводных 1,3-оксазинов 10
1.1.1 Синтез ненасыщенных 4-оксопроизводных 1,3-оксазинов 10
1.1.2 Синтез ненасыщенных 6-оксопроизводных 1,3-оксазинов 15
1.1.3 Синтез 4-гидрокси(меркапто)-1,3-оксазин-6-онов 22
1.2 Взаимодействие оксопроизводных 1,3-оксазинов с нуклеофильными реагентами 25
1.2.1 Реакции с N-мононуклеофильными реагентами 25
1.2.2 Реакции с O, S-мононуклеофильными реагентами 27
1.2.3 Реакции с N,N- и N,O-бинуклеофильными реагентами 30
1.2.4 Реакции с С-нуклеофильными реагентами 31
1.3 Биологическая активность 4- и 6-оксопроизводных 1,3-оксазинов и их производных 33
ГЛАВА 2 Обсуждение результатов 35
2.1 Синтез и строение 2-функционально замещенных 4-гидрокси-6H-1,3-оксазин-6-онов 35
2.1.1 Синтез 4-гидрокси-2-(5-нитро)фурил(тиенил)-6H-1,3-оксазин-6-онов 36
2.1.2 Синтез 4-гидрокси-2-(2-оксо-2H-хромен-3-ил)-5-метил-6H-1,3-оксазин-6-онов 37
2.1.3 Синтез 4-гидрокси-2-[2-(4-оксо-4H-хромен-3-ил)винил]-5-метил-6H-1,3-оксазин-6-ов 39
2.1.4 Строение 2-функционально замещенных 4-гидрокси-6H-1,3-оксазин-6-онов 42
2.2 Взаимодействие 2-функционально замещенных 4-гидрокси-6h-1,3-оксазин-6-онов с мононуклеофильными реагентами 46
2.2.1 Взаимодействие 4-гидрокси-2-(2-оксо-2H-хромен-3-ил)-5-метил-6H-1,3-оксазин-6-онов с водой 46
2.2.2 Взаимодействие 2-функционально замещенных4-гидрокси-6H-1,3-оксазин-6-онов с этанолом 49
2.2.3 Строение продуктов реакции 4-гидрокси-6H-1,3-оксазин-6-онов с мононуклеофильными реагентами 50
2.3 Взаимодействие 2-функционально замещенных 4-гидрокси-6h-1,3-оксазин-6-онов с гидразином и фенилгидразином 53
2.3.1 Взаимодействие 4-гидрокси-2-(5-нитрофурил(тиенил))-6H-1,3-оксазин-6-онов с фенилгидразином 54
2.3.2 Взаимодействие 4-гидрокси-2-(2-оксо-2H-хромен-3-ил)-5-метил-6H-1,3-оксазин-6-онов с гидразином и фенилгидразином 55
2.3.3 Взаимодействие 4-гидрокси-2-[2-(4-оксо-4H-хромен-3-ил)винил]-5-метил-6H-1,3-оксазин-6-ов с гидразином 57
2.3.4 Строение продуктов реакции 4-гидрокси-6H-1,3-оксазин-6-онов с гидразином и фенилгидразином
2.4 Взаимодействие 4-гидрокси-2-фурил(тиенил)-6h-1,3-оксазин-6-онов с гуанидином 61
2.5 Квантово-химическое изучение реакций 4-гидрокси-6h-1,3-оксазин-6-онов с нуклеофильными реагентами 67
2.6 Подходы к синтезу 4-гидрокси-2-(4,4а(3,4)-дигидро-4,4-диметил-9-оксо-9h-ксантен-2-ил)-5-метил-6h-1,3-оксазин-6-онов 72
2.6.1 Взаимодействие 4-гидрокси-2-[2-(4-оксо-4H-хромен-3-ил)винил]-5-метил-6H-1,3-оксазин-6-ов с 1-(2-метилпропен-1-ил)-пиперидином 72
2.6.2 Встречный синтез 4-гидрокси-2-(4,4а-дигидро-4,4-диметил-9-оксо-9H-ксантен-2-ил)-5-метил-6H-1,3-оксазин-6-ов 76
2.7 Биологическая активность 2-функционально замещенных 4-гидрокси-6h-1,3-оксазин-6-онов и их производных 78
2.7.1 Противомикробная активность производных нитрофурана и нитротиофена 79
2.7.2 Противомикробная активность производных хромена 80
ГЛАВА 3 Экспериментальная часть 82
3.1 Синтез исследуемых соединений 82
3.2 Рентгеноструктурный анализ 99
3.3 Исследование противомикробной активности синтезированных соединений 103
Заключение 104
Список сокращений и условных обозначений 106
Список литературы
- Взаимодействие оксопроизводных 1,3-оксазинов с нуклеофильными реагентами
- Синтез 4-гидрокси-2-[2-(4-оксо-4H-хромен-3-ил)винил]-5-метил-6H-1,3-оксазин-6-ов
- Взаимодействие 4-гидрокси-2-[2-(4-оксо-4H-хромен-3-ил)винил]-5-метил-6H-1,3-оксазин-6-ов с гидразином
- Исследование противомикробной активности синтезированных соединений
Введение к работе
Актуальность темы. Исследования моноциклических 1,3-гетероазинов занимают важное место в химии гетероциклических соединений. Среди них наиболее изучены полиоксипиримидины, что связано, прежде всего, с их важной ролью в физиологии живых организмов. При этом оксааналоги таких пиримидинов - оксопроизводные 1,3-оксазинов -остаются относительно малоизученной группой соединений. Работами кафедры органической химии Санкт-Петербургской химико-фармацевтической академии показано, что оксопроизводные 1,3-оксазинов - ценные реагенты для органического синтеза. Являясь полифункциональными системами с тремя электрофильными центрами, 4-гидрокси-6Я-1,3-оксазин-6-оны при взаимодействии с моно- и 1,2-бинуклеофильными реагентами приводят к разнообразным ациклическим (производные N-ацилмалонамовых кислот) и гетероциклическим (триазолы, оксадиазолы) соединениям, обладающим широким спектром биологического действия. Так, среди них обнаружены соединения, проявляющие противомикробную, противоопухолевую, антикоагулянтную и анальгезирующую активность. Стоит отметить, что синтез указанных групп соединений другими методами затруднен или многостадиен.
Несмотря на то, что химия 2-арил(стирил)-4-гидрокси-6Я-1,3-оксазин-6-онов изучена достаточно полно, в литературе практически отсутствуют сведения о синтезе и свойствах 4-гидрокси-6Я-1,3-оксазин-6-онов, имеющих в положении 2 гетероцикла фармакофорные фрагменты, в частности гетероциклические. Введение в молекулу 1,3-оксазина таких заместителей может не только обуславливать специфические химические свойства данных соединений, но и привести к получению неизвестных ранее биологически активных веществ.
Таким образом, 2-функционально замещенные 4-гидрокси-6Я-1,3-оксазин-6-оны и их производные представляют интерес как с точки зрения теоретической и синтетической органической химии, так и с точки зрения поиска новых биологически активных соединений.
Степень разработанности темы. Разработкой методов получения, а также изучением строения и свойств 1,3-оксазин-4,6-дионов с 1982 года занималась научная группа в составе Ивина Б.А., Яковлева И.П., Захса В.Э. и Препьялова А.В. В ходе исследований были найдены два фундаментальных подхода к синтезу 2-арил-1,3-оксазин-4,6-дионов: [3+3]-циклоприсоединение (малонирование амидов карбоновых кислот) и [4+2]-циклоприсоединение (взаимодействие N-ацилизоцианатов с кетеном или ацетиленами), показано существование данного класса веществ в виде 4-гидрокси-6Я-1,3-оксазин-6-онов, изучены их реакции с моно- и 1,2-бинуклеофильными реагентами.
Синтез и свойства 4-гидрокси-6Я-1,3-оксазин-6-онов, содержащих в положении 2 функциональные заместители, в частности гетероциклические, представлены в литературе отдельными примерами и не исследовались систематически.
Целью работы является поиск путей синтеза, изучение строения, свойств и биологической активности новых 2-функционально замещенных 4-гидрокси-6Я-1,3-оксазин-6-онов и их производных.
Задачи работы:
Разработка эффективных методов синтеза новых 2-функционально замещенных 4-гидрокси-бЯ-1,3 -оксазин-6-онов;
Изучение реакций синтезированных 1,3-оксазинов с нуклеофильными реагентами. Разработка на их основе методов получения новых и труднодоступных ациклических и гетероциклических веществ;
Квантово-химическая интерпретация полученных результатов;
Доказательство строения полученных соединений;
Проведение виртуального скрининга биологической активности синтезированных веществ и изучение противомикробного действия наиболее перспективных соединений.
Научная новизна. Впервые получены 4-гидрокси-6Я-1,3-оксазин-6-оны, содержащие в положении 2 оксазинового цикла функциональные заместители: (5-нитро)фуран-2-ил, (5-нитро)тиофен-2-ил, 2-оксо-2Я-хромен-3-ил, 2-(4-оксо-4Я-хромен-3-ил)винил- и 4,4-диметил-9-оксо-4,4а(3,4)-дигидро-9Я-ксантен-2-ил, изучены их химические свойства и биологическая активность. Показано, что:
- Взаимодействие 0,8-гетероаренкарбамидов с монозамещенными малонилхлоридами
в кипящих апротонных растворителях приводит к соответствующим 2-замещенным 4-
гидрокси-6Я-1,3-оксазин-6-онам, время и выход продуктов реакции преимущественно
определяется строением амида.
Реакции синтезированных 4-гидрокси-6Я-1,3-оксазин-6-онов с
мононуклеофильными реагентами (вода, этанол) протекают с разрывом связи С6-0 и образованием N-ацилмалонамовых кислот и их этиловых эфиров. Квантово-химическими расчетами показано, что неустойчивость 4-гидрокси-2-(2-оксо-2Я-хромен-3-ил)-5-метил-6Я-1,3-оксазин-6-онов к действию воды и этанола связана с возможностью существования 1,3-оксазиновой системы в форме биполярного иона, которая из-за малой прочности связи С6-0 легко подвергается гидролизу и алкоголизу.
- Взаимодействие 2-функционально замещенных 4-гидрокси-6Я-1,3-оксазин-6-онов с
гидразином и фенилгидразином позволило синтезировать новые производные 1,2,4-триазола
и пиразола. На региоселективность реакции значительное влияние оказывает растворитель.
Проведение процесса в ацетонитриле позволяет получать исключительно продукты
рециклизации оксазина - 1,2,4-триазолы, не затрагивая заместитель в положении 2
оксазинового цикла. При взаимодействии 4-гидрокси-2-[2-(4-оксо-4Н-хромен-3-ил)винил]-5-
метил-6Я-1,3-оксазин-6-онов с гидразином в метаноле помимо образования триазольного
цикла протекает рециклизация 4-пираноновой системы в пиразол.
4-Гидрокси-2-[фуран(тиофен)-2-ил]-6Я-1,3-оксазин-6-оны вступают в
катализируемую метилатом натрия реакцию с гуанидином, образуя производные 1,3,5-триазин-2-илацетатов натрия. Соответствующие кислоты неустойчивы и подвергаются декарбоксилированию в момент их получения с образованием 1,3,5-триазин-2-аминов.
- 2-Хромонилвинилзамещенные 4-гидрокси-5-метил-6Я-1,3-оксазин-6-оны и их
производные вступают в реакцию Дильса-Альдера с 1-(2-метилпропен-1-ил)пиперидином,
образуя производные 4,4а- или 3,4-дигидроксантона. Впервые показано, что вторичные и
третичные амины инициируют превращение 4,4а-дигидроксантонов в 3,4-
дигидропроизводные.
Впервые выполнены квантово-химические расчеты путей реакции изучаемых 4-гидрокси-6Я-1,3-оксазин-6-онов с нуклеофильными реагентами - водой и гидразином. Показано, что величина потенциального барьера является наименьшей при атаке воды по положению С , а гидразина - по атому С оксазинового цикла. При этом направление присоединения воды совпадает с наибольшим положительным зарядом в оксазиновой системе, а направление атаки гидразина - с наибольшим вкладом атомной орбитали в НСМО, что говорит о зарядовом и орбитальном контроле указанных реакций соответственно.
Практическая значимость. Разработаны эффективные препаративные методы синтеза 4-гидрокси-6Я-1,3-оксазин-6-онов с функциональными гетероциклическими
заместителями. Результатом исследования их химических свойств явилось получение новых производных N-ацилмалонамовых кислот, 1,2,4-триазол-5-илуксусных кислот, 1,3,5-триазин-5-илацетатов натрия, 4,4а- и 3,4-дигидроксантонов.
Данные структурных исследований, выполненных методами спектроскопии ЯМР Н, 13С, 15N и рентгеноструктурного анализа, можно использовать для идентификации родственных соединений.
Проведенные биологические исследования показали, что синтезированные производные нитрофурана(тиофена) и хромена проявляют выраженное бактерицидное и фунгицидное действие на уровне или эффективнее препаратов сравнения.
Методология и методы исследования. Для доказательства строения полученных в работе соединений, использованы современные физико-химические методы: спектроскопия ЯМР на ядрах >Н, 13С, 15N, включая двумерную спектроскопию, масс-спектрометрия высокого разрешения, рентгеноструктурный анализ. Квантово-химические расчеты выполнены в программах Gaussian 09 и AIMA11.
Положения, выносимые на защиту:
Методы синтеза 2-функционально замещенных 4-гидрокси-6#-1,3-оксазин-6-онов;
Закономерности и особенности химического поведения 2-функционально замещенных 4-гидрокси-6#-1,3-оксазин-6-онов в реакциях с моно- и 1,2-бинуклеофильными реагентами;
Метод синтеза производных 4-амино-1,3,5-триазин-2-илацетатов натрия;
Метод синтеза производных 4,4а- и 3,4-дигидроксантона;
Антибактериальная и антифунгальная активность синтезированных производных нитрофурана, нитротиофена и хромена.
Степень достоверности и апробация работы. Достоверность экспериментальных результатов подтверждается данными, согласующимися между собой и полученными различными современными химическими и инструментальными методами. Сформулированные в работе выводы научно обоснованы, вытекают из результатов эксперимента и находятся в соответствии с современными научными представлениями.
Основные результаты диссертационной работы были представлены на IV Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Молодая фармация -потенциал будущего» (Санкт-Петербург, 2014), V Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Молодая фармация - потенциал будущего» (Санкт-Петербург, 2015), III Всероссийской научно-практической конференции «Инновации в здоровье нации» (Санкт-Петербург, 2015), VI Научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (с международным участием) «НЕДЕЛЯ НАУКИ-2016» (Санкт-Петербург, 2016), VI Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Молодая фармация - потенциал будущего» (Санкт-Петербург, 2016).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 оригинальные статьи в реферируемых журналах, рекомендованных ВАК, 1 патент РФ и 6 тезисов докладов.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 128 страницах машинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, обсуждения результатов, экспериментальной части, заключения и списка литературы, содержит 10 таблиц и 17 рисунков. Библиография включает 182 ссылки на литературные источники.
Взаимодействие оксопроизводных 1,3-оксазинов с нуклеофильными реагентами
Среди методов получения ненасыщенных 1,3-оксазин-6-онов следует выделить реакции, основанные на циклизации типа [5+1] между производными аминокротонового эфира и различными карбоксильными соединениями. Так, разные группы исследователей [47-55] получали 6-оксопроизводные 1,3-оксазина 44, используя в качестве исходных веществ N-ациламинокротоновые эфиры 43 (схема 1.11). Агентами циклизации выступали уксусный ангидрид [49, 52], смесь триметилалюминия и трет.бутиламина [51] или трифенилфосфина с триэтиламином [53, 54]. В некоторых случаях [48, 50, 55] реакцию проводили без циклизующего агента при температуре 250-300 С. Все указанные модификации метода приводят к получению 1,3-оксазин-6-онов с выходами 76-87%. R2
Иной синтетический подход к синтезу 6-оксопроизводных 1,3-оксазинов из производных аминокротоновой кислоты заключается в быстром вакуумном пиролизе (англ. flash vacuum pyrolysis FVP) N-ациламинометилензамещенных кислот Мельдрума 45 [56-59]. Нагревание в глубоком вакууме (0.01 Торр) до 600 С приводит к отщеплению от исходного субстрата ацетона и углекислого газа с образованием N-ациламиноалленов 46, которые затем перегруппировываются в целевые оксазины 47 (схема 1.12). В литературе также имеются сведения о проведении процесса в жидкой фазе при давлении 30 атм. с использованием микрореакторного синтеза [59]. Данный метод характеризуется достаточно высокими выходами соединений 47 (90-93%), хотя и изучен лишь для микро- и полумикроколичеств (50-500 мг).
С невысоким выходом (12-24%) 1,3-оксазин-6-оны 49 были получены авторами работ [60, 61]. При этом было показано, что при пиролизе (400 С) аминокротоновых эфиров и их аналогов 48 они димеризуются с образованием соединений 49 (схема 1.13). R
Циклизация типа [5+1] используется и для синтеза N,N-дизамещенных 2-амино-1,3-оксазин-6-онов 51. Получению данных оксазинов посвящен ряд работ [62-65], в которых изучено взаимодействие производных аминокротонового эфира 48 с хлоридами N,N-дизамещенного дихлорметилениммония 50 (схема 1.14). Достоинствами данного метода являются мягкие условия процесса (кипячение в хлороформе) и высокие выходы продуктов реакции (83-94%).
Через стадию получения ациламинокетена из оксазолов или изоксазолов 52-54 осуществляется получение 1,3-оксазин-6-онов 55 [66-68] (схема 1.15). Немногочисленные примеры таких синтезов характеризуются жесткими условиями (вакуумный пиролиз, 500-600 С) и низкими (11-15%) выходами, что делает препаративное использование данного метода нерациональным. MeO
Важными предшественниками 6-оксопроизводных 1,3-оксазинов являются изоксазол-5(1Я)-оны 56. Научной группой под руководством ВессаШ [69-72] и некоторыми другими исследователями [73, 74] показано, что взаимодействие соединений 56 с реактивом Вильсмайера в кипящем хлороформе или тетрахлорметане приводит к 2-диметиламино-1,3-оксазин-6-онам 58 (схема 1.16). R2N = Me2N, Et2N, морфолино; R1 = Н, Me, Et, Pr, Ph, COOEt; R2 = Me, /i-C8Hi7, w-C16H33, CH2COOEt, (CH2)2Ph, Bz, Ph5jp-ClPh, o-MePh, COOEt, CHO, -CR3=CHR4; R3, R4 = H, Me, Ph, COOEt, -(Ш2)3-, -(Ш2)4 Схема 1.16
В дальнейшем авторами была показана универсальность данной реакции и пригодность ее для изоксазолонов с различными алифатическими, ароматическими и функциональными заместителями, выходы в зависимости от строения заместителя составляют 57-89%. Из этих же работ видно, что использование вместо диметилформамида иных ад-дизамещенных формамидов 57 позволяет получать ад-дизамещенные 2-амино-1,3-оксазин-6-оны. Продолжением данных исследований явилось использование вместо реактива Вильсмайера замещенных дихлорметанов 59 [75]. Данные соединения в присутствии сильных третичных оснований (например, 1,5 диазабицикло[4.3.0]нон-5-ена, англ. l,5-diazabwyclo[4.3.0]non-5-ene, DBN) взаимодействуют с изоксазолонами 56, образуя с выходами 69-77% 2-замещенные 1,3-оксазин-6-оны 60 (схема 1.17).
Применение изоксазолонов 56 в синтезе 6-оксопроизводных 1,3-оксазинов было расширено группой исследователей из Австралии [76-78]. В данных работах изучено взаимодействие соединений 56 с хлорангидридами тиокарбоновых кислот 61 (схема 1.18) в присутствии аминов (триэтиламин, пиридин) или трифенилфосфина.
Продуктами данной реакции являются 1,3-оксазин-6-оны 62, выделенные с выходами 24-85%. Авторами показано, что на выход продуктов и возможность протекания реакции значительное влияние оказывает выбор катализатора. В целом, трифенилфосфин проявил себе как более эффективный активатор данной реакции, чем органические амины. Необычный синтез 5-гидрокси-1,3-оксазин-6-онов 64 из изоксазолонов 63 описан в работе [79]. Расширение цикла по данному методу протекает под действием перхлората лития (схема 1.19).
В литературе обнаруживается ряд работ [80-83], посвященных использованию М-ацилазетидин-2-онов 65, 66 в синтезе 1,3-оксазин-6-онов. Авторами данных работ показано, что при катализе основаниями (DBU или поташ) происходит раскрытие азетидинового цикла с последующей рециклизацией в 1,3-оксазины 67 (схема 1.20). Достоинствами метода является проведение процесса при 25 С и высокие (71-83%) выходы 1,3-оксазинов.
Синтез 4-гидрокси-2-[2-(4-оксо-4H-хромен-3-ил)винил]-5-метил-6H-1,3-оксазин-6-ов
Как электронодефицитные системы с несколькими электрофильными центрами, оксопроизводные 1,3-оксазинов реагируют с различными моно- и бинуклеофильными реагентами. При этом варьирование природы нуклеофила позволяет получать разнообразные циклические (пиридины, пиримидины, триазолы, оксадиазолы, имидазолы) и ациклические (-дикарбонильные соединения) системы.
В настоящем разделе обзора систематизированы литературные данные о взаимодействии 4- и 6-оксопроизводных 1,3-оксазинов с N, O, S, C-мононуклеофильными и бинуклеофильными реагентами.
В литературе встречается значительное количество работ, посвященных взаимодействию 1,3-оксазинов с N-нуклеофилами, поскольку данные реакции часто приводят к получению различных биологически активных оксипиримидинов. Так, пиримидин-2,4-дионы 95 и пиримидин-6-оны 96 образуются при действии аминов 94 на 1,3-оксазин-6-оны 93 (схема 1.30) [51, 54, 58, 63, 83, 113]. Реакция протекает в мягких условиях (20-70 С), приводя к целевым продуктам с выходами 66-84%. Стоит отметить, что данный процесс пригоден для различных N-нуклеофилов, среди которых аммиак [83], алифатические [54, 58, 113] и ароматические амины [51, 63], включая гетероароматические [63]. R
Схожим образом протекают реакции 2-алкил(арил)-1,3-оксазин-4-онов 97 с аминами 94 (схема 1.31). В результате авторами работ были выделены пиримидин-4-оны 98 [11, 114, 115] с выходами 73-77%.
Известно [116, 117], что нагревание в спиртах 2-амино-1,3-оксазин-4-онов 99 с аминами 94 с выходами 74-82% приводит к пиримидинам 100 (схема 1.32). Аг = Ph,/?-BrPh, -ClPh; Alk = Me, Et, г-Рг, i-Bu Схема 1.32 В то же время, авторами работ [10, 118] обнаружено, что 2-алкиламино-1,3-оксазин-4-оны в протонных растворителях (спирты, водный диоксан) подвергаются рециклизации, в результате с выходами 81-94% были выделены пиримидин-2,4-дионы 102 (схема 1.33).
С образованием N-ацилмалондиамидов 106 протекает реакция 4-гидрокси 1,3-оксазин-6-онов 103 с N-нуклеофильными реагентами [1, 3, 94]. Авторами работы [119] показано, что оксазины 103 обладают кислотными свойствами (рКа 7.45-8.35). По этой причине реакция данных соединений с аммиаком, первичными и вторичными аминами 104 приводит к образованию солей 104 (схема 1.34), которые были выделены препаративно.
Последующее кипячение солей 105 в апротонных растворителях (бензол, толуол) приводит к образованию N-ацилмалондиамидов 106 с выходами 69-86%.
Реакции 4- и 6-оксопроизводных 1,3-оксазинов с водой, спиртами и меркаптанами широко представлены в научно-технической литературе. Так, продуктами гидролиза и (тио)алкоголиза 1,3-оксазин-6-онов 107 являются соответствующие производные N-ациламинокротоновых кислот 108, 109 [51, 53, 69, 70, 120-122]. Взаимодействие оксазинов с водой и (тио)спиртами (схема 1.35) протекает либо при кипячении реакционной массы [69, 70], либо в условиях кислого катализа [120-122], выходы продуктов обычно превышают 90%. R1 = M2N, Me, Et, OMe, CF3, Ph; R2 = H, Q Me, Ph; R3 = H, Ph, Bz; Alk = Me, Et, /-Pr Схема 1.35 Аналогично с водой взаимодействуют 1,3-оксазин-4-оны 110 (схема 1.36) [9, 21, 22, 45, 46, 115]. В то же время 4-оксопроизводные 1,3-оксазинов не взаимодействуют со спиртами даже при длительном кипячении [115]. В случае использования неабсолютных спиртов (например, этанола-ректификата) авторами работ [9, 46, 115] с выходами 88-95% выделены продукты расщепления водой – N-ацил--кетоацетамиды 111.
Примечателен тот факт, что гидролиз в кислой среде (в присутствии серной или трифторуксусной кислот) 4- и 6-оксопроизводных 2-диметиламино-1,3-оксазинов 112, 113 не приводит к размыканию гетероцикла [31, 70]. В указанных работах имеются сведения об образовании в данной реакции 2,4-диоксо- или 2,6-диоксо-1,3-оксазинов 114, 115 (схема 1.37).
Авторами работ [92, 94, 98, 100, 104, ПО, 112, 123, 124] показано, что взаимодействие 4-гидрокси-1,3-оксазин-6-онов 80 с водой и спиртами является простым и технологичным методом синтеза производных N-ацилмалонамовых кислот 116 (схема 1.38). Реакция обычно проводится в избытке соответствующего О-нуклеофила при температуре его кипения, выходы продуктов близки к количественным. R R = H OR R2 = ph R он N СО Л 2_ R1 = Ar, ArCH=CH; Rz = H, Me, Bu, Bz, Ph; Ar = 4-Me2NPh, 3,4-diMeOPh, 4-MeOPh, 4-MePh, Ph, 4-ClPh, 4-BrPh, 4-N02Ph; R = H, Me, Et
Схема 1.38 Стоит отметить, что продукты реакции 5-фенилзамещенных оксазинов 80 с водой являются неустойчивыми и в момент получения декарбоксилируют с образованием N-фенилацетиламидов 117.
Взаимодействие 4- и 6-оксопроизводных 1,3-оксазинов с бинуклеофильными реагентами приводит к различным гетероциклическим соединениям, синтез которых другими методами затруднен. Так, реакция 1,3-оксазин-4-онов 118 с гидразином, фенилгидразином и гидроксиламином в этаноле приводит к получению производных 1,2,4-триазолов и 1,2,4-оксадиазола 119 (схема 1.39) с выходами 72-87% [13, 125, 126]. Авторы этих же работ указывают, что реакция оксазина 118 с сульфатами гидразинов и гидроксиламина в кипящем этаноле протекает по иному пути – с образованием производных пиразола и изоксазола 120, выход которых составляет 61-74%.
Взаимодействие 4-гидрокси-1,3-оксазин-6-онов 80 с гидразинами подробно описано в ряде работ [1, 2, 84, 85, 98, 123, 127]. Данными исследованиями показано, что продуктами реакции являются 1,2,4-триазол-5-илуксусные кислоты 121 (схема 1.40), процесс проходит при комнатной температуре в безводном метаноле, выходы продуктов составляют 54-85%. Как и в случае N
Взаимодействие 4-гидрокси-2-[2-(4-оксо-4H-хромен-3-ил)винил]-5-метил-6H-1,3-оксазин-6-ов с гидразином
В ходе доказательства строения полученных 1,3-оксазинов мы заметили, что оксазины с кумариновым заместителем 13-15, в отличие от остальных синтезированных продуктов, малоустойчивы и легко разлагаются водой. Так, при использовании недостаточно сухого ДМСО при регистрации спектров ЯМР отмечался частичный или полный гидролиз соединений 13-15 с раскрытием оксазинового цикла по связи C6-O и образованием N-(2-оксо-2Н-хромен-3-оил)малонамовых кислот 25-27 (схема 2.7). Хранение оксазинов 13-15 на воздухе приводило к превращению их в соединения 25-27 под действием атмосферной влаги в течение 10-12 суток с количественным выходом. Следует отметить, что 2-арил(стирил)-4-гидрокси-1,3-оксазин-6-оны устойчивы к гидролизу и реагируют с водой в более жестких условиях – при кипячении в водно-ацетонитрильном растворе [1-3, 94, 98, 123]. О
Данная особенность химического поведения соединений 13-15 связана, по видимому, с влиянием кумаринового заместителя на геометрические характеристики 1,3-оксазинового цикла. Для оценки этого влияния были проведены квантово-химические расчеты геометрии и свободной энергии таутомерных форм 2-кумаринилоксазина 14 (формы А-Г) (схема 2.8) с использованием метода B3LYP в базисе 6-31+G(d,p), влияние растворителя учитывалось с помощью континуумной модели Томаса, модельным растворителем выступал ацетонитрил.
Выполненные расчеты показывают, что наиболее устойчивым является 4-гидрокси-6-оксотаутомер А, а формы Б-Г являются минорными. Используя вычисленные энергии Гиббса, мы теоретически оценили состав смеси таутомеров (таблица 2.3) по уравнению AG = -RTlnK.
Можно утверждать, что структуры В и Г фактически отсутствуют в смеси таутомеров ( 0,001%) оксазина 14, в то время как биполярная форма Б равновесно существует с таутомером А в количестве 3.85%, что связано с влиянием оксогруппы кумарина, которая стабилизирует структуру Б путем образования водородной связи С=0 H-N (длина связи 1.962 ). электронной плотности таутомера Б методом атомов в молекулах (AIM) [156] (рисунок 2.4). По результатам анализа у таутомера Б обнаружена критическая точка типа (3, -1), которая показывает существование водородной связи N-HO. Энергия связи определена из плотности потенциальной энергии в критической точке по методике, изложенной в работе [157], и составляет 28.4 кДж/моль.
Исходя из предположения, что легкость взаимодействия 1,3-оксазинов 13-15 с водой вызвана относительно высоким содержанием биполярного таутомера Б, мы сравнили реакционную способность форм А и Б. Поскольку гидролиз оксазинов протекает с разрывом связи C6-O, мы количественно оценили ее прочность в этих структурах (таблица 2.3). Рисунок Топологический анализ электронной плотности таутомера Б оксазина 14 Видно, что связь C6-O оксазина 14 заметно удлиняется при переходе из формы А (d 1.433 ) в форму Б (d 1.618 ), одновременно уменьшается порядок связи. Следовательно, разрыв связи C6-O в биполярном таутомере Б происходит значительно легче, чем в основной 4-гидрокси-6-оксоформе А. Таким образом, можно предположить, что синтезированные оксазины 13-15 легко подвергаются гидролизу из-за присутствия в смеси их таутомеров нестойкого биполярного иона.
В ходе исследования реакций синтезированных 4-гидрокси-1,3-оксазин-6-онов с этанолом было обнаружено значительное влияние функционального заместителя в положении 2 оксазинового цикла на легкость прохождения процесса. Так, взаимодействие 2-(5-нитрофуран(тиофен)-2-ил)-1,3-оксазинов 8-9а,б с этанолом проводилось при температуре кипения последнего в течение 1-2 часов (схема 2.9). В то же время оксазины с 2-оксохроменовыми заместителями 13-15 подвергались раскрытию этанолом в менее жестких условиях (как и в случае взаимодействия с водой) - при температуре 18-20 С. В обоих случаях продуктами реакции являлись этиловые эфиры N-ацилмалонамовых кислот 30а,в, 31-32а,б, 33-35, выделенные с выходами 81-94%.
Строение полученных N-ацилмалонамовых кислот 25-27 и их этиловых эфиров 28-29а,б, 30-32 доказано методами спектроскопии ЯМР 1H и 13C.
Помимо сигналов, принадлежащих заместителям R2, характерными в спектрах ЯМР 1H всех синтезированных производных малонамовых кислот является синглет имидного протона NH ( 10.45-11.73 м.д.) в слабом поле и сигналы группы R1CH. Например, в протонном спектре соединения 25 (рисунок 2.5) группа CH3CH представлена дублетом ( 1.29 м.д.) и квартетом ( 3.97 м.д.) с константой спин-спинового взаимодействия 7.1 Гц. Группе BuCH в спектре ЯМР 1H эфира малонамовой кислоты 29б (рисунок 2.6) соответствует ряд мультиплетов, которые перекрываются с триплетом (1.16 м.д.) и квартетом (4.07 м.д.) этоксикарбонильных протонов, в сильном поле спектра. В углеродных спектрах наиболее характерными являются 3 пика (C 160.0-177.6 м.д.) в слабом поле, соответствующие карбонильным атомам углерода. Атому углерода СН в производных малонамовых кислот 25 и 29б соответствует пик C 48.03-53.38 м.д.
Исследование противомикробной активности синтезированных соединений
Триазолы 37б и 38а,б получали аналогично. Азин 5-бромсалицилового альдегида (39). Смесь 1.4 г (4 ммоль) оксазина 13, 200 мкл (200 мг, 4 ммоль) гидразина гидрата и 10 мл метанола перемешивали в течение 12 ч до исчезновения исходного оксазина (по ТСХ). Осадок отфильтровывали, сушили на воздухе. Выход 0.55 г (69%).
2-[3-(2-Оксо-2H-хромен-3-ил)-1H-1,2,4-триазол-5-ил]пропановая кислота (40). Смесь 1.1 г (4 ммоль) оксазина 14 и 200 мкл (200 мг, 4 ммоль) гидразина гидрата перемешивали в 10 мл ледяной уксусной кислоты в течение 2– 3 суток. Конец реакции определяли по ТСХ. Осадок отфильтровывали, сушили в вакуум-эксикаторе. Выход 0.9 г (72%). Масс-спектр (HRMS ESI): m/z 308.0640 [M+Na]+ (вычислено для C14H11N3NaO4: 308.0642). Триазолы 41-45 получали аналогично. Для синтеза 1-фенил-1,2,4-триазолов 43-45 вместо гидразин-гидрата использовали фенилгидразин. 2-(3-{2-[3-(2-Гидрокси-5-хлорфенил)-1Н-пиразол-4-ил]винил}-1Н-1,2,4-триазол-5-ил)пропановая кислота (46). Смесь 3.3 г (10 ммоль) оксазина 22 и 1.1 мл (1.1 г, 22 ммоль) гидрата гидразина перемешивали в 10 мл метанола до исчезновения субстрата. Получившийся раствор выливали в 40 мл 1М гидроксида натрия, который затем медленно закисляли до pH 5-6 1M соляной кислотой. Выпавший осадок отфильтровывали, промывали водой и сушили. Выход 2.6 г (73%). Масс-спектр (HRMS ESI): m/z 382.0672 [M+Na]+ (вычислено для C16H14ClN5NaO3: 382.0677). Триазолы 47 и 48 получали аналогично. 2-{3-[2-(6-Хлор-4-оксо-4Н-хромен-3-ил)винил]-1Н-1,2,4-триазол-5-ил}пропановая кислота (49). Смесь 3.3 г (10 ммоль) оксазина 22 и 550 мкл (550 мг, 11 ммоль) гидрата гидразина перемешивали в 10 мл ацетонитрила до исчезновения субстрата. Выпавший осадок отфильтровывали, промывали водой и сушили. Выход 2.5 г (74%). Масс-спектр (HRMS ESI): m/z 368.0411 [M+Na]+ (вычислено для C16H12ClN3NaO4: 368.0409).
Триазолы 50 и 51 получали аналогично. 5-Метил-6-оксо-2-(фуран-2-ил)-6H-1,3-оксазин-4-олат гуанидиния (52). 1.9 г (10 ммоль) оксазина 6а прибавляли к раствору 0.7 г (11 ммоль) гуанидина в 10 мл метанола, перемешивали в течение 30 минут. Осадок желтого цвета отфильтровывали и сушили. Выход 2.3 г (92%). 2-[4-Амино-6-(фуран-2-ил)-1,3,5-триазин-2-ил]пропаноат натрия (53а). Раствор 1.9 г (10 ммоль) оксазина 6а, 0.6 г (11 ммоль) метилата натрия и 0.7 г (11 ммоль) гуанидина в 10 мл метанола перемешивали 24–48 ч. Конец реакции определяли по ТСХ. Выпавший осадок отфильтровывали, промывали метанолом, сушили. Выход 2.0 г (77%). Масс-спектр (HRMS ESI): m/z (Iотн, %) 257.0664 (94) [M+H]+, 279.0488 (100) [M+Na]+ (вычислено для C10H10N4NaO3 [M+H]+: 257.0645, C10H9N4Na2O3 [M+Na]+: 279.0465). Триазины 53б, 54а,б, 55-56в получали аналогично. 4-(Фуран-2-ил)-6-этил-1,3,5-триазин-2-амин (55а). К раствору 2.6 г (10 ммоль) триазинилпропионата натрия 53а в 10 мл воды при перемешивании прибавляли 1М соляную кислоту до pH 4-5. Через 10 мин выпавший осадок отфильтровывали, промывали водой, сушили. Выход 1.9 г (96%). Триазин 56а получали аналогично. 4-Гидрокси-2-(6-хлор-4,4-диметил-9-оксо-4,4а-дигидро-9Н-ксантен-2-ил)-5-метил-6Н-1,3-оксазин-6-он (58). Метод 1 (схема 2.19). Смесь 3.3 г (10 ммоль) оксазина 22 и 2.1 г (15 ммоль) енамина 57 кипятили в 20 мл дихлорметана 4-5 часов до исчезновения субстрата на ТСХ. Затем добавляли 20 мл 1М соляной кислоты, через 30 мин отфильтровывали выделившийся осадок продукта, промывали его водой и дихлорметаном, сушили. Выход 1.7 г (43%). Метод 2 (схема 2.21). Смесь 3 г (10 ммоль) амида 70 и 1.7 г (11 ммоль) метилмалонилхлорида 1а кипятили в 20 мл ацетонитрила 2-3 часа до исчезновения субстрата по ТСХ. Выделившийся осадок отфильтровывали, промывали ацетонитрилом, сушили. Выход 3.0 г (77%). Масс-спектр (HRMS ESI): m/z 408.0618 [M+Na]+ (вычислено для C20H17ClNNaO5: 408.0609).
Оксазины 59 и 60 получали аналогично. 4-Гидрокси-2-(6-хлор-4,4-диметил-9-оксо-3,4-дигидро-9Н-ксантен-2-ил)-5-метил-6Н-1,3-оксазин-6-он (61). 0.77 г (2 ммоль) оксазина 58 и 0.2 г (2 ммоль) триэтиламина в 5 мл метанола выдерживали при 18-20 С 8-10 часов. Затем раствор выливали в 20 мл 1М соляной кислоты, выделившийся осадок отфильтровывали, промывали водой, сушили. Выход 0.75 г (96%).
Оксазины 62 и 63 получали аналогично. 4,4-Диметил-7-хлор-9-оксо-4,4а-дигидро-9Н-ксантен-2-карбоксилат пиперидиния (64). Смесь 5 г (20 ммоль) хромонилакриловой кислоты 18 и 4.2 г (30 ммоль) енамина 57 в 20 мл дихлорэтана выдерживали при 70 С 2 часа. Конец реакции определяли по ТСХ. Выпавшие кристаллы отфильтровывали, промывали холодными дихлорэтаном, сушили. Выход 5.6 г (72%).
Дигидроксантоны 65 и 66 получали аналогично. 4,4-Диметил-7-хлор-9-оксо-4,4а-дигидро-9Н-ксантен-2-карбоновая кислота (67). К раствору 3.9 г (10 ммоль) соли 64 в 50 мл воды прибавляли 1М соляную кислоту до pH 1-2. Выделившийся осадок продукта отфильтровывали, промывали водой, сушили. Выход 3.0 г (98%). Масс-спектр (HRMS ESI): m/z 303.0450 [M-Н]- (вычислено для C20H17ClNNaO5: 303.0430).
Дигидроксантоны 68 и 69 получали аналогично. 4,4-Диметил-7-хлор-9-оксо-4,4а-дигидро-9Н-ксантен-2-карбамид (70). Смесь 1.5 г (5 ммоль) кислоты 67, 0.7 г (6 ммоль) тионилхлорида и 0.05 мл ДМФА в 20 мл бензола кипятили 1-2 часа. Избыток хлористого тионила отгоняли, добавляли 2.5 г (25 ммоль) карбоната аммония, кипятили 1 час. Осадок суспендировали в воде, фильтровали снова, сушили. Выход 2.3 г (75%). Амиды 71 и 72 получали аналогично. 3.2 Рентгеноструктурный анализ Монокристальный рентгеноструктурный анализ 4,4а-дигидроксантона 64 выполнен к.х.н. Долгушиным Федором Михайловичем на базе НТЦ РДИ ИНЭОС РАН им. Ю.Т. Стручкова. Исследование проводили на дифрактометре SMART APEX DUO CCD (CuK-излучение, многослойная оптика в качестве монохроматора, - и -сканирование). Структура расшифрована методом "charge flipping" и уточнена МНК в анизотропном полноматричном приближении по F2hkl. Положения атомов водорода рассчитаны геометрически, все атомы водорода уточнены в модели наездника с Uiso(H) = 1.5Ueq(C) для метильных групп и 1.2Ueq(Х) для остальных атомов водорода. Основные кристаллографические данные и параметры уточнения представлены в таблице 3.2.