Автореферат и диссертация по фармакологии (15.00.02) на тему:Взаимодействие 3-,4-,5-,6-замещенных 2-фенил-1,3-тиазинонов с N-нуклеофилами-удобный метод синтеза биологически активных производных азинов, азолов и малонамовых кислот

Су ей15 с*.

^ МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ N. ФЕДЕРАЦИИ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ХИМИКО-ФАРМАЦЕВТИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи УДК 547.869.1

Михайлов Леонид Евгеньевич

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ 3-, 4-, 5-, 6-ЗАМЕЩЕННЫХ 2-ФЕНИЛ-1,3-ТИАЗИНОНОВ С Ы-НУКЛЕОФИЛАМИ - УДОБНЫЙ МЕТОД СИНТЕЗА БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ АЗИНОВ, АЗОЛОВ И МАЛОНАМОВЫХ КИСЛОТ

15.00.02 - фармацевтическая химия и фармакогнозия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Санкт-Петербург 1998

Диссертационная работа выполнена на кафедре органической химии Санкт-Петербургской государственной химико-фармацевтической академии Министерства здравоохранения РФ

Научные руководители: доктор химических наук, член-корреспондент РАЕН, профессор Ивин Борис Александрович доктор фармацевтических наук, профессор Куклин Владимир Николаевич

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Севбо Д.П. чл.-корр. РАЕН, доктор биологических наук, вед.н.сотр. Пиотровский Л.Б.

Защита состоится 24 ноября 1998 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д.084.63.01 при Санкт-петербургской химико-фармацевтической академии по адресу: 197376, г. Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, аудитория 37.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии по адресу: Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, д.4/6.

Автореферат диссертации разослан 23 октября 1998г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

С.-Петербургский Технологический институт

кандидат фармацевтических наук

М.В. Рыжкова

Актуальность темы. Среди огромного числа гетероциклических соединений особое место занимают азины. Это обусловлено многими причинами как практического, так и теоретического характера. Особое внимание уделяется замещенным гидроксипиримидинам и их производным в связи с участием многих из них в физиологических процессах. Среди них найдено большое число эффективных лекарственных средств, красителей и других практически важных веществ. Аналоги пиримидинов, в которых один из атомов азота замещен атомом серы (1,3-тиазины), изучены значительно меньше. Работами кафедры органической химии СПХФА показано, что производные гидрокситиазинов являются перспективной группой гетероциклов для создания эффективных биологически активных веществ. В частности, установлено, что 2-арил-4-гидрокси-6Н-1,3-тиазин-6-оны представляют собой новую группу противоопухолевых агентов с необычным механизмом действия, однако о других 2-,3-,5- и 6-замещенных тиазинах почти нет данных. С другой стороны, эти соединения являются удобными объектами для изучения реакций электрофильного и нуклеофильного замещения в ароматическом ряду, в том числе приводящих к расщеплению гетероцикла. Эти реакции, с одной стороны, позволяют получать широкий набор труднодоступных ациклических и гетероциклических соединений, а с другой, позволяют понять пути метаболизма и механизмы их биологического действия. Несмотря на то, что о реакциях 2-арилтиазинов уже есть данные, закономерности влияния природы заместителей, их положения в кольце, природы растворителя и нукпеофила на направление, скорость и глубину их протекания, состав и строение образующихся продуктов до сих пор не выявлены. Это и обусловило необходимость дальнейшего изучения химического поведения замещенных 1,3-тиазинов.

Цель работы состояла в разработке методов синтеза новых биологически активных труднодоступных производных азинов, азолов, малонамовых кислот и конденсированных бициклических систем с 1,3-тиазиновым коль-

цом путем систематического изучения взаимодействия 3-, 4-, 5- и 6- х. и дизамещенных 2-фенилтиазинов с моно- и бифункциональными N-, N. N,0- нуклеофилами, установлении строения, изучении химических свой« биологической активности полученных веществ.

Научная новизна. 3-,4-,5- и 6-замещенные 2-фенилтиазины - перс тивные биологически активные вещества, а их реакции с N-нуклеофила удобные способы синтеза новых противотуберкулезных, противогрибко противовирусных, сердечно - сосудистых и других физиологически актш веществ. Независимо от электронной природы заместителя у С4 4-заме1 ных 2-фенил-1,3-тиазин-6-онов, за исключением 4-галогенотиазинов, а нуклеофила всегда направлена на С6 и сопровождается разрывом связи ( последующим гидролизом или аминолизом промежуточных ацикличо продуктов, их стабилизацией или рециклизацией в азолы, азины в завис! ста от природы нуклеофила и условий реакции. Для 3,5-диалкил- i алкилзамещенных тиазинонов механизм реакции аналогичен.

При действии N-нуклеофилов 5-замещенные 1,3-тиазиноны с мои ми элеюроноакцепторными и элеюрондонорными группами (I SOiNa, NMC2) расщепляются по связи C2-S и только для бифункциональ нуклеофилов реакция приводит к азолам.

4(б)-Тио-6(4)-оксипиримидины могут быть получены взаимодейств нуклеофилов с 6-алкокси-4-оксотиазинами или с 4-меркапто-1,3-тиази онами. 2-Арил-4-меркапто-1,3-тиазиноны в кристаллическом состояни растворах существуют преимущественно в тиольной форме.

Практическая ценность. Разработаны удобные методы синтеза t¡ но доступных 3,4,5-замещенных азинов, азолов и бициклических тиазино систем, обладающих противоопухолевым, антимикробным, антигипер' зивным действием. Предложены методы установления качества, колич венного определения и строения синтезированных групп биологически тивных веществ.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим таном НИР Санкт-Петербургской государственной химико-

армацевтической академии "Химический синтез и исследование биологи-;ски активных соединений с противоопухолевой, противомикроб-эй, противовирусной и другими видами активности" при поддержке Мэрии анкт-Петербурга (грант М97-2.3К-1176).

Апробация. Результаты работы доложены на Всероссийской научной шференции "Актуальные проблемы создания новых лекарственных )едств" (СПб, 1996). Международной конференции "Петербургские встре-i" (СПб, 1998).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи, тезисы 2 зкладов.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 125 страницах ашинописного текста, состоит из введения, обзора литературы, обсуждения гзультатов экспериментальной части и выводов. Список литературы вклю-1ет 111 ссылок. Работа иллюстрирована 5 рисунками и 12 таблицами.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Взаимодействие 5-замещенных 2-фенил-4-гидрокси-6Н-1,3-тиазин-6-онов с N-нуклеофилами

Анализ электронного строения таазинов (I) позволяет выделить в тиа-шовом цикле три злекгрофильных центра у атомов С2, С4 и С6, но не дает )зможности однозначно предсказать направление атаки нуклеофила и гаяние природы заместителей. Ранее было показано (Куклин В.Н.), что ¡аимодействие 4-гидрокси-2-арил-6Н-1,3-тиазин-6-онов с моно- и бифунк-гональными N-нуклеофилами приводит к расщеплению связи C6-S тиазино->го цикла и рециклизации образующихся промежуточных ациклических эодукгов в производные 4,6-дигидроксипиримидина и 1,2,4-триазол- или

б

1,2,4-оксадиазолуксусных кислот соответственно. Введение в положен* тиазинового цикла заместителей разной природы не может не влиять на правление атаки нуклеофилом тиазинового кольца и, как следствие, строение продуктов реакции. Поэтому мы изучили реакции ряда 5 мещенных 2-фенил-4-гидрокси-6Н-1,3-тиазин-6-онов (I), содержащих < дующие заместители у С5 цикла: N02 (a), S03Na (б), Н (в), Me (г), i-Pr NMe2 (е). Тиазины (I а, б, ж) получены путем нитрования, сульфирован« бромирования тиазина (I в) соответственно, соединения (I г, д) - ацилк ванием тиобензамида хлорангидридами замещенных малоновых кис.1 5-диметиламинотиазин (I е) - взаимодействием 5-бромтиазина (I ж) с ди тиламином (выходом 80%). В качестве азотистых нуклеофилов были вы£ ны аммиак, метиламин, диметиламин, диизобутиламин, гидроксиламин.

Взаимодействие тиазинов, содержащих электроноакцепторные за\ тители [N02 (I a), S03Na (I б)], в мягких условиях (20ч при 18-20°С, вс диоксан) с первичными аминами протекает существенно легче, чем в слу незамещенного соединения (I в) и приводит к продуктам глубокой дегра ции исходных тиазинов - амидам бензойной и нитроуксусной кислот (ill а IV). Взаимодействие с замещенными гидразинами в аналогичных услов1 приводит к образованию 1-замещенных 5-нитро- и 5-сульфометил-З-фен 1,2,4-триазолов (II а-и), с выходом > 75%. Исключением является ацет триазол (II г), выход которого не превышал 10%.

Строение продуктов (II-IV), по данным УФ, ИК, ЯМР и масс-спект] свидетельствует об изменении направления атаки N-нуклеофила на ал С2, а не С6 тиазинового кольца по сравнению с незамещенными у С5 4-г: рокситиазинами, приводящей к образованию нестабильных промежуточн ациклических продуктов А, распадающихся с потерей молекулы COS и п терпевающих дальнейшую рециклизацию в триазолы (N2H3R) или амино. до амидов нитроуксусной или бензойной кислот.

Схема 1

Pfr/ \

nhb!

R' = NHR"t -COS -H20

N-N—R"

Па-и

R' = Ph R' = H(a),CH3(6)

PhNHC0CH2N02

PhCONHR' IV a, 6

I, R=N02 (a), R=S03Na (6);

II, R=NO:, R"=H (a), 4-FC6H4CO (6), Ts (в), Ас (r), CSNH2 (д), 2-Py (e),

2-бензотиазолил (ж); R=S03Na, R"=H (з), Ph (и).

Нуклеофильное расщепление тиазинов (1г, д), содержащих слабые доноры электронов (Me, i-Pr), с метил- и пропиламинами протекает подобно незамещенному по С3 тиазину (I в) (вода, 20°С, 20 ч), приводя к пиримидину (V а), а при действии гидразинов и гидроксиламина - к триазолу (VI а) и ок-садиазолу (VII а) соответственно. 5-Изопропилтиазин (I д) реагирует с гидразином и гидроксиламином в тех же условиях, что и тиазины (I в, г), содержащие у С5 атом водорода или метальную группу, приводя к гидразиду 3-фе-нил-1,2,4-триазол-5-ил-а-изопропилуксусной кислоты (VI в) или к 3-фенил-1,2,4-оксадиазол-5-ил-а-изопропилгидроксамовой кислоте (VII б), а с первичными аминами в аналогичных условиях дает соответствующие 1-замещенные 2-фенил-4-гидрокси-5-изопропил-6-оксипиримидины (V б-г), (схема 2).

Введение к С5 тиазинового кольца сильного донора - диметиламино-группы - значительно затрудняет его реакции с N-нуклеофилами по сравнению с незамещенным тиазином (I в) - с аммиаком и метиламином она протекает только при 100°С в течение Зч с образованием продуктов глубокого

аминолиза исходного тиазина - амидов бензойной и диметиламиноуксусн кислот. Однако взаимодействие тиазина (I е) с фенилгидразином (вода, 3 100°С) и с 20% водным гидразином (20°С) приводит к образованию 1-феш 5-диметиламинометил-1,2,4-триазолов (VIII а, б) с выходом 73% и 80 % с ответственно.

Схем;

N—-N-R R'nh^ VIH а, б 7 при R = ЫМб2

е е ONa

Ph-^ УыМе2'

РН RNH2 jT\ R = Me,Pr P\r{ \-Br<-^ Ph"

IX

e

*-NHMe2

,OH

n,

h O Va-r

R

—J I Ph^/N^^L v R NHNH2 Д 1 1

i

NHNHR

NH2OH R= Me, Pr'

-%10 VI а-г

PhyNY^NH0H

N-O O

VII a, 6

I, R = H (в), Me (r), Pr¡ 00, NMe2 (e), Br (ж).

V, R = Me, R2 = Pr (a); R = Pr\ R2 = Me (6); R = IV, R2 = NMe2 (в); R = Pri,R2 = H(r).

VI, R = H, R' = 4-FC6H4CO (a); R = Me, R1 = H (6); R = Me, R1 = Ph (в); R = Pri,R1=H(r).

VII, R = Me (a); R = IV (б). VIII, R1 = H (a); R1 = Ph (6). Возможным объяснением изменения направления нуклеофиль»

атаки могло бы быть образование биполярной системы (В) с локализаци положительного заряда на экзоциклическом атоме азота, но натриевая со 5-диметиламинотиазина (IX), получаемая обработкой тиазина (I е) метш том натрия в спирте, реагирует с гидразином с образованием того же пр

укта (VIII а). Предположению о влиянии создаваемых диметиламиногруп-ой стерических препятствиях атаке нуклеофилом атома С6 тиазинового икла на изменение направления реакции противоречит тот факт, что введе-ие к С5 тиазинового цикла изопропильной группы, не влияет ни на направ-ение атаки нуклеофила, ни, как следствие, на строение продуктов взаимо-ействия, ни, заметным образом, на легкость взаимодействия.

Схема взаимодействия 5-замещенных 2-фенил-4-гидрокси-6Н-1,3-тиа-ян-6-онов (I в-д) с бифункциональными N-нуклеофилами, по-видимому, юпочает в первой стадии образование ациклического продукта, подвер-шщегося затем рециклизации в другие гетероциклические системы или нутримолекулярно, или под действием второй молекулы нуклеофила. Дей-гвителыш, 2-фенил-4-гидрокси-6Н-1,3-тиазин-6-он при кипячении с диизо-утиламином в бензоле (8ч) превращается в диизобутиламид тиобензоилма онамовой кислоты (X), строение которого однозначно свидетельствует о азрыве связи C6-S тиазина. Полученный продукт реагирует с фенилгидрази ом с образованием диизобутиламида 1,3-дифенил-1,2,4-триазол-5- илуксус-ой кислоты (XI).

jsei. м ^"ЛгУЛ,

VC S NB^ N4

U Ph

1. x xi

Таким образом, направление нуклеофильной атаки тиазинового цикла -замещенных 2-фенил-4-гидрокси-6Н-1,3-тиазин-6-онов определяется свой-гвами заместителя в положении 5, и приводит к производным пиримидина, ,2,4-триазола, 1,2,4-оксадиазола или продуктам глубокой деградации тиази-ового цикла.

Взаимодействие 4- и 4,5-замещенных 2-фенил-6Н-1,3-тиазин-6-01

с 1Ч-нуклеофилами 2-Фенил-4-меркапто-6Н-1,3-тиазин-6-он (XII), потенциально тауто рен и может существовать, как минимум, в четырех таутомерных фор» УФ, ИК, ЯМР спектры этого вещества, и сравнение их с характеристик; его Б-метилпроизводного (XV) показывает, что меркаптотиазины в крисп лическом состоянии и в растворах, очевидно, существуют преимуществе в тиольной форме (XII).

Схед

1^Н2ЫНР

руыУСНгЧо

э ЫВи2

Замена гидроксила 2-фенил-4-гидрокси-6Н-1,3-тиазин-6-она (I в) л каптогруппой не изменяет направления взаимодействия тиазина с N-1 леофилами. Тиазин (XII) реагирует с гидразином (18-20°С, 20ч, в воде), разуя триазол (VI д), а с диизобутиламином (в бензоле, 80°С, 8 ч) и с ме-п мином (18-20°С, 20ч, вода) - диизобутиламид >}-тиобензоилтиомалонамо кислоты (XIII) и 1-метил-2-фенил-4-меркаптопиримидин-6-он (XIV), подтверждает направление атаки С6 кольца нуклеофилом. 4-Метилтио Ъ

нил-6Н-1,3-тиазин-6-он (XV), легко получаемый метилированием тиазина (XII), при действии метиламина (18-20°С, 20ч, вода) превращается в 1-ме-тил-2-фенил-4-метилтиопиримидин-6-он (XVI).

2-Фенил-4-хлор-6Н-1,3-тиазин-6-он (XVII а) легко синтезируемый взаимодействием тиазина (I в) с реактивом Вильсмайера, быстро реагирует с метиламином, диметиламином (18-20°С, 20ч, вода), я-толуидином (50°С, 1ч, бензол) с замещением атома хлора у С4 и образованием 4-замещенных ами-нотиазинов (XVIII а, XIX а, б) с высоким выходом. Реакция с диизобутила-мином в диоксане протекает значительно медленнее, вероятно, из-за стери-ческих затруднений, вызванных двумя изобутильными группами.

В противоположность моно- и дизамещенным аминам реакцию аммиака с 4-хлортиазином (XVII а) (18-20 'С, 20 ч) не удается остановить на стадии образования 2-фснил-4-амино-6Н-1,3-тиазин-6-она. При проведении реакции в спиртовом растворе аммиака был выделен 4-амино-2-фе-нилпиримидин-б(1Н)-он (XX). Возможно, взаимодействие хлортиазииа с аммиаком протекает с образованием промежуточного ациклического продукта - амида р-амино-р-тиобензоиламиноакриловой кислоты (XXI), который действительно был получен при проведении реакции тиазина (XVII а) с аммиаком в абсолютном эфире, и, при нагревании в воде, циклизовался в аминопиримидин (XX).

Взаимодействие 2-фенил-4-хлор-6Н-1,3-тиазин-6-она (XVII а) с бифункциональными N-нуклеофилами приводит к образованию производных азолов: 3-фенил-1,2,4-оксадиазол-5-ацетогидроксамовой кислоте при реакции г 0.1 н. водным раствором гидроксиламина (18-20°С, 48ч), гидразидам 3-фе-яил-1,2,4-триазол-5-уксусных кислот при действии гидразянгидрата и фе-тилгидразина соответственно (18-20°С, вода). По-видимому, на первом этапе эеакции происходит замещение атома хлора с образованием 4-гид-эазинопроизводного с последующей атакой нуклеофилом С6 тиазинового дикла и рециклизацией образующегося линейного продукта в производное

триазола, сопровождающейся элиминированием молекулы гидразина ациклического продукта. Это подтверждается образованием 4-(л-н рофенилгидразинил)-2-фенил-1,3-тиазин-6-она (XXII) в реакции тиаз] (XVII а) с менее нуклеофильным и-нитрофенилгидразином (этанол, 75°С, и его превращение в более жестких условиях под действием п-нитрофен гидразина в и-шпрофенилгидразид 1-и-нитрофенил-3-фенил-1,2,4-триаз 5-уксусной кислоты (VI ж) (бутанол, 118°С, 1ч), строение которого доказ; спектральными данными и встречным синтезом из 4-гидрокси-2-фен 6Н-1,3- тиазин-6-она (I в).

Как было показано выше, введение нитрогруппы к С5 кольца направ ет атаку нуклеофила на С2 тиазинового кольца. Взаимодействие 5-нит 4-хлор-2-фенил-6Н-1,3-тиазин-6-она (XVII б) с монофункциональными н леофилами - толуидином и диизобутиламином (бензол, 30°С, 10 минут) п водит исключительно к продуктам замещения атома хлора с образован! 4-п-толил- и 4-диизобутиламино-2-фенил-5-нитро-6Н-1,3-тиазин-6-о] (ХХШа, б). Взаимодействие тиазина (XVII б) с бифункциональными нукл филами - фенилтидразином и I-идроксиламиком - приводит к образован триазола (II з) и З-фенил-5-нитрометилоксадиазола (XXIV). Использова! менее нуклеофильного тозилгидразина позволило получить (диоксан, ЗС 3 мин) продукт нуклеофильного замещения атома хлора гидразином - 2-нил-4-тозилгидразино-5-нитро-6Н-1,3-тиазин-6-он (XXV), который, при д ствии фенилгидразина (диоксан, 50°С, 15мин), дает ншрометилтриазол (II

Своеобразным Ы-нуклсофилом является азид-ион. Он легко реагир с 4-хлор-5-нитротиазиноном (XVII б) в системе вода-бензол в присутсп иодида тетрабутиламмония с образованием 5-фенил-7-оксофуразано[4,5-1,3-тиазин-1-оксида (XXVI). По данным ИК спектроскопии, первоначал происходит нуклеофильное замещение атома хлора азидной группой, а разующийся при этом 4-азидо-5-нитротиазинон (XXVII) при перекристал зации из ацетонитрила, сопровождающейся бурным газовыделением, ; тиазинофуроксан (XXVI).

Схема 4

PhN2H3

NHNHTs з 4

.N—\ NHNHTs NHR R - Ph—\ >-NOr

XXVI

Ph N.

NHNH-^-N02 NH2NH^N02 N

Ph

™ S—/ XXI

N-NM^-NOj \

VI®

:vn,R = H(a),R = N02(6)

VIII, R1 = Me (a), R1 = Bu1 (б); XIX, R2 = Me (a), R2 = 4-MeC6H4 (6) XIII, R3 = R4 = Bu' (a), R3 = H, R4 = 4-MeC6H4 (6)

4-Аминотиазины (XIX а,б) не реагируют ни с метиламином, ни с ■толуидином даже при длительном нагревании (вода, бензол, 4-6ч,50-80°С). то же время, взаимодействие 4-диизобутиламинотиазинона (XVIII б) с )дным раствором метиламина протекает легко (18-20°С, 20ч, вода) и приво-тг к ожидаемому 1-метил-2-фенил-4-диизобутиламино-6Н-пиримидин-

6-ону (XXVIII) (схема 5). Строение последнего доказано спекгральньн данными и встречным синтезом.

Схеме

РЬ-^

МНМе XXIX

N02 м_/ N

. , - РИ-/ У-Я-*РЬ

МВиг Я=Ш2 к = н м

ХШб.ХХШа

'Н 1. РОСЬ 2. NN61*1

XXVIII

4-Диизобутиламино-5-нитро-6Н-1,3-тиазин-6ч)н (ХХП1 а) легко вех пает во взаимодеиствие с метиламином в воде при с образован®

>^-(а-д1И13обутиламино-3-нитровинил)-К'-метилбензамидина (XXIX). В с личие от 4-гидрокси-5-нитропроизводного (I а) тиазин (XXIII б) под дейс вием аминов не подвергается глубокой деградации. Образование бензамид на однозначно свидетельствует о расщеплении тиазинового цикла по свя С2-8, как и в случае 4-гидрокси-5-нитротиазина (I а). 4-п-Толиламин 5-нитро-2-фенил-бН-1,3-тиазин-6-он, как и в случае незамещенного по пол жению 5 тиазина (см. выше), дезактивирован по отношению к расщеплени первичными аминами.

Таким образом, 4-замещенные (Я = С1, БН, БМе, ЫМег, ЫНМе, КВи ИтЫ-р) 2-фенил-6Н-1,3-тиазин-6-оны реагируют с бифункциональны» Ы-нуклеофилами, с образованием тех же продуктов - азолов и азинов, что их 4-гидроксианалоги. Взаимодействие 4-хлортиазинов с первичными и вт ричными аминами приводит к продуктам нуклеофильного замещения атот

лора - 4-аминотиазинам, дезактивированным к расщеплению первичными минами, за исключением 4-диизобутиламинотиазиа.

Реакции 6-замещенных 2-фенил-1,3-тиазинов с 1Ч-нуклеофилами

В отличие от рассмотренных выше производных 2-фенил-1,3-тиазин-6-на (I в) с орто-хиноидным строением, тиазины с одновалентным замести-гль у С6 и карбонильной группой С4 = О, имеют пара-хиноидное строение, езкое отличие электронной структуры этих групп тиазинов и обусловило аш интерес к изучению реакций оксотиазинов с Ы-нуклеофилами. 6-Ал-окси -2-фенил-4Н-1,3-тиазин-4-оны (XXX а, б), могут быть получены с хо-ошим выходом взаимодействием алкоксиацетиленов с тиобензоилизоциана-эм в толуоле при -50°С.

Взаимодействие тиазина (XXX а) с 33% водным раствором метиламина 18-20°С, 20ч) приводит к образованию 1-метил-2-фенил-4-гидрокси-6-тио-иримидина (XXXI), выход 73%. Последний может образовываться двумя утями - а) в результате расщепления связи С2-Б и рециклизации образую-(егося продукта (ХХХП) с элиминированием молекулы спирта или б) заме-(ение алкоксигруппы у С6 тиазина (XXX) метиламиногруппой (XXXIII) с эследующсй перегруппировкой 6-метиламинотиазина в пиримидин.

Оказалось, что тиазинон (XXX а) реагирует с диметиламином в аналойных условиях (20 ч при 18-20°С), образуя с высоким выходом ацикличе-<ое соединение Н-2-(этокситиокарбонил)ацетил-К',Н'-диметилбензамидин СХХ1У), а не продукт замещения алкоксигруппы диметиламиногруппой, го позволяет признать путь а) более вероятным.

Схемг

РЬ

р

V. Б

НЫМе,

О

РИ

ЫНМе

Н2Ме

Р1т

М2Н4

ЫМег О И XXXV

хххт XXX а, 6

XXXI

Ме

й=Ме 20 С "НСЖ

1"

N. 0 5

XXX!

XXX, Я = Ме (а), II = Е1 (б)

ОЯ

Ш2Я

N-N4 в

XXXVI

Ь1Н2ОН

РИ

УгЧ

N-О в

XXXVI

ОЕ1

100с

1

Р5=н

•Нгв

»■Р

»д-

Н ОЕ1 XXXV

Реакция таазина (XXX а) с 25% водным раствором аммиака приводит образованию в жестких условиях (100°С, 1ч) 2-фенил-6-этокси-4Н-п: римидин-4-она (XXXV) с выходом 25%, по-видимому, из-за замсщеш группы БН, а не ОЛ. Однако, и в этом случае первоначальная атака нукле фила направлена на С2 тиазинового цикла.

Взаимодействие тиазинов (XXX а, б) с бифункциональными нуклеоф] лами (гидразин, гидроксиламин) приводит к образованию, соответственн производных 3-фенил-5-алкокситиокарбометил-1,2,4-триазола (XXXVI) оксадиазола (XXXVII), образование которых также свидетельствует об атш нуклеофилом С2 тиазинового цикла.

Таким образом, взаимодействие 6-алкокси-2-фенил-4Н-1,3-тиазин-4-онов с И-нуклеофилами протекает с расщеплением связи С2-Б и образованием производных пиримидина (аммиак, метиламин), триазола или оксадиазо-ла (гидразин, гидроксиламин) или производного малонамовой кислоты (ди-метиламин).

Реакции 3-замещенных 2-фенил-1,3-тиазинов с ¡Ч-нуклеофилами

3-Замещенные тиазиноны, имеющие биполярно-ионное строение, по-пучены взаимодействием хлорангидридов малоновых кислот и соответствующих И-замещенных тиобензамидов в бензоле.

Взаимодействие бетаина (XXXVIII) с теми же нуклеофилами, что и в злу чае 6-алкокси-1,3-тиазин-4-онов, проходит очень легко (вода, 10-15 мин, 18-20°С). Под действием водных метил- и диметиламина тиазин (XXXVIII) зает продукты расщепления связи С6-Б - М-метют- или Ы,К-диметиламид ^('-тиоароил-Ы'-метил-2-метилмалонамовой кислоты (XXXIX а, б), первый XXXIX б), в отличие от продукта расщепления 4-гидрокситиазина (I в), не эециклизуется в пиримидин, возможно, из-за низкой стабильности бетаинов шримидинового ряда (Г. Хейфец, 1969).

В то же время, при действии аммиака тиазин (XXXVIII) превращается $ Ы-метилпиримидин (ХЬ), идентичный по спектральным данным пирими-щну, полученному взаимодействием метиламина с тиазином (I в).

Бифункциональные нуклеофилы - гидразин и гидроксиламин - дают 1ри взаимодействии с тиазином (XXXVIII) соответственно гидразиды !-арил-4-метил-1,2,4-триазол-5-ил-а-пропионовой кислоты (ХЫ), и 3-арил-^метил-5-(К-гидроксиламинокарбонил)метилметилиден-1,2,4-оксадиазол ХЬП).

Схе

Аг-

МеСН(С0а)2

ЖМе

СН3 СН3 N-N О

Хи а, б

0Н3

N

РЬ

Аг Ч >СНз—1—

О XXXVIII а, б

шн2он

СНз СНз ручной

N-О О

хи

з СНз

XXXIX а, е

сй3 он XI

XXXVIII Аг = РЬ (а), 4-МеОСбН, (б)

XXXIX Я = Н, И' = Ме (а); К = Ме (б) ХЫ Аг = Р11 (а); 4-МеОС6Н4 (б)

Таким образом, расщепление 3-замещенных 2-фенил-6Н-1,3-тиазш 4-олятов происходит по связи С6-8, с образованием производных малона вой кислоты в случае метил- и диметиламина, пиримидина в случае аммр и азолов при использовании гидразина и гидроксиламина.

Чрезвычайно мягкие условия реакции, высокие (70-80%) выхс предсказуемость направления позволяют рассматривать взаимодействие полярно - ионных 3-замещенных тиазинов с Ы-пуклеофилами как удоб: способ получения азолов, пиримидинов и амидов М-замещенных N-1 ароилмалонамовых кислот.

Методы стандартизации биологически активных соединений и некоторые их спектральные характеристики

Индивидуальность полученных веществ устанавливали методом ТСХ, состав - элементным анализом, строение доказывались методами ЯМР 'Н и 13С, УФ, Ж и масс-спектроскопии.

Спектры ЯМР ПС азолов (И, VI-VIII, XI, XXV, XXXIX, XL, XLIV, XLV) характеризуются сигналами атомов углерода С3 и С5 азольных циклов (138,3-165,1м.д.), метиленовых групп (35,2-72,8 м.д.);

В спектрах ПМР азолов (II, VI-Vin, XI, XXV, XXXIX, XL, XLIV, XLV) наблюдаются сигналы протонов метиленовой группы (4,8-6,1 м.д.), а также протонов NH(OH) групп (9,1-12,8м.д.) для соединений (II а-и, VI-VIII а, XXXVI, XLI, XLI, XLII).

УФ спектры триазолов характеризуются наличием максимума при X = 242 - 246 нм.

Азины (I, V, IX, XII, XIV-XX, XXII, XXVHI-XXX, XXXI, XXXV, XL) характеризуются наличием сигналов С5 (81,3-118,бм.д.), С2, С4 и С6 (138,0189,8 м.д.).

Для спектров ПМР азинов (I, V, IX, XII, XIV-XX, XXII,XXVIII-XXX, XXXI, XXXV, XL) характерно наличие сигналов NH(OH) групп (4,1-8,3м.д.) я сигналов протона у С5 (5,4-6,5м.д., для незамещенных по С5 азинов).

Для производных малонамовых кислот (X, XIII, XXI, XXXIV, XXXIX) характерно наличие сигнала метиленовой группы (38,4-54,7м.д.) и сигналов атомов углерода карбонильных и тиокарбонильных групп в слабом поле [178,6-195,9м.д.).

Спектры ПМР ациклических соединений (X, XIII, XXI, XXXIV, XXXIX) характеризуются наличием сигналов протонов метиленовой группы [3,8-4,6 м.д.). Кроме того, спектры ЯМР 'Н и 13С полученных соединений со-

держат сигналы атомов С и Н соответствующих заместителей. Некоторь примеры спектров ЯМР полученных соединений приведены в таблице.

Спектральные характеристики некоторых соединений Спектр ЯМР, м.д. 13С, 'Н

№ Сь С1 С4 С6 NH(OH) Alk

1с 100,0 152,71 174,1 166,9 10,1 (IH) 4,4-4,5 (6Н)

1д 108,8 148,8 169,9 154,6 11,0 (1Н) 2,8-3,0 (6Н), 4,1 (1Н)

XXXIV 88,7 160,0 169,8 185,5 10,0 (1Н) 4,3(3H), 5,6(11:

XLII 86,1 155,5 164,1 156,8 4,2(ЗН), 4,9(1К

II в 159,6 148,01 71,02 6,0(2Н), 2,8(ЗН

Vila 161,3 149,91 41,23 10,2-11,9(2Н)

XXXI а 162,3 102,94 3,2-3,4 (ЗН) 0,9-3,8 (18Н) 8Д (1Н)

XLII а 36,45 1,24 (1Н), 3,84,6 (9Н)

XXVIII 153,0 145,1 146,7 184,6

Примечание: С , СН2, СН, С ' . Кроме указанного сигнала в спект] соединения XLII а присутствуют сигналы атомов углерода групп С= (169,0, 178,1м.д.) и C=S (191,0 м.д.). Спектры всех соединений содержат та: же сигналы фенильной группы (123,3-135,5м.д.) в спектрах 13С, и 7,1-8,9 м. в спектрах ПМР, а также сигналы соответствующих заместителей.

В ряде случаев для установления строения и состава полученных с единений применялись данные масс-спектроскопии. В масс-спекграх соед; нений (И д, е, XVI, XXVIII, XXXI, XXXIV, XLIV) наблюдаются пики, соо ветствующие молекулярным ионам.

Общие методы установления качества и количественного определения биологически активных веществ

Исследование возможных методов установления качества и количест-знного определения синтезированных веществ показало, что для этого мо-,'Т быть использованы фармакопейные методы.

Для установления подлинности производных пиримидина предлагает-I качественная реакция с нитратом кобальта - красно-фиолетовое окраши-шие, затем выпадение синего осадка.

Для производных тиазина рекомендуется проба с солями меди или ¡ребра - образование окрашенных осадков, производные триазола или ок-щиазола дают с раствором нитрата кобальта в присутствии аммиака синелевое окрашивание. Для производных гидроксамовой кислоты можно ис-гпьзовать гидроксамовую пробу.

Для этих же целей можно использовать характеристичные для каждой >уппы веществ и каждого вещества данные электронных спектров (210-400 л). Для всех веществ выполняется закон Бугера-Ламберта-Бера, поэтому щичественное определение веществ можно проводить спектрофотометри-:ски или путем неводного титрования. Для определения индивидуальности обнаружения посторонних примесей применима тонкослойная хромато-1афия. Для определения их в биологических жидкостях можно использо-ть масс-спектрометрию.

Биологическая активность полученных соединений

На кафедре микробиологии, вирусологии и иммунологии СПбГМУ I. И.П. Павлова (заведующий акад. АЕН РФ, профессор Тец В.В.) была учена антимикробная, антихламидийная, противовирусная и противогриб-шая активность ряда синтезированных соединений.

Для изучения антибактериальной активности были использо штаммы бактерий, относящихся к разным семействам: Escherichia (Enterobacteriaceae), Mycobacterium tuberculosis ATCC-607 (Mycobacteria и Staphilococcus aureus. Тиазин-б-оны (I a, XVIII б, XXXII, XXVI), nj водное пиримидина (XXIX), 1,2,4-оксадиазола (VII в) и 1,2,4-триазола VI а) оказались активными в отношении М. tuberculosis АТСС-607 и п< стью по давляли рост этих микроорганизмов в концентрации 100 мкг/мл исследованные соединения, за исключением соединения (VII в) (100°/ давления) были не активны на Escherihia coli. Соединения (XVIII б, I а, подавляли рост микроорганизмов Staphilococcus aureus (100%, 50%, 203 ответственно). Противогрибковая активность была изучена в отношени дов Aspergillus (Aspergillus niger) и Candida (Candida albicans). Tp (XVIII6) подавлял рост этих грибов на 100%, а оксадиазол (VII в) и пир дин (XXVIII) - на 30% (концентрация препаратов 100 мкг/мл).

Антихламидийная активность была изучена по отношению к Chlan trachomatis D-323 (при исследовании использовали перевиваемую клето> культуру фибробластов L929). Вещества брали в концентрации 100 мк которая не оказывала токсического действия на культуру клеток. Соедии (XVIII в) обладало антихламидийным действием, обеспечивающим за] на 20%, а соединение (I а) на 100% клеток культуры L929 от хламидш концентрации 100 мкг/мл. Для соединений (VII в) данная концентрация залось токсичной, а соединения (XVIII б, XX а) при данной концентрат проявляли эффекта.

Антивирусная активность была изучена в отношении вирусов про( герпеса (VPG). В работе было использовано несколько клеточных лк перевиваемые линии А529, vero, L-4. Большинство препаратов в конце] ции 100 мкг/мл оказывали цитотоксическое действие на культуры кл Соединения (I а, II в, XVIII б, XX а, II ж) в концентрации 100 мкг/мл ( активны по отношению к вирусу простого герпеса (VPG) и подавляли множение этого вируса на 40-60%.

Таким образом, исследуемые азолы и азины способны подавлять рост эяда опасных микроорганизмов, вирусов и простейших.

ВЫВОДЫ

1. Взаимодействие 3-, 4-, 5- и 6-замещенных 2-фенил-1,3-тиазин-6-онов ; моно- и бифункциональными N-нуклеофилами - удобный метод синтеза руднодоступных биологически активных производных триазолов, оксадиа-олов, азинов и конденсированных с ними систем.

2. Независимо от электронной природы заместителя у С4 4-замещенных :-фенил-1,3-тиазин-6-онов, за исключением 4-галогенопроизводных, атака [уклеофила всегда направлена на атом С6 и сопровождается разрывом связи ]6-S с последующим гидролизом или аминолизом промежуточных ацикличе-ких продуктов, их стабилизацией или рециюшзацией в азолы и азины в за-исимости от природы нуклеофила и условий реакции.

3. Первичными продуктами взаимодействия 3-, 4-, 5- и 6-замещенных ,3-тиазинонов с монофункциональными N-нуклеофилами являются ацикли-еские соединения, возможность рециклизации которых в пиримидины оп-еделяется наличием концевой группы CONHR и отсутствием группы COSH, клонной к отщеплению в виде молекулы сероокиси углерода.

4. При действии N-нуклеофилов 5-замещенные 1,3-тиазиноны с мощ-ыми электроноакцепторными и элекгронодонорными группами у С5 (N02, ОзИа, NMe2) расщепляются с разрывом связи C2-S, и стабилизируются в -замещенные бензамидины, которые в случае бифункциональных нуклео-илов циклизуются в аза- или оксадиазолы.

5. Взаимодействие 6-алкокси-4-оксо-1,3-тиазинов и 4-меркапто-З-тиазин-6-онов с нуклеофилами - удобный способ синтеза 4(6)-тио-'4)-оксипиримидинов.

6. Впервые продемонстрирована возможность использования нуклео-ильного замещения атома брома 5-бром-4-гидрокси-2-фенил-1,3-тиазин-

6-онов диалкиламинами в качестве удобного метода синтеза 4-гидрокс 5-диалкиламино-2-фенил-1.3-тиазин-6-онов.

7. 2-Арил-4-меркапто-1,3-тиазиноны в кристаллическом состоянии растворах существуют преимущественно в тиольной форме.

Большинство вновь синтезированных веществ, проявляют противов русную, противогрибковую, противомикробную активность; два из н (1-тозил-3-фенил-5-нитрометил-1,2,4-триазол (II в) и 5-нитро-2-фенил-4-1 зилгидразино-1,3-тиазин-6-он (XXVI)) отобраны для дальнейшего изучен как противовирусные и противотуберкулезные препараты.

Основное содержание работы изложено в следующих публикация

1. Михайлов Л.Е., Куклин В.Н., Ивин Б.А. Взаимодействие 4-гидрокс 5-нитро-2-фенил-6Н-1,3-тиазин-6-она с моно- и бифункциональными н) леофилами //ЖОХ. 1997. Т. 67. Вып. 2. С. 329-334.

2. Калужских А.Н., Михайлов Л.Е., Куклин В.Н., Ивин Б.А. Взаим действие 4-хлор-2-фенил-6Н 0-1,3-тиазин-6-она с азотистыми основаниями ЖОХ. 1997. Т. 67. Вып. 7. С. 1195-1201.

3. Михайлов Л.Е., Куклин В.Н., Ивин Б.А. Взаимодействие 5-нитро-фенил-4-хлор-6Н-1,3-тиазин-6-онов с N-нуклеофилами // ЖОХ. 1998. Т. ( Вып. 3. С.525-526.

4. Михайлов Л.Е., Калужских А.Н., Куклин В.Н. // Взаимодействие хлор-2-фенил-6Н-1,3-тиазин-6-онов и их 5-замещенных производных с а: тистыми нуклеофилами // Тез. докл. конф. "Актуальные проблемы создан новых лекарственных средств" (СПб, 1997)

5. Михайлов Л.Е., Куклин В.Н., Ивин Б.А. Взаимодействие 4-замещс ных 5-нитро-2-фенил-6Н-1,3-тиазин-6-онов с N-нуклеофилами // Тез. до) конф. «Петербургские встречи - 98» (СПб, 1998).

Среди огромного числа гетероциклических соединений особое место занимают азины. Это обусловлено многими причинами как практического, так и теоретического характера. Особое внимание уделяется замещенным гидроксипиримидинам и их производным в связи с участием многих из них в физиологических процессах. Среди них найдено большое число эффективных лекарственных средств, красителей и других практически важных веществ. Аналоги пиримидинов, в которых один из атомов азота замещен атомом серы (1,3-тиазины), изучены значительно меньше. Работами кафедры органической химии СПХФА показано, что производные гидрокситиа-зинов являются перспективной группой гетероциклов для создания эффективных биологически активных веществ. В частности, установлено, что 2-арил-4-гидрокси-6Н-1,3-тиазин-6-оны представляют собой новую группу противоопухолевых агентов с необычным механизмом действия, однако о других 2-,3-,5- и 6-замещенных тиазинах почти нет данных. С другой стороны, эти соединения являются удобными объектами для изучения реакций электрофильного и нуклеофильного замещения в ароматическом ряду, в том числе приводящих к расщеплению гетероцишта. Эти реакции, с одной стороны, позволяют получать широкий набор труднодоступных ациклических и гетероциклических соединений, а с другой, позволяют понять пути метаболизма и механизмы их биологического действия. Несмотря на то, что о реакциях 2-арилтиазинов уже есть данные, закономерности влияния природы заместителей, их положения в кольце, природы растворителя и нуклеофила на направление, скорость и глубину их протекания, состав и строение образующихся продуктов до сих пор не выявлены. Это и обусловило необходимость дальнейшего изучения химического поведения замещенных 1,3-тиазинов.

Цель работы состояла в разработке методов синтеза новых биологически активных труднодоступных производных азинов, азолов, малонамовых кислот и конденсированных бициклических систем с 1,3-тиа-зиновым кольцом путем систематического изучения взаимодействия 3-, 4-, 5- и 6- моно- и дизамещенных 2-фенилтиазинов с моно- и бифункциональными N-, N,N- и N,0- нуклеофилами, установлении строения, изучении химических свойств и биологической активности полученных веществ.

Научная новизна. 3-,4-,5- и 6-замещенные 2-фенилтиазины - перспективные биологически активные вещества, а их реакции с N-нук-леофилами - удобные способы синтеза новых противотуберкулезных, противогрибковых, противовирусных, сердечно - сосудистых и других физиологически активных веществ. Независимо от электронной природы заместителя у С4 4-замещенных 2-фенил-1,3-тиазин-6-онов, за исключением 4-галогенотиазинов, атака нуклеофила всегда направлена на С6 и сопровождается разрывом связи C6-S, последующим гидролизом или аминолизом промежуточных ациклических продуктов, их стабилизацией или рецикли-зацией в азолы, азины в зависимости от природы нуклеофила и условий реакции. Для 3,5-диалкил- и 5-алкилзамещенных тиазинонов механизм реакции аналогичен.

При действии N-нуклеофилов 5-замещенные 1,3-тиазиноны с мощными электроноакцепторными и электрондонорными группами (NO2, S03Na, NMe2) расщепляются по связи С -S и только для бифункциональных нуклеофилов реакция приводит к азолам.

4(6)-Тио-6(4)-оксипиримидины могут быть получены взаимодействием нуклеофилов с 6-алкокси-4-оксотиазинами или с 4-меркапто-1,3-тиа-зин-6-онами. 2-Арил-4-меркапто-1,3-тиазиноны в кристаллическом состоянии и растворах существуют преимущественно в тиольной форме.

Практическая ценность. Разработаны удобные методы синтеза труднодоступных 3,4,5-замещенных азинов, азолов и бициклических тиа-зиновых систем, обладающих противоопухолевым, антимикробным, анти-гипертензивным действием. Предложены методы установления качества, 5 количественного определения и строения синтезированных групп биологически активных веществ.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР Санкт-Петербургской государственной химикофармацевтической академии "Химический синтез и исследование биологически активных соединений с противоопухолевой, противомик-робной, противовирусной и другими видами активности" при поддержке Мэрии Санкт-Петербурга (грант М97-2.3К-1176).

Апробация. Результаты работы доложены на Всероссийской научной конференции "Актуальные проблемы создания новых лекарственных средств" (СПб, 1996). Международной конференции "Петербургские встречи" (СПб, 1998).

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Оксо- и тиоксопроизводные 1,3-тиазинов

Несмотря на постоянно растущий в последние десятилетия интерес к 1,3-тиазинам, 0ни все еще являются малоизученными соединениями. Между тем, присутствие 1,3-тиазинового цикла во многих природных и синтетических биологически активных веществах, а также интенсивно развивающихся в настоящее время исследования возможностей использования 1,3-тиазинов в качестве гербицидов, пестицидов, фунгицидов, противорадиационных агентов [38, 56, 29, 96, 51], органических проводников [38] делает необходимым дальнейшее изучение и совершенствование методов синтеза и химических свойств этих интересных систем.

За время, прошедшее с момента опубликования последнего обзора литературных данных о гидрокиспроизводных 1,3-тиазинов [19], в мировой печати появилось много новых оригинальных работ, посвященных методам получения, свойствам и биологической активности оксо- и тиоксопроиз-водных 1,3-тиазинов. Обобщение имеющихся данных и является целью настоящего обзора.

ВЫВОДЫ

1. Взаимодействие 3-, 4,-5,-и 6-замещенных 2-фенил-1,3-тиазин-6-онов с моно- и бифункциональными N-нуклеофилами - удобный метод синтеза труднодоступных биологически активных производных триазолов, оксадиазолов, азинов и конденсированных с ними систем.

2. Независимо от электронной природы заместителя у С4 4-за-мещенных 2-фенил- 1,3-тиазин-б-онов, за исключением 4-га-логенопроизводных, атака нуклеофила всегда направлена на атом С6 и сопровождается разрывом связи C6-S с последующим гидролизом или аминолизом промежуточных ациклических продуктов, их стабилизацией или рециклизацией в азолы и азины в зависимости от природы нуклеофила и условий реакции.

3. Первичными продуктами взаимодействия 3-, 4-, 5- и 6-замещенных 1,3-тиазинонов с монофункциональными N-нуклеофилами являются ациклические соединения, возможность рециклизации которых в пиримидины определяется наличием в их составе концевой группы CONHR и отсутствием группы COSH, склонной к отщеплению в виде молекулы сероокиси углерода.

4. При действии N-нуклеофилов 5-замещенные 1,3-тиазиноны с мощными электроноакцепторными и электронодонорными группами у С5 л

NO2, SOsNa, NMe2) расщепляются по связи С -S, и стабилизируются в N-замещенные бензамидины, которые в случае бифункциональных нуклеофилов циклизуются в аза- или оксадиазолы.

5. Взаимодействие 6-алкокси-4-оксо-1,3-тиазинов и 4-меркапто-1,3-тиазин-6-онов с нуклеофилами - удобный способ синтеза 4(6)- тио-6(4)-оксипиримидинов.

6. Впервые продемонстрирована возможность использования нуклеофильного замещения атома брома 5-бром-4-гидрокси-2-фенил-1,3-тиазин-6-онов диалкиламинами в качестве удобного метода синтеза 4-гидрокеи-5-диалкиламино-2-фенил-1,3-тиазин-6-онов.

7. 2-Арил-4-меркапто- 1,3-тиазиноны в кристаллическом состоянии и растворах существуют преимущественно в тиольной форме.