Галогенэтиламины и их использование в синтезе гетероциклических систем тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

а г ц д ?

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ НОВОСИБИРСКИЙ ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

На правах рукописи

ШИШКИН Геннадий Васильевич

ГАЛОГЕНЭТИЛАМИНЫ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В СИНТЕЗЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ

01 00.03 — органическая химия

Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук в форме научного доклада

Новосибирск 1992

Работа выполнена в Новосибирском институте органической химии СО РАН и б Новосибирском институте биоорганической химии СО РАН

Официальные оппоненты: доктор химических наук, член-корреспондент РАН доктор химических наук,

профессор доктор химических наук, ст. н. сотрудник

О.Н.Чулахин

В.П.Лопатинский

О.П.Шкурко

Ведущая организация:

Центр химии лекарственных средств - ВНИХФИ, г. Москва

Защита состоится " О " ^ л 1 1992г.

тс.

в 9 часов на заседании специализированного совета Д.002.42.01 при Новосибирском институте органической химии СО РАН (630090, г. Новосибирск 90, пр. академика Лаврентьева 9).

С диссертацией можно ознакомиться е библиотеке Новосибирского

института органической химии СО РАН.

Диссертация разослана ,/У ¿гсд/ 1992 г.

/

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат химических наук Т.Д.Петрова

. „ 1 I.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

... (

| Актуальность проблемы. Химия галогенэтиламинов берет свое "начало с работ Уорда, который в 1934 году впервые синтезировал бис- и трис(2-хлорэтил)амины и изучил иг свойства. По своему физиологическому действию они в точности воспроизводят иприт и поэтому за этой группой веществ закрепилось название "азотистых ипритов". Мощный всплеск работ, носивших преимущественно военную направленность на изыскание новых ОВ, наблюдается в предвоенные и военные годы. Во время второй мировой войны в Германии ОВ этой' группы уже производили в масштабах тысяч тонн. Параллельно с решением химических задач шло детальное хюшштерапевтическое обследование этих веществ, которое позволило установить их пригодность для лечения злокачественных опухолей, лейкозов и др. Это послужило новым толчком в развитии химии азотистых ипритов. Сразу после войны и приблизительно до 70 годов появилось огромное количество работ, посвященных синтезу соединений разных классов, несущих галогенэтиламиногруппы. Были изучены химические свойства и установлены механизмы их реакций с реагентами различной природа (куклеофшьными, электрофильныыи и радикальными). Громадные ряда этих соединений испытаны на противоопухолевую, мутагенную и другие виды.активности. В результате было отобрано значительное число (~20) соединений, которые и в настоящее время находят применение в онкологической практике ( сарколи-зин, хлорамбуцилл, эмбитол, допан и др.). . Продолжается поиск противоопухолевых препаратов-в этом направлении и сегодня (появились новые препараты -глутасар, лофенал и др.). Однако, в связи с тем, что терапевтический индекс препаратов этой группы ухе не поддается качественному росту,- скрининговый бум стихает и начинается на основе галогенэтиламинов;осмысленное конструирова-. ние реагентов.и препаратов для направленного воздействия на генетический аппарат, ферментные'системы'и клетки. При этом стара-.ются. максимально использовать найденные-корреляции типа структура активность; представления, о механизмах.реакций и оценки реакционной способности. Параллельно с развитием, химии галогенэтиламинов шло .освоение этих соединений в качестве промежуточных продуктов в синтезе слокных структур, включая и. гетероцикличес-

кие соединения. В настоящее время'накопилось значительное количество литературных данных, в основном-'патентных, посвященных этому нацравленшо использования галогенэтиламиноз, .что Дозволяет. ' говорить об этих'соединениях как-эквивалентах ценных синтонов" -р-аминоэтильных карбкатионах, на основе которых строится"большое количество азотистых.гетерощпслов. Таким образом, исследование 'химии галогенэтиламинов, несмотря на некоторое' снижение интереса со стороны'онкологов, продолжает оставаться' .весьма актуальным и многообещающим в-плане создания .новых препаратов как медицинского, так и другого назначения.

Цель работы - изучение химии галогенэтиламиноз,' преимущественно реакций внутримолекулярной циклизации' с выходом' на'., новые гетероциклические-системы, и разработка общих подходов к синтезу, реагентов направленного-действия для- модификации биополимеров. Для достинения поставленной дели требовалось - решить ' следующие . задачи:

Разработать методы.' синтеза ряда полифункциональных галогенэтиламинов.

Осуществить синтез реагентов для • модификации биополимеров, содержащих группы с управляемой реакционной способностью, которые, могут включаться как с помощью химического воздействия,'. так и при облучении ("включаемые реагенты").

Полученные галогенэтиламины испытать ' на .мутагенную, .активность или в реакциях модификации биополимеров.

- Изучить реакции внутримолекулярной циклизации галогенэтиламинов разной природы, (алифатических, ароматических и гетероаро--матических), на аминогруппы в соседнем положении.

Разработать методы синтеза новых гетероциклических систем,' содержащих фрагмент диазабициклоалкана с атомами азота в узловых положениях.

Исследовать' свойства, полученных гетероциклических систем,-оценить их.реакционную - способность- и найти способы, введения функциональных заместителей. - ■ ,

Научная_новизна_рабдты. Разработаны оригинальные методы синтеза большого ряда соединений, содержащих как г.алогенэтиламино-■ группы,, так и фрагменты дказабициклоалканов.. Созданы реагенты, для направленной модификации биополимеров с "включаемыми", ре-'

акционноспособными группами, нл базе которых впервые осуществлены направленная мутация по заранее выбранному гену и фотографический процесс, основанный на ковалентной фотоиммпбилизации ферментов. Полученный экспериментальный материал позволил сформулировать некоторые общие принципы конструирования реагентов для модификации биополимеров. Установлены закономерности реакций внутримолекулярной циклизации галогенэтиламинов на соседнюю аминогруппу с образованием бициклических азотистых гетероциклов и изучены их химические свойства, и таким образом заложены основы химии диазабициклических систем.

Практическая_ценность. Результаты настоящего исследования являются обобщением синтетических подходов к созданию препаратов, обладающих мутагенными и противоопухолевыми свойствами. Разработанные методики синтеза галогенэтиламинов используются для получения реагентов, которые широко применяются в экспериментальной работе биохимиками, биологами и медиками. Установленные закономерности связи меэду структурой и реакционной способностью реагентов позволяют использовать их для направленной модификации биополимеров. Разработанные "фотовключаемые" реагенты легли в основу создания фотографических материалов и методов фотоиммобилизации белков и нуклеиновых кислот. Найденные закономерности реакций внутримолекулярной циклизации галогенэтиламинов, а также изучение свойств образующихся диазабициклических систем вносят фундаментальный вклад в органическую химию этого класса соединений и составляют научную основу для практического поиска соединений, обладающих широким спектром полезных свойств (комплексо-ны, катализаторы, медицинские препараты, реагенты для модификации полимеров и т.д.). Сделанные в работе обобщения могут быть привлечены для целеустремленного конструирования реагентов для направленного воздействия на биополимеры.

Апробация_работы. Материалы работы доложены и обсундены на III и IV Всесоюзных конференциях по химии гетероциклических соединений (азотистые гетероциклы) ( Ростов-на-Дону, 1983 и Новосибирск, 1987 ); на Всесоюзных конференциях "Перспективы развития химии каркасных соединений и их применение в отраслях промышленности" (Киев, 1986 и Куйбышев, 1989); на V Всесоюзном симпози-

уме по органическому синтезу ( Москва, IS88 ); на Всесоюзной научной конференции по органическому синтезу ( Ереван, I98I); на IV Всесоюзной конференции по металлоорганической химии ( Казань, . 1988); на III Всесоюзном совещании " Актуальные проблемы экспе-рименталыюй химиотерапии опухолей" { Черноголовка, 1987); на IV и V Всесоюзных симпозиумах по инженерной энзимологии ( Кобулети, 1985 и Вильнюс, 1988); на IV и V Всесоюзных конференциях "Бессе-ребрянне и необычные фотографические процессы" ( Суздаль, 1984 и 1988 ).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 42 статьи, 20 тезисов докладов и получено 4 авторских свидетельства СССР. .

2., СИНТЕЗ 2-ГАЯОГЕНЭТИЛАМИНОВ И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИХ СТРОЕНИЯ НА ВЗАИМОДЕЯСТВИЕ С НУКЛЕИНОВЫМИ КИСЛОТАМИ

. По обычной схеме, гидроксиэтилированием соответствующих аминов окисью этилена с последующей заменой гидроксильной группы на галоген, получен ряд азотистых ипритов общей формулы:

r-ch2-n(chachjx)2*нх

где r = фенил, 4-замещенный фенил, 2-тиенил, 5-замещенный-2-тиенил. х = ci или вг.

После оценки реакционной способности в реакции гидролиза эта группа соединений была изучена на мутагенную активность по сравнению с хорошо известными мутагенами - этшгенимином и трихлор-этиламином. Полученные результаты показывают, что мутагенная активность полученного ряда соединений хорошо коррелирует с реакционной способностью, которая, в свою очередь, определяется основностью этих .соединений и поляризацией связи с х. Наиболее активным мутагеном оказался ди(2-бромзтил)беисилпмин. однако найденная зависимость справедлива только в назпашпм ряду сшди нений. Алифатические галогенэтиламины сыпадат из корреля ции, показивая резкое снижение мутагенной актиьткти, чт->, перо

я;но, связано с их тыячЛ локальностью, а. значит, и меньшей ¡¡р нициемостью пнуклеток и :у.нр. Наличие корреляции мутаген-пил активность - {•• акц:' ••ип? сп?сг'ность б ряду производных бен-зиламинов к их тиофэиових аналогов может свидетельствовать об однотипности реакций зтнк соединений с нуклеиновыми кислотами.

Слодуодчя группа г'.:,|,,'Г'онэтилзм;пюв, содержащих цилнэтильные группы, синтезироьзн': пи схеме:

ch2=chcn

r-mh,

r-nhchachacn —-5--.

soc1 .

-........r.n,ch,ch2cn .

2.1; 2.II; 2.III; 2.IV r •- снясн3сн: r = сн3; 2.III r = caHs; 2.IV r = г>с„нэ

Ис-тля из -ич ■.......о механизме реакций алкилирования гало! •"«•••гилпкич^кр . - ' • "ило предположить, что стабильность проме-'г:уто'Ч'о oßpacyi >у< г- -и -'тил^ниммониевого катиона в представленном ряду луя»т пмлшггк-я за счет увеличения основности исходного Э?>. у?х»г привести к смене механизма взаимодействия этих rr.»3«vK!!f» с ну1мао^ильными центрами нуклеиновых кислот и вместо i'«a»>>oro злкилир'л'зчия будут протекать рекции цианэтилирования, характерные для •1<-т!,?ртичнюс аммонийных солей, содержащих циен-зтпльные группы. Подобная смена механизма реакции может сказаться на мутагрнном з-^екте этих соединений. Действительно, исследование мутагенного и инактивирующего действия полученных соединений на штаммы Escherichia coll, дефектные в различных этапах темнового восстановления, и бактериофаги PI и Т7 показало, что Ы-(2-хлорэтил)-М-(2-цианэтил)амины способны индуцировать в ДНК бактериальных клеток и бактериофагов по крайней мере два типа повреждений: повреждения репарируемые с участием ДНК-полимеразы (по-видимому однонитевые разрывы), и повреждения, подлежащие эксцизии с участием продукта шт-гена (специфической эндонуклеа-зы, узнающей искажения во вторичной структуре ДНК и производящей надрезание вблизи возникающих дефектов). Максимальной способностью вызывать повреждения первого типа обладает соединение 2.1, а второго типа - <">единение 2.IV. Природа повреждений второго

типа не выяснена, но они не являются сшивками между комплементарными нитями ДНК и, возможно, вызываются цианэтилированием компонентов ДНК по постулированному выше механизму.

Для генерирования двухточечных повреждений ДНК нами был разработан общий метод синтеза К,ГГ-бис(алкил-2-хлорэтил)полимети-

лендиаминов из доступных алкилендикарбоновых кислот, ç

hnchachaoh r r rooc-(cha)n_2-coor -► hochachanco-(ch2)r>_2-conchach2oh----

liaihw r ç soci a r r -»hochachan-(cha)n-nchach,oh -► clchachan-(ch,)n-nchachaci

где n = 6-10; " r = ch3, c3hs

В отличие от известных способов синтеза аналогичных соединений из соответствующих дибромалканов, в этом методе используются доступные эфиры алкилендикарбоновых кислот. И хотя выходы по стадиям относительно невелики (40 - 80%), течение реакций хорошо контролируется, и продукты легко выделяются из реакционных смесей. Полученные галогенэтиламины исследованы на мутагенную и противоопухолевую активности и не показали существенных отличий от используемых обычно реагентов.

Для изучения влияния на модификацию нуклеиновых кислот свойств алкилирующих остатков, характера и положения их связи с адресующей группой в молекуле реагента была синтезирована и изучена серия реагентов, в которых 2-хлорэтиламиногруппа -модификатор - связана фосфамидной связью с 5'- нуклеотидом: И-[ш-(ГГ-2-хлорэтил-1Г-алкиламино)алкил]- и -аралкил]-уридин-5'-фосфамиды следующего строения:

о

r о

Cl CHaCHaN-Z-NH-P-0-CHa уО,

но он

где z = (сна)а, r = сн3; z = (сна)э, r = сн3; z = р-свн»-сн3,

r = снгснас1 ; z = P-c6H,»cHaçH- , r = снаснаа .

coocahs

Для осуществления этого синтеза разработан способ получения галогенэтиламинов алифатического ряда, содержащих первичную аминогруппу:

h0ch2ch2nhch3 ♦ bp(ch,)nn(co),ceh¥-► ""^^^(сьо^со^с.н,,-

SOCI

-' С|Сд"->м(сн,) n(co)2 c«h, 12n "cl .cich'g"»>n(cha) nh2'2hci

LH] П Wij о

n = 2 или 3

Продукты выделены и охарактеризованы в виде гассратов. Другие производные галогенэтиламинов получены известными методами. Ну-клеотидфосфамиды синтезировали фосфорилированием соответствующего амина либо нуклеотидом с помощью дицшслогексилкарбодиимида, либо Р1-уридин-5'-Р- дифенилпирофосфатом. Алкилирупцие свойства синтезированных производных нуклеотидов были изучены в реакциях с нуклеозидами и тРНК. Наиболее гладко, без образования большого числа продуктов побочных реакций, реагировали фосфамиды, содержащие ароматические галогенэтиламиногруппы.

Для исследования механизма действия АТФ зависимых ферментов был синтезирован и изучен ряд 7-амидов АТФ, содержащих галогенэтиламиногруппы в остатке амида, следующего строения:

ООО M II II ado-5'-o-p-o-lf-o-p-nh-r

о" о" о"

Синтез осуществлен из аденозин-5'-трифосфата чер^з ангидридиза-цию в неводной среде с образованием адэнозин-5'-триметафосфата с последующей обработкой основанием соответствующего амина. Строение полученных продуктов доказано совокупностью химических методов и спектроскопии ЯМР на ядрах "Р. Показано, что синтезированные фосфамиды способны алкилировать лизин, ацетат- ион и эти-лендиамин. Эти алкилирующие аналоги важнейшего метаболита (АТФ) в дальнейшем были использованы в качестве афинных модификаторов ферментов.

Реакционноспособные производные олигонуклеотидов, представля-

ÇH3

где r =-p-ci сн2сн2м-свн„сн2-;

р- (Cl CH2CH2)2N-CeHuCH2-; (CICH2CH2)aN-^Q)

• H

ющие собой олигонуклеотид - "адрес", к 5' или 3' концу которого фосфамидной связью присоединено соединение, несущее хлорзтил-аминогруппу, широко используются для модификации нуклеиновых кислот. Часто такие реагенты получают фосфорилированием олиго-нуклеотидом, способным образовывать комплементарный комплекс с нуклеиновой кислотой - "мишенью", 4-(Ы-2-хлорэтил-И-метиламино)-бензиламина. Расчеты методом молекулярной механики показали, что удлинение на две метиленовые группы фрагмента, несущего реакцион-носпособную группу, должно способствовать повышению эффективности и селективности взаимодействия Б'-фюсфамидных производных с нуклеиновой кислотой - "мишенью". Для экспериментальной проверки этого прогноза был осуществлен синтез дигидрохлорида 1-амино-3-Г4-(К-2-хлорэтил-К-метиламино)фенил]-пропана по схеме, включающей винилформилирование по Ютцу К-2-хлорэтил-М-метиланилина, получение оксима и одновременное гидрирование оксимино-группы и этиленовой связи. Показано, что реакционноспособные производные олкгонуклеотидов, полученные из синтезированного хлорэтиламина, действительно обладают повышенной селективностью алкилирования оснований олигонуклеотида - "мишени".

3. ГАЛОГЕНЭТ'ШШШЫ, СОДЕРЖАЩИЕ "ВКЛЮЧАЕМЫЕ" РЕАКЦИОННОСПОСОБНЫЕ

ГРУППЫ

Для решения задач химического мутагенеза и "выключения" определенных функций генома часто требуется проведение химической модификации достаточно протяженных участков нуклеиновой кислоты, сопоставимых по длине, например с единицей транскрипции. Для этих целей могли оказаться перспективными производные олиго- и пслинуклеотидов, комплементарные определенным участкам матрицы и содержащие алкилируицке группировки, статистически распределенные по всей длине молекулы. Строение этих алкилирупцих группировок должно было обеспечивать, с одной стороны, их высокую стабильность в условиях образования комплементарного комплекса, с другой - возможность проведения эффективного алкилирования внутри этого комплекса в достаточно мягких условиях, необходимых для сохранения нестабильной алкшшрованной ДНК. Эта задача поддается решению с помощью реагентов, которые при каком-либо мягком воздействии в определенный момент времени могут резко повысить ре-

акционную способность алкилирувдей группы, т.е. реагенты с "включаемой" функцией. Следует сразу отметить, что такой подход к созданию реагентов для модификации биополимеров, как показала практика, является достаточно универсальным и пригоден для решения большого числа задач, связанных с афинным воздействием на биополимеры.

3.1. Галогенэтиламины с "химически-включаемыми" группами

Основываясь па известной зависимости реакционной способности хлорэтиламиногрупп от основности, были синтезированы соединения, содержащие две такие группы разной основности. Основность одной из них можно изменять, воздействуя на сопряженную с ней функциональную группу.

ОНС<^ ^-СН,СН,СН,-Н-СН,СН,С1

3.1 = сн3; 3.11 (? = снаснаа

В этих соединениях алифатические хлорвтиламиногруппы обладают постоянной сравнительно высокой реакционной способностью по отношению к нуклеоЗильным центрам биополимеров и могут служить для присоединения реагентов 3.1 и 3.11 к биополимерам - носителям. Ароматические хлорэтиламиногруппы из-за сильного электроно-акцепторного влияния альдегидных групп практически не реакци-онноспособны, но после восстановления в мягких условиях альдегидной функции способны резко увеличить основность и тем самым реакционную способность, т.е. "включиться". Соединения 3.1 и 3.11 были получены из И-фенилпропилендиамина по следующей схеме:

СвНц~ННСНаСН2СНаМНа

90СГЭ £НаСНаОН

С,Нж-Н-СНаСНаСНаИНСССГа с,нв-н-снаснасн^(снаснаон)а

СвН,-№«НаСНаСНаМНСНз с.н.-Кст!,снам(снаснас1 )а

5НаСНаОН 9На ^

С.Н,-Н-СНаСН2СНаИСНаСНа0Н 3.11

9наснаа фнэ

С«Н,-М-СНаСНаСНаМСНаСНаС1 -► 3.1

Для оценки относительной реакционной способности хлорэтиламино-групп в соединениях 3.1 и 3.II, а также для проверки возможности "включения"? ароматической хлорэткламиногруппы действием. боргид1 рида натрия, была исследована скорость элиминирования хлора из оксалгтов 3.1 и 3.II в буферных системах.

экв.с1 ~ моль з -

Рис.1.Кинетические кривые накопления иона хлора , при ионизации хлорэтил-аминов 3.1 и 3.II при 25°. Стрелками показано время

изменения температуры и _

и введения nashu. юо гоо мин

Из рис.1 видно, что соединения 3.1 и 3.II при 25° элиминируют соответственно I и 2 эквивалента иона хлора и реакция практически останавливается. Добавка навнч резко увеличивает (более чем в 10 раз) скорость гидролиза, т.е.'приводит к "включению" ароматической хлорэтиламиногруппы. Спектрально показано, что при этом происходит быстрое восстановление альдегидной группы.

Возможность синтеза полиалкшшрущего полинуклеотида и' комплементарную специфичность алкилирования им нуклеиновой кислоты - мкпени после включения была исследована на ггримере взаимодействия Н-цепл ДНК фага Т 7 в качестве нуклеиновой кислоты - мишени и продукта алкилирования алифатической -хлорэтиламиногруппйй соединения 3.II матричной РКК ранних генов фага Т 7. В результате была продемонстрирована работоспособность предложенного подхода для избирательной модификации выбранных участков нуклеиновых кислот.

В Институте цитологии и генетики СО АН СССР этот метод был применен для получения направленных мутаций в нескольких заранее выбранных генах-бактериофага Т 7 и показана возможность эффективного использования алкилирующих производных однонитевых фрагментов рестрикции ДНК для получения направленных мутаций в различных, выбранных заранее, участках плазмиды,'равно как :и в учя-

50о NoBH^

4.

8о0 NoBH».^^3-1

4. . . 4-

f

стках про- и эукарЕотических гэнов, встроенных в плазмиду.

. Помико. голиалкияирующих производных нуклеиновых кислот быт синтезированы и исследованы в'реакциях с биополимерам! "включаемые" афшные реагенты с. фиксированным положением остатков хпор-этиламинов 3.1 и 3.11. Так алкилировакием алифатическими хлорэ-тилашногруппами соединений 3.1 и 3.11 5*-тиофосфатов олигонук-■ леотидов получена серия афшпых "включаемых" реагентов п показана возмокность их использования для "адресованной" химической кодификации,фрагмента одноцепочечной природной ДНК. Аналогичный подход был-использован для синтеза производных олигодезоксиршбо-нуклеотнда с З'-концево® тиофосфатной группой. На синтетических . олигонуклеотидах в условиях стабильности кошлемэнтарного комплекса и-после ."включения" ароматической хлорэтиламиногруши была обнаружена одноточечная модификация олигонуклеотидной мишени по гуанозиновому остатку вблизи 3'.-конца алкилирущего производного.

' ; 3.2. Галогенэтиламивы с "фото-включаешши" группами

•Как было показано выше, удобными реагентами для модификации биополимеров являются бифункциональные соединения, которые наряду с постоянно рекционноспособнсй группой содерзат группу, инертную в обычных условиях, но способную активироваться при мягком внешнем воздействии. В качестве такого воздействия, которое не разрушает биополимеры, может быть выбрано облучение светом с А.> 300 нм. В связи с этим были синтезированы соединения, содержание хлорэтиламиногруши в качестве постоянно резкционносггособных и ароматические азидогруппы в качестве "включаемых".

ЗЛИ ¡*= снэ; 3.1У ¡*= сн2сн2с!. З.У сн3; ЗЛ1 я= сн2сн2с!

Соединения З.Ш - З.'Л получены действием азида натрия на соли диазоняя из соотЕетствущих замещенных анилинов, содержащих 2-хлорэтиламиногруппы. Для этих соединений измерены скорости отщепления анионов хлора, которые характеризуют первую стадию гидролиза - ионизацию галогенэтилашшов с образованием азиридиниевых.

катионов, и скорости накопления протонов, которые характеризуют вторую стадию - раскрытие азиридиниевых циклов. Показано, что скорость ионизации уменьшается в ряду З.Ш > ЗЛУ > З.У > З.У1 ( 25, 40, 130 и 220 мин соответственно при 37°С, рН 7.5), что коррелирует с уменьшением основности аминогрупп этих соединений. Скорости раскрытия азиридиниевых катионов , как и следовало онидать, для ароматических хлорэтиламинов З.У и З.У1 и первой хлорэтиламиаогруппы соединения ЗЛУ совпадают со скоростями ионизация I а дая соединения З.Ш значительно ниже скорости ионизации.

По изменениям в УФ спектрах при облучении растворов соединений З.Ш - З.У1 была оценена их спектральная чувствительность. Найдено, что азиды З.Ш и ЗЛУ, а также азид З.У в сильнокислой среде гладко подвергаются фотолизу со скоростью близкой к скорости фотолиза фенилазида с образованием преимущественно одного продукта реакции. Сложнее ведут себя при фотолизе в нейтральных средах соединения З.У и З.У1, содержащие ароматические - аминогруппы. В этом случае образуются многокомпонентные смеси продуктов, включающие красители. Последнее обстоятельство, '.вероятно, связано с тем, что под влиянием донорной хлорэтиламиногруппы, находящейся в сопряжении с азидогруппой, изменяется' механизм фотораспада ароматической азидогруПпы". .Сложность.протекания, фотолиза ароматических хлорэтиламинов З.У и З.У1 заставила', впоследствии отказаться от их использования в фотореакциях- с биополимерами. Соединения З.Ш и З.ГУ .показали достаточно высокую спектральную чувствительность вплоть до видимой области спектра, что позволило селективно активировать ароматические азидо-группы в присутствии биополимеров, не разрушая последние жестким ультрафиолетом.

Сочетание свойств синтезированных соединений, объединяющих в себе преимущества ароматических азидов ( относительная химическая инертность, высокая реакционная способность при облучении) и хлорэтиламинов (высокая селективность алкилирования, возможность регулирования реакционной способности в широких пределах) позволило испольссвать их в качестве базовых реагентов для разработки пр^нг/итиал;.::; ; о способ;", пс.-учемнл ¡:ог;:.;еьтного ¡.-дтсгргфпе сксгс . сг:;:со0': "о.-гч-уо-я и? гем. Б ссноь./

способа заложена ковэлентная фотоиммобилизация ферментов на поверхностях, содержащих ароматические азидогруппн. Первые такие светочувствительные носители были получены обработкой фосфацел-люлозы, карбоксиэтилцеллюлозы, а такке желатины растворами соединения ЗЛУ. Последующее нанесение фермента (лактатдегидрогена-зы, щелочной фосфатазы, пероксидазы хрена и др.), экспонирование ■ фотоматериала через негатив и отмывка от несвязавшегося фермента образуют скрытое изображение, выполненное ферментом, ковалентно связанным с полимерной подложкой. Гистохимическое выявление связанных ферментов приводит к образованию полутонового изображения. Светочувствительность материалов не очень высокая ( Б012 = 0.01 - 0.13 ма/дж ) и находится на уровне обычных бессеребряных фотопроцессов. Однако простота и универсальность предложенного метода позволяют использовать практически любые ферментные системы для получения полутоновых изображений требуемого цвета. При совершенствовании этого подхода к фотографии были найдены ароматические эзиды, обладающие более хорошими фотохимическими свойствами, на основе которых получены более совершенные фотографические материалы. На этих материалах исследованы различные способы иммобилизации биополимеров, они использовались в иммуно-и гибридизациошгых анализах, но все это находится уже за пределами выбранной теш доклада и требует отдельного обсуждения.

Таким образом, созданные на основе галогенэтиламинов "включаемые" как с помощью химического воздействия, так и при облучении светом реагенты на самом раннем этапе своего существования показали несомненную полезность в реакциях модификации биополимеров при решении биохимических, биологических и даже технических задач. Думается, развитие этого подхода и поиск новых способов "включения" в сочетании с методами афинного взаимодействия биополимеров окажутся весьма перспективны;.® для конструирования реагентов (включая медицинские препараты) направленного действия на различные биохимические объекты ( ДНК, белки, ферментные системы, клетки и т.д.).

4. ГАЛ0ГЕНЭТ1ШШШ В СИНТЕЗЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Галогенэтиламины можно рассматривать в качестве источников р-зминоэтильного катиона - "парадоксального" синтона, содерааще-

го несовместимые функции (эквивалент - азиридиниевый . катион). Фрагмент >мси2сн2- входит составной частью в значительное число насыщенных азотистых гетероциклических соединений, начиная с трехчленного - азиридина и кончая какроциклическими крауна^ирами и криптандами. Однако максимальное количество работ посвящено синтезу на основе этого синтона пяти- и шестичленных гетероциклических систем.

4.1. Реакции внутримолекулярной циклизации Б-амино-4-бис (2-хлор-

Извэстно, что 4(6)-галогенэтил&мино1шримидиЕЫ легко циклизу-ются за счет внутримолекулярного алкилирования шримидвнового атома азота с образованием системы ДЕГвдроимвдазо[1,2-с]пирими-дана. При наличии экзоциклической 5-аминогруппы циклизация происходит исключительно с образованием системы 5,6,7,8-тетрагидро-птерндана. ¡¿ы исследовали реакции цшслизации 4-бис (2-хлсрэтил)-ашнопиримидшюв, содержащих перначную а'линогруппу б положении 5. Наличие в молекуле двух алкилирукщзх групп и двух нуклесфильных центров приводит к двойней циклизации исходных пиришцинов до хлоридов 4-К-5,6,7,8,9,Ю-гексег^ирогагадазоС1,2,3-1,3]птеридиния

этил) амкнопиримидшов

(4.1).

1

| снаснас1

Й н

1_| 4.11

I_I

4.1

Реакции циклизации протекают настолько легко, что соответствующие бис-2-хлорэтильные производные, образующиеся при действии на бис(2-гидроксиэтил)амины Б0С12 или РОС1а, не удается 'зафиксировать даже хроматографически. Результатом этих реакций= обычно являются смеси хлоридов 4-Н-7-(2-хлорэтил)-7,8-дигидроимидазо-[1,2-с]циримидиния (4.11) и имидазоптеридиния 4.1. Исследование поведения этих продуктов в условиях реакции позволило сделать вывод, что" образование соединений 4.1 происходит за счет быстрой циклизации промежуточных 4-Н-8-(2-хлорэтил)-5,6,?,8-тетрагидро-птеридинов (4.Ш). Совокупность полученных данных позволяет оценить относительную реакционную способность двух нуклеофильных центров (эндо- и экзоциклических атомов азота) исходных аминопи-римидинов в реакции внутримолекулярного алкилирования. При отсутствии заместителя в положении 6 пиркмидинового кольца их реакционная способность несколько выше (в ~2 раза) у эндоцикличес-кого атома азота. Введение хлора в это положение меняет относительную реакционную способность на обратную - уже экзоцикличес-кий атом азота оказывается в 1.5-2 раза более реакционноспособ-ным. Повторное внутримолекулярное алкилирование, приводящее к трициклической системе 4.1, протекает намного легче для хлор-эгильных производных гггеридина, чем для ■ хлорэгильных производных имидазопиримидиния, что связано с резким снижением основности системы за счет кватернизации пиримидинового кольца. Последнее хорошо согласуется с общими представлениями о механизме алкилирования галогенэтиламинами.

4.2. Реакции циклизации алифатических галогенэтиламинов, содержащих 2-цианэтиламиногруппы

Работая с галогенэтиламинами, содержащими цианэтильные группы, мы обратили внимание на легкость элиминирования последних при кватернизации атома азота. Это обстоятельство было использовано при разработке метода синтеза 1,4-диазабицикло[2.2.21октана (4.IV) по следующей схеме:

МССН2СИ2. ,снаснасм. омя

>снаснХ : >

снаснас

С1снасна

,С1

•2НС1

снаснасм

л .

I I -гс!

снаснасм

• 4.У

о

4. IV

>гнс1

Реакция двойной внутримолекулярной циклизации КД'-бис(2-хлор этил)-К,Н'^бис<2-аданэтил)этилендаамина легко и почти количественно протекает при нагревании • в ДМФА. Дальнейшее нагревание бисчетвертичной соли 4Л в.ДМФА или в вакууме приводит к ■ элими нированию цианэтильных. групп й образованию бицикла 4.1У. Продуктов внутримолекулярного моноалкилирования - соответствующих про изводных пиперазина - в реакционных смесях обнаружить не ' уда лось. Это указывает "на высокую скорость реакции второй цшслиза ции, что противоречит представлениям о механизме взаимодействия галогенэтиламинов с нуклеофнльными реагентами, согласно которому кватернизация атома азота должна приводить к резкому снижению алкилируицей способности этих соединений, и свидетельствует о смене механизма. •

Возможность внутримолекулярного апеллирования галогенэтилами-нами по соседней цианэтиламиногруше и легкость децианэтилирова ния четвертичных солей.были использованы при разработке способ-; получения С-замещенных 1,4гдиазабицикло[2.2.21октанов из N-(2-1;/ анэтил )шшеразина.

<рНаСНаЗД

А.

1^Н2СНаСН

эось

СНа-<рН-(?

он

<рнаснасм

О й

С1

где г? = н, снас1 > снаосн2с.нж, сн^(сана)а, сНаНОя^с.и*.

При действии соответствующих замещенных алкиленоксидов с' • хора шими выходами были получены . Н-гидроксиалкильные производи;.'' N'-(2-циaнэтил)пиriepaзвдa> обмен гидроксильных групп которых н■ хлор привел к хлоралкильным.производным, которые, в свою оч-.

редь, при нагревании в ДМФА циклизовались.с образованием. диаза-бициклооктанов,.содержащих С-заместители.' Выходы конечных проду--ктов на исходный И-(2-цианэтил)пиперазин колеблются в пределах

зз-бси.

Аналогичный подход был использован для синтеза 1,4-диа'забицик-лоС2.2.2]октан-2-карбоновой кислоты-(4;У1Ь Однако в этом случае заместитель (карсметоксильная группа) был введен, в исходный пи-' перазин. Реализована следующая общая схема, синтеза . соединения 4.VI:

;/Ч^соосна

Г Т , СНа=СЬ

=СНСМ

НИ(СИз)а .

• " ;»• •

м

СН,СН,СМ

снаснаси

£наснх0н 9наснасг . . .

снаснасм

снаснасм

4. VI

Некоторые осложнения встретились притидроксиэтилиров'анли .циан--этильного производного метилового эфира 'шшерэзишсарбонсвой кислоты. На этой стадии за счет внутримолекулярного ацилйровакйя шло образование. лактона.п пришлось ввести дополнительную ,стадию-раскрытия лактона действием дш.ютилакина. Щпшкзацкя . хлорзтиль-ного производного с одновременным отщеплением -цианэтильноЯ груп-. пы протекала.достаточно'.гладко, выход на.этой.стадии ~5С%. ,-

Тагам образом, в подобранных услоепях. ( нагревание в.'ДКФА). 2-галогенэтила;линогруты диаетков легко вступают во внутриколе- • кулярные реакция алгарированяя по" сосвдяшл аминогруппам, несущим 2-цианэтильный. остаток,, с образованном даазвбйцшслооктановоЭ системы. При.этсм процесс практически не осложняется- • кэгглолеку-лярными реакциями, приводящими к олигсмеризации. и полЕ'зрззацг;:.'

4.3 Реакция циклизации С-замещенных N, N'-бис(2-хлорэтил)-\-этилендиаминов

Ожидалось, что введение С-заместителей в 1,4-диаэаби-цикло[2.2.2]октан можно осуществить,, используя в качестве исходных галогенэтильные производные С-замещенных этилеячиаминов. В связи с этим, а также для уточнения закономерностей протекания циклизации'галогенэтиламинов, из мезо- и 6,1 -форм 1.,2-дифенил-этилендиамина- действием окиси этилена с последующим обменом гид-роксильных груш на хлор получены мезо- и ' (1,1-форш М,Ы'-бис(2-хлорэтил.)-1,2-дифенилэтилендиамина (4.У11а,б). Учитывая довольно низкую нуклеофильность атомов азота в этих соединениях, дополнительные цианэтильные группы не вводили, а••исследо-' вали их поведение при нагревании з -ДМФА.

Кинетические кривые накопления хлоридиона показали, что первый эквивалент 01" отщепляется приблизительно с такой же скоростью, как и в случае Н,М'-0кс(2-хлорэтил)-Ы,Ы'-бис(2-цианэтил)эти-лендиамина, в то время как второй эквивалент элиминируется значительно медленнее, причем пространственное расположение фениль-ных заместителей не влияет на скорость реакции. Таким образом, в отличие от бисцианэтильного производного, в данном.случае лимитирующей стадией является вторая циклизация. Из. реакционных смесей с выходами ~60% выделены 2,3-дифенил-1,4-диазабицикло-12.2.21октаны (Villa,б). С помощью спектроскопии ПМР и расчетов методом молекулярной механики установлено, что, как и следовало ожидать, двойная циклизация мезо-формы 4.Vila приводит к образованию диазабициклооктана с цис-расположением фенилъных заместителей 4.villa, а d.l-формы 4.VII6 - к транс-изомеру 4.VIII6.

ci chachan

'а'

4.Vila,б

4.Villa,б

4.4 Реакций циклизации' ароматических. галогензтиламинов

■ • '.À. Гетероциклическая система бензо(Ъ 1-1,4.-диазаби-.

. цикло[2.2.2]октена .

Дрй исследовании' химических свойств бисгалогенэтилышх произ-. водных о-фенилендиамина. было найдено,. Что'при кипячении в ' концентрированной бромистоводородной кислоте Н,Ы-бис(2-хлорэтил)- и . N.N-' бисСг-гидроксиэтилЬЫ'-ацетил-о-фенилендиаминов, • а также .их. солей,- протекает двойное внутримолекулярное алкилированио соседнего атома азота и с выходами' ~60% образуется ■ бензо.[Ы-1,4-да- . ззабицккло[2.2.210KTOH (4.IX).

cö -

'.' "' . 4.IX •

. О'синтезе гетероциклической системы 4.IX. было сообщено - еще в

■ 1921г • (■ J. Chem Soc., .1-92-1, vol. 119, p. 1170.-). Авторы- этого-сообщения-считали, что они-получили 4'-метилбензо[ЬЗ-1.4-диаза-

■ бицикло[2.2;2]октан .(2,3-дигидро-1,4-этано-6-метилхиноксалин') ■ . (4-Х). Эта работа, .несмотря на странные свойства .описанного .

- соединения нашла отражение, во всех обзорах,, посвященных химии ' гетероциклических соелишений, и в справочных изданиях. Реакцией внутримолекулярной циклизации N-(2-гадрэксиэтил)-N'-аце тил-6-. (и 7-)-метил'-112,3,4-тетрагидрохиноксалина.-в ' найденных, нами условиях-было'получено, соединение 4.Х 'и показана ошибочность . Имеющихся в' • литературе . сведений • о • гетероцшслической'. системе

■ 4.IX. Детальное, исследование реакции ' циклизации " N-2-Х-этильных .производных тетрагидрохиноксалина с . ' помощью жидкостной микро-■колоночной'хроматографии. показало; что реакция протекает, по., .'следующей схеме:- .'.'•'.-.

\

ÇH^CH-CH .Л. . ÇH=CH3CH Ч . . ÇWaCHiBp' •

" ' соснз . • ' . ; h h '.'..■ .

.' .'•••., '. 4;.XI ■ ■ . '•■' • '4.IX, :4.Х- •'■'• •

4ЛХп = и; - 4.Х R.â снд. .'■'.• ,'•'..•■• •""'••'.

Л-длтарущей стадией процесса .является обман' гидеокбильйах групп' . . Ilû'-6poîJ. БрОМЗГЯЛЫИЗ ПрОИЗ'ВОД!Ш©-.4.Х1 дрволыю быстро ■(• Т .i/ 30 шн) '.пратеряоваит- цаслизацгэ. до • соответствующего- 'даааабщвк-г . да. Одна» реакция -протекаат це. до .конца, а.'устанавляваотйя' рав--•. :::oEec:,is за счет", обpdшей роокщш'.- реакция .раскрытия диазабиццк-- . jereeesoro'(йрогимгае под' дзйспйтеМ. Ьровдд коео.' Полокание . равно-со&гя.сазжлт от строения -кбходааХ-продуктов .к,- если- в равновос-*' • c.viecn, ' иол'учэ:-ко\1 • из 'Еэзелацоняогс ; тстрагэдролшоксалша ■ • и.ЛС! ш.пз .дзэззСицихла ' 4.ЕГ, • содержится 30% первого и -7QS вто-;оого, то ¡см/.отады1гэ производила -образуют равновесную.'смесь сос-' vesa Л0% кетзлгвтрагдцровшоксалина 4,XI и 60% ' сседшкшия* -4-.Х., ; Бремя-установления равновесия., как .со' • стороны .галогенэтнльянх : : прогзЕойшл; так п' со''сторсак . даазабкциюгаческях- соединения/ .в .условиях решадаа циклизации;(• газпящая-конц, ШгУ составляет 1,5-.. . часаь Исследовало ояяявяё кислотности среда, концентрации, бромид? ' кона• а", другие 'касло?. ( -НС1 ; : m ; НС10»; полйфэс^оруая )' на. положен '. 5шз равновесия' ( 4.XI .« Ч'.IX'или.4'.Х')Показано, что снйже-. • низ. нукгесфйяьясста аниона кислоты по сравнена^." с . Вг". смещает- ■ '. равноЕесиё-вправо,- но -при этом •отнечае.тся 'значительный . гидролиз. .' - соединений .4.XI.' Повыдоние нуклеофильности аниона ( И .)■ приво- ■ 'дат к.• полному, "дезалхилцрованюо '.диазабицшушчесюй соединений -. 4.IX и 4-Х до -соответствующих - тетрагидрохиноксалинов. ' .Снижение '. кислотности' среди- вызывает частичный гидролиз бромэтильннх• .про- ■ изводаых 4.XI. Таяам -образом, найденные условия -внутримолеку-ляр-ной циклизации ароматических галог.еяз'тиламинов'.на соседнюю', ами-• ногруппу. - ( кипящая конц. НВг /являются-оптимальными для синтеза ■ ; даазафщиклических -систем, содержащих. -анзелировднное .ароматич'ес-■ ■ кое-кольцо.- . •' /'.''.-'.

Б.-Системы бензо[Г]-1,5-даазас5йцшсло[3.2;23попепа и бопзо^З-

* -1,6-даазабвдикло[4.2.2]д9цёка'. ■ Разработанный подход был- использован для построения диазабк-• циклических систем, • содержащих три- к'теоремэтиленовые .ностпки. В этом' случае нагреванием ' в ' концентрировавноЗ НВг цшслйзащи

подвергали - гидрокскэтильные производные Л ^Г-тетр8матглен-о-<|®ш5лепдис;,1;01ов. £н-скгэл

К, N' -трпме'тилеп-'

• СССК- То

4.Х11 'п. = 3; 4.ХП1- "п - 4. ■ ■Реакции протекали гладко и с выходшлй «/¡та "были выделены соответствующие бензодказабициклическые соединения 4.XII и 4.XIII.' В отличие от бензо'диазабищжлооктеновоЭ систеш-соединения 4.XII и, 4.XIII в условиях реакция стабильны и не дают. равновесных с:.:э-сей. Следует отметить,- что. эта работа вскрыла ошибочность данных о соединении 4.XII, прэдс.тавленшг в литературе. В связи' с. этш были предпринята дополнительные усилия по ■ исследованию -реакция дибромпропана с тетрапугрохипоксалЕНом (со литературным даншо; эта реакция является источником' соединения. 4.XII) и поведенкл З-брокпропильшс; производных .' тетрагкдрохшоксалина в условиях 'Ену^фимохаку.1«!рной цкклкзацин. Показано, что при взаимодвЕстБпп Г,3-дкбро?шропзпа с тетрзгкдрохшгаксалином'соэдинекке 4.XII еэ образуется с. . бденсгазЕнэт. ЕздалекЕым продуктом был 1,2,3,5,6,8,9,ТО-октагпдропиразлпо[1,2,3,4-1,п,п]С1,101фэнантро-(4.XIV)г

Г;

4. XIV

оскошпгн иацразлзпяем рэзкщш цикдаацви образупгасл

Ц-З-бромпропильных производных является ' внутримолекулярное 'С-. алкилирование; Это. было/ подтверждено', постадийным проведением' реакции со специально.синтезированным' Н-(Зт0ромпрошл)тетрагид- ' рохиноксалин'ом, который, как ¿'условиях щелочного катализа,. ■ так и'при нагревании в НВг ' дает продукт внутримолекулярного С-' алкилирования - гидрированный- пиридохйноксалин .4. XV.- Это позвр- • лило предположить.возможность изомеризации бензодиазабициклоно-неновой системы.4.XII - .в гетероциклическую систему . пиридохинок-салин'а 4.-ХУ. ••'.*. .'-.'..'...'. ' ■

• - .' . ■'.'■.' ' - ■ . н ' ' '. 4.IX, 4.XI П=2Г 4.XII, 4-.XVI П=3; 4.ХШ, 4.ХУН П=4.'

Действительно, при длительном'• нагреваний, при. 140» соединения 4.XII в концентрированной НВг происходит его изомеризация в со- . .единение-4.XV, в то время как диазабициклооктен 4.IX и. диазаби-'• цйклодецец 4.Х1П. в- э.тих условиях теряют, соответственно этилено-" вый и'бутиленовый.мостики и 'образуют •тетрагидрохиноксалин. .С-помощью специально синтезированных промежуточных продуктов и высокоэффективной микроколоночной -хроматографии была' уточнена^ общая схема поведения исследуемых галогеналкиламинов в' бромистое • водородной кислоте.

4.XI; 4.XVIII 4.1Х; 4.Х11. 4.ХУ1; 4.Х1 . . • . 4.XV"

4.IX, 4.XI. п = 2; 4.ХИ, 4.Ш,-4.Ш1Г П - 3. ч

Количественная обработка полученных хроматограмм позволила' оценить константы скорости отдельных .стадий этого процесса (см. таблицу 1).

■ Таблица 1

Константы скорости реакций внутримолекулярной циклизации И-г-бромэтил- и И-З-бромпрошш-К,N'-алкилен-о-фе-нилендиаминов(4.Х1, 4.XVIII и 4.XVI) и раскрытия бензо-[Ь1ГЧ4-диазабицикло[2.2.2]октена (4.1Х) и бензоСГЫ.б-дивзЙоициклоСЗ.г.гЗнонена (4.XII) в 8,8 н.НВг при 125°С

Соединение Константы Скорости превращения к»104с-1.*

к1 к-2

4.IX или 4.XI 4.4 1.9 .1.9 4.4

4.XVIII 58 <0.05 ' • - -

4.XII ИЛИ 4.XVI - ' • 0.036 0.28 0.39

4.XVI** - ■ - . 0.00 14

* - относительная ошибка при определение констант не более -1036 ** - в сульфолане, ЕгЩ1-Рг)а при 125°С

Выходы целевых диазабициклоалкенов определяются соотношением скоростей реакций, в которые вступают галогеналкильные производные Ы.Н'-алкилен-о-фенилендиаминов и диазабициклоалкены в концентрированной Юг. Высокая ,скорость циклизации соединения 4.XVIII и низкие скорости раскрытия диазабицикла 4.XII позволяют остановиться на стадии образования этого соединения и выделить его с выходом до 95%. Если ке в качестве исходного продукта взять 3-бромпропильное производное 4.XVI, то максимально возможный выход соединения 4.XII должен составить только 37% (практически выделено 11%). Таким образом, при разработке методов синтеза бензодиазабициклоалкеновых систем, содержащих этиленовый мостик, наиболее целесообразно использовать реакцию внутримолекулярной циклизации галогенэтиламинов в бромистоводородной кислоте.

В. Система нафто[2,3-Ь]-1,4-диазабицикло(2.2.2]октена Используя найденные закономерности протекания реакций циклизации ароматических галогенэталаминов и выбрав в качестве исходного 2,3-диаминонафталин, трехстадийным синтезом был получен нафтоI2,3-Ь]-I,4-диазабицикло[2.2.2]октен (4.XIX).

чнсосн3 . н8г

->

м(снясн,он)а

4.XX . " '4.XIX •.

Однако реакция соединения 4.XX, в отличие от аналогичного производного о-фекилендиамина, сопровождается образованием значительного количества-побочных продуктов, и соединение 4.XIX было выделено с выходом только 13%. Обмен гидроксильны;. групп соединения 4.XX на хлор и последующий гидролиз амидной группы приводит к нестабильному Н,Н-бис(2-хлорэтил)нафтилендиамину, двойная циклизация которого в НВг протекает довольно гладко, давая соединение '4.XIX с выходом Следует отметить, что соединение 4.XIX в

условиях образования дает равновесную смесь, вероятно,с №-2-бром-этилнафтопиперазином, в- соотношении 4:1, т.е. по сравнению с бензо[Ь]-1,4-диазрбицикло[2.2.2]октепом - равновесие несколько сдвинуто в сторону диазабициклической структуры.

. . Г. Система дибензоГЬ.еЫ,4-диззабицикло!2.2.2)октадиена

При попытках циклизации Н-галогенэтильных производных дигид-рофеназина выяснилось, что концентрированная НВг легко разрушает дибензодиазабицккличёскую систему (т.е. равновесие целиком сдвинуто в Сторону дигидрофеназиновых структур) и реакция осложняется окислением дигидрофеназинов. Ь связи с этим был проводин поиск условий циклизации, включающих присутствие ьпсстановителяй в реакционной'смеси. Из опробованных., условий наиболее удачными оказались •'• нагревание в диглиме в присутствии Соргидрида натрия. ' '

^н2сн*х ...

ЧМ МаВН„ ' < : (У ¡УГ ^

I -> I

x = 8г, с)

4. XXI

В результате с выходом ~40% был получен дибензо[Ь,е1-1,4-диаза-бицикло[2.2.21октадиен (4.XXI). Найденные условия восстзнови-тельной циклизации с успехом были использованы для синтеза С-аминозамещенных этой системы, а также при циклизации хлорэтиль-ных производных нафтилендиаминз.

Д. О механизме циклизации 2-галогенэтиламшгов по соседней аминогруппе Реакции 2-галогенэтиламинов с нуклеофилами обычно протекают через промежуточное образование эзиридиниевых катионов. Во всех рассмотренных выше случаях внутримолекулярных реакций 2-гэлогенэтиламиногруппа атакует соседнюю нуклеофильную группу, т.е., казалось'бы, основные закономерности протекания этих реакций должны быть теми же, что и у межмолекулярных. Однако найденные оптимальные условия реакций циклизации (особенно концентрированная Шг в случае ароматических галогенэтиламинов) заставляют усомниться в справедливости такого утверждения. В связи с этим возникает вопрос о роли азиридиниевых ионов в этих реакциях. В общем виде схему реакции циклизации галогенэтилхкноксалин-ов в кислых средах мокко представить следующим образом:

Для ответа на вопрос об участии азиридиниевого катиона в реакции циклизации были специально синтезированы И-метил-Ы-(2-галоген-этил)-1,2.3,4-тетрагидрохиноксалиний галогениды (4.ХХПа,б) и

исследовано их поведение в кислых■средах по сравнению с немети-лированными галогенэтилтетрагидрохиноксалинами 4.ХХШа, б. Хроматографический анализ реакционных смесей показал, что в кислых средах,-в основном, протекают две реакции - циклизация и гидролиз.

4.IX; 4.XXIV ■ . 4.ХХПа,<5;;'4.ХХ111а,0 4.IX, 4.ХХШа,б I? = н; 4.XXIV, ,4.ХХПа,б я = снэ; 4.ХХПа, 4.ХХ1Па На1,Х = вг; 4.ХХИ6, 4.ХХ1П0 На1,Х = с| .

Количественная обработка полученных результатов позволила оценить константы скоростей наблюдаемых реакций.

- • ' Таблица 2

Константы скорости циклизации (к1) и гидролиза (ка) I-(2-галогенэтил)-1,2,3,4-тетрагидрохиноксалинов 4.ХХ11а,б; 4.ХХШа,б в кислых средах при 50°С

Исходное соединение Состав реакционной среды ■ рн I - 2 . к.Ю5 с" -I* .

4.ХХ1Па 0,03 н. Н^О,, : < 0,1 , '4,4

4.ХХ1П6 0,03 н. Н3БОк < 0,01 0^45

4.ХХ1Иа. 2 н. ЫВг, 0,01 н. НВг 0,28 0,16:

4.ХХШ6 2 Н. Ь1С1, 0,01 н. НС1 < ю-4 0,027

4.ХХПа 0,03 н. НаБ0„ 260** < 0,1

4.ХХ116 0,03 н. Н^О,, . 13** < 0,01

Константы рассчитаны из предположения о первом, а для гидролиза - псевдопервом порядке реакций; ошибка не более -.-10%. значения относительно малых констант ограничены чувствительно-стью.метода анализа.

.Измерено фотометрически, продукты' гидролиза хроматографиче ски не обнаружены.

Анализ кинетических данных однозначно показывает, что азири-диниевый катион не принимает участия в реакции циклизации, а

является ответственным за образование побочных продуктов межмолекулярных реакций (гидролиз, полимеризация и т.д.). Наблюдаемые в условиях сравнения две параллельные реакции, гидролиз и циклизация, протекают по разным механизмам. Если реакция гидролиза соединений 4.ХХ1Па,б подчиняется закономерностям механизма S^I с участием азиридиниевого иона, то реакция циклизации этих соединений и соединений 4.ХХПа,б идет по внутримолекулярному механизму типа SN2. Следовательно, более гладкому протеканию процесса циклизации галогенэтиламинов должны способствовать факторы, облегчающие течение реакций подчиняющихся механизму SN2. В том числе геометрия переходного состояния и кватернизация атома азота галогенэтиламиногруппы, которая поляризует связь С-На1. Кроме того, для гладкого протекания процесса циклизации необходимо подавление образования азиридиниевого катиона, чему способствуют повышение кислотности среды и концентрации бромид - иона. Следует отметить, что кватернизация атома азота галогенэтиламинов более объемными заместителями, чем протон, значительно (более 2 порядков) ускоряет реакцию внутримолекулярной циклизации, по-видимому, за счет улучшения геометрии переходного состояния. В пользу решающей роли КЕатернизации атома азота при образовании диазабициклических систем говорит также тот факт, что бромпро-пильное производное 4.XVI в НВг с низкой скоростью, но все же, циклизуется в диэзабициклононеновую систему 4.XII, а при проведении этой реакции в основной среде единственным направлением остается циклизация по этому углерода бензольного кольца с образованием пиридохиноксалина 4.XV (см. табл. I).

Закономерности, полученные при исследовании циклизации ароматических галогенэтиламинов. в кислых средах, в общем случае справедливы и для всех других найденных условий синтеза диазабициклических систем. Так алифатические галогенэтиламины удовлетворительно циклизуются при нагревании в ДМФА только б виде гидрохлоридов. Введение N-2-цианэтильных групп к атомам азота N,N'-6hc(2--хлорэтил)этилендиамина обеспечивает гладкое протекание двойной циклизации до диззабшдаклооктановой системы. Причем роль циан-этильных груш в данном случае не сводится только к роли лег-коуходящих групп. За счет образования четвертичной соли пипера-зина на первой стадии они вызывают резкое ускорение второй цик-

лизации. , Галогенэтильные производные .дигидрофеназина удается зациклизовать в нейтральных средах только в присутствии боргид-рида натрия в качестве восстановителя феназиниевых солей. При этом выделяется боран, который, как известно, хорошо блокирует свободные электронные пары азота. Последним обстоятельством мы воспользовались при разработке способа получения дибензо(Ь,еЗ--I,4-диазабицикло[2.2.21октадиена, введя после восстановления феназиниевой соли боргидридом некоторое количество эфирата трех-фтористого бора. При этом выход целевого продукта увеличился до 65% и уменьшилось количество побочных продуктов.

Таким образом, в отличие от широко известных межмолекулярных реакций алкилирования галогенэтиламинами, в которых обычно генерируется азиридиниевый'ион, в реакциях внутримолекулярного'алкилирования целесообразно создавать условия, способствующие протеканию процессов алкилирования по механизму Бк2 без участия свободной электронной пары азота.

5. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИАЗАВИЦИКЛОАЛКАНОВ С АТОМАМИ АЗОТА В УЗЛОВЫХ ПОЛОЖЕНИЯХ

В результате изучения реакций внутримолекулярной циклизации галогенэтиламинов мы располагали значительным набором разнообразных соединений, содержащих диазабициклоалкановый фрагмент. В литературе имелось ограниченное количество данных о соединениях такого типа, часть из которых при проверке оказались ошибочными. Хорошо исследован незамещенный I,4-диазэбицикло[2.2.21октан и синтезированы простейшие С-алкильные производные. Только в ходе настоящей работы появились сообщения о синтезе его четвертичных солей, содержащих С-функциональные группы, и, гетероциклических систем бензо[Ы-1,4-диазабицикло(2.2.21октена, нафто[1,8-Ь.сЗ--1,5-диазабицикло(3,2,2]нонена и ГЗ.З.ЗЗундецена. В сеязи с этим нами систематически исследованы некоторые свойства полученных соединений:

1. Строение.

2. Реакции по .атомам азота.

3. Реакции раскрытия диазабициклического фрагмента.

4. Реакции замещения в конденсированных бензольных кольцах.

& Реакции функциональных заместителей. . •

о п

5.1. Строение

Молекула 1,4-диазабицикло[2.2.2]октана имеет глобулярную, жестко закрепленную структуру, в которой каждая пэра СН,- групп находится в заслоненной конформации. При аннелировании ароматическим кольцом по грани b она, сохраняя жесткую геометрию, ориентирует свободные электронные пары атомов азота .параллельно плоскости ароматического кольца, тем самым препятствуя n-it сопряжению"? Особенности геометрии диазабициклических систем находят отражение в спектральных характеристиках ( УФ, ПМР и масс-спектры) этих соединений и обусловливают их химические свойства (основность, реакционную способность). Методами молекулярной механики в сочетании со спектроскопией ЯМР показано, что введение объемных заместителей в мостичные СН2- группы диазабицикло-октана способствует повороту связей . (закручиванию) вокруг оси N-N*. Расширение цикла введением дополнительных метиленовых групп в мостик приводит, как установлено с помощью динамической спектроскопии ЯМР 'к и 13С , к увеличению ¡информационной подвижности систем. Причем восьмичленный цикл бензодиазабицикло-децена оказывается конформационно более жестким, чем семичленныЯ цикл бензодиазабициклононена. Это, по-видимому, связано с замет-1шм вкладом сопряжения свободных электронных пар- атомов азота с ароматическим кольцом в стабилизацию системы бензодиазабицикпо-децена. В пользу появления сопряжения при увеличении размеров цикла свидетельствует сопоставление УФ спектров ■ (батохромный сдвиг максимума поглощения у диазабициклодеценовой системы) и величин рК (небольшое пониже:ше по сравнению с диазабициклоно-неновоЛ системой 5;8Ь и 6.G соответственно).

5.2. Реакции по атомам 'азота ' Характерно!! особенностью диазабициклических систем является повышенная стеримеская доступность электронных пар- атомов азота. Н связи с :шш они српвни'гельно легко реагируют с любыми :*лектрофильимми рч-'цч-нтлук.

А.' Реакции- С■ 1,4 даяа4бйЩ1КЛ(>.2.2-;2!.чкт:»иов

Ллсклиру р-.чгччп'и .я-гко г&якмед»Яству ют с i ,4-лиазаби-

цикло[2.2.2]октаном с образованием бисчетвертичных солей. Причем синтез моночетвертичных солей требует специальных условий для остановки реакции. Введение С-заместителей, особенно акцепторных, меняет ситуацию, и скорость реакции моночетвертичных солей с алкилирующими реагентами резко падает, так что для получения бисчетвертичных солей приходится использовать достаточно жесткие условия (дпметилсульфат, повышенная температура).

Ос—Ос

5.1 а-ж

снэ

5.II

CHaCH2OCOCeHs

5.IV

сн3 5.III

5.1; 5.II; 5.III: а r = r' = н; б r = снаон, r' = н; в r = ch3ci, r'= н; г r = r'= рн; д r = соосн3, r' = н; е r - con(ch3)2, r'= н; ж r = соон, r'= н.

Весьма чувствительным к влиянию заместителя в положении 2 диаза-бициклооктана оказался такой слабый алкилиругаций реагент, как метиловый эфир бензойной кислоты, при действии которого, в основном, образуются моночетвертичные «ци. Причем, . если гидрокси-метильное и хлорметильное производные 5.16,в реагируют легко, то карбоксиметильное 5.1д с трудом, а соединение 5.1г, содержащее две фенильные группы, вообще не реагирует. На примере соединения 5.11а показано, что в использованных условиях возможно дальнейшее взаимодействие моночетвертичных солей с бензоат-анио-ном, приводящее к раскрытию диазабициклической системы с образованием пиперазина 5.IV. Положение вступления первой алкильной группы, судя по спектрам ПМР, соответствует наиболее удаленному от заместителя атому азота (положение 4). Моночетвертичные соли по этому атому азота могут быть также получены из бисчетвертичных солей действием концентрированной НВг.

В плане исследований катализа фторид ионами, действием на

соединение.'5. Ia .бромистыми алкиламк с после дующим ■ ионным -обме-

■ ном, был.синтезирован ряд ' дифто'ридов- 1;4-диалкил-1,4-диазониа-

' б5ЩШ<ло[2.2.2"]октанов (А1к= сн3, ck!i„, с.н17) .и оценена их ката- ' литич'еская активность в реакции пентафторфенОла с пентафторпири-даном. Показано,' что каталитическая . активность" ■ повышается, с ' увеличением длины алкильных заместителей И'_ превосходит . HF и' • NaF, но'заметно йжхе чем для-KP и CsF; " .,'■-'

Б. .Реакций диазабициклоалканов,.'содержащих аннелирова'нные •

. ■' ароматические циклы '. .'•'■.•.' Ашелирование/ бензольных колец- • к- системе- 1,4^диазабицикло-[2.2.2]октана приводит-к снижению' как' основности (приблизительно -.на. три порядка'на. одно кольцо),, "так и; йуклеофильности. Тем не менее при.действии . обычных алкилирующих 'реагентов: . иоди'стого метила, диметилсульфата, бромистого бензила; 'окиси- этилена и' др., эти. соединения сравнительно, легко. • дают, '.моночетвертичные ' соли. При- действии, на. -бензо1Ь]-1^4тДиазабицикло.[2.2.2']октен (5.V) брома, и йода'образуются устойчивые комплексы .состава 1:1. : ' 'Взаимодействие -соединений "этого ряда с-перекисью водорода приво.-. дат к моно- и да N-окисям,- которые выделяются-либо- в:виде- кош- -лексов с. перекисью водорода, либо-' в- форме кристаллогидратов. ■ Соли соединения 5.V с галогенводородными '.кислотами в обычных условиях 'т достаточно'стабильные соединения-,'однако при нагрева-.

■ нии в кристаллическом состоянии, претерпевают реакцию, раскрытия , -цикла '.с образованием галогенэтильных/ производных . тет'рагидрохи-ноксалина. - Легкость .раскрытия бициклич'еского-фрагмента возраста-'

■ ет'при аннелировании второго бензольного кольца, поэтому из- ди- -: .6eH3otb,e]~1,4-диазабицикло[2.2-.2]октадй'ена' (5.VI). действием-

галоидных алкилов синтезировать четвертичные'соли нельзя.■Однако

• использование' в.качестве.метилирующего"реагента' -метилперхлората .позволяет' получить достаточно стабильную моко'четвертичную соль.

' Соединение-5.V-было- использовано-в- качестве • катализатора ' в ..трйэфирном".методе химического синтеза/ олигонуклеотидов; и было

• показано, что оно, .в отличие от. пиридина, .'не' является .нуклео1

' фильным катализатором в реакциях фосфорилир>овашя, но может слу- . жить основным катализатором. . . . . .

5.3 Реакции раскрытия диазабщиклического фрагменте.

А.'Реакции-четвертичных солей с нуклеофильными рёагентгк:

/ • Реакции, идущие.'с раскрытием' диазабициктяескогЬ-.фрагмент являются -характерными для всех даазабицкклкческнх' систем. О 'некоторых' из них- -' образовании производных пипёразина при • алкил» рованик соединения 5.1а метилбензоатом, разложении • четвертичных солей гетероциклических систем-5.У и.5.VI при. нагревании, • обре-зовацш .равнове.сшх смесей • гаЛогенэтилтётрагидрохинокбайша . и бензодиазабидакла 5.V при'-кипячении последнего в конц. НВг -сказано-выше.-Бее' это давало основание рассматривать' четвертичные соли этих систбм как.потенциальные алкилируксдае реагента Специальное исследование- реакции ' '

'' 7.' ' . . к '

* * £ '

' .' • • CHjCH-K.'' .

. 5. VII а-Е '. ■ .'".'■ 5. VIII а-в

5.VII ц 5.VIII: а • к ='crt3',.0 'п = сиквсн3, в к = Р-кзяс6ииск-; Mu0CH3~i ПИПЭрИДИЕ, р- "

показало, что основный направлением' '.'является раскрытие . (отщепление остатка'r'.hs наблюдается). Кинетические -харакгсрж;-тш&: • и' актквацяоздые параметра этой роакции хоросо согласуются с механизмом. Sj-2. Заместители • в соединениях 5.VIIe-;j окзаиьзь/ суцзсгвенное вжшв на, скорость реакции.'При увзякчятж отще-■ тельного шдукщюнлого эффекта заместителя (при-пароходе. от катила к п-• ннтробензилу) скорость мо;.-,ет возрастать почтк на пор-, док. Реакционная способность чотвзригчннх солегг s.Viia-в в рзач-цккх.с нукпеофклама находится но уровне реакционной способности таких типичных влкиларукщкх реагентов, как бензкл- к п-шггообс. -

ЗКЛХЛОрИДы.

- Дополнительное аннелированке бензольного кольца к бензодпаз:. сшыклооктеновой системо 5.V резко увеличивает реакционную способность четвертичных солзй, однако реакция осложняется оглог .

r^îe'! : дха;тс1Пдяп1др<)(58на8!шовых. производных до катися-ра.з^калс.в,

T'o ife'irry сдс;пгм ■ реакционная .спсссбнссть в процессах алкях-грсва-. -я во'ррстгст.с угояичекхек числа 'ai?r:ojnipcna:-n"ix колец ( -ссодл--чняя 5.1Jà, 5»Vila и -5.1-Х ! на'4-5 гсрядков па кахдоо - бэнзааь'--:о колмю. В. случгэ четЕор'птчпои соли -5.IX сначеняя -кснстан? скорости реакц?ги\с пукяооводгэт з «,5-раз превосходят' яоястантн. - .одистого кет'ллв в еталоп-инж условиях. • ■

» pocxifeî."-С-злно^оипг-й бензо [b]-I,Д-лсазаСндало [2.2.2 ]октсг£ой • . ' о длоругольным .эфиром '..•"•• .

!юйдено, что (5ензоливзабй1!шо!ооктея..5:V лэгхо-и •количествеггко ~еагирует с хлсруголыга эфярсм, .дапея I- (2-хлсрэтл j-4-этоксэт-/арбонил-Х,2,3 И-тбтр0гидрокгао1<салян. Причем, в отлцчне от али. -¿этических третичных.аминов, в" этсм случае шжгклга способа?«! не удается • зафиксировать ''образование М-этоксшшрСснялатаонжвсЯ. . соли-, .что позволяет, считать' лимйтируядай стадией Процесса атаку :июрангидрида'по свободной' электронной паре а'тсмов азота. - Это обстоятельство, было'использовано .для оцеюсл'влияния заместителей лз бензольного кольца, на реакционную способность атомов' азота. Квантовохимический расчет 'сродства к протону ■- Proton Affinity (РА) С-згмецещшх-системы. 5.У. показал, что введение нитрогруп-ш,. за счет' -I -эффекта,- приводит.к значительному■ уменьшению PÀ, ■ а метоксигруппы' - лишь к незначительному увеличению-этого параметра.-Причем из-за низкой проводимости М-эффектов -заместителей' происходит-выравнивание сродства"к-протону нуклеофильных центров и NV- '.-■.'•' -' ■ . ;

5Ó0EL

Экспериментальные .результаты,'полученные с помощью фотометрии и, высокоэффективной.колоночной хроматографии, хорошо согласуются с . данными расчетов. Действительно,' введение нитрогрупш снижает . в . 50 раз реакционную способность атомов азота, а значения парци-. альных скоробтей.по обоим'атомам одинаковы. Математическая обработка результатов показала, наличие -линейной корреляции' между значениями, парциальных констант 'kj и. соответствующими значениями. РА." ■ . . .lnkj/= ,0.077.РА^ - 70,'. ; коэффициент корреляции' 0,95,'

'.' ' В. Перегруппировка Стивенса

. Известно,, что' моно- и бйсчётвертичные соли диазабициклооктана . 5.1 при.действии бутиЛлития в незначительной степени подвергают- ■ ся перегруппировке Стивенса .с расширением цикла, которую условно можно отнести-к реакциям раскрытия диазабициклического фрагмента. Мы синтезировали.' рядмонофенацильных производных из '. соеди-' ' нений 5.1; 5.Vтранс.-, и цис-2,3-дифенилт1,4-диаззбицикло[2;2.2]-' октанов(5.XII - и.5.XIII) и действием ' оснований .'генерировали . из- ' них'илиды. -Илиды из фенацильных производных соединений-5.1 и 5.V-' ■ оказались,достаточно стабильными и разлагались только- при', длительном, нагревании; давая.смеси.неидентифицированных продуктов и-' исходных гетероциклических систем. Транс-изомер фенацильно- . го производного 5.XII.в условиях генерирования йлида-легко-пере-.' группйровывается.с расширением цикла. ■

3S

I РЬ

I

сн,ссрь

5.XII ■ 5.XIV

Образовавшийся 2-Сензоил-З,4-дифенил-1,5-диазабицикло[3.2.2]но-нан (5.XIV) имеет трансоидное расположение всех заместителей. Сложнее протекает перегруппировка фенацкльного производного из цис-изомера 5.XIII. Из реакционной смеси выделен набор изомеров, исключая изомер с полностью цисоидным расположением' заместителей.

♦ 5.XIV

-РЬ

сн3сорь

' 5.XIII

Строение изомеров установлено методом спектроскопии ПМР с использованием двойного резонанса.■

.5.4 Реакции замещения в конденсированных бензольных кольцах

А. Электрофильное замещение Бензодиазабициклооктен 5.V из-за отсутствия сопряжения свободных. электронных пар атомов азота с ^-электронами бензольного кольца,- а также вследствие довольно высокой основности, дезактивирован к реакциям электрофильного замещения. Он не подвергается сульфохлорированию при кипячении в хлорсульфоновой кислоте и остается без изменений при нагревании до 240° в серной кислоте и олеуме. Соединение 5.У не реагирует с борфторидсм нитрония в мягких условиях, а в жестких претерпевает окислительную деструкцию. При действии на это соединение смеси азотной и серной кислот с выходом ~8% удается выделить 4'-нитроГЬ1-1,4-диазаби-цикло[2.2.2)октен (5.Х). Попытки увеличить выход соединения 5.Х не увенчались успехом.

• 5.У

Соединение 5.У хорошо галогвнирувтся при действии галогенирупцих " реагентов в олеуме приповытенной температуре.. . Гак при бромиро-вании дибромизоциануровой кислотой образуется, смесь продуктов ■бромирования с общим выходом до 93%, а при иодировании иодом -~70*. Хроматографический ¡анализ накопления Продуктов галогениро-' вания по. времени показал, что' галогввафование первоначально идет • в мета-положение относительно одного из'атомов, азота гетероцик-ла, затем.галоген вступает в слёдущее мета-положение и далее идет последовательное замещение водородов в орто-положениях.

X = Br, I

Варьированием соотношения реагентов и времени реакции удается •получить смеси галогенпроизводньк с преимущественным содержанием moho-, да- или полигалогенированного продукта. '

Б. /Литиирование

Легкодоступные электронные пары атомов азота в бензодиазабк-циклооктене 5.V координируют н-бутиллитий.и тем саьил'содействуют литинрованию соседнего с гетероатомом положения бензольного кольца. Отсутствие +М -эффекта атома азота.обеспечивает .повышенную С-Н кислотность этого положения, что такке способствует ме-таллированню. В результате реакция . н-бутиллития с. соединением 5.V протекает количественно в мягких условиях. Полученное литиевое производное легко реагирует с злектрофильныш реагентами, дазая С-замещэюше бензодиазабицкклооктена 5.У с функциональными

группами в положении 3*.

R = Вр, I, СООН, ОН, Si(CH3)3, В(ОН)а, n-CBHi3S, СНО, СНОНСаНв

Все соединения выделены с выходами 30-60%, строение.их доказано физико-химическими методами. Таким образом, лктиирование открывает универсальный путь введения заместителей в орто-полохение к . гетероатому гетероциклической системы 5.V.

Обработка З'-триметилсилильного.производного н-бутиллитием . с последующей реакцией с . триметилхлорсиланом с Хорошим выходом дает 3',6'-бис(тримётилсилйл)-бензо[Ы-1,4-диазабицикло[2.2.2]- . октен. Это показывает, что литиированием диазабщщкла 5.V, . содержащего в положении 3'' заместители, - не дезактивирующие; 6* по- ' ложение, можно получать также и. 3',6'-бис-гзамещенные. Вероятно, . данный подход к ввеДенйю заместителей окажется достаточно- общим для всех диазабицшшгческих систем, содержащих аннелированные . ароматические кольца., ' •

В. Реакции замещения, по типу конденсации Ульмана . .

Реакции ароматического нуклеофильного замещения в;ряду галоген-производных "бензодиазабициклооктенов осложнены . недостаточной активацией атомов галогена и относительно высокой нуклеофиль-ьостью атомов азота бициклического фрагмента, В результате . в ткглчных условиях нуклеофильного замещения; обычно .образуются. весьма сложные, трудноразделимые реакционные смеси. Однако замещение атомов галогена довольно гладко удается осуществить, в условиях реакции Ульмана.

В случае 4'-изомеров реакции идут с выходами ~80Ж, а в случае 3' - не превышают 40%. Эти, наблюдения были использованы для синтеза новых гетероциклических систем, содержащих фрагмент диазабк-циклооктана. ■ Реакцией,- • 4',5'-дийодбензо[Ь]-1,4-диазабицикло-(2.2.2]октена с о-фенилердиамином получены феназино[2,3-Ь]- и феказино[1;2-Ь]-1,4-диазабипикло[2^2.23октэны (Б.XIV и 5.XV).

р. =

5.ХУ1 = I, |?а = н

5.XV

общий выход ~ 30%

Соотношение изомерных гетероциююв 5.XIV и 5.XV з реакционной смеси колеблется от 3 : I до 10 : I в зависимости от качества медного катализатора. Образование изомера 5.XV позволяет предположить, что вторая стадия (стадия циклизации) протекает по механизму окислительной циклизации, характерной для 2-аминодифэнил-аминов. Дополнительное подтверждение этому было получено при исследовании продуктов реакции монойодпроизводного 5.XVI с о-фе-нилендиамином. В этом случае также образуется смесь изомерных гетероциклов 5.XIV и 5.XV с общим выходом ~25Ж. Таким образом, замещением атомов галогена в бензологах 1,4-диазабицикло-[2.2.2]октана нуклеофильными реагентами в условиях рекции Ульмана можно получать С-замещенные гетероциклы и синтезировать новые гетероциклические системы.

5.5 Реакции функциональных заместителей Конформационно жёсткие диазабициклические системы

являются

I

довольно стабильшяш то отноиешго к широкому спектру воздействий. Это значительно расширяет еозмохности синтеза различных функциональных производных, содержащих диазабициклоалкановый фрагмент. Тем более, что далеко не все функциональные заместителя способны выдергивать условия рзаквдй циклизации, приводащх к этим гетероциклическим системам.

А. Реакции С-заместителей в 1,4-диазабнцнкло[2.2.2]октаке

Кгслым гидролизом даяетиламида 1,4-дзазабицикло[2.2.2]октая--2-карбоновой кислоты, синтезированного циклизацией 2-хлорэтиль-ного производного замещенного ппперазина,. с хорошим выходом была получена соответствупцая карбоновая кислота (5.XVII), которая легко этерафицируется, давая мэтяловнй и этиловый эфярн (5.XVIII).

ры.1(ркмзор)

:ОСЯ

5.XVII к= и

5.XVIII г?=си3 или с2н5

Действием на эфяры 5.XVIII фенпллития или фениямапшйбромзда с невысоким выходом (~2бЖ) был синтезирован 2-(1,4-даазабшшкло-[2.2.2]окткл) дифеншкарбинол (5.XIX), гидрохлорид которого -"азафенкарол" - является азааналогом оригинального, отечественного, антиаллерпгческого препарата фвнкарол. В связи с этим была подробно исследована фармакологическая активность этого соединения. К сожалению, введение дополнительного атома азота в положение 4 хинуклидинового ядра фенкарола привело к снижению противоаллергической и противовоспалительной активности при увеличении токсичности и появлении седативного эффекта.

Восстановлением карбоновой кислоты 5.XVII или ее эфиров 5.XVIII литийалшинийгвдридом получено с выходом до 60% гидрокси-метильное производное 5.XX.

>

Соединение 5.XX можно синтезировать из 2-бонзилоксиметилыюго производного 5.XXI, которое легко получается циклизацией соответствующего галогеналкилпиперазина, либо деоензилированием кипячением в концентрированной НВг, либо гидрированием над Рй/С (выхода 90 и 75%).

Б. Реакции С-замещенных бензодиазабициклоалкенов

Стабильность бензологов диазабициклооктана, с учетом особенностей каждой гетероциклической системы, позволяет проводить модификацию С-заместителей как находящихся в ароматическом кольце, так и в диазабициклическом фрагменте. Например, нитробензо-диазабицкклооктен 5.Х легко восстанавливается над Рй/С, давая первичный амин 5.XXII, в аналогичных условиях 4'-бензиламино-дибензо[Ь,е]-Г,4-диазабицикло[2.2.2]октадиен претерпевает дебен-зилирование до соответствующего амина 5.XXIII. Диазотироваяие аминов 5.XXII и 5.XXIII и замещение диазогруппы на азидофункцию приводит к фотореакционноспособным ароматическим азидам 5.XXIV и 5.XXV.

1 ^оМОз/Н^ЗО^ ->

г.N0^3

5.XXII, 5.XXIII 5.XXIV, 5.XXV

5.XXII и 5.XXIV (? = с2н„; 5.ХХ1П и 5.XXV |? = 1 ,г- свн„.

Следует отметить, что как амин 5.XXIII, так и азид 5.XXV в кристаллическом состоянии являются неустойчивыми соединениями, что, вероятно, связано с повышенной реакционной способностью дибензо-диазабициклооктадиеновой системы по отношению к нуклеофилам.

Модификация заместителей в рассматриваемом ряду возможна также под действием окислителей. Так окислительное замещение остатка борной кислоты в соединении 5.XXVI действием перекиси водорода приводит к 3'-гидрокси-, а хлорной меди - к 3'-хлорпроизводным бензодиазабициклооктена.

3(сн),

5.XXVI к = сн' С|•

Окислением гидроксигруппы Оензо Ш -1,5-диазабииикло [3.2.2 'но-нен-3-ола (б.ХХУН), полученного реакцией циклизации, синтезирован бензо[Г]-1,5~диазаб1щикло[3.'2.2]нонен-3-он (XXVIII), который является типичным кетоном и дает характерные реакции как по карбонильной, так и по СН2-кислым группам.

н

-он

ДЖО

да

N

5.XXVII

НВг

' -О

Тагам образом, соединения, содержащие гетероциклическую систему диаззОйцик.тооктана, легко выдерживают кислые и щелочные обработки, гладко вступают з сютслителько-восстаковятельние реакция зокестителей, реакции с метгштсоспжтсккта реагентами, г >■■ '-.к'''¡ч'.т.рпван:'!.-' ;; '■/гс-'илирсг-ани,''. .-лг11:е.г:;рора:-г,Г|.' 'енпол;."1Г-:

в сильных кислотах с нуклеофильными анионами ( НВг, Ш) и литии-рованию при действии литийорганических соединений. Кроме того, требуется определенная осторожность при их обработке ацилируваци-ки реагентами.

6. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДИ

1. Разработаны методы синтеза ряда новых алифатических и ароматических 2-галогенэтиламинов. Полученные соединения исследованы в реакциях с биополимерами и на мутагенную активность. Показано, что синтезированные 2-гадогенэтиламины реагируют с нуклеиновыми кислотами, обладают мутагенной активностью и могут выступать в роли субстратов ферментативных систем, причем мутагенная активность однотипных соединений хорошо коррелирует с их реакционной способностью.

2. Сформулирован обей® подход к синтезу "включаемых" реагентов для мода^кащш биополимеров, заключающийся в том, что в голкфункциональнке соединения, наряду с постоянно реакционноспо-собкыш по отношению к биополимерам, вводят группы инертные в обычных условиях, но способные активироваться (т.е. включаться) при мягком, не затрагивающего биополимер, воздействии.

' а. На основе 2-хпорэтиламинов синтезированы реагенты, "включаемые" восстановлением боргидридом натрия. Реагенты используются для модификации биополимеров. С ¡и помощью в ИЦиГ СО АН СССР осуществлена направленная мутация по одному из заранее выбранных генов бактериофага TI7.

б. Синтезированы "фотовключаемые" реагенты, содержащие фотоактивные ароматические азидо- к постоянно реакционноспособные 2-хлорэткламаногруппы. С помощью этих реагентов осуществлена фотоиммобилизация ферментов, которая положена в основу способа получения бессеребряного фотографического изображения.

3. Исследованы реакции внутримолекулярной- циклизации галоген-алхиламинов с выходом нз различные азотистые гетероциклы. Найденные закономерности использованы для разработки препаративных способов синтеза новых каркасных диазабициклических систем.

4. Заложены основы химии диазабициклозлканов с атомами азота

в узловых положениях:

- разработаны способы введения функциональных заместителей;

- исследовано строение;

- оценена реакционная способность по отношению к реакциям алкилирования и реакциям, сопровождающимся раскрытием ди-аззбициклического фрагмента;

- исследованы перегруппировки (Стивенса и др.), реакции элек-трофильного замещения, взаимодействие с литийорганическиш соединениями и реакции конденсации по типу Ульмана;

- осуществлен ряд реакций модификации функциональных заместителей.

7. СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ДОКЛАДА К главе 2:

1. Коваленко С.П., Шишкин Г.В.,- Панченко В.К., Рапп Л.Б. Влияние ароматического цикла и заместителей в нем на мутагенную активность азотистых ипритов /'/ Генетика. - 1970. - Т. 6. - .'} 2.

- С. 103-109.

2. Кондратьев Ю.С., Шишкин Г.В., Гусейнов К.И., Сказронская А.Г. Влияние цианэтилышх групп и алкильных заместителей на биологическую активность р-хлорэтиламинов. Сообщение I. Мутагенное и зшактивирущее действие на штамм; Escherichia Coll, дефектные в различных этапах темкового восстановления // Генетика. - 1974. -Т. 10. - й 3. - С. 120-130.

. 3. Гусейнов Н.И., Кондратьев S3.С., Шишкин Г.В. Влияние цианэтилышх групп и алкильных заместителей на биологическую активность p-хлорэтиламинов. Сообщение II. Инактивирутее действие относительно бактериофагов PI и Т7. // Генетика. - 1974. - Т.10.

- 1С. - С. 83-92.

4. Шишкин Г.В., Белоео II.М. Авт. свид. СССР JS 516673. Способ получения Н,М-бис(ажил-2-хлорэтил)полиметилендиамиков. // Бюлл. лзобр. - [976. - № 21.

5. Гринева Н.М., Ломакина Т.е., Шишкин Г.В. ' Алкилирующие компоненты нуклеиновых кислот. IV. Уридин-5ч}юсфэмиды, содержащие остатки 2-хлорэтилам1ша и азотистого иприта. // SOX. - 1969. - Т. 39. - Вып. 3. - С. 668-676.

6. Зарытова В.Ф., Кнорре Д.Г., Курбатов В.А., Лебедев A.B., Самукэв В.В., Шишкин Г.В. Синтез алкилируюцих производных 7-амидов аденозилтрифосфорной кислоты. // Биоорг. химия. - 1975. -Т. I. - * 6. - С. 793-799.

7. Галль A.A., Иванова Т.М., Шишкин Г.В. Реагенты для направленной модификации биополимеров. V. Синтез 1-амино-3-[4-(К-2-хлорэти.ч-К-метиламино)фенилЗпропана. // Сибирский хим. журнал. - 1991. - * 4. - С. 27-31.

8. Булычев Н.В., Воробьев D.H., Галль- A.A., Кошкин A.A., Шишкин Г.В. Модификация нуклеиновых кислот реакционноспособными производными олигонуклеотидов, несущими на 5'-конце остаток азотистого иприта, ковалентно присоединенный линкерами разной длины. Ковформационная динамика реакционноспоссбной группы в комплементарных комплексах. .// Биоорг. химия. - 1991. - Т. 17.

- * 6. - С. 795-805.

К главе 3:

9. Галль A.A., Курбатов В.А., Мустаев A.A., Шишкин Г.В. Ал-килирующие реагенты для направленной модификации биополимеров. N- (п-Фэрмшфенил) -прогшлендиамииы-!, 3, содержащие N-ß-хлорэтил-аминогруппы разной реакционной способности. // Изв. СО АН СССР. Сер. хим. наук. - 1979. - Вып. 2. - * 4, - С. 99-104.

10. Салганик Р.И., Дианов Г.Л., Курбатов В.А., Шишкин Г.В., Галль A.A. Направленное воздействие на геном бактериофага Т7 с помощью транскрилта области ранних генов, несущего множественные алкилирупцие группы. // Докл. АН СССР. - 1978. - Т. 239. - * I.

- С. 217-219.

11. Салганик Р.И., Дианов Г.Л. Кокоза Е.Б., Овчинникова Л.Н., Курбатов В.А., Мустаев A.A., Галль A.A., Шишкин Г.В. Направленная модификация ДНК бактериофага Т7 в области ранних генов с помощью комплементарного РНК-транскрипта, несущего множественные алкилируюцие группы. // Мол. биология. - 1979. - Т. 13. - Вып. 3. - С. 625-632.

12. Ошевский С.И., Галль A.A., Шишкин Г.В. Получение в^инного реагента с управляемой алкилирувдей функцией алкилированием 5-тиофосфата олигонуклеотида. // Биоорг. химия. - 1983. - Т. 9. -Л 9. - С. 1265-1268.

13. Власов В.В., Галль А.А., Годовиков А.А., Зарнтова В.Ф., Кутявин И.В., Мотовилова И.П., Шишкин Г.В. Комплементарно адресованная модификация синтетического дезоксирибоолигонуклеотида производным слигонуклеотида, несущим алкилирующий реагент на 3-концевой трифосфатной группировке. // Докл. АН СССР. - 1984. - Т. 274. - С. 1244-1247.

14. Vlassov V.V., Gall A.A., Godovlkov А.А., Zarytova V.F., Kazakov S.A., Xutlavln I.V., Shlshkln G.V., Mamaev S.V. Complementary addressed modification of oligonucleotides and polynucleotides with reactive derivatives of oligonucleotides prepared by derlvatlzation with, heteroblfunctlonal reagents. // Quademi de "La rlcerca scientlilca", Roma, 1934, Vol. 113, P.'71-79.

15. ДоОриков М.И., Мустаев А.А., Шишкин Г.В. Реагенты для модификации биополимеров. Ароматические азиды, содержащие 2-хлорэтиламиногруппы. // Изв. СО АН СССР. Сер.хим. наук. - 1982.

- Вып. 4. - С. 141-148.

16. Березин И.В., Грачев М.А., Добриков М.И., Казанская Н.Ф., Мартинек Карел, Мустаев А.А., Шишкин Г.В. Абт. свид. СССР Л II9I874. - Способ получения ферментного фотографического материала и способ получения изображения на нем. // Бюлл. изобр. 1985.

- Й 42.

К главе 4:

17. Науменко И.И., Шишкин Г.В. Реакции внутримолекулярной циклизации 5-амино-4-бис(Р-хлорэтил)аминопиримидинов. // Химия гетероцикл. соедин. - 1983. - й 10. - С. I406-I4I3.

18. Шишкин Г.В.. Анисимова И.Л. Синтез 1,4-диазабицик-ло[2,2,21- октана. // Химия гетероцикл. соедин.. - 1978. - J5 4. -548-550.

19. Шишкин Г.В. Авт. свид. СССР № 5I94I6. Способ получения 2-замещенных 1,4-диазаСишклаС2.2.2¡октанов. // Бюлл. изобр. -1976. - Л 24.

20. Шишкин Г.В., Высочин В.И. Диазабициклоалканы с атомами азота в узловых положениях. 2. Синтез 1,4-диазабицикло(2.2.2]ск-тан-2-карбоновой кислоты и еб производных. // Изв. СО АН СССР. Сер. хим. наук. - 1978. - Вып. 6. - Я 14. - С. II3-II7.

21. Шишкин Г.В., Науменко И.И., Анисимова И.Л., Юдина О.Б.,

Стороженко В.Г. Диазабициклоалкаш с атомами азота в узловых положениях. 7. Синтез и конфигурация 2,3-дифенил-1,4-диазабицик-ло[2.2.2]октана. // Химия гетероцикл. соедин.. - 1982. - * I. -С. 95-100.

22. Шишкин Г.В., Злоба Г.А. Авт. сввд. СССР. - * 749835. Способ получения 2,3-дигидро-1,4-этанохиноксалинов или их солей. // Бюлл. изобр. 1980. - * 27.

23. Шишкин Г.В., Галль A.A. Диазабициклоалканы с атомами азота в узловых положениях. 3. О гетероциклической системе бензо-[вЫ,4- диазабицюсло[2.2.2]октана. // Химия гетероцикл. соедин.

- 1980. - J6 6. - С. 827-830.

24. Шишкин Г.В., Галль A.A. Диазабициклоалканы с атомами азота в узловых положениях. 4. Реакция внутримолекулярной циклизации N-(ß-X-этил)-1,2,3,4-тетрагидрохиноксалинов и поведение бен-зо[вЫ,4-диазабицикло[2.2.2]октанов в кислых средах. // Химия гетероцикл. соедин.. - 1980. - * 6. - С. 831-836.

25. Шишкин Г.В., Галль A.A., Злоба Г.А. Диазабициклоалкаш с атомами азота в узловых положениях. 6. Синтез и некоторые свойства бензо[1]-1,5-диазабициклоС4.2.21децена. // Химия гетероцикл. соедин.. - 1981. - * II. - С. 1538-1542.

26. Шишкин Г.В., Галль A.A. Диазабициклоалканы с атомами азота в узловых положениях. 9. Внутримолекулярная циклизация N-(7-бромпропил )-тетрагидрохиноксалинов в бромистоводородной кислоте. // Химия гетероцикл. соедин.. - 1983. - * 5. - С. 677-681.

27. Шишкин Г.В., Галль A.A. Диазабициклоалкаш с атомами азота в узловых положениях. 10. Реакции внутримолекулярной циклизации ß-бромэтил- и 7-бромпропил-Н,Ы-алкилен-о-фенилендиаминов. // Химия гетероцикл. соедин.. - 1983. - Л 5. - С. 682-687.

28. Кузнецова E.H., Шишкин Г.В. "Диазабициклоалканы с атомами азота в узловых положениях. 20. Синтез нафто[2,3-Ь]-1,4-ди-азабициклоС2.2.2]- октена. // Химия гетероцикл. соедин. - 1991. -

- Jt I. -С. 97-101.

29. Шишкин Г.В. Диазабициклоалканы с атомами азота в узловых положениях. II. Синтез дибензо[b,е]-I,4-диазабицикло[2.2.2]окта-диена. // Химия гетероцикл. соедин.. - 1984. - * 10. - С. 1407-I4II.

30. Сильников В.Н., Шишкин Г.В. Диазабициклоалканы с атомами

азота в узловых положениях. 14. Синтез дибензоС!',2'-Ь,е]- 1,4-лиозабицшсло;:'.Я.Я]октадиенов, содержащих третичную аминогруппу в ароматическом кольце. // Химия гетерсцикл. соедин.. - 1986. > L2. - С. !658--J 661.

31. Доронина e.G., Галль A.A. Шишкин Г.В. "Диазабициклоалканы с атомами азота в узловых положениях. 13. Исследование внутримолекулярной циклизации солей 1-(р-галогечэтил)-1,2,3,4-тетрагидро-хиноксалинил в кислых средах. // Химия гетероцикл. соедик.. -1989. - Л 3. - С. 372-373.

К главе 5:

32. Сальников Г.Е., Галль A.A., Шишкин Г.В., Маматюк В.И. Диазабициклоалканы с атомами азота в узловых положениях. 22. Кон-формационнанализ бензодиазабициклоалкенов. Итерационный метод оценки спектральных и термодинамических параметров. // Химия гетероцикл. СООДИК.. - 1991. - Я 10. - С. 1402-1407.

33. Высочин Б.И., Шишкин Г.В. Диазабициклоалканы с атомами азота в узловых положениях. 8. Влияние С-заместителей на N-метилирование 1,4-диазабицикло12.2.,?,1ок7анов и цеметилирование их бисчетвертичных солей. // Химия гетероцикл. соедин.. - 1982. - А 2. - С. 250-255. .

34. Аксенов В.В., Высочин В.М., Родионов 11.11., Шишкин Г.В. Якобсон Г.Г. Сравнительная каталитическая эффективность дифтори-дов 1,4-диалкил-1,4-диазониаб:шикло[2.2.2]октана и фторидов щелочных металлов в реакции пентафторфенола с пентафторпиридином. Известия АН СССР. Сер. хим. наук.- - 1987. - № 10. - С. 23G5-2368.

35. Зарытова В.Ф., Шишкин Г.В., Халимская Л.М., Исследование механизма химического синтеза олигонуклеотидов. XV. Роль пиридина в триэфирком методе химического синтеза олигонуклеотидов. // Био-орг. ХИМИЯ - 1981. - Т. 7. - № 6. - С.900-906.

36. Лукьянчук Н.П., Сагалаева Н.И., Соболева В.К., Шишкин Г.В.. Диазабициклоалкены с атомами азота в узловых положениях. 15. Реакции моночетвертичных солей бензо[Ь)-1,4-диазаоицикло-!2.2.2]октена с нуклеофильными реагентами. // Химия гетероцикл. соедин.. - 1987. - Я 7. С. 966-97

37. Лукьянчук Н.П., Сильчиков В.Н., Шишкин Г.В. Диазабици-

клоалканы с атомам;: азота в узловые положена . 7?. вие моночетвертичной' соли дабензоЕЬ,е)-1,4 жъьяСюу"'TS.?' октади^на с нуклео^ильными реагентами. // Xw; п-j сг- •

дин.. - 1939.' - №. 8. - С. II06-II08.

за. Галль A.A., Доронина С.О., Шишкин Г.В., Войтк;: A.A., Близнык A.A. Дгазабициклоалканы с ат-жамк кктк в у.-: -ч;х. положениях.'17. Влияние заместителей в бензо: 5 J -1,4- доззОжихл-. • [2.2.2)октене на сродство к протону и раскрыт»» гетероцккла хлор-угольным эфиром. // Химия гетероцикл. сое;:;'.?-.. - 1939. -ИЗ. -С.366-371.

39. Высочин В. л., Шихкин Г.Ь. лпаэь'-кщ: ч.оолкэны с атомам;' азота в узловых положениях. ГЛ. Пер-::'р;л::г.;; ^пнлчг- в р:;:;; замещенных 1, 4-дк?>-заб;:циклоГ?..Г..?. Зокг :hcü. '»>•;• •>",ерсч;;к,\. сое дин.. - 19оЬ. - » ь. - С. в-'4-во-.

40. 'Галль A.A., Шишкин Г.Ь. .. ■■ .-/я:.-: азота з узловых положениях. -3. о -•:a;,v, ;• г .. " . ::

1,4-диа?аЛицикло(л.2.2]октена с i;;p;К: // Химия гетероцикл. соедин.. - Ifen. - J* - С. -..

41. Галль A.A., Трачум A.C., Родажк? LJ.A.. '. \vyr.:u .'.:•.. "Диазабиипклоалканы с атомами азота ъ угсогкх к .л-.^нклх. 21.

.¡отируемоо гетероатомом лидирование бекз:;!b]-i ,4 -дк«заЯ«а;:гУк1• 12.2.2]октена введение заместителей в анвелпроьашюе (Я-нзольюс кольцо. - Химия гетероцикл. соедин.. - 1991. к 5. - с. 798-603.

42. Яхонтов Л.Н., Кутина H.H., Шишкин Г.В., Жихарева Г.П., Высочин В.И., Воробьева В.Я., Каминка М.:>., Шкчонко И.Л,, Кашке • вский М.Д. Синтез и фармакологическое изучение 4 азааяалого

' фенкарола. // Хим. ферм, журнал - 1989. - * I. - С. 30-35.

43. Шишкин Г.Ii., Ьнсочкн &.И. Диазаб/ллклоалкань с атомами азота в узловых положениях. Ь. Синтез некоторые реакции ?-оксиметил-1,4-диазабиЦ;:кло[2.2.2]октана. - // Химия гетероцикл. соедин,- 1980. - № 10. - С. 1404-1407.

44. Галль А.А, Сильникое В.К., Пушкин Г.В. Диазабицикло-алкены с атомами азота в узловых положениях. 16. Синтез и свойства бензо[Ы-1,4-диазабш[икло12.2.2]октена и дибензо[Ь,еЫ,4-ди-азабицикло[2.2.2]октадиена, содержащих первичные ароматические аминогруппы. // Химия гетероцикл. соедин.. - 1988. - № 6. - С.