Синтез 2H,13C,15N-меченых азоло[5,1-c][1,2,4]триазинов и азоло[1,5-α]пиримидинов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

005538187 /]

/А

Халымбаджа Игорь Алексеевич

СИНТЕЗ 2Н,13С,151\-МЕЧЕНЫХ АЗО Л О [5,1 -с] [ 1,2,4] ТРИ АЗИНОВ И АЗОЛО[1,5-я]ПИРИМИДИНОВ

02.00.03 - органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

1 4 НОЯ 2013

Екатеринбург - 2013

005538187

Работа выполнена на кафедре органической химии Химико-технологического института ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России

Б.Н. Ельцина»

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: Русинов Владимир Леонидович,

доктор химических наук, профессор, член-корреспондент РАН.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: Шереметев Алексей Борисович,

доктор химических наук, ФГБУН Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, Москва, ведущий научный сотрудник; Иргашев Роман Ахметович, кандидат химических наук, ФГБУН Институт органического синтеза им. И.Я. Постов-ского УрО РАН, Екатеринбург, научный сотрудник.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)».

Защита состоится «02» декабря 2013 г. в 15.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.258.08 на базе ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» по адресу: 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира 28, третий учебный корпус, аудитория Х-420.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Автореферат разослан <£(» октября 2013 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета, _ .

кандидат химических наук Т. А. Поспелова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Среди производных азолоазинов найдены структуры, представляющие интерес в качестве высокоэнергетических соединений и органических лигандов. Особенно актуально использование гетероциклических систем, полученных на основе тетразолов и 1,2,4-триазинов. С другой стороны, интерес к синтезу данного класса соединений обусловлен поиском новых биологически активных молекул, обладающих различным спектром действия. Перспективность этого направления работ подтверждается достигнутыми результатами: натриевая соль 2-метилтио-6-нитро-1,2,4-триазоло[5,|-с][1,2,4]триазин-7-она (триазавирин) оказалась эффективным противовирусным средством в отношении различных типов вируса гриппа, включая птичий и свиной грипп. Представленные данные делают актуальными исследования в области азолотриазинов и азолопиримидинов. Однако, наряду с разработкой методов синтеза и функционализации, одной из важных задач для данного класса соединений остается разработка методов исследования строения и путей трансформации. Возникновение этой проблемы связано с большим содержанием атомов азота и небольшим количеством атомов углерода и водорода в структуре. В связи с этим использование традиционных методов ЯМР-спектроскопии (ID ВС, l3N спектров, а также 2D 'H-l,C НМВС, 'Н-'-'С HSQC, 'Н-'Н COSY экспериментов) зачастую является малоэффективным. В этом случае химики-синтетики предпочитают использовать рентгеноструктурный анализ (РСА), который дает информацию о строении только в кристалле. Кроме того, не всегда можно получить подходящий образец для исследования; также РСА не позволяет проследить за кольчато-цепными превращениями, процессами изомеризации, таутомерными переходами и различными перегруппировками (Димрота, ANRORC и др.), к которым склонны конденсированные азолоази-ны. Вместе с тем включение в структуру азолотриазинов и азолопиримидинов атомов 2Н, L1C, 1SN приводит к появлению дополнительных констант спин-спинового взаимодействия (КССВ), что значительно расширяет возможности ЯМР-спектроскопии для установления строения и исследования путей трансформации азотсодержащих конденсированных гетеро-циклов. Кроме того, появление сигналов меченых атомов в 1D 13С и l5N ЯМР-спектрах также облегчает структурный анализ различных типов гетероциклов и продуктов их превращений. Введение стабильных изотопов в структуру биологически активных азолоазинов используется для исследования вопросов фармакокинетики и путей метаболизма при создании новых лекарственных препаратов. Поэтому разработка методов получения и синтез обогащенных атомами 2Н, ,3С. I5N конденсированных азоло-1,2,4-триазинов и азолопиримидинов, а также использование их в исследовании особенностей строения и превращений является актуальной задачей.

Цели и задачи исследования. Целями данной работы являются:

• создание эффективных методов селективного введения стабильных изотопов "II, "С и 1SN в молекулу азоло[5,1-с][1,2,4]триазинов и азоло[1,5-а]пиримидинов, включая структуры, обладающие биологической активностью;

• разработка на основе анализа КССВ 'H-"N и i3C-i5N методов исследования особенностей строения и трансформаций полиазотистых гетероциклов.

Задачи, решаемые в ходе исследования:

• получение селективно меченых азоло[5,1-с][1,2,4]триазинов и азоло[1,5-о]пиримидинов, в том числе противовирусного препарата триазавирин;

Автор выражает благодарность академику О.Н. Чупахину за внимание и ценные советы, сотрудникам кафедры органической химии С.Л. Дееву, сотруднику кафедры TOC О.С. Ельцову, сотрудникам ИБХ РАН (Москва) A.C.

• установление структуры и особенностей превращений азоло[1,5чт]пиримидинов и азо-ло[5,1-с][1,2,4]триазинов в растворах (азидо-тетразольной таутомерии, трансгликозилиро-вания, перегруппировки Димрота);

• сопоставление полученных результатов с данными РСА.

Научная новизна работы. Предложены общие методы включения атомов 2Н, 13С и "N в структуру производных 6-нитро- и 6-фенил-1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидинов и 1,2,4-триазоло[5,1-с][1,2,4]триазин-7-онов. На примере производных тетразо-ло[5,1-с][1,2,4]триазина и дизамещенных тетразоло[1,5-а]пиримидинов показано, что дальние гетероядерные константы 'H-1SN могут быть использованы в исследованиях азидо-тетразольных равновесий. Продемонстрировано, что комплексный анализ КССВ 'H-1SN, ''C-'5N и химических сдвигов меченых атомов азота 15N позволяет эффективно исследовать различные типы трансформаций, которые приводят к образованию изомерных структур (азндо-тетразольное равновесие и перегруппировка Димрота). С использованием 13N обогащенных производных исследованы закономерности реакции гликозилирования 1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидин-7-онов и взаимодействия 2-галогенпиримидинов с азидом натрия. Обнаружена перегруппировка Димрота в ряду аннелированных тетразолоазинов. Практическая значимость. Разработаны препаративные методы получения меченых производных 6-нитро- и 6-фенил-1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидин-7-онов и 1,2,4-триазо-ло[5,1-с][1,2,4]триазин-7-онов. Получены образцы триазавирина, содержащего различную комбинацию стабильных изотопов 2Н, |3С и 15N. На основе полученных образцов возможны разработка методов количественного и качественного анализа лекарственных форм триазавирина, исследование его фармакокинетики и фармакодинамики, а также установление механизма биологического действия. Предложен эффективный метод исследования азидо-тетразольной таутомерии и других трансформаций полициклических азотсодержащих гете-роциклов, основанный на анализе дальних КССВ 'H-15N. Получены данные о деталях гликозилирования 6-фенилзамещенных 1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидин-7-онов с использованием селективно меченых изотопом 15N образцов.

Публикации н апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи и 7 тезисов. Отдельные части работы докладывались на международных конференциях: International Congress on Organic Chemistry, (Kazan, Russia, 2011), Техническая химия: от теории к практике (Пермь, 2012), Новые направления в химии гетероциклических соединений (Пятигорск, 2013) и всероссийских конференциях: Актуальные проблемы органического синтеза и анализа (Екатеринбург, 2010), XIV конференция по органической химии (Екатеринбург, 2011), Органический синтез: химия и технология (Екатеринбург, 2012), Всероссийская конференция по органической химии, посвященная 200-летию со дня рождения Н. Н. Зинина (Санкт-Петербург, 2013).

Объем диссертации. Диссертация изложена на 125 страницах и состоит из введения, обзора литературы, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и приложения. Материал иллюстрирован 18 таблицами, 19 рисунками и 59 схемами. Список цитированной литературы включает 116 наименований.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (Госконтракты П2444 от 19.11.2009 и 14.А18.21.0806 в рамках программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» и госконтракт Н687 42Г 007/12), и грантов Российского фонда фундаментальных исследований (номера проектов 10-03-01007 и 12-03-31476), а также при поддержке гранта для молодых ученых УрФУ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Литературный обзор «Использование констант спин-спинового взаимодействия для установления строения гетероциклических соединений»

Глава включает обзор литературных данных по использованию меченных изотопом |5Ы соединений для установления структуры гетероциклических соединений при помощи анализа КССВ 'Н-|5Ы и 13С-1!Ы. В обзоре показано, что данный метод позволяет решать большинство задач органического анализа.

2. Результаты и обсуждение

2.1. Обогащенные изотопом производные тетразоло|5,1-сЦ1,2,41триазинов и

тетразоло[1,5-я|пирнмнднпон"

2.1.1. Исследование азидо-тетразольного равновесия на основе анализа дальних констант 'Н-1^

2.1.1.1. Синтез на основе обогащенной азотистой кислоты

Одним из методов синтеза тетразолоазинов является взаимодействие РГЫОг с гетарил-гидразинами, в которых заместитель >Ш-МН2 присоединен к углероду, находящемуся в а-положении к гетероциклическому азоту. Благодаря азидо-тетразольной таутомерии, образующиеся азиды циклизуются в тетразолоазины. Ранее этот подход позволил ввести атом

в азольный цикл тетразо-ло[1,5-6][1,2,4]триазинов Т, а анализ КССВ |3С-15Ы (/с) оказался эффективным для исследования азидо-тетразольного равновесия в данном ряду соединений1. В результате для соединения Т удалось доказать [1,5-6] тип ан-нелирования между тетразольным и 1,2,4-триазиновым циклами, зафиксировать образование азида А и показать, что изомеризация не приводит к тетра-золо[5,1-с][1,2,4]триазину Т' (схема 1). Однако существенным недостатком анализа ./см является низкая чувствительность углеродных спектров.

Нами разработан альтернативный подход для исследования азидо-тетразольных превращений, основанный на анализе дальних констант 'Н-'5Н (Уны). В качестве объектов исследования были выбраны производные тетразоло[5,1-с][1,2,4]триазинов и тетразо-ло[1,5-а]пиримидинов, по литературным данным существующие в растворе сразу в двух циклических формах.

С использованием в качестве гетарилгидразина соединения 1 и меченой азотистой кислоты, генерированной из №151Ч02 (обогащение по 15Ы 98%), был получен азид 2А-151\. Реакция протекала при обработке гидразина 1 раствором №15Ы02 при О °С в уксусной кислоте. Азид 2А-'^ в растворе 0М50-с1б спонтанно циклизуется в тетразольные изомеры 2Т-1!^ и 2Т'-151Ч (схема 2). Как и ожидалось, изомерный состав полученного образца изменялся в за-

Результаты, представленные в части 2.1. настоящей работы получены в сотрудничестве с Институтом биоорганической химии (Москва).

1 Deev S.L., Shenkarev Z.O., Shestakova T.S, Chupakhin O.N., Rusinov V.L., Arseniev A.S. II J. Org. Chem., 2010, 75, 8487-8497.

Тетразол Т и азид А характеризуются двумя и одной КССВ С— N соответственно. В случае образования Т' в ЯМР-спектре должна была фиксироваться дополнительная 7У<->;, указанная пунктирной стрелкой.

Схема 1. Анализ в исследовании азидо-тетразольного равновесия

висимости от природы растворителя. Для наблюдения кольчато-цепных превращений использовались ЭМБО-ёб, ТР'А-с1 и их смесь в различных соотношениях (табл. 1).

[5,1-е]

[1,5-Ь]

Схема 2. Синтез соединений 2А-"ГЧ, 2Т-|!1\' и 2Т-"\

Табл. I. Азидо-тетразольное равновесие в различных растворителях

Раствоштель Т' А Т

ОМВО-ёб 79 12 : 9

0М50-с1бЛТА-11(9:1) 75 13 12

ОМЗО-ёбЛТА-а (3:1) 70: 19 И

ТРА-с1 1 99 0

Первоначальный вывод о строении изомеров в растворе ОМЭО-ёб был сделан на основании анализа химических сдвигов меченых атомов азота в Ш N ЯМР-спектре, зарегистрированном в ОМБО-сЦ (рис 1А, табл. 2). Сигналы в области -36 м.д ...-30 м.д соответствуют тетразолотриазинам 2Т- N и 2Т'- IV, а синглет с химическим сдвигом -40.3 м.д. отнесен к атому 15Ы7 2А-15]\. При этом можно предположить, что сигнал 8 -31.0 м.д. соответствует соединению 2Т-|5Г<, минорному циклическому изомеру. О существовании в растворе трех изомеров свидетельствуют также данные 'Н ЯМР (рис. 1В).

Для однозначного подтверждения строения соединения и отнесения сигналов в Ш ЯМР-спектре были проведены экспери-

менты по количественному измерению КССВ 'Н-'^М. Для этих целей были использованы эксперименты спин-эхо, которые показали, что все протоны бензольного фрагмента в соединении взаимодействуют с меченым атомом азота (табл. 2, схема 2). Наибольшее значение дальних констант зафиксировано у сигналов атомов НЮ (0.11 Гц) и Н13 (0.16 Гц). В случае атомов Н11 и Н12 величины констант Ун-15ш составили = 0.04 Гц. Для основного изомера КССВ между меченым атомом азота и ароматическими протонами зафиксированы в 20 'Н-15Ы НМВС-спектре (рис. 1С). Однако в этом случае невозможно провести корреляцию между интенсивностью кросс-пиков и амплитудой Лщ, а, следовательно, однозначно подтвердить структуру основного изомера.

В свою очередь, результаты измерений КССВ 13С-'5Н согласуются с выводами о строении структуры 2Т'-|51Ч, сделанными на основании анализа гетероядерных взаимодействий 'Н-1!М. Так, в Ш 13С спектре вещества 2Т'-'^ наблюдались константы у атомов уг-

лерода С2 (2Усы = 2.2 Гц), С4 (1/Сы = 2.6 Гц), С5 (3УСк = 0.6 Гц) и С13 (3УСК = 0.6 Гц).

Важно отметить, что JKн и Л™ для двух других изомеров 2Т-'^ и определить

не удалось из-за уширения сигналов в протонных и углеродных спектрах. Подобное поведение может быть объяснено процессом динамического превращения циклической формы

N7T' DMSO-d6iTFA-d (3:1)

N7T 1 N7A I „

N7T' .1 . TFA-d N7A

-20 -40 -60 ^N [м.д.] -100 -120

В DMSO-d6

12T'I 11T'12A

ЮТ' 13T' .11T

I Ii13TI 121/ M3A

I I ЮА |ютМ vjL '411A

- — N6T' DMSO-d

- N3T—«

ЮТ' 13T' 12T' 11T'

-300 -250 -200 1

-100 -50 0

DMSO-dg/TFA-d (3:1)

DMSO-d6/TFA-d (3:1) 13Т' ~ 11Т' 12А

ЮТ' 13Т' 0.11Гц 0.16 Гц

J

12Т' ЮТ 11Т' 0.04 Гц 0.06 Гц 0.04 Гц 13Т

<0.03 Гц

V.

II

J

L

, 8.0 7.8

Н [м.д,]

8.30, 8.20

н [м.д ]

8.10 8.05 8.00

Рис. 1. ЯМР-спектры смеси изомеров 2A-'*N, 2T'-15N и 2T-"N в различных растворителях. (А и В). 1D 'Н и i5N спектры, записанные в DMSO-d,,, TFA-d и в смеси DMSO-df/TFA-d (3:1); (С) 2D 'H-,SN НМВС спектр в DMSO-d6; (D) фрагменты 1D 'Н ЯМР-спектров, записанных в условиях экспериментов спин-эхо, а указанные .Л.п измерены с селективной инверсией намагниченности ядер l5N7T и l5N7T' (красный) или "N7A (синий). Спектры зарегистрированы в DMSO-d,/TFA-d (3:1). Сигналы, отмеченные < 0.03 Гц, не имели КССВ 'H-,SN

Добавление дейтерированной трифторуксусной кислоты к DMSO-d6 привело к увеличению концентрации минорных изомеров 2T-15N и 2A-'5N и уменьшению уширения сигналов, что позволило проанализировать КССВ 'H-i5N и 13C-i5N. Константы 13C-I5N были измерены при соотношении DMSO-de и TFA-d 9:1. Так, в азиде 2A-15N спин-спиновое взаимодействие с меченым атомом азота наблюдалось только для атома С2 (3Jcn = 0.4 Гц) (схема 2). Тогда как для тетразольного изомера 2T-I5N наличие Jcn было зафиксировано у сигналов атомов С2 (2Jcn = 3,2 Гц) и С5 (Vcn = 1.2 Гц). Константы 'H-15N для изомера 2T-I5N удалось количественно определить при соотношении DMSO-d<, и TFA-d 3:1 (рис. 1D). В этом случае Лщ были зафиксированы у сигналов НЮ и НИ (табл. 2, схема 2). Такая спектральная картина полностью подтверждает способ аннелирования между тетразольным и 1,2,4-триазиновым циклами как [1,5-й].

Табл

I. 2. Химические сдвиги (м.д.) и КССВ (Гц) ядер 'Н и |5Ы в соединениях 2-"1Ч.

Соеди- растворитель 5 15№ 8 'Н°

нение НЮ НИ Н12 Н13

омзо-а« -140.3 (N7) 8.56 7.96 8.17 8.02

ОМЗО-аб/ТРА-а (9:1) ОМЗО-с16/Т1'А-с1 (3:1) -140.3 (N7) -140.2 (N7) 8.52 8.46 7.92 7.84 8.12 8.04 7.98 7.91

ТЕА-ё -130.9 (N7) 8.33 8.01 8.38 8.04

ОМБО-Ф, -31.0 (N7)' 8.30г 8.09' 8.20" 8.20"

2Т-151\1' 0М50-(1б/ТРА-(1 (9:1) 0М50-^/ТРА-с1(3:1) -30.9 (N7) -30.6 (N7) 8.26 8.19 5Укн0.06 8.06 7.99 бУкн0.06 8.15^ 8.08" 8.17'' 8.111*

ОМЗО-ёб -35.5 (N7) 9.00 8.20 8.39 8.71

5Лн 0.11 6Л-Н 0.04 5Лн 0.04 4Лн0.15

ПМЗО-^/ТРА-ё (9:1) -35.4 (N7) 8.97 8.17 8.36 8.69

2Т'-15.\ 0М80-сУТРА-с1(3:1) -35.3 (N7) 8.92 8.10 8.30 8.64

Vnh0.11 %и 0.04 5Л-н 0.04 Чн 0.16

ТРА-а -33.9 (N7) 8.93 8.13 8.13 8.65

5Лн0.13 е е Чш0.17

были измерены методом модулированного спин-эхо. Ошибка при измерении JHN составила 0.02 и 0.05 Гц соответственно. вСигналы соединения не наблюдались в ТИА-с!. гСигнал уширен. Сигнал перекрывается с сигналом Н11 соединения 2Т'-151Ч. ^Сигнал не определен из-за перекрывания.

Регистрация спектра образца, полученного взаимодействием гидразино-1,2,4-триазина 1 с "Ы-азотистой кислотой, в чистой ТРА-а показала, что в растворе присутствуют два соединения 2Т'-'^ и в соотношении 1:99 соответственно (табл. 1). Строение соединения 2А-|!^ подтверждается наличием 3Уск 0.6 Гц у сигнала атома С2 (схема 2), отсутствием спин-спиновых взаимодействий и химическим сдвигом атома 15Ш в Ш ЯМР-спектре (табл. 2, рис. 1А). Низкая концентрация изомера не позволила провести измерения КССВ 13С-15Ы, поэтому для однозначного установления способа аннелирования

между тетразольным и азиновым циклом был использован анализ дальних констант 'Н-15М Присутствие гетероядерных взаимодействий у атомов НЮ (5Лн = 0.13 Гц) и Н11 (4Лн = 0.17 Гц) подтверждает структуру 2Т'-15Р>).

При обработке гетарилгидразина 3 меченой азотистой кислотой, генерированной из К15Ы02 (|5М, 86%), нами был получен азид 4А-|51У, спонтанно циклизующийся в тетразольные изомеры и 4Т'-15\' (схема 3) в растворе ОМБО. Этот вывод был сделан на основании значений химических сдвигов ядер 15И7 (табл. 3), которые регистрировались в области, характерной для тетразолоазинов. Анализ интегральных интенсивностей сигналов в Ш *Н и 15К' ЯМР-спектрах позволил проследить за взаимным превращением двух изомеров. Так, сразу после растворения продукта взаимодействия гетарилгидразина 3 с меченой азотистой кисло-

Табл. 3. Азидо-тетразольное равновесие в различных растворителях

Растворитель Т' А : Т

0М50-с16" 8 0: 92

ОМБО-а/ 51 0 49

ОМБО-аб/ТРА-ё (3 1) 49 0 51

омБО-алтА-а (1 1) 47 : 2 51

омзо-абЛТА-а (2 3) 24 29 : 47

трА-а 0 96 : 4

"Сразу после растворения. "Через 24 часа после растворения при 30 °С

той, соотношение между и было определено как 92:8 (табл. 3). В дальнейшем

наблюдалось быстрое увеличение концентрации соединения 4Т'-151>>), и уже через сутки соотношение между тетразольными формами и 4Т'-|5К составило 49:51 (табл. 3).

Схема 3. Включение атома в структуры и 4Т-'^

Табл. 4. Химические сдвиги (м.д.) и КССВ (Гц) ядер 'Н и "К в соединениях

Соединение растворитель 8|5Н 8'Н

Н5 Н6'

4А-|51Ч5 0М50-(16/ТРА-11 (2:3) ТРА-(1 -134.4 (N7) -131.0 (N7) 6.34 6.33 2.24 2.24

ОМБОЧ, -34.7 (N7) 6.30' 2.62

-155.5 (N1) 4Л-н 0.6 Ч'н 0.2

ОМБО-абЯТА-с! (3:1) -34.8 (N7) 6.17 2.56

4Т-"1Ч ОМБО^бЯТА-с! (2:3) -34.2 (N7) 6.05 4Лчн 0.6 2.47 0.2

ТРА-<1 -32.9 (N7) 6.22 2.51

-154.9 (N1) 4Лц 0.7 4Л-Н 0.2

ИМвО-ф, -33.8 (N7) 5.94 4УКН 0.6 2.38

4Т'-|51Чг ОМБО-аб/ТРА-с! (3:1) -33.8 (N7) 5.81 2.33

0М80-<16 ЯТА-а (2:3) -34.5 (N7) 5.67 Чш 0.6 2.22

"КССВ 'Н-'^М были измерены методом модулированного спин-эхо. Ошибка при измерении ./и\- составила 0.02 и 0.05 Гц соответственно. бСигнал соединения не наблюдался в и в ОМЯОч1,ДНА-<1 (3:1). "Сигнал

уширен. ^Сигналы соединения не наблюдались в ТРА-с1

В Ю 'Н-|5Ы НМВС-спектре смеси тетразольных изомеров 4T-I5N и наблюда-

ются кросс-пики между меченым атомом азота "N7 и протонами азинового фрагмента, что напрямую указывает на наличие дальних спин-спиновых взаимодействий между со-

ответствующими ядрами. Однако значительное уширение 'Н сигналов в спектре соединения 4Т-151Ч, вероятно, вызванное процессами химического обмена, не позволило провести анализ величины наблюдаемых Умн и сделать какие-либо выводы о строении тетразольных изомеров, образующихся при циклизации азида 4А-15Г<. Для количественного измерения наблюдаемых КССВ 'Н-15К были использованы амплитудно-модулированные Ш 'Н спин-эхо эксперименты, включающие селективную инверсию намагниченности ядер 15И. Измеренные значения

дальних Лн (табл. 4) позволили установить строение соединений 4Т-'^ и 4Т'-'^ (схема 3). Так, наличие 'Н-'5Н спин-спинового взаимодействия протона Н5 и протонов метильной группы при атоме С6' с меченым атомом азота доказывает, что циклизация соединения 4А-'^ в тетразольный изомер 4Т-,5К протекает с участием атома N1 пиримидинового цикла. В случае структуры 4Т'-,5Р>), способ аннелирования тетразольного цикла подтверждается наблюдением единственной 4Умн между протоном Н5 и азотом N7.

Вывод о строении соединений 4Т-'^ и 4Т'-15М хорошо согласуется с КССВ С- N. Так, в спектре Ш С ЯМР смеси тетразоло[1,5-а]пиримидинов для сигналов С2 = 2.4 Гц), С4 (2Л^ = 2.1 Гц), С5 (3УСы = 0.8 Гц) и С6 ("Лты = 0.4 Гц) соединения 4Т'-'^ наблюдаются спин-спиновые взаимодействия с ядром 15Ш (схема 3). Наличие взаимодействия между С4 и '^N7 доказывает участие атома N3 в образовании тетразольного изомера. В случае изомера 4Т-151Ч, ./сы наблюдается только у сигналов двух атомов С6 и С61 (2УСн = 3.4 Гц и = 0.8 Гц соответственно). Ожидаемые константы у С2 и С5 не детектировались из-за значительного уширения соответствующих |3С сигналов, вызванного динамическим превращением циклических форм друг в друга. Однако наличие спин-спинового взаимодействия между углеродом метильной группы С6' и 15Ы7 однозначно подтверждает строение циклического изомера 4Т-'^ (схема 3).

Несмотря на то, что изомеризация тетразолов 4Т-'^ и 4Т'-15№ друг в друга протекает через структуру 4А-15ГЧ, азидо-форма в растворе ОМБО-^ не наблюдалась. Таким образом, можно сделать вывод, что концентрация изомера 4А-'^ в этих условиях не превышает 0.1%.

Для стабилизации азида 4А-'^ к раствору смеси соединений 4Т-151\ и 4Т-'^ была добавлена дейтерированная трифторуксусная кислота. При этом объемное соотношение ОМБО-^/ТРА-с! варьировалось в диапазоне от 9:1 до 2:3. Наибольшая концентрация открытой формы 4А-'^ (29%) наблюдалась при наибольшей доле ТРА в растворе (табл. 3). Изменение параметров процессов химического обмена между различными изоформами 4-' N. вызванное добавлением кислоты, привело к значительному уменьшению полуширины сигналов С2 и С5 соединения Рис. 2. Данные РСА вещества 4Т 4Х._15М и позволило измерить Для этих ядер. Химические сдвиги 13С сигналов соединений при добавлении ТРА-<1 в ОМЭО-ёб изменялись незначительно, что облегчило процедуру отнесения сигналов этих соединений при различных концентрациях ТРА-<1. Кроме того, количественной измерение КССВ 'Н-15Н с использованием экспериментов спин-эхо подтвердило, что изомеры 4Т-15>(, 4Т'-'^ и 4А-'^ в смеси ОМБО-ёб и ТРА-с1 сохраняют свою структуру (табл. 4).

Необходимо отметить, что проведение РСА позволило установить строение только одного из трех возможных изомеров, который существует в кристаллическом виде (рис. 2), хотя нами было установлено, что в растворе существуют все три возможные формы.

Анализ ЯМР-спектров образца 4А-'^ в растворе ТРА-<1 выявил, что в этих условиях азидная форма является доминирующей, а из тетразольных изомеров в растворе присутствует только 4Т-'^ и его концентрация составляет 4% (табл. 3). Строение соединения 4А-'^ было подтверждено на основании спин-спинового взаимодействия между ядрами углерода С2 и азота N7 (3-/сы = 0.6 Гц). Кроме того, сигнал атома 15Ы7 (табл. 4) наблюдается в области, характерной для азидоазинов. Детектирование и измерение КССВ С- N для соединения

\мз

\ /

/

ч

\

/се"

и

4Т- ~ N в ТРА-<1 оказалось невозможным из-за низкой концентрации этой изоформы. Однако амплитудно-модулированные спин-эхо эксперименты выявили наличие спин-спинового взаимодействия с ядром "N7 протона Н5 и протонов метальной группы при атоме С6', что позволило доказать структуру тетразоло[1,5-а]пиримидина 4Т-|5]\. Следует подчеркнуть, что амплитуды дальних КССВ 'Н-|5Ы, измеренные для соединения 4Т-15М в растворах 0\180-ф, и ТРА-<1, совпадают в пределах экспериментальной ошибки (табл. 4). Также важно отметить, что проведенные эксперименты в смесях ОМЗО-ёбЛТА-с! позволили достоверно зафиксировать сразу три таутомерные формы 4Т'-151Ч, 4Т-'^ и 4А-'^ в растворах и показать эффективность использования дальних КССВ 'Н-|5Н в исследовании азидо-тетразольного равновесия.

Таким образом, нами был разработан селективный метод введения изотопной метки в молекулу тетразоло[5,1-с][1,2,4]триазинов и тетразоло[1,5-о]пиримидинов и показано, что использование дальних КССВ Н- N позволяет установить положение азидо-тетразольного равновесия и тип сочленения азольного и азинового фрагментов при циклизации соответствующих гетарилазидов. Преимуществом анализа дальних КССВ 'Н-1^ перед РСА является то, что предложенный метод позволяет устанавливать структуру соединений в смесях и следить за динамическими процессами, не требует получения образца в виде монокристалла. Анализ дальних КССВ 'Н-|5Ы более чувствительный метод, чем анализ КССВ 13С-15М, и, как следствие, требует меньшее количества образца и меньшее количество приборного времени.

2.1.1.2. Синтез 15^-тетразоло[1,5-а]пиримидинов на основе обогащенного 5-аминотетразола

Альтернативный подход к синтезу к тетразоло[1,5-я]пиримидинов включает в себя конденсацию пиримидинового цикла на основе 5-аминотетразола. В этом случае для введения атома 15И в тетразольный фрагмент необходимо использовать меченый 5-аминотетразол. Включение изотопа во второе положение 5-аминотетразола может быть реализовано обработкой аминогуанидина меченой азотистой кислотой или при взаимодействии

"ы У 10 Л Ш

1 К"М02 15Ы" АсСН2СОРИ 114^11

™ Я. 7 , Т ТГМ, Т

1*МН2 20°С „ АсОН йМЗО-й, ¡^¡^

•Н2С03 66% »-"И, 120°С д

49% 'N,0 66Р.Нз)) N N СН3

8 иг

I--' •'ни) 8Т-15^ 8А-15М2 8Т-15Ы2

Ключевые константы для структуры 8Т'-'!^, которые наблюдались бы в случае образования данного соединения, отмечены пунктирной стрелкой.

Схема 4. Синтез изотопномеченых соединений 8А-15^ и 8Т'-15^.

|!Г>)-аминогуанидина 5-l5N с ЮЮг. Объединение этих двух подходов позволило синтезировать [,5Ыг]-5-аминотетразол б-15^, содержащий сразу две изотопные метки в гетероцикле. Дальнейшая конденсация соединения 6-|51Ч2 с бензоилацетоном 7 дала тетразо-ло[1,5-а]пиримидин 8Т-15^ (15N, 86% по каждому атому; схема 4). Следует отметить, что использование мономеченого [2-|5Н]-5-аминотетразола дает смесь изотопомеров. Рассеивание изотопной метки приводит к понижению чувствительности в определении гетероядер-

ных констант. Использование дважды меченого соединения б- N2, напротив, позволяет получить 15Н2-тетразоло[1,5-а]пиримидин, гомогенный по изотопному составу.

А

ОМЭОч!.

N8 » N7

11Лы = 16.8 Гц = 16.8 Гц

20 10 0 -10 -20 -30 -40

ТРА-с! N8

М7 1 Лм = 5.7 Гц 'Л» = 5.7 Гц

-130 -135 -140 -145 -150 -155

"м [-л

Рис. 3. "и ЯМР-спектры соединения в ОМБО-а« (А) и ТИА-а (В)

Полученный образец соединения 8Т-15^ был исследован методом ЯМР в растворах ОМБО-ёб и ТРА-(1. В Ю 15К ЯМР-спектре 8T-15N2, зарегистрированном в ОМЗО-(1б, наблюдаются два дублета с КССВ Уцц ~ 16.8 Нг, что подтверждает введение двух 15Ы изотопных меток в положения N7 и N8 тетразольного фрагмента (рис. ЗА). При этом сигналы ядер 15Ы7 (5-35.6 м.д.) и 15К8 (5 22.0 м.д.) регистрируются в области, характерной для конденсированных тетразалоазинов.

Строение соединения 8Т-15^ в растворе ЭМБО-ёй было установлено на основании анализа КССВ 'Н-15М. Использование спин-эхо экспериментов с селективной инверсией намагниченности ядер 15К позволило наблюдать дальние между протонами метильной группы Сб'Нз и двумя мечеными атомами азота (4Л™6' ~ 0.20 Гц, 5Лшб' ~ 0.08 Гц, схема 4). Полученные результаты доказывают, что конденсация "Кг-аминотетразола с бензои-

лацетоном 7 дает тетразолопиримидин 8T-I5N2, поскольку, в случае образования альтернативной структуры 8Т'-15^, гетероядерные взаимодействия 4Л|7Н6' и 5Лгенб' должны отсутствовать (схема 4). Этот результат также показывает эффективность анализа 4Укн и 5Лн как метода для определения типа аннелирования азольного цикла к азиновому фрагменту в тет-разоло[ 1,5-а] пиримидинах.

Количественное измерение КССВ 13С-,5К в растворе ОМЗСМб для соединения 8Т-'^2 подтверждает выводы о строении этого вещества, полученные на основе анализа констант 'Н-^И. Так, взаимодействие 13С-15Ы наблюдается у атомов С2, С5, С6 и С6'. В случае образования альтернативной структуры 8Т'-15^ КССВ 13С-15Ы должны были регистрироваться у сигналов С4 и С7, при этом у атома С6' константы 13С-15Н должны отсутствовать.

Химические сдвиги сигналов "N7 и 15Ш (8 = -131.3 и -151.9 м.д. соответственно) в растворе ТРА-с1 свидетельствовали о полной перегруппировке тетразольного изомера 8Т-'^2 в открытую форму 8А-'^2 (рис. ЗВ). Отнесение сигналов в Ш 15Н ЯМР -спектре соединения 8A-I5N2 было проведено на основании анализа химических сдвигов. Отсутствие КССВ 'Н-15Н в Ш 'Н ЯМР-спектре и наличие единственной константы 13С-|5К в спектре 13С у сигнала атома С2 однозначно подтверждает строение азида 8А-15^.

Таким образом, нами был разработан метод селективного введения двух атомов в азольный цикл тетразоло[1,5-а]пиримидинов и показано, что введение двух меток не мешает

анализу дальних кссв 'н-|5м, которые являются эффективным приемом в установлении типа аннелирования азольного и азинового циклов.

2.1.2. Синтез М-тетразоло|1,5-а]пиримидинов с использованием обогащенного азида натрия и исследование перегруппировки Димрота в ряду тетразоло| 1,5-д| азинов

Реакция азида натрия с производными азинов, содержащими атом галогена в а-положении к гетероциклическому атому азота, дает азиды, способные в дальнейшем участвовать в процессе азидо-тетразольной таутомерии, и является еще одним методом синтеза тетразолоазинов. Именно этот подход был опробован для синтеза меченых тетразо-ло[1,5-о]пиримидинов.

15М-

Ма*^

_^

сЛы^ Ас0Н

С1 N 120 "С 9 19%

"КГ N

|м 8 ^

10ЬА-15Ы 10ЬТ-15М

N^N6

N=N7 10с1Т-1!М

N

»N'N7 10еТ-15Ы

1] азидо-тет-II разольная Нтаутомерия

8М+

N

N9

N8 Д 1 . N7 N1 N3

7М кма-1^

Схема 5. Синтез тетразоло[1,5-а]пиримидина 10Т-|5М с использованием меченого азида натрия

Для проверки возможности использования этого подхода в качестве инструмента синтеза меченых гетероциклических производных мы использовали реакцию незамещенного 2-хлорпиримидина 9 с обогащенным атомом N азидом натрия (схема 5). Согласно данным

'Н ЯМР-спектроскопии, полученное вещество в растворе ЭМБО-ёб представляет собой тет-разол с небольшой примесью азида в соотношении 96:4. Эквивалентность концевых атомов азота в анионе азида давала основание предполагать, что в результате реакции будут образовываться два изотопомера и

10ЬТ-|51Ч, содержащие атом 15И в положениях 7 и 9 тетразольного цикла, что приведет к появлению в спектре N ЯМР двух сигналов. Однако в

Ю ЯМР -спектре полученного продукта, зарегистрированном в 0М50-с1б при отсутствии азидоформы 10А-|5М, наблюдалось пять различных сигналов N3 (8 = —142.2 м.д.) N1 (6 = -103.9 м.д.), N7 (5 = -31.8 м.д.), N8 (5 = 22.3 м.д.) и N9 (8 = -69.6 м.д.) (рис. 4А). Это наблюдение соответствует тому, что в результате реакции произошло перераспределение метки - образовались пять различных изотопомеров: 10аТ-'5ГЧ, 10ЬТ-15ГЧ, 10сТ-,5М, КМТ-1^ и ЮеТ-1^ (схема 5), и все возможные положения в тетразолопиримидиновом цикле оказались помеченными изотопом

N7

В

N7

20 0 -20 -40 -60 -80 -120

Рис. 4. ЯМР-спектры смеси изотопомеров 10аТ-"1Ч, 10ЬТ-151Ч, 10сТ-".\, 10с1Т-'\\ и ЮеТ-1^ (А); соединения 10аТ-".\ (В); смеси изотопомеров ЮаТ-1^ и ЮсТ-'^ (С)

Отнесение сигналов в Ш ,5Ы ЯМР-спектре смеси изотопомеров 10aT-I5N, 10ЬТ-15М, 10cT-l5N, 10dT-15N и ЮеТ-1^ удалось провести на основании ,5Ы спектров ЯМР отдельных компонентов, которые были получены селективным синтезом (см. ниже).

Образование двух изотопомеров 10сТ-'^ и 1(МТ-15М можно объяснить тем, что соединения ЮаТ-1^ и ЮЬ-1^ подвергаются перегруппировке Димрота, механизм которой на примере превращения соединения 10аТ-151М в изотопомер ЮсТ-1^ представлен на схеме 6.

Дополнительное перераспределение изотопной метки, приводящее к структуре ЮеТ-15?'), вероятно, связано с процессом азидо-тетразольной таутомерии, при котором соединение КМТ-1^ переходит в соответствующий ему азид 1(МА-15М, содержащий метку 15Ы в одном из двух возможных положений пиримидинового цикла. Обратный процесс циклизации азида КМА-'^ в тетразол может протекать с одинаковой вероятностью как по меченому так и по немеченому положению пиримидина, приводя обратно к соединению или

к соединению ЮеТ-1^ (схема 5).

15Н2<Э

он 11аТ-15М

NN ^

ин о 12аТ-15М

МН 12сТ-15М

ны

11сТ-15Ы

10сТ-15М

Схема 6. Перегруппировка Димрота на примере превращения 10aT-15N в I Ос Г-' \

Для подтверждения гипотезы о перегруппировке Димрота при нукпеофильном замещении нами был осуществлен селективный синтез соединения ЮаТ- N из соответствующего 2-гидразинопиримидина 13 (схема 7). Образование одного изотопомера подтверждают данные Ш 15N ЯМР-спектра, в котором регистрируется единственный сигнал при -31.8 м.д., соответствующий атому "N7 (рис. 4В).

к"ыо2 -

нм ын.

АсОН,

о°с

N

перегруппировка Димрота

80% АсОН

Д

N (¡Г «м

13: Х=М, (!=Н; 10аА-15М: Х=М, [*=Н;

14: Х=СН, Р=М02 15аА-1!МХ=СН,1*=М02

Схема 7. Селективный синтез изотопомера ЮаТ-1^ и перегруппировка Димрота в нем

ЮаТ- N1 И=Н; 15аТ-"М Х=СН, Р=М02

10сТ-"М:Х=М, 1*=Н; 15сТ-"М Х=СН, №N02

Полученный изотопомер ЮаТ- N при кипячении в 80% водной уксусной кислоте превращается в тетразолопиримидин ЮсТ-1^ (схема 7), что было установлено на основании Ш ''Ы ЯМР-спектра (рис. 4С), в котором, помимо сигнала атома азота N7, наблюдается сигнал при 22.3 м.д., соответствующий атому N8. Сигнал при -69.6 м.д. был отнесен к тетразольно-му азоту N9, а сигнал при -142.2 м.д. — к пиримидиновому атому N3, на основании химических сдвигов. Оставшийся сигнал в пограничной области при -103.9 м.д., принадлежит атому азота N1, содержащемуся как в тетразольном, так и в пиримидиновом циклах.

Перегруппировка Димрота была нами зафиксирована для других тетразолоазинов. Так, подобный случай наблюдался для полученного из гидразинопиридина 14 нитротетразо-ло[1,5-о]пиридина 15аТ-|51Ч, который при кипячении в водной уксусной кислоте или в присутствии №ОН превращается в изотопомер 15сТ-|5№ (схема 7). Кроме того, изомеризация

наблюдалась при хранении образца в растворе ОМБО-ёб. В данном случае была получена смесь соединений 15аТ-'^ и 15сТ-'^ в соотношении 1:1.

Таким образом, нами была обнаружена ранее не описанная вырожденная перегруппировка Димрота в ряду тетразолоазинов и установлено, что вследствие данной перегруппировки взаимодействие азида натрия с 2-хлорпиримидином не позволяет получить селективно меченые соединения.

2. Разработка методов включения атомов 2Н, 13С и в структуру 1,2,4-триазо-ло]5,1-с](1,2,4]триазинов и 1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидинов

2.1. Синтез меченых 1,2,4-триазоло[1,5-в]пиримидинов

Ранее* нами с использованием меченого аминогуанидина 5-1 N был получен 15М-амино-1,2,4-триазол 16-151Ч, который может выступать в качестве донора атома и может быть использован в синтезе более сложных конденсированных соединений. В данной работе мы использовали этот подход для синтеза меченого 1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидина 19а-15>), который был получен при взаимодействии аминотриазола и формилпроизводного 17

(схема 8). В результате был получен 7-амино-6-фенил-1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидин, который содержит изотопную метку в положении один азольного цикла. Последующий гидролиз соединения 18-|5№ позволил получить соединение 19а-'^ с выходом 48%.

РЬ CN О

Г^ш 17 V

нм^н2 \АМН АЛГЧА X I

15ИН2 95% Ш2 Д 48% М""-^

45%

H

5- N 16-"N 18-"N 19a-1sN

Схема 8. Синтез '5М-1,2,4-триазоло[],5-д]пиримидин-7-она 19a-,sN

Таким образом, нами был разработан эффективный и селективный метод для введения атома l!N в азольный фрагмент 1,2,4-триазоло[1,5-о]пиримидинов.

Особое место среди производных 1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидин-7-онов занимают структуры, содержащие в шестом положении нитрогруппу. Интерес к данным соединениям обусловлен тем, что их основе обнаружены различные соли, проявляющие широкий спектр противовирусной активности. Однако механизм действия этих солей не установлен. Одним из подходов к решению данной проблемы является использование соединений, содержащих различные типы стабильных изотопов. В представленной работе нами был разработан метод синтеза 6-нитро-5-метил-1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидин-7-она, включающего изотопы 2Н, 13С, l5N (схема 9).

OEt ° °

«NH2_ 95% >3CH 29% H "CH3oV N Д

•H2C03

40%

5-15N2 16-"C,15N2 20-"C„ 21- C5, N2 22-"C5,15N3

• = «C

Схема 9. Синтез меченого 1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидина 22-13C5,15N3

■ Chupakhin O.N., Ulomsky E.N., Deev S.L., Rusinov V.L. // Synth. Comm., 2001, 31, 2351-2355

Использование аминогуанидина и меченой 13С-муравьиной кислоты позволило

получить 5-амино-1,2,4-триазол 16-13С,15^, содержащий в своей структуре несколько меченых атомов. Аминогуанидин был получен с выходом 80% при взаимодействии сульфата '^г-гидразина (15М, 98%) и 8-метилизотиомочевины. Последующая конденсация амина 16-IЗC,l5N2 с обогащенным ацетоуксусным эфиром 20-13С4 привела к азолоазину 21-13С5,15^. Наличие атомов |5Ы и 13С в соединении 21-,3С5,15^2 подтверждается данными Ш 'Н ЯМР-спектроскопии. Так, сигналы атома Н2 демонстрируют взаимодействие с 13С2 и двумя мечеными атомами азота ('Усн = 209 Гц, 2Лн = 15-9 Гц и 3Уцн = 6.2 Гц). Обработка соединения 21-13С5,'% К|5КО( в среде концентрированной серной кислоты позволила получить с выходом 40% нитропроизводное 22-пС5,15^, которое в дальнейшем может быть превращено в биологически активные соли.

Таким образом, нами были разработаны методы включения изотопа в положение 1 6-фенил-1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидин-7-онов, а также введения атомов N и С в различные положения 6-нитро-5-метил-1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидин-7-онов; наблюдаемые КССВ 'Н-15Ы и 13С-15Ы подтверждают строение полученных соединений и селективное введение меток.

2.2. Синтез меченых производных триазавирина (натриевой соли 6-нитро-2-метил-

тио-1,2,4-триазоло[5,1-сШ>2,4]триазин-7-она)

Триазавирин (ТгУ) - противовирусный препарат, относящийся к классу 1,2,4-триазо-ло[5,1-с][1,2,4]триазин-7-онов, - проходит третью фазу клинических испытаний и эффективен в отношении различных штаммов вируса гриппа, включая штаммы Н5N1 (вирус гриппа птиц). Для исследования особенностей метаболизма и фармакокинетики были предложены различные варианты включения стабильных изотопов в структуру данного препарата.

Схема синтеза триазавирина (ТгУ) основана на реакции азосочетания соли диазония 23 с нитроуксусным эфиром 24 (схема 10). Соединение 23 получают из соответствующего З-амино-5-метилтио-1,2,4-триазола и азотистой кислоты. При этом соль диазония не выделяют, а используют в растворе. Таким образом, включение атомов 2Н, |3С и 15КТ в структуру соединений 23 и 24 позволит получить изотопномеченый Т/.\ .

23С1" N 24

Схема 10. Схема синтеза TZV

В качестве донора изотопа 15Ы для синтеза меченого этилнитроацетата 24-'^ был выбран обогащенный нитрит натрия (15Ы, 98%), который при взаимодействии с ацетоуксусным эфиром в среде уксусной кислоты образовывал нитрозопроизводное 25а-|5Р>), существующее в растворе 0М50-<1б в виде оксима 25Ь-'^ (схема 11). Обработка соединения 25Ь-'^ би-хроматом натрия дала меченый нитроуксусный эфир 24-151Ч. Анализ методом 'Н ЯМР показал, что в результате реакции окисления нами была получена смесь соединений 24-'^ и 25Ь-'^ в соотношении 3:1 соответственно. В последующем эта смесь была использована в реакции азосочетания без дополнительной очистки. Образование соединения 24-'^ подтверждалось наличием в 'Н ЯМР-спектре дополнительного расщепления сигнала метилено-

вой группы, возникающего за счет спин-спинового взаимодействия с ядром 15Ы (2./нк = 2.0 Гц).

ОЕ1 О И О „ЛЛ'МО __ Л^М-ОН Ма2Сг207 Х^М02

АсОН и Т ---и Т н2зо4 ь и

5°С о^Ме О ^Ме 20 °С

51% 25а-1!М 25Ь-15Ы 24-15М

Схема 11. Синтез меченого нитроуксусного эфира 24-|5\

Для введения изотопа 15Ы в азольный цикл соли диазония 23 разработана схема синтеза, основанная на использовании аминогуанидина (15М, 86 %) (схема 12). При обработке

соединения роданистым аммонием образовывался тиоуразол 26-15М. Положение изо-

топной метки в соединении определено схемой синтеза. На следующем этапе получе-

ния изотопно-модифицированной соли диазония 23 было проведено селективное включение атомов 2Н с помощью реакции алкилирования триазола 26-' ^ дейтерированным йодистым метилом (2Н, 98%). В результате было получено соединение 27-2Нз,|51Ч. Наличие изотопных меток в данном случае было подтверждено данными масс-спектрометрии ([М+Н]+ = 135.05). Дальнейшее превращение гетариламина 27-2Нз,'^ в соль диазония 23-2Нз,|5Р|(2 происходило под действием Ы-азотистой кислоты, генерированной из Ка|5ЫОг ("И, 98%) в кислой среде. Использование Х-маспоИ азотистой кислоты в процессе диазотирования амина 27-2Н1,'\\ привело к введению дополнительной метки 15Ы в структуру Т2У.

20

мн-н2со3

1

НМ N4

мн^си

"м-

|5МН2

5-"Ы

1. на,

2. КОН, Д 60%

=й.нз-<' Г

ЫаОН ЫН2 0-20 °С 26-"М 60%

2Н>С| н3сзЧТ

М^МН; 27-2Н3,15М

№15МО,

на о°с

НзСЗ-</ Г

сг„

23-2Н3,15Ы2

о

N7

ею2С^!МО2

24-"Ы

N За М" 3 N3*

тгу-15м

"МО,

N 3>М- 5 3

ТЭТ-2Н3,15М3

Na2COз 50%

'«у

N

Н

28-2Н3,15М:

Схема 12. Синтез противовирусного препарата Т/У'- Н3, N3

Проведение реакции сочетания между солью диазония 23-2Н3,15[\,2 и нитроуксусным эфиром 24-'^ в присутствии раствора КагСОз позволило синтезировать обогащенный изотопами N и Н противовирусный препарат триазавирин Т7Л7- Н3,15^ (схема 12).

В Ш 15К ЯМР-спектре соединения ТгУ-2Нз,15^ сигналы атомов N5 (5 = 16.68 м.д.) и N6' (5 = -12,08 м.д.) регистрируются в виде дублетов с КССВ 2/мм = 6.3 Гц, а сигнал атома N1 имеет вид синглета. Такая спектральная картина подтверждает присутствие трех изотопных меток в соединении ТгУ-2Нз,15^. Отнесение сигналов атомов азота изотопномече-ного триазавирина (Т2У- Нз,15^) было проведено с учетом мультиплетности сигналов, а также на основании сравнения химических сдвигов 15И5 (5 16.70 м.д.) меченого ТХУ-151Ч, полученного ранее. Присутствие атомов 15К в структуре соединения ТХУ-2Нз,'^з приводит

к появлению гетероядерных КССВ 13C-I5N у сигналов атомов углерода С2 (8 = 166.3 м.д., 'Jcni = 5.1 Гц), СЗа (8 = 160.7 м.д., 2Jcm = 2.1 Гц, 2JCni = 0.4 Гц), С6 (8 = 145.2 м.д., = 1.8 Гц, 'Jcn6' 23.4 Гц, 3Jcni 1.4 Гц) и С7 (8 = 143.4 м.д„ 2Jcn5 = 1.3 Гц, 2Л™ = 5.3 Гц, 2УСм = 3.3 Гц). Кроме того, в углеродном спектре для сигналов атомов С2' (б = 13.4 Гц, 1Jdc = 21 Гц) и С2 (Vcd = 0.7 Гц) наблюдается дополнительная мультиплетная составляющая, связанная с наличием спин-спинового взаимодействия 2Н-,3С. Измерение КССВ I3C-ISN проведено на основании 1D |3С ЯМР-экспериментов, зарегистрированных с селективной развязкой от ядер i5N. Полученные результаты доказывают селективное включение в структуру TZV трех меток "N.

Использование в KS13CN (13С, 95%) и 2Н313С1 (13С, 95%; 2Н, 99%) позволило ввести дополнительно два атома |3С в структуру триазавирина (схема 13).

NH-H2C03

"N-

15N-k

HN "NH2 5-"N

2. KOH, 60%

26-15N,"C

0-20 °C 61%

A KS"CN HS-<' Г 'H313CI JH313CS-*(' Г

1 NH2 J.HCI, N^NH2 NaOH N^NH2

27-»Hj,"C2,1!N

I Na15N02

|hci,o°c

II „ n n" „„ ^ Et02C¿5N02 ,sN

*' ' " "' "" 'n^k¡'N Na2C03

15N

2H3"CS-\' 7 ,5II Na*

TZV-sHj,"C2,"N3

'JNO2

51%

_ „15 Et02C^N02 15N

н i3CS>v°2Y°2E' 2"3-cs-< r

3 S ' Na2C03 N N*

ГГ 111

cr 15N

28-2Н3р13С2,15М3 23-2Н3,15С2,"М2

Схема 13. Синтез противовирусного препарата Т7.У-2Нз,13С1,1!>'з

Наличие атомов 2Н, 13С и |5Ы в гетариламине 27-2Н3,"1Ч,13С2 подтверждают данные масс-спектрометрии ([М+Н]+ — 137.05). Особенностью данной схемы явилось то, что было использовано соединение со степенью обогащения по атому |5Ы 98%. Общий выход соединения 27-2Нз,|51Ч,13С2 составил 37% в расчете на аминогуанидин. Далее полученную соль диазония 23-2Н_,,"^,"С2 ввели в реакцию сочетания с меченым нитроуксусным эфиром 24-15?). В результате реакции с выходом 45% был выделен триазавирин ТгУ-2Н3,|!1У,,13С2, обогащенный различными типами изотопов (схема 13). В спектре Ш |5Ы ЯМР соединения ТгУ-2Н3,,!М3,13С2 сигналы атомов N5 (8 16.7 м.д.) и N6' (8 -12.1 м.д.) регистрируются в виде дублетов с КССВ 2Укк, 6.3 Гц, тогда как сигнал атома N1 (8 -121.58 м.д.) представлен виде мультиплета за счет взаимодействия 13С-'5Н с мечеными атомами 13С2 и 13С2' ('Усы = 5.0 Гц и 3Уо1 = 2.5 Гц соответственно). Таким образом, структура сигнала N1 подтверждает присутствие двух меченых атомов углерода в молекуле триазавирина.

В результате нами был получен образец противовирусного препарата - триазавирин, содержащий атомы 2Н, |3С и в различных положениях гетероциклического кольца и в боковых группах. Полученные образцы ТгУ-2Н3,|51Ч3 и представляют ин-

терес для исследования фармакокинетики, особенностей метаболизма и механизма действия противовирусного препарата триазавирин методом масс-спектрометрии и ЯМР.

2.3. Исследование реакции гликозилирования с помощью 1 N->1040110™ производного на примере синтеза аналогов ацикловира на основе 6-фенил-1,2,4-триазо-ло|1,5-о|пиримидин-7-онов

Одним из важных направлений использования соединений, меченных стабильными изотопами ( Н, Си Г>1), является применение их для изучения механизмов химической реакций. В данной работе представлен пример использования соединения 19а-'^ для изучения реакции 1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидин-7-онов 19а-с, с (2-ацетоксиэтокси)метилацета-том 29 (схема 14).

О ОАс О

,РЬ АсО^О] М^Л^РЬ

29 м- X Т

н

-

МеСМ.ТМЭСт ГчГ

20 °С АсО-^О^ 19а-с ЗОа-с 31:

а: 1*=Н; Ь: Я=Ме с: К=8Ме

Схема 14. Взаимодействие гетероциклов 19 с соединением 29

Установлено, что взаимодействие протекает в условиях гликозилирования Форбрюгге-на в присутствии триметилсилил трифторметансульфоната (ТМЗОТО- Соотношение образующихся продуктов 30 и 31 зависит от времени проведения реакции (табл. 5). В начале реакции смесь состоит главным образом из Ю-изомера, доля которого падает с течением времени, а доля Ж-изомера возрастает. Следовательно, Ш-гликозид - это продукт кинетического контроля, а Ж-гликозид - продукт термодинамического контроля.

Табл. 5. Зависимость соотношения продуктов №¡N4 от времени реакции

Исходное соединение Я время

1 минута 5 минут 10 минут 2 часа 1 сутки 5 суток

19а Н 90:10 81:19 75:25 60:40 42:58 37:63

19Ь Ме 89:11 84:16 81:19 71:29 45:55 30:70

19с БМе 80:20 77:23 72:28 55:45 34:66 16:84

Кроме того, была обнаружена способность соединений 30 и 31 обратимо изомеризо-ваться друг в друга в смеси ацетонитрила и ТМБОТГ (схема 15). Изомеризация может быть связана как с внутримолекулярной миграцией (2-ацетоксиэтокси)метильного фрагмента в Ю-производном (путь А на схеме 16), так и с распадом Ю-гликозида до исходного гетеро-цикла и карбкатиона 32 с последующей рекомбинацией в К4-изомер (путь В на схеме 16).

Для того, чтобы сделать выбор между

двумя направлениями А и В, нами был проведен эксперимент с изотопномечеными соединениями. Для этой цели был использован меченый 6-фенил-1,2,4-триазоло[ 1,5-а]пири-мидин-7-он 19а-151Ч, полученный ранее. Изотопное обогащение образца составило 86%, что подтверждается спектром ЯМР (рис. 5А). Введение меченого гетероцикла

АсО-^сд

30

РЬ

тмэотг

м-

N-41

Р11

Асо^сд

31

а: Р!=Н; Ь: [*=Ме с: Г^вМе

Схема 15. Обратимая изомеризация соединений 30 и 31

19а- N в реакцию трансгликозилирования соединений 30а и 31а привело к образовании 17) изотопное содержание в которых составило около 43% для каждого соединения, что

соединений 30а и 31а привело к образованию соединений 19а"-'-Н 30*- N и 31 - N. (схема

О О

Путь А ТМБОТ/

АсО^О^у АсО-^О^

31 30

о о о

М^А^РИ М-мА^РИ

к_</ У Т тмаот; </ V У , , (|Т

АсО^О^ АсО^СГ АсО^О^

31 32 30

Путь В

Схема 16. Два возможных механизма образования N4 гликозида при гликозилировании и транс-гликозилировании 1,2,4-триазоло[ 1,5-я]пиримидин-7-онов

подтверждается данными 'Н ЯМР (рис. 5В, 5С и 5Б соответственно). Этот результат согласуется с межмолекулярным характером изомеризации соединения 30(31) в 31(30), поскольку в ходе переноса гликозильного фрагмента произошло вовлечение меченого соединения в продукты реакции, что соответствует направлению В на схеме 16.

.X

♦ |и*1

и:

С

9.2 9.1 9.0 В. 9 8.8 8.7 8.6 8.5 8.4 8.3 'Н [»д.]

Рис. 5. Фрагмент 'Н ЯМР-спектров соединений 19а-'^ (А), 19а*-'^ (В), ЗО"-1^ (С), 31*-151Ч (О). Компонент немеченого соединения отмечен черным ромбом (♦)

Таким образом, использование меченых соединений позволило установить особенности гликозилирования 1,2,4-триазоло[1,5-о]пиримидин-7-онов и установить межмолекулярный характер процесса трансгликозилирования в ряду данных соединений.

(86%) 9 (43%) 9 (43%) 9 (43%) 0

30а(31а) + <"1 Т -~ <Н Т + Г? Т + ГТ

TMSOTf Л

н АсО-^О^ Н

19а-15И 30а"-15М 31а*-15М 19а*-15Ы

Схема 17. Изомеризация соединения 30а(31а) в присутствии меченого гетероцикла

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Созданы эффективные методы селективного введения стабильных изотопов 2Н, "С и 13N в структуру азоло[5,1-с][1,2,4]триазинов и азоло[1,5-а]пиримидинов.

2. Синтезированы образцы изотопнозамещенных азоло[5,1-с][1,2,4]триазинов и азо-ло[1,5-а]пиримидинов, содержащих метки 2Н, 13С и "N в различных положениях. Среди веществ получен препарат триазавирин, содержащий стабильные изотопы в различных положениях триазольного и триазинового циклов. Данный препарат необходим для исследования метаболизма и фармакокинетики.

3. На основе анализа КССВ 'H-'3N и С- N разработаны методы исследования особенностей строения и трансформаций полиазотистых гетероциклов. Данный метод позволил:

• исследовать азидо-тетразольное равновесие при помощи анализа дальних гетероядерных констант 'H-13N и показать применимость метода на примере исследования азидо-тетразольной таутомерии в ряду тетразоло[1,5-о]пиримидина и тетразо-ло[5Д-с][1,2,4]триазина;

• установить тип аннелирования азольного и азинового циклов в 1,2,4-триазо-ло[5,1-с][1,2,4]триазинах и 1,2,4-триазоло[1,5-«]пиримидинах и открыть перегруппировку Димрота в тетразоло[1,5-о]азинах.

4. Использование соединений, меченных изотопами "N, позволило решить вопросы, связанные с механизмом гликозилирования 1,2,4-триазоло[1,5-о]пиримидинов.

5. Показано, что анализ КССВ 'H-i5N и 13C-ISN имеет преимущества перед данными КССВ 'Н-"С и 'Н-'Н в том, что позволяет эффективно исследовать строение полиазотистых соединений. Кроме того, в отличие от РСА, анализ КССВ 'H-15N и i3C-'5N дает возможность исследовать динамические и происходящие в растворе процессы, а также позволяет исследовать смеси соединений.

Основное содержание работы отряжено в следующих публикациях:

Публикации в рецензируемых журналах и изданиях, рекомендованных ВАК

1. Шестакова Т.С., Халымбаджа И.А., Деев С.Л., Ельцов О.С., Русинов В.Л., Шенкарев 3.0., Арсеньев A.C., Чупахин О.Н. Синтез противовирусного препарата отриазавирин» меченного изотопами 2Н и 15N// Известия АН. Серия химическая. 2011. Вып. 4. С. 714-717.

2. Халымбаджа И.А., Шестакова Т.С., Деев С.Л., Русинов В.Л., Чупахин О.Н., Шенкарев 3.0., Арсеньев A.C. Константы спин-спинового взаимодействия 13C-1!N и 'H-'5N в исследовании азидо-тетразольной таутомерии в ряду 2-азидопиримидинов // Известия АН. Серия химическая. 2013. Вып. 2. С, 519-526.

3. Shestakova T.S., Shenkarev Z.O., Deev S.L., Chupakhin O.N., Khalymbadzha I.A..

Rusinov V.L., Arseniev A.S. Long-range 'H-1SN J couplings providing a method for direct stud-

ies of the structure and azide-tetrazole equilibrium in a series of azido-l,2,4-triazines and az-

idopyrimidines//J. Org. Chem. 2013. V. 78. Iss. 14. P. 6975-6982.

Тезисы докладов.

|.Деев С. Д., Шестакова Т.С., Халымбаджа И. А., Ельцов О.С., Мусихина A.A., Шенкарев З.О., Кодесс М.И., Русинов В.Л., Чупахин О.Н. Синтез противовирусного препарата «триазавирин», меченного изотопами и ~Н // Актуальные проблемы органического синтеза и анализа: сб. статей. Екатеринбург: Издательство УрО РАН, 2010. С. 3-7.

2. Khalymbadzha I.A., Deev S.L., Shestakova T.S., Shenkarev Z.O., Chupakhin O.N., Rusinov V.L., Arseniev A.S. The Synthesis of 2H.i,'!N3-labeled triazavirine // International Congress on Organic Chemistry: book of abstracts. Kazan, Russia, 2011. P. 384.

3. Халымбаджа И.А., Деев С.Л., Шестакова T.C., Русинов В.Л., Чупахин О.Н. Синтез аналогов противовирусного препарата «Ацикловир» на основе 1,2,4-триазоло[1,5-а]пирими-дин-7-онов // XIV молодежная конференция по органической химии: сб. тезисов. Екатеринбург, 2011. С. 506-508.

4. Халымбаджа И.А. Деев С.Л., Шестакова Т.С., Русинов В.Л., Шенкарев З.О., Арсеньев A.C., Чупахин О.Н. Включение изотопов ISN в структуру азоло[5,1-с][1,2,4]триазннов и азо-ло[1,5-а]пиримидинов как подход в исследовании строения и химических трансформаций полиазотистых гетероциклов // Органический синтез: химия и технология: всероссийская конференция: сб. тезисов. Екатеринбург, 2012. С. У16.

5. Халымбаджа И.А. Деев С.Л., Шестакова Т.С., Русинов В.Л., Чупахин О.Н. Определение строения продуктов адамантилирования 1,2,4-триазоло[1,5-о]пиримидин-7-онов методом спектроскопии ЯМР меченых изотопом 15N соединений // Техническая химия: от теории к практике: III международная конференция: сб. тезисов. Пермь, 2012. С. 314-315.

6. Халымбаджа И.А. Деев С.Л., Шестакова Т.С., Русинов В.Л., Шенкарев З.О., Арсеньев A.C., Чупахин О.Н. Гетероспиновые константы 'H-1}N и 13C-15N в исследованиях трансформаций азоло[5,1-с][1,2,4]триазинов, азоло[1,5-а]пиримидинов и азоло[1,5-а]пиридинов // Конференция по органической химии, посвященная 200-летию со дня рождения H.H. Зи-нина: III всероссийская конференция: сб. тезисов. Санкт-Петербург, 2013. С. 91.

7. Халымбаджа И.А., Шестакова Т.С., Деев С. Л., Русинов В. Л., Чупахин О. Н. Перегруппировка Димрота в ряду тетразоло[1,5-о]пиримидинов // Новые направления в химии гетероциклических соединений: третья международная научная конференция: сб. тезисов. Пятигорск, Россия, 2013. С. 276.

Бумага типографская Цифорвая печать. Формат 60x84 1/16.

Уч.-изд. л. 1,26 Тираж 120 экз. Усл. печ. л. 1,28

ФГАОУ ВПО «УРАЛЬСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РОССИИ Б.Н.ЕЛЬЦИНА»

04201365568

На правах рукописи

Халымбаджа Игорь Алексеевич

СИНТЕЗ 2Н,13С,151Ч-МЕЧЕНЫХ АЗОЛО[5,1-с][1,2,4]ТРИАЗИНОВ И АЗО Л О [ 1,5-а] ПИРИМИДИНОВ

Специальность 02.00.03 - органическая химия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук

Научный руководитель: доктор химических наук,

профессор, Русинов В.Л.

Екатеринбург 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение...........................................................................................................з

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Введение...................................................................................................................9

1. Использование гетероядерных констант для установления направления/ способа аннелирования гетероциклического фрагмента (реакции, протекающие с образованием цикла).................................................................. 11

2. Гетероядерное спин-спиновое взаимодействие в исследованиях реакции функц ио н ал из а ц и и, протекающей без изменения структуры азотсодержащих гетероциклов......................................................................... 18

3. Использование констант и 'Н-1^ в исследованиях реакций раскрытия и трансформациях азотсодержащих гетероциклов................... 26

4. Заключение...................................................................................................... 40

Глава 2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

1. Обогащенные изотопом производные тетразоло[5,1-е][1,2,4]три-азинов и тетразоло[1,5-а]пиримидинов............................................................ 42

1.1. Исследование азидо-тетразольного равновесия на основе анализа дальних констант

'Н-1^..........................................................................................41

1.1.1. Синтез на основе обогащенной азотистой кислоты.........................41

1.1.2. Синтез {5^2-тетразоло[1,5-а]пиримидинов на основе обогащенного 15~Ы-аминотетразола............................................................... 54

1.2. Синтез х^-тетразоло[1,5-а]пиримидинов с использованием обогащенного азида натрия и исследование перегруппировки Димрота

в ряду тетразоло[1,5-а]азинов......................................................................... 58

2. Разработка методов включения атомов 2Н, 13с и 15к в структуру

1,2,4-триазоло[5,1-с][1,2,4]триазинов и 1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидинов 63

2.1. Синтез меченых 1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидинов...............................63

2.2. Синтез меченых производных триазавирина (натриевой соли 6-нитро-2-метилтио-1,2,4-триазоло[5,1-с][1,2,4]триазин-7-она)..............70

3. Исследование реакции гликозилирования с помощью 15^-меченого производного на примере синтеза аналогов ацикловира на основе 6-фенил-1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидин-7-онов............................................. 74

Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ..................................................78

Заключение....................................................................................................98

Список сокращений и условных обозначений................................................101

Библиографический список.............................................................102

Приложение...................................................................................................115

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

Различные производные азоло-1,2,4-триазинов и азолопиримидинов относятся к конденсированным полиазотистым гетероциклам. Благодаря уникальному строению среди этого типа соединений найдены структуры, которые представляют интерес в качестве высокоэнергетических соединений и органических лигандов. Особенно актуально использование в этом плане гетероциклических систем, полученных на основе содержащих большое число атомов азота, тетра-зольных производных [1]. С другой стороны, интерес к синтезу данного класса соединений обусловлен поиском новых биологических активных молекул, обладающих различным спектром действия. Перспективность этого направления работ подтверждается достигнутыми результатами. Так, дигидрат натриевой соли 2-метилтио-6-нитро-1,2,4-триазоло[5,1-с][1,2,4]триазин-7(^///)-она (триазавирин) оказался эффективным противовирусным средством в отношении различных типов вируса гриппа [2,3], включая штаммы Н5>И (птичий грипп) [4] и НШ1 (свиной грипп). Кроме того, другие производные 1,2,4-триазоло[5,1-с][1,2,4]триазин-7-она обладают широким спектром противовирусного [5-8] и антибактериального действия [6]; производные 1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидин-7-она обнаруживают сердечно-сосудистую, [9] противовирусную [10,11], антимикробную [1114], противовоспалительную и анальгетическую [15] и другие виды активности [16]. Среди тетразоло[1,5-а]пиримидинов были найдены соединения с антибактериальной [17], фунгицидной [18], противовирусной [19] активностью. Представленные данные делают актуальными исследования в области азолотриазинов и азолопиримидинов. Однако, наряду с разработкой методов синтеза и функцио-нализации, одной из важных задач для этого класса соединений, остается разработка методов исследования строения и путей трансформации. Возникновение этой проблемы связано с большим содержанием атомов азота и небольшим количеством углерода и водорода в структуре рассматриваемых гетероциклов. В связи с этим, использование традиционных метод ЯМР-спектроскопии зачастую

является малоэффективным [20]. В этом случае химики-синтетики предпочитают использовать рентгеноструктурный анализ (РСА) [21-24], который способен дать информацию о строении только в кристалле. При этом не всегда можно получить подходящий образец для исследования. Кроме того, РСА не позволяет проследить за кольчато-цепными превращениями, процессами изомеризации, тауто-мерными переходами и различными перегруппировками, к которым склонны конденсированные азолоазины [23,25-28]. Другим методом установления строения полиазотистых гетероциклов является синтез их дезазааналогов и сравнение ИК- и УФ-спектров [29-31], однако такой подход не является убедительным и может рассматриваться только как дополнительный аргумент в пользу того или иного строения.

Одним из способов решения проблемы установления структуры полиазотистых гетероциклов является 15К ЯМР-спектроскопия [32,33]. Существенным фактором, ограничивающим ее использование, является низкое природное содержание магнитно-активного изотопа азота (0.365%), а также его малое гиромагнитное отношение (—2.711). Для преодоления этих трудностей при получении ЯМР-спектров приходится повышать концентрацию ядер 151Ч, что достигается либо использованием повышением концентрации азотсодержащих соединений в ампуле ЯМР [34], либо введением метки 151Ч. Использование спектров ЯМР основывается как на анализе химических сдвигов ядер 15М, [35-37] так и на анализе КССВ 'Н-1^ и 13С-15К Причем последний подход оказался существенно более информативным, поскольку позволяет получать информацию об окружении меченого атома. Селективное введение меток позволяет проследить за судьбой того или иного атома в молекуле и исследовать особенности химических трансформаций. Дополнительным преимуществом селективного мечения является существенное облегчение процедуры отнесения сигналов в спектре 151М.

Введение стабильных изотопов в структуру биологически активных азоло-азинов может использоваться как один из подходов для исследования вопросов фармакокинетики и путей метаболизма при разработке новых лекарственных препаратов [38-42].

Все вышеизложенное говорит о том, что разработка методов получения и синтез обогащенных атомами конденсированных азоло-1,2,4-три-

азинов и азолопиримидинов и использование их для исследования особенностей строения и превращений является актуальной задачей.

Цели и задачи исследования

Целями данной работы являются:

• создание эффективных методов селективного введения стабильных изотопов

2 13 15

Н, Си N в молекулу азоло[5,1-с][1,2,4]триазинов и азоло[1,5-а]пирими-динов, включая структуры, обладающие биологической активностью;

• разработка на основе анализа

КССВ 'Н-1^ и 13С-15М методов исследования особенностей строения и трансформаций полиазотистых гетероциклов. Задачи, решаемые в ходе исследования:

• получение селективно меченых азоло[5,1-с][1,2,4]триазинов и азоло[1,5-а]пи-римидинов, в том числе противовирусного препарата триазавирин;

• установление структуры и особенностей превращений азоло[1,5-а]пи-римидинов и азоло[5,1-с][1,2,4]триазинов в растворах (азидо-тетразольной таутомерии, трансгликозилирования, перегруппировки Димрота);

• сопоставление полученных результатов с данными РСА.

Научная новизна работы

Предложены общие методы включения атомов

2Н, 13С и N в структуру 6-нитро и 6-фенилпроизводных 1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидинов и 1,2,4-триазоло[5,1-с][1,2,4]триазин-7-онов. Показано на примере производных тетразоло[5,1-с][1,2,4]триазина и дизамещенных тетразоло[1,5-а,]пиримидинов, что дальние ге-тероядерные константы спин-спинового взаимодействия 'Н-1^ могут быть использованы в исследованиях азидо-тетразольных равновесий. Продемонстрировано, что комплексный анализ КССВ 'Н-'5К, ЬС-15К и химических сдвигов меченых атомов азота позволяет эффективно исследовать различные типы

трансформаций, которые приводят к образованию изомерных структур (азидо-тетразольное равновесие и перегруппировка Димрота). С использованием обогащенных производных исследованы закономерности реакции гликозилиро-вания 1,2,4-триазоло[1,5-я]пиримидин-7-онов и взаимодействие 2-галогенпи-римидинов с азидом натрия. Обнаружена перегруппировка Димрота в ряду анне-лированных тетразолоазинов.

Теоретическая и практическая значимость работы

Разработаны препаративные методы получения меченых 6-нитро и 6-фенилза-мещенных 1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидин-7-онов и 1,2,4-триазоло[5,1-с][1,2,4]триазин-7-онов. Получены образцы триазавирина, содержащего различ-

2 13 15

ную комбинацию стабильных изотопов 'Н, С и N. На основе полученных образцов возможны: разработка методов количественного и качественного анализа лекарственных форм триазавирина, исследование его фармакокинетики и фарма-кодинамики, а также установление механизма действия. Предложен эффективный метод исследования азидо-тетразольной таутомерии и других трансформаций полициклических азотсодержащих гетероциклов, основанный на анализе дальних КССВ 'Н-1^. Получены данные о деталях гликозилирования 6-фенилзамещенных 1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидин-7-онов с использованием селективно меченных изотопом 15К образцов.

Методология и методы исследования

Методология представляемой работы включает синтез соединений, селективно меченных стабильными изотопами 2Н, 13С и N и анализ констант спин-спинового взаимодействия в полученных веществах для установления их строения и путей химических превращений. Синтез 15К-меченых соединений базируется на использовании изотопнообогащенных неорганических соединений (Ка|5Ж)2, К15Ж)2, К15Ж)3 и ,5КН215№12); КССВ 13С-15К получены с использованием прямого метода или при помощи нелинейной аппроксимации форм сигналов в т ,3с ямр спектрах с широкополосной развязкой протонов. Дальние

КССВ 'н-1^ были получены из экспериментов спин-эхо по описанным ранее методикам [43].

Положения, выносимые на защиту

Возможность использования изотопномеченых соединений для исследования строения и особенностей трансформаций полиазотистых гетероциклов. В частности, использование КССВ l3c-,5n и дальних КССВ 'h-15n для изучения азидо-тетразольной таутомерии и строения тетразоло[1,5-а]пиримидинов и тетразо-ло[5,1 -с] [ 1,2,4]триазинов.

Публикации и апробация работы

По материалам диссертации опубликовано 3 статьи и 7 тезисов. Отдельные части работы докладывались на международных конференциях: International Congress on Organic Chemistry, (Kazan, Russia, 2011), Техническая химия: от теории к практике (Пермь, Россия, 2012), Новые направления в химии гетероциклических соединений (Пятигорск, Россия, 2013) и всероссийских конференциях: Актуальные проблемы органического синтеза и анализа (Екатеринбург, 2010), XIV молодежной конференции по органической химии (Екатеринбург, 2011), Органический синтез: химия и технология (Екатеринбург, 2012), Всероссийская конференция по органической химии, посвященная 200-летию со дня рождения h.h. Зинина (Санкт-Петербург, 2013).

Объем диссертации

Диссертация изложена на 125 страницах и состоит из введения, обзора литературы, обсуждения полученных результатов, экспериментальной части, выводов и приложения. Материал иллюстрирован 18 таблицами, 19 рисунками и 59 схемами. Список цитированной литературы включает 116 наименований. *

Выражаю благодарность академику О. Н. Чупахину за постоянное внимание к диссертации и ценные советы, сотрудникам кафедры органической химии, принявшим участие в работе, а также сотруднику кафедры TOC О. С. Ельцову, сотрудникам ИБХ РАН (Москва) А. С. Арсеньеву и 3. О. Шенкареву за проведение ЯМР-исследований.

Работа выполнена при финансовой поддержке федеральной целевой программы Министерства образования и науки РФ «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (Госконтракт и П2444 от 19.11.2009 и 14.А18.21.0806) и грантов Российского фонда фундаментальных исследований (номера проектов 10-03-01007 и 12-03-31476), а также при поддержке грантов для молодых ученых УрФУ.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ АНАЛИЗ КОНСТАНТ 13C-15N И lH-lsN В 15N-ME4EHbIX СОЕДИНЕНИЯХ

КАК ЭФФЕКТИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ В ИССЛЕДОВАНИИ ОСОБЕНОСТЕЙ СТРОЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЙ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ

ГЕТЕРОЦИКЛОВ

Введение

Азотсодержащие гетероциклы широко представлены среди природных соединений и структур, обладающих противовирусной, противоопухолевой и другими видами биологической активности. Благодаря этим свойствам данный класс соединений привлекает вниманием химиков-органиков. При этом важной задачей для исследователей, работающих в этой области, наряду с синтезом или выделением новых производных является точное установление строения полученных соединений. К одним из наиболее распространенных инструментов для решения этой проблемы относится ЯМР-спектроскопия. Так, для подтверждения структуры сложных природных алкалоидов или антибиотиков на основе азотистых гете-роциклов широко применяются методы 2D корреляционной ЯМР-спектроскопии (НМВС, HSQC, NOESY и др.) [44]. В случае простых синтетических структур привлекают аналргз 1D 'Н, ЬС и bN ЯМР-спектров, в которых основными характеристики являются химические сдвиги и мультиплетность сигналов. Эффективность этого подхода была продемонстрирована при установлении строения различных классов гетероциклов. Например, с помощью данной методологии был проведен анализ структуры N-протонированных, N-алкилированных азинов (пи-разинов, хиноксалинов, птеридинов и 1,2,4-триазинов) [45,46]. Этот же прием позволил определить положение N-оксидной функции в 1,2,4-триазинах [47]. Кроме того, сравнение химических сдвигов сигналов может быть использовано при определении способа конденсации азольного цикла к азиновому фрагменту, что продемонстрировано в случае структур I и II для которых в качестве образца сравнения был выбран триазоло[5,1-с]бензотриазин III. Сопоставление химиче-

ских сдвигов протонов Н6, Н8 и Н9 показало, что соединения II и III близки по строению и имеют ангулярный тип аннелирования [48].

7.66 м.д. 5 Me. ^T/N. 4 3

F6 Г 8 I /2

7.56

7.86 м.д. 1

I

Имидазо[2,1-с]бензо-[1,2,4]-триазин

3.31 м.д. 5

r^Y ^ N 4

7.83 м.д.^9^ N , N

^^ N чмз

В.ЗЗ М.Д.

1 2

II

Имидазо[2,1-Ь]бензо-[1,2,4]-триазин

8.46 м.д. 5

Me. ^^ .N. ^T 6 -N4

7.93 M.A.U 9 J1 1

8.25 м.д. \ У1 N =J

III 1 2

Триазоло[5,1 -с]бензо-[1,2,4]-триазин

1 ^

Подобным же образом, на основании данных С спектров было определено направление циклизации различных производных азидо-1,2,4-триазинов, имеющих общую формулу А. Важно отметить, что в ряде случаев возможно образование двух тетразольных изомеров Т и Т', что приводит в одном из примеров к образованию тетразола, для которого в качестве образца сравнения выступало производное 1,2,4-триазоло[3,4-с][1,2,4]триазина IV. Следует отметить, что данный прием неоднократно используется в исследовании азидо-тетразольного равновесия [49,50].

I L. V

r/^N-^n

Тетразоло[1,5-Ь] [1,2,4]триазин

R

I N N,

'N A

R2 Ri

% Дм

. N-N

R.

2

N.

II

IV

Тетразоло[5,1-с] Триазоло[3,4-с] [1,2,4]триазин [1,2,4]триазин

Необходимо отметить, что данный подход является непрямым и требует дополнительной работы по отбору образцов сравнения с однозначно доказанной структурой. При этом важно подчеркнуть, что в тетразоло-1,2,4-триазинах Т'иТ или других азоло-1,2,4-триазинах, содержащих мостиковый атом азота, использование 2D ЯМР-спектров 'Н-13С НМВС, 'H-15N HSQC, 'H-^N НМВС, 'Н-'Н COSY и др. представляется малоэффективными, поскольку азольный и азиновый цикл содержат малое количество углерода, а соотнесение атомов азота в ID l3N спектрах на образцах с природным обогащением затруднено из-за большого их количества. Кроме того, азотсодержащие гетероциклы, в том числе и конденсированные производные, легко подвергаются перегруппировкам Димрота или ANRORC трансформациям, что приводит к изменению способа аннелирования

или другим незначительным структурным изменениям, которые невозможно зафиксировать традиционными методами ЯМР. В то же время селективное введение атома 15К в структуру гетероциклов приводит к появлению дополнительных гетероядерных констант ЬС-15К и 'Н-15М, что значительно расширяет возможности метода ЯМР для установления строения полиазотистых гетероциклов. В настоящем обзоре представлены основные приме�