Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН

На правах рукописи

Заякин Егор Сергеевич СИНТЕЗ ПРОИЗВОДНЫХ ТИОГИДРАЗИДОВ ОКСАМИНОВЫХ КИСЛОТ 02.00.03 Ч органическая химия А в т о р е ф е р а т диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва - 2009 - 2 -

Работа выполнена в лаборатории гетероциклических соединений №3 Учреждения Российской академии наук Институт органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор химических наук, профессор Краюшкин Михаил Михайлович ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор химических наук, профессор Граник Владимир Григорьевич доктор химических наук, профессор Зык Николай Васильевич ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Учреждение Российской академии наук Институт элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН

Защита диссертации состоится 17 ноября 2009 года в 1130 часов на заседании диссертационного совета Д.002.222.01 в Учреждении Российской академии наук, Институт органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН по адресу. Москва, 119991, Ленинский проспект, д. 47.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИОХ РАН

Автореферат разослан _ 2009 года

Ученый секретарь диссертационного совета Д.002.222.01 при ИОХ РАН доктор химических наук Родиновская Людмила Александровна - 2 - - 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время при создании нового поколения специфических антибактериальных соединений, направленных на борьбу с хроническими инфекциями наиболее перспективной мишенью являются системы секреции патогенных микроорганизмов, которым принадлежит ведущая роль в реализации их вирулентных свойств. Препараты, подавляющие функционирование системы секреции III типа, будут иметь существенные преимущества по сравнению с используемыми на данный момент антибиотиками. Это обусловлено, во-первых, тем, что система секреции третьего типа присутствует только у патогенных бактерий, а значит, ее ингибиторы не будут токсичны для нормальной микрофлоры и организма в целом. Во-вторых, поскольку эти ингибиторы не подавляют жизнеспособность бактерий, их применение, не будет вызывать развития устойчивости к препаратам в результате селекции резистентных мутантов. В-третьих, ингибиторы оказывают направленное воздействие на механизмы, обусловливающие процесс хронизации инфекции. В качестве ингибиторов системы секреции 3 типа грамотрицательных бактерий к началу нашей работы были предложены гидразоны, полученные на основе гидразидов кислот и производных салицилового альдегида, однако они обладали высокой токсичностью. Ранее в Лаборатории гетероциклических соединений ИОХ РАН были начаты систематические исследования в области химии малоизученных тиогидразидов оксаминовых кислот. На основе накопленного материала нам представлялось перспективным синтезировать новые производные тиогидразидов оксаминовых кислот, близкие по строению упомянутым гидразонам салицилового ангидрида, и исследовать их в качестве ингибиторов системы секреции III типа.

Цель работы. Цель исследования заключается в разработке методов синтеза широкого ряда тиогидразидов оксаминовых кислот и создании на их основе различных веществ, представляющих интерес в качестве биологически активных соединений, в том числе антибактериальных препаратов, направленных против хронических заболеваний.

Научная новизна. Разработаны удобные способы получения широкого ряда новых тиогидразидов оксаминовой кислоты и разнообразных продуктов на их основе, представляющих значительный интерес в создании новых антибактериальных веществ, направленных на борьбу с хроническими заболеваниями.

Предложены методы синтеза широкого ряда гидразонов с различными заместителями взаимодействием тиогидразидов оксаминовой кислоты с салициловыми альдегидами.

Изучена кольчато-цепная таутомерия полученных тиогидразонов, показано - 3 - - 4 - влияние растворителей и заместителей на соотношение таутомеров. Выделена циклическая форма тигидразонов реакцией с хлорангидридами кислот.

Исследованы реакции окисления и восстановления гидразонов под действием различных реагентов, в результате чего синтезированы тиадиазолы, а также Nзамещенные тиогидразиды, гидразиноацетамиды, этиламиногидразины - удобные исходные соединения для создания тетразинов, тиадиазолоизоиндолонов, тиадиазинов, дигидротиадиазинов, дигидротиадиазолов, тетрагидротиадиазепинов, дигидротиадазолонов, оксидов дигидротиадиазафосфолана и т.д. Получена серия продуктов, представляющих по данным биологических испытаний значительный интерес в качестве антибактериальных соединений*.

Практическое применение. Разработаны методы получения ранее не описанных тиогидразидов оксаминовой кислоты, направленная модификация которых позволила получить широкий ряд новых S,N-содержащих гетероциклических соединений, представляющих интерес в качестве биологически активных веществ. Направлены заявки на патентование ряда синтезированных веществ в качестве эффективных антибактериальных соединений, обладающих высокой селективностью действия, малой токсичностью, а также отсутствием резистентности.

Апробация работы. Материалы диссертации представлены на первой международная конференция "Новые направления в химии гетероциклических соединений" 3-8 мая г. (Кисловодск, 2009г.) и Всероссийской конференция по органической химии, RCOC, (Москва, 2009г.).

Публикации. Основное содержание работы

изложено в патенте, заявке на патент, в двух научных статях и двух тезисах докладов на всеросийской и международной научной конференциях.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на _ листах печатного текста и включает в себя введение, литературный обзор, обсуждение результатов, экспериментальную часть, выводы и приложение, содержит _ рисунков и таблиц. Список литературы насчитывает _ литературных ссылок.

* Автор выражает искреннюю признательность руководителю лаборатории хламидиозов НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф.Гамалеи РАМН д.б.н. Н.А. Зигангировой и сотруднице лаборатории к.б.н. В.В. Зориной за проведение биологических испытаний и обсуждение результатов.

- 4 - - 5 - ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Целью данной работы является синтез и изучение реакционной способности широкого ряда новых тиогидразидов оксаминовой кислоты I и их производных II и III, а также их модификация в различные соединения, в том числе гетероциклические структуры с потенциальной биоактивностью и исследование возможности создания на их основе ингибиторов бактериальной системы секреции третьего типа.

O O O H H H R N R N R N N NH N N N NHR1 S R1 S R1 S R R III II I R,R1 = Alk, Ar, Het 1. Гидразоны тиогидразидов оксаминовых кислот В данном разделе диссертации предложен удобный метод синтеза новых тиогидразидов оксаминовых кислот и получение на их основе тиогидразонов, содержащих различные заместители. Исследована кольчато-цепная таутомерия синтезированных тиогидразонов.

1.1.Синтез тиогидразидов оксаминовой кислоты Синтез тиогидразидов оксаминовых кислот проводили на основе разработанного ранее в Лаборатории гетероциклических соединений ИОХ РАН подхода, заключающегося во взаимодействии гидразин - гидрата с N(S) - морфолино - N(O) - R - тиоксамидами и N - арилзамещенными монотиоксамидами, которые получаются реакцией соответствующих Цхлорацетамидов с предварительно приготовленными растворами элементной серы в морфолине или анилинах. ЦХлорацетамиды с хорошими выходами синтезировали по стандартной методике взаимодействием аминов с хлорацетилхлоридом в ДМФА. В качестве аминной компоненты использовали анилины, содержащие различные заместители и гетероароматические амины (схема 1). Значительное внимание уделялось синтезу фторсодержащих тиогидразидов оксаминовых кислот из фторсодержащих анилинов в связи с тем, что фторпроизводные обладают более высокой биологической активностью по сравнению с нефторированными аналогами благодаря их хорошей растворимости в липидах, легкости проникновения через биологические мембраны, а - 5 - - 6 - также большей устойчивости к действию ферментов.

В синтезе тиогидразидов оксаминовых кислот предложен ряд усовершенствований, позволяющих упростить процесс синтеза и получать эти соединения с большими суммарными выходами.

Предложено, в частности, использовать в процессах S-функционализации предварительно выдержанный в течение 20-30 минут при температуре 0-5oС раствор хлорацетамидов 1a-m с триэтиламином в ДМФА (при этом, по-видимому, образуется соответствующая соль триэтиламина и хлорацетамидов), который добавляется к предварительно приготовленному раствору серы и морфолина в ДМФА. Полученный в результате этой реакции раствор, содержащий монотиооксамиды 2a-m, без их выделения пропускали через небольшой слой сорбента и вводили во взаимодействие с гидразингидратом (схема 1).

O O O O N2H4*H2O 1. ДМФА, ТЭА R Cl R NHNHR N N 2. ДМФА, S, N ДМФА H N H морфолин H 1a-m 75-80% S 70-85% S 3a-m 2a-m COOEt 3a. R= 2-Py 3c. R=2-Me-C6HCOOEt 3j. R= 3b. R= 3d. R=4-F-C6HS Et S 3f. R=3-F-C6HCOOH 3g. R=2-F-C6HCOOH 3e. R= 3i. R=2-CF3-C6H4 3k. R= Et S S 3l. R=3-CF3-C6H3m. R=4-CF3-C6HСхема 1.

Разработка удобного метода получения тиогидразидов оксаминовых кислот позволила наработать эти соединения для биологических испытаний и провести систематическое исследование их реакционной способности.

1.1.Синтез гидразонов тиогидразидов оксаминовой кислоты В данном разделе диссертации представлены сведения о взаимодействии тиогидразидов оксаминовых кислот с альдегидами. Широкий ряд тиогидразонов 4-15 (таблица 1), необходимый для исследования зависимости структура - свойства, получили реакцией салициловых и гетероциклических альдегидов с тиогидразидами оксаминовых кислот 3a-m в ДМФА. Синтезирован также ряд тиогидразонов, содержащих в своем составе карбоксильную- - 6 - - 7 - или гидроксильные группы, что обеспечило их водорастворимость.

Таблица 1.

S H N N RR N H O № R R1 № R R4a 2-OH-C6H4 10a 2-OH-C6HF 4b 2-Py 3,5-Br-2-OH-C6H2 10b 3,5-Br-2-OH-C6H4c 3-EtO-2-OH-C6H3 10c 3-EtO-2-OH-C6H5a 2-OH-C6H4 11a 2-OH-C6H5b 3,5-Br-2-OH-C6H2 11b 3,5-Br-2-OH-C6H5c 3-EtO-2-OH-C6H3 11c 3-EtO-2-OH-C6H5d 3,5-tBu-2-OH-C6H2 11d COOEt S CF5e 5-Cl-2-OH-C6H3 11e S Br S 3,5-I-2-OH-C6H5f 11f Me S 2-OH-5-NO2-C6H5g 11g Me O N 5h 2-OH-3-NO2-C6H3 11i 6a 2-OH-C6H4 11j N 6b 3,5-Br-2-OH-C6H2 12a 2-OH-C6HMe 3-EtO-2-OH-C6H3 3,5-Br-2-OH-C6H6c 12b F3C 7a 2-OH-C6H4 12c 3-EtO-2-OH-C6H7b 3,5-Br-2-OH-C6H2 13a 2-OH-C6HF F3C 7c 3-EtO-2-OH-C6H3 13b 3,5-Br-2-OH-C6H7d 2,3-OH-C6H3 13c 3-EtO-2-OH-C6H7e 2,5-OH-C6H3 14a 2-OH-C6H8a 2-OH-C6H4 14b 3,5-Br-2-OH-C6HO O OH O 8b 3,5-Br-2-OH-C6H2 14c 3-EtO-2-OH-C6HS S 8c 3-EtO-2-OH-C6H3 14d 3,5-Cl-2-OH-C6H9a 2-OH-C6H4 14e 3,5-I-2-OH-C6H9b 3,5-Br-2-OH-C6H2 15a 2-OH-C6HO OH F 3,5-Br-2-OH-C6H15b 9c 3-EtO-2-OH-C6HS 15c 3-EtO-2-OH-C6H - 7 - - 8 - В диссертации приводятся данные о растворимости полученных соединений. Как и предполагалось, гидразоны, содержащие карбоксильную группу 8a-c хорошо растворяются в слабощелочных водных средах. Можно отметить повышение растворимости в ряду гидразонов, представленных ниже в водной транспортной среде RPMI-1640, содержащей небольшое количество ДМФА, в следующем ряду:

R R R R R R N N N N N N O H O H O H O O H H O H Br Br Br O E t O H Рисунок 1.

1.2. Исследование кольчато - цепной таутомерии тиогидразонов Изучение поведения полученных тиогидразонов показало, что они находятся в растворах в виде равновесной смеси двух таутомеров - линейной C и циклической D (схема 2).

H R R S N N H HN HN N H N S H R' O R' O D C Схема 2.

В спектрах Н ЯМР в DMSO-d6 циклической форме D соответствуют сигналы протона, находящегося в положении 5 дигидротиадиазольного кольца (-S-CHRТ-N-) в области =6.5-7.1 м.д., тогда как пики протонов тиогидразонного фрагмента линейной формы C (N=CH-RТ) наблюдаются в области =8.6-9.1 м.д. В работе исследовано влияние природы заместителей в тиогидразидной и салициловой частях молекулы на соотношение таутомеров в DMSO-d6 и показано, что донорные и объемистые заместители благоприятствуют линейной форме C.

Влияние растворителей на таутомерию гидразонов изучалась на примере соединения 7с. Анализ спектров ЯМР1Н этого вещества в различных дейтерированных растворителях (CDCl3, THF-d8, DMSO-d6) показал, что они оказывают существенное влияние на кольчато-цепную таутомерию тиогидразона, причем таутомерные формы - 8 - - 9 - легко переходят друг в друга. С уменьшением полярности растворителя содержание циклической формы уменьшается. Например, после добавления хлороформа в ДМСО, в котором гидразон на 70% находится в циклической форме, преобладающей становится линейная форма тиогидразона.

Разнообразная реакционная способность тиогидразидов оксаминовых кислот и их производных обусловливает их легкую дальнейшую модификацию, а также открывает путь к созданию обширного ряда гетероциклических соединений с потенциальной биоактивностью. До начала наших работ их химический потенциал был реализован весьма слабо. В диссертации приведены примеры селективного восстановления в тиогидразонах иминной связи, тиокарбонильной и карбонильной групп.

2. Восстановление тиогидразонов (тиогидразидов) оксаминовых кислот 2.1. Восстановление двойной связи C=N в тиогидразонах Исследовалась возможность проведения восстановления иминной связи в тиогидразонах не затрагивая тиокарбонильной группы. Оказалось, что при использовании боргидрида натрия реакция проходит гладко, при температуре близкой к нулю и позволяет получать продукты региоселективного восстановления.

RRS S H H H N N NaBHN N R N RR N RH MeOH T= 0-50C H O OH O OH 75-90% 22. R=4-CF3-C6H4, R1=OEt, R2=H 16. R=2-Me-C6H4, R1=R2=H 23. R=2Py, R1=R2=H 17. R=2-F-C6H4, R1=OEt, R2=H COOEt 18. R=3-F-C6H4, R1=OEt, R2=H 24. R1=R2=H, R= 19a. R=4-F-C6H4, R1=OEt, R2=H 19b. R=4-F-C6H4, R1=R2=Br Et S 20. R=2-CF3-C6H4, R1=OEt, R2=H 21. R=3-CF3-C6H4, R1=OEt, R2=H Схема 3.

Реакция чувствительна к строению тиогидразонов: восстановление соединений 1624 предпочтительно проводить в метаноле (схема 3) в связи с тем, что образующиеся в процессе восстановления соли хорошо растворимы в нем, тогда как при попытках восстановить в этом спирте тиогидразоны 25-30, получались сложные смеси. Это можно объяснить нерастворимостью исходных и конечных соединений в спиртах. Схему - 9 - - 10 - удалось реализовать в ТГФ.

CF3 S CF3 S H H H NaBHN N R N N R N N ТГФ, Т=0-5СH H O 80-85% O 29. R= 27. R= 25. Br S N S 30. R= 28. R= 26. R= Me Me N O S Схема 4.