Функционализация 2,1,3-бензоксадиазолов терминальными алкинами и нуклеофилами тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

КУЗНЕЦОВА АНАСТАСИЯ СЕРГЕЕВНА

ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИЯ 2,1,3-БЕН30КСАДИА30Л0В ТЕРМИНАЛЬНЫМИ АЛКИНАМИ И НУКЛЕОФИЛАМИ

Специальность 02.00.03 - органическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

27 НОЯ

Томск-2014

005555945

Работа выполнена на кафедре химии федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Красноярский государственный педагогический университет им. В.П. Астафьева»

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор, Горностаев Леонид Михайлович

Официальные оппоненты:

Потапов Андрей Сергеевич доктор химических наук, доцент, Национальный исследовательский Томский политехнический университет, кафедра биотехнологии и органической химии, инженер-исследователь

Колесник Василий Дмитриевич, кандидат химических наук, ООО «НИОСТ» (г. Томск), лаборатория нефтехимического синтеза, начальник лаборатории

Ведущая организация:

Новосибирский институт органической химии им. Н. Н. Ворожцова СО РАН.

Защита состоится 24 декабря 2014 г. в 14:30 на заседании диссертационного совета Д.212.269.04 при федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» по адресу: 634050, г. Томск пр. Ленина, 43а, 2-й корпус ТПУ, Малая химическая аудитория.

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-технической библиотеке ФГАОУ ВО НИ ТПУ по адресу: 634050, г. Томск, ул. Белинского, 55 и на сайте http://portal.tpu.ru/counciI/91 илуогкЫ.

Автореферат разослан «18» ноября 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Г / Т. М. Гиндуллина Д.212.269.04 <Жги«/ ~

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. 2,1,3-Бензоксадиазолы (бензофуразаны) обладают рядом полезных свойств, обуславливающих возможность их использования в медицине, сельском хозяйстве и некоторых областях техники. Также бензофуразаны, содержащие в молекулах различные функциональные группы широко применяются в качестве флуоресцентных реагентов в различных аналитических и биохимических исследованиях. Интерес к данному классу соединений связан с их своеобразной структурой, физическими и химическими свойствами. Поэтому разработка новых удобных путей синтеза и дальнейших модификаций производных 2,1,3-бензоксадиазола остается одним из ведущих направлений органического синтеза.

Диссертация выполнена на кафедре химии Красноярского государственного педагогического университета им В.П. Астафьева при финансовой поддержке гранта Министерства образования и науки РФ (2009-2011г -per. № 1.1.08; 2012-2014г-рег. № 3.3999.2011). Цели работы.

• Изучение взаимодействия 4,6-дибром-2,1,3-бензоксадиазола с аренолами и арентиолами;

• Изучение отношения 4-(11-амино)-7-нитро-2,1,3-бензоксадиазолов к нитрующим и нитрозирующим реагентами;

• Разработка эффективных способов получения 6-арилокси-4-бром-2,1,3-бензоксадиазолов и 7-6poM-N-R-2,1,3-бензоксадиазол-5-аминов на основе 2,6-дибром-4-фторнитрозобензола;

• Разработка эффективных способов получения бензофуразанов, содержащих в молекулах этинильный фрагмент и аминогруппу, получение на их основе модифицированных нуклеозидов и исследование люминесцентных свойств некоторых производных 2,1,3-бензоксадиазолов и их конъюгатов.

Научная новизна работы.

• Впервые установлено, что в 4,6-дибром-2,1,3-бензоксадиазоле бром, находящийся в положении 4 обладает большей нуклеофильной подвижностью по отношению к арилат- и арилтиолят-ионам.

• Впервые установлено, что взаимодействие 2,6-дибром-4-фторнитрозобензола с арилат-ионами протекает с замещением атома фтора и образованием 4-(4-К-арилокси)-2,б-дибромнитрозобензолов, субстратов для синтеза 6-(4-11-арилокси)-4-бром-2,1,3-бегооксадиазолов.

• Впервые предложен способ получения 7-6poM-N-R-2,1,3-бензоксадиазол-5-аминов в одну технологическую стадию из 2,6-дибром-4-фторнитрозобензола, и на их основе М-(2-азидоэтил)-7-бром-1^-Я-2,1,3-бензоксадиазол-5-аминов.

• Впервые показана возможность использования 4,6-дибром- и 4(6)-бром-6(4)-алкиламино-2,1,3-бензоксадиазолов в качестве субстратов в реакции

Соногаширы. Синтезирована группа 2,1,3-бензоксадиазолов, содержащих в молекулах аминогруппу и этинильную группу, непосредственно связанную с карбоциклом.

• Впервые установлено, что 4-(4-метилфениламино)-7-нитро-2,1,3-бензоксадиазол и 4-бензиламино-7-нитро-2,1,3-бензоксадиазол по-разному относятся к нитрующим и нитрозирующим реагентам; на основании полученных данных предложены механизмы реакции.

• Впервые показано, что 4(6)-морфолин-4(6)-ил-6(4)-этинил-2,1,3-бензоксадиазолы и К-(2-азидоэтил)-Ы-метил-7-нитро-2,1,3-бензоксадиазол-4-амин могут быть использованы в качестве люминесцентных меток нуклеозидов и олигонуклеотидов; установлено, что полученные модифицированные нуклеозиды и олигонуклеотиды обладают люминесцентными свойствами, причём максимумы эмиссии находятся в области, удобной для биохимических исследований (560-596 нм).

Практическая значимость работы.

1. Разработанные способы получения производных 2,1,3-бензоксадиазолов путем взаимодействия 4,6-дигалоген-2,1,3-бензоксадиазолов с аренолами и арентиолами, 2,6-дибром-4-фторнитрозобензола с аренолами, а также на основе реакций нитрования, нитрозирования 4-(11-амино)-7-нитро-2,1,3-бензоксадиазолов, кросс-сочетания 4,6-дибром- и 4(6)-бром-6(4)-алкиламино-2,1,3-бензоксадиазолов с терминальными алкинами, позволили синтезировать новые группы бензофуразанов, перспективных для исследования их биохимической активности.

2. Найденные методы получения люминесцентных модифицированных нуклеозидов или олигонуклеотидов на основе 2,1,3-бензоксадиазолов позволяют рассматривать полученные конъюгаты в качестве флуоресцентных меток в медицинской диагностике и биохимических исследованиях.

Апробация работы. Результаты настоящей работы были представлены на Всероссийской конференции по органической химии, посвященной 75-летию со дня основания Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН (Москва,

2009); International Symposium «Advanced Science in Organic Chemistry» (Крым,

2010); Всероссийской конференции «Современные проблемы органической химии», посвящённой 80-летию со дня рождения академика В.А. Коптюга (Новосибирск, 2011); XIX Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Волгоград, 2011); III Всероссийской конференции по органической химии (Санкт-Петербург, 2013); XV Международной научно-практической конференции имени профессора Л. П. Кулёва студентов и молодых ученых «Химия и химическая технология в XXI веке» (Томск, 2014).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи (из них 1 статья в международном журнале), материалы 14 докладов, тезисы 4 докладов.

Объем и структура диссертации. Работа изложена на 132 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков, 6 таблиц. Состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов, списка цитируемой литературы (101 ссылка) без приложений. Положения, выносимые на защиту.

1. Синтез и химические свойства 4-арилокси(арилтио)-6-бром-2,1,3-бензоксадиазолов.

2. Синтез 6-арилокси- и 6-амино-4-бром-2,1,3-бензоксадиазолов на основе 2,6-дибром-4-фтор-нитрозобензола.

3. Функционализация Ы-алкил-6(4)-бром-2,1,3-бензоксадиазол-4(6)-аминов терминальными алкинами.

4. Взаимодействие 4-(11-амино)-7-нитро-2,1,3-бензоксадиазолов с нитрующими и нитрозирующими реагентами.

5. Флуоресцентные свойства некоторых 2,1,3-бензоксадиазолов и их применение в качестве флуоресцентных меток.

Основное содержание работы

1. Синтез и химические свойства 4-арилокси(арилтио)-6-бром-2,1,3-бензоксадиазолов

Реакции 4,6-дигалоген-2,1,3-бензоксадиазолов с аренолами и арентиолами ранее не были изучены. Установлено, что 4,6-дибром-2,1,3-бензоксадиазол 1 взаимодействует с фенолами или тиофенолами с замещением атома брома, находящегося в положении 4, а не 6 и образованием 4-арилокси(арилтио)-6-бром-2,1,3-бензоксадиазолов. Реакция проводилась в ДМСО в присутствии карбоната калия.

Схема 1

1 2 »-ж

2, X = О, Я = II (а); X = 0, И = Ме (б), X = О, Ят^Ви (в); X = О, Я = С1 (г);Х = О, Я = I (д) Х-Я, К- II(е).X = К, М<ж)

Строение и состав полученных веществ подтверждены данными элементного анализа, ЯМР 'Н-спектроскопии, масс-спектрометрии и двумерной ядерной спектроскопии ЫОЕБУ. В двумерном спектре вещества (2ж) присутствуют кросс-пики, соответствующие взаимодействию протонов, находящихся в положениях 2',6' иара-метилтиофенольного остатка (7.40 м.д.) и протона, находящегося в 5-м положении карбоцикла бензофуразана (6.73 м.д.).

и

Рисунок 1. ИОЕЗУ-спектр 6-бром-4-(4-метилфенил)тио-2,1,3-бензоксадиазола (2ж)

Для получения соединений, характеризующихся спектрами поглощения и флуоресценции в благоприятных для биохимических исследованиях областях, изучено взаимодействие полученных веществ 2 с алифатическими аминами. Аминирование веществ 2в,д-ж пирролидином и морфолином протекает в ДМСО при 80-90 °С с образованием продуктов 3.

Схема 2

2н„1-ж За-л

3, X - О к-<-Ви, У = О (а); X = О, Я = I, У = О (6);

X = Б, 1? = Н, У = О (в); X = Б, И = Н, У = - (г); X = Я, И = Мс, У = О (д)

Представлялось интересным изучить влияние различных заместителей на характер электронных спектров поглощения 4-арилокси(арилтио)-6-бром-2,1,3-бензоксадиазолов 2 и продуктов их аминирования 3 (рисунок 2). Установлено, что введение арилоксигруппы в положение 4 вместо атома брома в 4,6-дибром-2,1,3-бензоксадиазоле 1 приводит к батохромному сдвигу длинноволновых максимумов на 10-15 нм, а арилтиогруппы на 40-50 нм. В электронном спектре поглощения 2,1,3-бензоксадиазола Зг, содержащего в положении 4 4-фенилтиогруппу, а 6 — остаток пирролидина наблюдается батохромный сдвиг на 65 нм по сравнению с 6-бром-4-фенилтио-2,1,3-бензоксадиазолом 2е и на 30 нм по сравнению с 6-бром-4-морфолино-2,1,3-бензоксадиазолом 4а. Таким образом, введение в молекулы бензоксадиазолов двух электронодонорных заместителей приводит к смещению максимумов поглощения в длинноволновую область по сравнению с монозамещенными бензофуразанами.

7

! )

!

Рисунок 2. ЭСП 4,6-дибром-2,1,3-бензоксадиазола (1), 6-бром-4-фенокси-2,1,3-бензоксадиазола (2а), 6-бром-4-фенилтио-2Д,3-бензоксадиазола (2е), 6-пироллидино-4-фенилтио-2,1,3-бсизоксадиазола (Зг), 6-бром-4-морфолино-2,1,3-бензоксадиазола (4а) (ДМФА, ! 1-Ю"4 моль/л)

2. Синтез 6-арилокси и 6-алкиламино-4-бром-2,1,3-бензоксадиазолов на основе 2,6-дибром-4-фтор-нитрозобензола

2.1. Синтез 6-арилокси-4-бром-2,1,3-бензоксадназолов на основе 2,6-дибром-4-фторнитрозобензола

I

Найдено, что 2,6-дибром-4-фторнитрозобензол 5 взаимодействует с аренолами в ДМСО в присутствии карбоната калия с замещением атома фтора и | образованием 2,6-дибром-4-арилоксинитрозобензолов 6а,б. Замещению атома фтора, а не конденсации с участием нитрозогруппы способствует высокая нуклеофугность атома фтора и наличие в орто-положениях к нитрозогруппе двух атомов брома, затрудняющих ее пространственную доступность в 2,6-дибром-4-фторнитрозобензоле 5.

Продукты 6а,б оказались хорошими субстратами для синтеза 2,1,3-бензоксадиазолов. На основе соединений 6а,б были получены 4-бром-6-(4-Я-фенокси)-2,1,3-бензоксадиазолы 7а,б.

I

Схема 3

Я - Ме(а). |-Вч(6)

!

2.2. Синтез и химические свойства 7-бром-]\-1*-2,1,3-бе11зок:садиазол-5-аминов и 2-|(7-бром-2,1,3-бензоксадиазол-5-ил)-К-амино]этанолов

Предложен способ получения аминопроизводных 2,1,3-6ензоксадиазолов, содержащих вторичную аминогруппу в положении 6 без выделения соответствующих аминонитрозобензолов.

Синтез осуществляется последовательно и включает две стадии:

а) Замещение атома фтора в 2,6-дибром-4-фторнитрозобензоле 5 под действием первичного амина. Эта стадия проводится при внешнем охлаждении, к раствору 4-фтор-2,6-дибромиитрозобензола 5 в ДМСО приливается небольшой избыток первичного амина. После завершения стадии аминирования исходного 2,6-дибром-4-фторнитрозобензола реакционную массу нагревают до комнатной температуры.

б) Циклизация 2-бром-6-азидо-4-аминонитрозобензолов. К реакционной массе прибавляется водный раствор азида натрия, после чего реакционная масса ; нагревается до 50-60 °С и выдерживается в течение 40 мин.

Схема 4

R - Рг (a). Bu (б), í-Bu (в) !

Проведение синтеза таким способом является более удобным и позволяет синтезировать 2,1,3-бензоксадиазолы, содержащие в молекулах вторичную аминогруппу. Таким же способом можно получить и беизофуразаны, содержащие в молекулах остатки аминоспиртов 8г,д.

Дальнейшая функционализация веществ 8г,д проводилась с использованием бензолсульфохлорида (БСХ) в пиридине при 50-60 °С. В полученных веществах 8г,д гидроксильная группа замещается атомом хлора.

Схема 5

R EI (г); Ме(д)

Вещества 9а,б содержат подвижный атом хлора, удаленный от карбоцикла и ! способный подвергаться нуклеофильному замещению. В связи с этим соединения !

9а,б вводились в реакцию с избытком азида натрия, что приводит к замещению атома хлора азидогруппой.

Схема 6

9а,б 10а,б

Я = Н(а),Ме(б)

Синтезированные соединения 10а,б содержат линкерную азидогруппу и проявляют люминесцентные свойства, что открывает возможность их использования в качестве флуоресцентных меток модифицированных биомолекул.

3. Изучение реакций 1\-алкил-6(4)-бром-2,1,3-бензоксадиазол-4(6)-аминов с терминальными алкинами

Данные об использовании 4,6-дибром- и 4(6)-бром-6(4)-алкиламино-2,1,3-бензоксадиазолов 1, 4, 8 в качестве субстратов в реакции кросс-сочетания нам не известны. Установлено, что бромбензоксадиазолы, содержащие атомы брома в положениях 4 4а,б или 6 8е,ж, а также в обоих положениях 1, реагируют с фенилацетиленом и 2-метилбут-3-ин-2-олом в кипящем бензоле в присутствии трифенилфосфина, хлорида палладия (И), иодида меди и триэтиламина в атмосфере аргона. Продукты реакции — соответствующие алкинилбензофуразаны 11-13 — выделялись обычным способом.

Схема 7

I.К1 =й! = Вг:4, в! <=Вг,1)' .щаисн,),0 (■). N(01,), (б);8. Н' = Вг, I? - Ы(СН,СН,),0 <е). Ы(СП,), (ж).

II. Я1 = РЬ (а), С(СЦ),ОП (б); 12 13 И1 = РЬ к1 = М(С1ЦСН,},() (а). М(СН,)3 (б); Я5 = С(СН,),ОН, Й4 = ЩГЦСНДО (в)

Бензофуразаны, содержащие в молекулах ацетиленовый фрагмент, связанный с карбоциклом проявляют люминесцентные свойства и имеют максимумы эмиссии в области 500-600 нм. На рисунках 3 и 4 приведены спектры флуоресценции соединений 12а, 136. Максимумы эмиссии 4-морфолино-6-фенилэтинил-2,1,3-бензоксадиазола 12а и 4-фенилэтинил-6-диметиламино-2,1,3-бензоксадиазола 136 находятся в длинноволновой области и составляют 581 и 542 нм соответственно. Поглощение и флуоресценция исследуемых веществ 11-13 именно в указанных областях делают возможным их использование в качестве биолюминесцентных меток.

I "... »-"43 1 Г \ >_-*»«»

/ \

! ! / \ \ /

\J \ 1 \

•150 nif) V \

А

Рисунок 3. Спектры поглощения и Рисунок 4. Спектры поглощения и

флуоресценции 4-морфолино-6-фенилэтинил- флуоресценции 4-фенилэтинил-6-

2,1,3-бензоксадиазола 12а (Ацетонитрил, диметиламино-2,1,3-бензоксадиазола ]3б

С=3.3-10° моль/л) (Ацетонитрил, С=1.5-10"' моль/л)

Соединения 12в и 13в могут быть использованы как промежуточные вещества для синтеза бензофуразанов, содержащих в молекуле этинильный остаток и аминогруппу. Установлено, что наиболее удобным вариантом проведения данной реакции является кипячение бензофуразанов 12в, 13в в толуоле в присутствии гидроксида калия.

Схема 8

О

о

^ПМс)3ОН

счет наличия

молекулах

»СОН.

СМ1(Ме),С- [ [ \)

12в 14

Полученные бензофуразаны 14, 15 за электронодонорных заместителей имеют спектры эмиссии и поглощения в длинноволновой области спектра, там, где для большинства биомолекул поглощение электромагнитного излучения не характерно. Присутствие терминального этинильного фрагмента позволяет использовать соединения 14, 15 в «клик»-химии в качестве флуоресцентных меток модифицированных нуклеозидов и олигонуклеотидов.

4. Изучение реакций 4-Г1-ами110-7-нитро-2,1,3-бешоксадиазолов с нитрующими и иитрозирующими реагентами

В поисковых системах Яеахуз и 8с1Ртс1ег информация о нитровании и нитрозировании аминобензофуразанов практически отсутствует. Согласно известным методикам нами получены 2,1,3-бензоксадиазолы 17а,б, содержащие в молекулах остатки вторичных ароматических аминов.

Схема 9

16 17а,б

17, X - СН,, И - Н (а). X = -, И - МЦб)

Бензофуразаны 17а,б содержат функциональные группы, чувствительные к действию ни трующих и нитрозирующих реагентов. Установлено, что субстрат 176 при обработке нитрующей смесью или нитрозилсерной кислотой нитруется в активное положение бензольного кольца. Вступление нитрогруппы именно в оргио-положение по отношению к аминогруппе подтверждено встречным синтезом — взаимодействием 4-хлор-7-нитро-2,1,3-бензоксадиазола 16 с 2-нитротолуидином. Интересно, что продукт 18 также образуется и при обработке субстрата 176 нитритом натрия в уксусной кислоте.

Схема 10

ДсОН

Образование 4-(2-нитро-4-метилфениламино)-7-нитро-2,1,3-бензоксадиазола 18 может объясняться механизмом, включающим на одной из стадий перегруппировку по Фишеру-Хеппу: в результате взаимодействия соединения 176 с нитрозирующими реагентами сначала образуется М-нитрозосоединение 19, которое далее перегруппировывается в С-нитрозосоединие 20, а последнее затем окисляется кислородом воздуха в динитропроизводное 2,1,3-бензоксадиазола 18.

Схема 11

™ 19 2(1 18

Превращение 176—>18 при действии нитрозилсерной кислоты может протекать по катион-радикальному пути. Катион нитрозония, генерированный из нитрозилсерной кислоты, атакует вторичную аминогруппу, образующийся при этом катион-радикал 21 может через ряд промежуточных продуктов превращаться в 4-(2-нитро-4-метилфениламино)-7-нитро-2,1,3-бензоксадиазол 18.

Схема 12

17» 21 18

Кроме предложенных выше маршрутов нельзя исключить и прямое нитрозироваиие субстрата 176 в С-нитрозосоединение 20.

Нами найдено, что 4-бензиламино-7-нитро-2,1,3-бензоксадиазол 17а относится к нитрующим и нитрозирующим реагентам иначе, чем бензофуразан 176. Реакция соединения 17а с нитрующей смесью протекает с участием карбоцикла бензофуразанового фрагмента, а не фенильного остатка бензильного радикала. Очевидно, что бензиламиногруппа активирует карбоцикл бензоксадиазола 17а к электрофильному нитрованию, а фенильная группа в исходном веществе оказывается менее активной. В то же время обработка субстрата 17а нитрозилсерной кислотой приводит к образованию двух продуктов - 4-бензиламино-5,7-динитро-2,1,3-бензоксадиазола 22 и гидроксиимидазола 23.

Схема 13

По-видимому, циклизация вещества 17а в гидроксиимидазол 23 протекает по радикальному механизму.

Установлено, что нагревание реакционной массы, полученной после взаимодействия 4-бензиламино-7-нитро-2,1,3-бензоксадиазола 17а с азотистой кислотой приводит к образованию продукта 22. Вероятно, что первичным продуктом реакции субстрата 17а с азотистой кислотой является 1Ч[-нитрозосоединение 24, которое в результате нагревания превращается в динитропроизводное 22.

Схема 14

ЫаЫО,, АсОН

реакционная масса

Данные УФ- и ЯМР 'Н-спектроскопии подтверждают

структуру, предложенную для 2,1,3-бензоксадиазола 24, который образуется со степенью чистоты -90%. На рисунке 5 представлены ЭСП бензофуразанов 17а и 24, максимум поглощения соединения 17а составляет 450 нм, а вещества 24 — 380 нм. После выдержки реакционной массы в течение 20 ч, были повторно записаны ЭСП реакционной массы, при этом профиль спектра и максимумы поглощения были практически идентичными соединению 17а. Вероятнее всего протекает

денитрозирование и образование исходного бензофуразана 17а.

Рисуиок 5. ЭСП 4-бензиламино-7-нитро-2,1,3-бензоксадиазола (17а), 4-(Ы-нитрозобензиламино)-7-китро-2,1,3-бензоксадиазола (24), реакционная масса после 20-ти часовой выдержки (24) (ДМСО, С=1-10'4моль/л)

Установлено, что нагревание бензофуразана 24 в уксусной кислоте приводит к образованию двух продуктов — исходного 4-бензиламино-7-нитро-2,1,3-бензоксадиазола 17а и 4-бензиламино-5,7-динитро-2,1,3-бензоксадиазола 22. Нагревание того же субстрата 24 в присутствии мочевины приводит только к образованию исходного

бензиламинобензофуразана.

Схема 15

По-видимому, нагревание ТЧ-нитрозосоединения 24 в уксусной кислоте с мочевиной приводит к его денитрозированию и реагированию катиона нитрозония с мочевиной, что исключает перегруппировку Фишера-Хеппа. В отсутствии мочевины, очевидно, имеет место и денитрозирование, и перегруппировка Фишера-Хеппа, а затем дальнейшее окисление С-нитрозосоединения до динитробензофуразана.

Производные 2,1,3-бензоксадиазола, содержащие нитрогруппу в карбоцикле бензофуразана или в арильном остатке, пригодны для дальнейших модификаций.

5. Флуоресцентные свойства 2,1,3-бензоксадназолов и их применение в качестве флуоресцентных меток

Бензофуразаны, содержащие в молекулах электронодонорные заместители, имеют максимумы эмиссии в длинноволновой области. Так, максимум эмиссии для б-морфолино-4-(4-йодфенокси)-2,1,3-бензоксадиазола 36 составляет 540 нм (рисунок 6), а для 2-[(7-бром-2,1,3-бензоксадиазол-5-ил)-метиламино]этанола 573 нм (рисунок 7). Такие спектральные данные позволяют использовать производные 2,1,3-бензоксадиазолов в качестве флуоресцентных меток.

А А 1 / \ д

\ / / 1 1 / \ 1/

Рисунок 6. Спектры поглощения и флуоресценции 6-морфолино-4-(4-

йодфенокси)-2,1,3 -бензоксадиазола 36 (Ацетонитрил, С=1.810"4 моль/л)

Рисунок 7. Спектры поглощения и флуоресценции 2-[(7-бром-2,1,3-

бензоксадиазол-5-ил)-метиламино]этанола 8д, (Ацетонитрил, С=3.2Ю"5 моль/л)

Автор благодарит за помощь в записи спектров флуоресценции В.В. Королева, к.х.н., доцента, научного сотрудника лаборатории механизмов реакций Института химической кинетики и горения СО РАН.

Нами была исследована возможность введения 2,1,3-бензоксадиазолов 14,15, содержащих в молекулах терминальную тройную связь и аминогруппу, в модифицированные нуклеозиды. Введение флуоресцентных красителей в положение 5 2'-дезокси-5-йодцитидина 26 проводилось с помощью реакции Соногаширы.

Схема 16

При превращении 25—>26 или 25—>27 в качестве растворителя использовался ДМСО, реакция проводилась в течение нескольких дней при температуре 70-80 °С; выход целевых продуктов составил 30-40%.

Полученные нуклеозидные производные 26, 27 могут быть использованы для получения амидофосфитных мономеров для стандартного твердофазного синтеза или трифосфатов для ферментативного синтеза модифицированных (флуоресцентными красителями) олигонуклеотидов.

Для соединений 14,15 и полученных на их основе нуклеозидов 26, 27 были записаны спектры флуоресценции (рисунке 8, 9).

I" 1»

><яГ/\/' /%

% Г1

» Чп Ш \ixr-Xi »«S

■7W ■ MSé

х1Л

ж

Рисунок 8. Спектры возбуждения и флуоресценции 4-морфолин-4-ил-6-этинил-2,1,3-бензоксадиазола 14 и 5-(2-(4-этинил-6-морфолинобензо[с][1,2,5]оксадиазолил))-2'-дезоксицитидин 2f> (Трис HCI буфер 0.1 М:ЕЮН=1:1, С=7-10 5моль/л)

Рисунок 9. Спектры возбуждения и флуоресценции 6-морфолин-6-ил-4-этинил-2,1,3-бензоксадиазола 15 и 5-(2-(6-этинил-4-морфолинобензо[с][1,2,5]оксадназолил))-2'-дезоксицитидин П (Трис HCl буфер 0.1 М:ЕЮН=1 :1, С=7-10 5моль/л)

Данная часгь работы была выполнена в Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН совместно с сотрудниками лаборатории органического синтеза, к.х.н. Васильевой C.B. и д.х.н. Силышковым В.Н.

Максимум эмиссии для соединения 26 незначительно сдвинулся в коротковолновую область (с 603 нм до 575 нм). Для соединения 27 максимум эмиссии остается таким же, как и для соединения 15 и составляет 560 нм. Длинноволновая эмиссия 564-596 нм и ее достаточно высокая интенсивность для полученных нуклеозидов 26, 27 позволяют использовать их в качестве флуоресцентных меток олигонуклеотидов.

Флуоресцентные красители, содержащие линкерную азидогруппу, могут быть введены в молекулы нуклеозидов или олигонуклеотидов с помощью реакции 1,3-диполярного азид-алкинового циклоприсоединения. 1Ч-(2-Азидоэтил)-М-метил-7-нитро-2,1,3-бензоксадиазол-4-амин 30 был синтезирован из 4-хлор-7-нитро-2,1,3-бензоксадиазола 16 по следующей схеме.

Схема 17

Полученное соединение 30 с помощью клик-реакции вводилось в 5 -пропаргилоксиметил-2'-дезоксиуридии 31.

Схема 18

" "" и

Реакция протекает при температуре 23-25 °С в течение 10-18 ч и согласно ВЭЖХ-анализу происходит 100% конверсия исходного 5-пропаргилоксиметил-2'-дезоксиуридина 31 в продукт 32. Полученные вещества выделялись и очищались экстракцией,

хроматографией на силикагеле и на силикагеле с обращенной фазой. В результате был получен чистый продукт 32 с выходом 53%.

Для исходного соединения 30 и полученного на его основе нуклеозида 32 были записаны спектры флуоресценции, максимумы эмиссии соединений 30 и 32 совпадают и составляют 538 нм (рисунок 10).

!

Рисунок 10. Спектры возбуждения и флуоресценции 1Ч-(2-Азидоэтил)-1Ч-метил-7-нитро-2,1,3-бензокеадиазол-4-амин 30 и 5-(1-(2-(метил(7-

нитробензо[с][1,2,5]оксадиазол-4-ил)амино)этил)-1Н-1,2,3-триазол-4-ил)метокси)метил)-2'-дезоксиуридин 32 (Трис НС1 буфер 0.1М:ЕЮН=1:1, С=710" 3моль/л).

Выводы:

1. Установлено, что в 4,6-дибром-2,1,3-бензоксадиазоле бром, находящийся в положении 4 обладает большей нуклеофильной подвижностью по отношению к арилат- и арилтиолят-ионам.

2. Обнаружено, что 2,6-дибром-4-фторнитрозобензол реагирует с 4-Я-фенолами с образованием 4-(4-11-арилокси)-2,6-дибромнитрозобензолов, субстратов для синтеза 6-(4-К-арилокси)-6-бром-2,1,3-бензоксадиазолов.

3. Предложен способ получения 7-бром-Ы-Я-2,1,3-бензоксадиазол-5-аминов в одну технологическую стадию из 2,6-дибром-4-фторнитрозобензола и на их основе М-(2-азидоэтил)-7-бром-Т\Г-11-2,1,3-бензоксадиазол-5-аминов.

4. Предложен способ получения 2,1,3-бензоксадиазолов, содержащих в молекулах остатки терминальных алкинов и аминогруппу, пригодных для использования в качестве люминесцентных меток.

5. Установлено различное отношение 4-(11-амино)-7-нитро-2,1,3-бензоксадиазолов к нитрующим и нитрозирующим реагентам.

6. Показана возможность использования производных 2,1,3-бензоксадиазолов в качестве люминесцентных меток нуклеозидов. С помощью реакции Соногаширы на основе 4(6)-морфолин-4(6)-ил-6(4)-этинил-2,1,3-бензоксадиазолов получены люминесцентные производные дезоксицитидина, а с помощью «клик»-реакции на основе М-(2-азидоэтил)-М-метил-7-нитро-2,1,3-бензоксадиазол-4-амина — производные дезоксиуридина.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Кузнецова, А.С. Синтез 4(6)-арилокси- и 4-арилтио-2,1,3-бензоксадиазолов / А.С. Кузнецова, JI.M. Горностаев, Г.А. Сташина, С.И. Фирганг // Известия Академии наук. Серия химическая. - 2013. -№ 9. - С. 2079-2083.

2. Горностаев, JI.M. Взаимодействие М-алкил-6(4)-бром-2,1,3-бензоксадиазол-4(6)-аминов с терминальными алкинами / JI.M. Горностаев, А.С. Кузнецова, Н.В. Геец, Е.А. Бочарова // Журнал органической химии. — 2012. — Т.48. — Вып.1. — С. 142- 144.

3. Кузнецова, А.С. Реакции 4-К-амино-7-нитро-2,1,3-бензоксадиазолов с нитрующими и нитрозирующими реагентами / А.С. Кузнецова, Л.М. Горностаев // Бутлеровские сообщения - 2013. - Т. 33. - №3. - С. 88-92.

4. Vasilyeva, S.V. Novel fluorescent pyrimidine nucleosides containing 2,1,3-benzoxadiazole and naphtho-[l,2,3-cd]indole-6 (2H)-one fragments / S.V. Vasilyeva, A. S. Kuznetsova, J. G. Khalyavina, V. A. Glazunova, A. A. Shtil, L. M. Gornostaev, V. N. Silnikov//Nucleosides, Nucleotides, Nucleic acids -2014. - Vol. 33:9. —P.615 — 625.

5. Кузнецова, А.С. О взаимодействии 4-11-амино-7-нитробензофуразанов с азотистой кислотой / А.С. Кузнецова, А.Е. Девяшина, Е.А. Бочарова, Л.М. Горностаев // Материалы III Региональной научно-практической конференции, посвященной 175-летию со дня рождения Д.И. Менделеева и 140-летаю со дня открытия Периодического закона химических элементов «Химическая наука и образование Красноярья». — Красноярск, КГПУ им. В.П. Астафьева. — 2009. -С. 36-41.

6. Горностаев, Л.М. Реакции некоторых галогеннитропроизводных бензо[1,2,5]оксадиазолов с нуклеофильными и электрофильными реагентами / Л.М. Горностаев, А.Е. Девяшина, А.С. Кузнецова, Е.А. Бочарова, Г.А. Сташина, С.И. Фирганг // Материалы Всероссийской конференции по органической химии, посвященной 75-летию Института органической химии им. Н.Д. Зелинского. - Москва, ИОХ им. Н.Д. Зелинского. - 2009. - С. 151.

7. Кузнецова, А.С. Отношение 4-11-амино-7-нитробензофуразанов к нитрующим и нитрозирующим реагентам / А.С. Кузнецова, Л.М. Горностаев // Материалы IV Региональной научно-практической конференции «Химическая наука и образование Красноярья». - Красноярск, КГПУ им. В.П. Астафьева. - 2010. -С. 75-80.

8. Геец, Н.В. Взаимодействие производных 2,1,3-бензоксадиазолов с фенилацетиленом / Н.В. Геец, Е.А. Бочарова, А.С. Кузнецова, Л.М. Горностаев // Материалы IV Региональной научно-практической конференции «Химическая наука и образование Красноярья». - Красноярск, КГПУ им. В.П. Астафьева. - 2010. - С. 26 - 30.

9. Кузнецова, A.C. Синтез 2,1,3-бензоксадиазолов, содержащих алкильные заместители / A.C. Кузнецова, Е.А. Бочарова, Н.В. Геец, Л.М. Горностаев // Тезисы International Symposium «Advanced Science in Organic Chemistry». -Mischor, Crimea. - 2010. -С. 177.

10. Геец, H.B. Изучение взаимодействия производных 2,1,3-бензоксадиазолов с терминальными алкинами / Н.В. Геец, A.C. Кузнецова, Е.А. Бочарова II Материалы V Региональной научно-практической конференции, посвященной Году химии «Химическая наука и образование Красноярья». - Красноярск, КГГТУ им. В .П. Астафьева. - 2011. - С. 24 - 26.

11. Geets, N. V. Synthesis and properties of some alkynylbenzofurazanes / N. V. Geets, L.M. Gornostaev, E.A. Bocharova, A.S. Kuznetsova // Abstracts of International conference «Current topics in organic chemistry». — Novosibirsk. — 2011. — C.l 17.

12. Горностаев, Л.М. Отношение галогеннитропроизводных бензо[1,2,5]оксадиазолов к нитрующим и нитрозирующим реагентам / Л.М. Горностаев, A.C. Кузнецова, Е.А. Бочарова, Г.А. Сташина, С.И. Фирганг // Тезисы XIX Менделеевского съезда по общей и прикладной химии. -Волгоград.-2011.-T. 1.-С. 167.

13. Кузнецова, A.C. Взаимодействие 4,6- дибром-2,1,3-бензоксадиазола с некоторыми S- и О-нуклеофилами / A.C. Кузнецова, Л.М. Горностаев // Материалы VI Региональной научно-практической конференции, посвященной 80-летию Красноярского государственного педагогического университета им. В.П. Астафьева и 70-летию Красноярского государственного медицинского университета им. профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого «Химическая наука и образование Красноярья». — Красноярск, КГПУ им. В.П. Астафьева. - 2012. - С. 56 - 59.

14. Васильева, C.B. Синтез флуоресцентных аналогов дезоксицитидина / C.B. Васильева, В.Н. Сильников, Л.М. Горностаев, Н.В. Геец, A.C. Кузнецова // Материалы VI Региональной научно-практической конференции, посвященной 80-летию Красноярского государственного педагогического университета им. В.П. Астафьева и 70-летию Красноярского государственного медицинского университета им. профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого «Химическая наука и образование Красноярья». — Красноярск, КГПУ им. В.П. Астафьева. - 2012. - С.56 - 59.

15. Талдыкина, Д.С. Синтез производных 2,1,3-бензоксадиазолов, содержащих азидогруппу / Д.С. Талдыкина, Ю.А. Шупыро, Н.В. Таранин, A.C. Кузнецова // Материалы XIV Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука XXI века». — Красноярск, КГПУ им. В.П. Астафьева. -2013.-С. 28.

16. Кузнецова, A.C. Синтез новых 2,1,3-бензоксадиазолов и их связывание с аналогами дезоксицитидина / A.C. Кузнецова, Л.М. Горностаев, C.B.

Васильева, В.Н. Сильников // Тезисы кластера конференций по органической химии «ОргХим-2013». - Санкт-Петербург. - 2013. - С. 158.

17. Талдыкина, Д.С. Синтез 4-арилокси-6-амино-2,1,3-бензоксадиазолов / Д.С. Талдыкина, Ю.А. Шупыро, A.C. Кузнецова, JI.M. Горностаев // Тезисы Всероссийской научной конференции, посвященной 80-летию химического факультета ИГУ «Теоретическая и экспериментальная химия глазами молодежи». - Иркутск. - 2013. - С. 147 - 148.

18. Талдыкина, Д.С. Различные пути синтеза производных 2,1,3-бензоксадиазолов, содержащих линкерную функциональную группу / Д.С. Талдыкина, Ю.А. Шупыро, A.C. Кузнецова // Материалы VII Региональной научно-практической конференции, посвященной 180-летию со дня рождения Д.И. Менделеева «Химическая наука и образование Красноярья». -Красноярск, КГПУ им. В.П. Астафьева. - 16 мая, 2014. - С. 56 - 57.

19. Шупыро, Ю.А. Синтез и химические свойства 4-арилокси(арилтио)-6-бром-2,1,3-бензоксадиазолов / Ю.А. Шупыро, Д.С. Талдыкина, A.C. Кузнецова // Материалы VII Региональной научно-практической конференции, посвященной 180-летию со дня рождения Д.И. Менделеева «Химическая наука и образование Красноярья». - Красноярск, КГПУ им. В.П. Астафьева. -16 мая, 2014.-С. 57-59.

20.Кузнецова, A.C. Новый способ получения 6-амино-4-галоген-2,1,3-бензоксадиазолов / A.C. Кузнецова, Ю.А. Шупыро // Материалы XV Международной научно-практической конференции имени профессора Л.П. Кулёва студентов и молодых ученых «Химия и химическая технология в XXI веке». - Томск. - 26-29 мая 2014. - С. 133-134.

21 .Талдыкина, Д.С. Синтез производных 2,1,3-бензоксадиазолов, содержащих атом галогена, удаленный от карбоцикла / Д.С. Талдыкина, Ю.А Шупыро, A.C. Кузнецова // Материалы XV Международной научно-практической конференции имени профессора Л.П. Кулёва студентов и молодых ученых «Химия и химическая технология в XXI веке». - Томск. - 26-29 мая 2014 -С. 155-157.

22.Шупыро, Ю.А. Синтез некоторых 4-арилокси-6-амино-2,1,3-бензоксадиазолов / Ю.А. Шупыро, Д.С. Талдыкина, A.C. Кузнецова // Материалы XV Международной научно-практической конференции имени профессора Л.П. Кулёва студентов и молодых ученых «Химия и химическая технология в XXI веке». - Томск. - 26-29 мая 2014. - С. 163-164.

Подписано в печать 18.11.2014. Формат 60x84/16. Бумага «Svetocopy», «ColorCopy». Печать XEROX. Усл.печл. 1,4. Уч.-изд.л. 0,8. Заказ 2/18.11.14- 10. Тираж 120 экз.

ООО «СКАН», Студенческий центр, 634050, Томская область г. Томск, Ул. Советская,80, тел.: (3822) 56-17-26, e-mail: ntb@scan.tom.ru,

сайт: scan.tom.ru.