Реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения парамагнитного альдонитрона - 2,2,5,5-тетраметил-3-имидазолин-3-оксид-1-оксила тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

РГб од

- 5 -с/.

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ НОВОСИБИРСКИЙ ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИШИ

На правах рукописи

Березина Татьяна Алексеевна

УДК 547.781.3:541.515

РЕАКЦИИ 1,3-ДИПОЛЯРНОГО ЦИКЛОПРИСОЩНЕНИЯ ПАРАМАГНИТНОГО АЛЬДОНИТРОНА - 2,2,5,5-ТЕТРАМЕТИЛ-3-ИМИДА30ЖН-3-0КСИД-1-ОКСИДА.

(02.00.03, органическая химия)

Автореферат Диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

НОВОСИБИРСК - 1994

Работа выполнена в Новосибиском институте органической химии Сибирского отделения Российской Академии наук

Научные руководители:

доктор химических наук, профессор Володарский Л.Б. доктор химических наук Резников В.А.

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Мороз А.А. кандидат химических наук, старший научный сотрудник Седова В.Ф.

Ведущая организация:

Институт органической химии имени Н.Д. Зелинского РАН (г.Москва)

Защита состоится "/£^^^' 1994 г. в 9 часов 15 мин. на заседании специализированного совета Д 002.42.01 при Новосибирском институте органической химии СО РАН (630090, г. Новосибирск, 90, пр. ак. Лаврентьева, 9)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского института органической химии СО РАН

Автореферат разослан

г

аэ94 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат химических наук

Т.Д. Петрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Химия нитроксильных радикалов (НР) интенсивно изучается в последние годы, что связано с большой практической значимостью этик соединений для решения различных научных задач с применением спектроскопии ЭПР. Чувствительность спектров ЭПР этих соединений к ближайшему окружению нитроксильной группы, ее подвижности и рН среди делает использование стабильных НР весьма информативным методом исследования структуры и динамики макромолекул в молекулярной биологии, биохимии, биофизике, химии полимеров. В связи с этим, разработка методов синтеза стабильных НР и изучение реакционной способности этих соединений представляется актуальной задачей.

Особое место в химии НР занимают производные имидазолина, что связано с уникальной стабильностью этого типа НР и широкими возможностями введения различных функциональных груш в состав молекулы. Наиболее перспективными синтонами функциональнозамещенных НР являются производные З-имидазолин-З-оксида, в составе молекул которых наряду с нитроксильной группой находится нитронная груша. Можно было полагать, что использование этих соединений в реакциях 1,3-диполярного циклоприсоединения позволит синтезировать различные функционально-замещенные производные стабильных НР.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью настоящей работы является изучение взаимодействия парамагнитного альдонитрона - 2,2,5,5-тетраметил-З-имидазолин-З-оксид-1-оксила в сравнении с некоторыми его диамагнитными аналогами с широким кругом диполярофилов, содержащих в составе молекулы кратные связи С=С, С=Ы или с=5, для установления круга аддендов и стереохимии реакции, а также синтеза новых гетероциклических НР, которые могли бы найти применение в молекулярной биологии и биофизике.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Впервые изучено поведение стабильного НР в реакциях 1,3-диполярного циклоприсоединения. Показано, что парамагнитный альдонитрон способен вступать в реакции циклоприсоединения в качестве 1,3-диполя с алкенами с образованием производных изоксазолидина, причем эта реакция, как правило, протекает с высокой регио- и стерео-селективностью, в случае же акрилонитрила снижается регио- и стерео-селективность реакции. Обнаружено заметное снижение селективности в случае парамагнитного альдонитрона по сравнению с диамагнитными .аналогами , которое не может быть объяснено зарядовым влиянием нитроксильной группы. Показано, что при взаимодзйствии парамагнитного альдонитрона с гетврокумуленами - изоцианатамк - образуются цикдоадцукты - производные оксэдиазолидинона, которые легко превращаются в парамагнитные аот-дины при действии нуклеофялышх агентов. В реакцию циклоприсоединения удается вводить как ароматические, так и алифатические, в том числе и

функционально-замещенные изоцианаты и диизоцианаты, что позволяет синтезировать змидины с различной величиной рК и липофильностью, содержащие дополнительные функциональные группы в составе молекулы. Эти соединения предложено использовать в качестве спиновых зондов с рН-зависимым спектром ЭПР. Показано, что взаимодействие с диизоцианатами может протекать как по одйой, так и то обеим изоцианатным группам. Реакционная способность изоцианатной группы продуктов моноциклоприсоеди-нения позволила использовать эти соединения для модификации биологических молекул. Таким образом, был синтезирован ряд спиновых рН-зондов и меток, в том числе и макромолекулярных, которые нашли применение при измерении кислотности среды в биологических микрообъектах в диапазоне от 4.5 до 7.2, что явилось основой для развития метода рН-чувствительных спиновых меток и зондов. При изучении взаимодействия парамагнитного альдонитрона с изотиоцианатами, содержащими в составе молекулы связи с=и и С=Б, найдено, что присоединение проходит исключительно по связи с=з, с образованием парамагнитного тиоамида. При окислении тиоамида Образуется бирадикал - дисульфид, который способен вступать в реакцию тиол-дасульфидаого обмена с рядом тиолов.

ПРАКТИЧЕСКОЕ.ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ. Результатом изучения реакции цикло-присоеданения парамагнитного альдонитрона и свойств образующихся цйк-лоаддуктов явилось, в частности, создание широкого круга спиновых . меток и Зондов'с рН-зависимым спектром ЭПР, многие из которых нашли применение в молекулярной биологии и биохимии. Некоторые из этих соединений являются модифицированными биогенными молекулами (холестерин, глицин). Показано, что с помощью синтезированных рН-чувствительных НР может быть получена количественная информация (константы скоростей, энергии активации, величины изотопного эффекта) для реакций протонного обмена. Некоторые из этих соединений использованы для изучения механизмов переноса протонов через модельные фосфолипидные мембраны. Синтезированный бирадикал-дисульфид оказался полезным для изучения реакций тиол-дисульфидного обмена. Использование этой реакции в биофизике и молекулярной биологии явилось весьма перспективным методом определения концентрации высоко- и низкомолекулярных тиолов в биологических объектах, включая ткани и клетки живых организмов. Показано, что парамагнитный альдонитрон может быть использован в качестве спиновой метки нового типа, которую удается вводить в состав молекулы До кратным связям С=С по схеме циклоприсоединения. Следует отметить, что применение этой реакции'имеет очевидные достоинства,' связанные с фиксацией радикального фрагмента сразу, по двум центрам,, что позволяет исключить собственное движение радикала. Результаты работы отражены в обзоре Храмцова В.В., Вайнера Л.М. Усп. химии. - 1988. - Т. ЬУИ. с. 1440-

1446 и В монографиях: Voloclarsky L.B., Reznikov V.A., Ovcharertfco V.l. Synthetic Chemistry of Stahle Nitroxid.es. Booa Raton, CRC Press. 1994. 225 p. И Khramtsov V. V., Weiner L. M. In: Imidazoline nitroxides Applications. Volodarsky L.B. (Ed) Florida. ORC Press. - 1988. - V. 2. - P. 70-73-

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались

и обсуждались на IV Всесоюзной конференции по химии азотсодержащих гетероциклических соединений (г. Новосибирск, 1987 г.), Международной конференции по нитроксильным радикалам (г. Новосибирск, 1989 г.), vin Европейском симпозиуме по органической химии (Испания, г. Барселона, 1993 г.).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 8 статей, 6 тезисов докладов на конференциях, получено авторское свидетельство.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, обзора литературных данных, трех глав общих итогов работы, главы* описания экспериментальных методик, выводов и списка цитируемой литературы (168 наименований). Работа изложена на 116 страницах машинописного текста, содержит 7 таблиц и I рисунок.

I. ЦИКЛОПРИСОЩЩНЕНИЕ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ АЛЬДОНИТРОНОВ -ПРОИЗВОДНЫХ 3-ИМИДА30ЛИН-3-0КСИДА К АЛКЕНАМ.

I.I Регио- и стерео-селективность реакции циклоприсоединения к монозамещенным алкенам.

При взаимодействии нитронов с монозамещенными алкенами, как правило, образуется смесь 5- и 4-замещенных диастереомеров, соотношение которых существенным образом зависит от стуктуры реагента, субстрата и от условий проведения реакции. Показано, что взаимодествие парамагнитного нитрона 1 с алкенами, содержащими малоакцепторные заместители -стиролом и 4-вшашшридином протекает с высокой регио- и стерео-селективностью. Во всех случаях образуются только 5-замещенные изокса-золидины 4а,Ь с транс-расположением протонов при С2 и СЗа. Увеличение акцепторное™ заместителя в молекуле amena приводит к снижению регио-и стерео-селективности реакции циклоприсоединения. Так, при взаимодействии 1 с монозамещеиными алкенами, содержаадами сильноакцепторные заместители (этилакрилат и мэтилвинилкетон), происходит снижение регио-селективности реакции и наряду с основными продуктами - 5-замещензшми изоксазолидинами 4с,d были выделены 4-региоизомеры 10c,d. При взаимодействии альдонитрона 1 с акрилонитрилом образуется смесь диастереомеров 5-региоизомера 4е и Те в соотношении 1:1 и небольшое количество

4-региоизомера 10е.

Н

ch2=ghr

х

1-3

4a-e,5a-e,6b-e 7е,8е,9е

X

X

X

10с-е,11е,12е

(a) R = CgHg, (b) R = СдН4Ы, (с) R = COgEt, (d) R=C0ile, (e) R = CN 1,4,7.10. X=0'; 2,5,8,11. X=CHg; 3,6,9,12. X=N02>

Взаимодествие диамагнитных нитронов 2 и 3 с алкенами, содержащими малоакцепторные заместители - стиролом и 4-винилпиридином, протекает с высокой регио- и стерео-селективностью. Во всех случаях образуются только 5-замещенные изоксазолидины 5а,b и ба,Ь с транс- расположением протонов при С2 и СЗа. В отличие от парамагнитного альдонитрона диамагнитные аналоги 2 и 3 реагируют с этилакрилатом и метилвинилкетоном с образованием единственного диастереомера 5-региоизомера 5с,d и 6с,d соответственно. При взаимодействии же альдонитронов 2, 3 с акрилонит-рилом образуется в основном смесь диастереомеров 5-региоизомера 5е, 8е и бе , 9е й небольшое количество 4-региоизомера 11е, 12е. Основными продуктами реакции в обоих случаях являются 5-замещенные региоизомеры 5е и бе с транс- расположением протонов при 02 и СЗа.

1.2. Реакция циклоприсоединения к дизамещенным алкенам.

Присоединение цис- и транс- 1,2-дизамещенных олефинов - диметилма-леата и диметилфумарата к З-имидазолин-З-оксидам 1 и 2 приводит к образованию циклоадцуктов 13, 14 и 15, 16 в качестве единственных выделенных продуктов реакции. Соединениям 13, 14 приписаны структуры с транс-расположением протонов в положении СЗ и СЗа изоксазолидинового цикла. Метиловый эфир олеиновой кислоты - олефин, не содержащий активирующих заместителей, вступает в реакцию 1,3-диполярного циклоприсоединения с альдонитроном 1 лишь при длительном нагревании с образованием смеси двух регио- или диастереомеров 17 и 18 (по данным ВЭЖХ).

\=СГ-

.соосн,

НэСООС'

\ .0 #

I

X 1. 2

н.,сооа соосн., г

НэСОО

НдСООС^Н

ъ

чг I

X

Н3СОО(

II СООСН3

йу^о

тг I

X

15, 16

13, 14

Х=0' 1, 13, 15; Х=СНз 1, 14, 16

В отличие от этого, присоединение радикала 1 к норборнену проходит быстро и с высоким выходом приводит к циклоаддукту 19. Литературные аналогии позволяют предположить, что присоединение имидазолиноксида 1 идет с наименее затрудненной экзо-стороны норборнена .

\

иН, „НС=СН (СН0 )„СООСНт >=С -—ф

I.

0

1

Н300С(СН2)7 н н

. с!>А 14

Н3ООС(СН2)7'

№ I.

о

17

Циклоаддукт 20, образующийся при взаимодействии алъдонитрона 1 с хлоракрилонитрилом, превращается в енаминокетон 21 в условиях кислотно-катализируемого гидролиза. Структура соединения 21 является однозначным подтверждением того, что циклоаддукт 20 является именно 5,5-дизамещенным производным изоксазолидина.

О /СИ

Г* сн0=с(

^ 431

21

2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПАРАМАГНИТНОГО АЛЬДОНИТРОНА С ИЗОЦИАНАТАМИ -МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ рН-ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ СПИНОВЫХ МЕТОК И ЗОНДОВ.

2.1. Реакция циклоприсоединения.

Ароматические изоцианаты легко реагируют с парамагнитным альдонит-роном 1 с образованием циклоаддуктов - 3-арил-4,4,6,6-тетраметил-5-окси-2-оксопергидроимидазо[1,5-ъ]-оксадиазолов-1,2,4 22. Алифатические изоцианаты менее активны в реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения. Следует отметить, что наличие электроноакцепторных группировок в молекуле алифатического изоцианата увеличивает его активность. Так, 2-хлорэтилизоцианат реагирует значительно быстрее, чем этилизоцианат.

со

О 0 0

ОСИ'

мао

I. I.

о о

23 24

(а) В. = СбН5, (Ъ) В = Д-СНдС^Нд, (с) Б = 4-С1СбНд, (й) Н = а-нафтил, (е) И = С2Н5> (Г) И = СдНд, (§) И = ^Н^, (й) й = асн^сн^, (1) и = сНзО^с^я^, ш и = сн^сня^ (к) X = (СН2)2, (1) X = (СН^д, (т) X = (СН^, (п) X = -<^~СН3

При взаимодействии альдонитрона 1 с диизоцианатами возможно образование продуктов циклоприсоединения по одной, или по обеим изоцианат-ным группам. В случае 1,2-этилдиизоцианата обе изоцианатные группы

вступают в реакцию с сопоставимой скоростью, вследствие чего выделение продукта моноциклоприсоединения затруднено. В остальных указанных на схеме примерах удается селективно проводить реакцию только по одной изоционатной груше. Введение во взаимодействие второй изоцианатной группы требует более жестких условий. Показано, что при взаимодействии 1 с толуол-2,4-диизоцианатом в качестве основного продукта происходит образование циклоаддукта 23п О 90%), протеканцее с участием прортран-ственно более доступной изоцианатной группы.

2.2. Синтез парамагнитных гетероциклических амидинов.

При выдерживании соединений 22,24 в водно-спиртовом растворе щелочи происходит расщепление оксадиазолидашового цикла с образованием замещенных гетероциклических амидинов 25,26. То обстоятельство, что в реакцию удается вводить как ароматические, так и алифатические изоциа-наты, позволяет получать амидины с различной величиной рК и липофиль-ностью, которые могут быть использованы в качестве рН-чувствительных спиновых зондов.

О 0 0

юга ш-х-ш

I. I. I. I.

0 0 0 0

25 22 24k.il 26k.ii

(а) й = С6Н5, (а) В = 4-СНзСбН4, (с) й = 4-С1СбН4, (с!) И = а-нафтил, (е) И = С2Н5, (I) И = СдНд, (ё) И = С6Н1Г (Ь) К = СЮН^Я^, (1) В = СН^Ш^С^, Ш И = СН^СНСНз

(к) X = (СН^, <П) X = -<^-СНз

Расщепление оксадиазолиданового цикла в молекуле циклоаддуктов 22 может происходить либо в результате нуклеофальной атаки по карбонильное атсму углерода (путь А), либо путем первоначального отщепления кислого протона от атома углерода б положении За (путь В). В связи с этзм, можно было полагать, что гилъоте яуклвофалы будут ускорять ревк-щпз расщепления оксадиазолидинового кольца в том случае, если она протекает по пути А и напротив, сильные основания будут ускорять реакцию, если она протекает по пути В. При изучении взаимодействия циклоаддук-

tob 22 с различными нуклеофилами и основаниями было показано, что их активность в этой реакции качественно изменяется в ряду сн^сТ > онТ RNHg > ■ SH~ > CN~ » NaH. На основании этих, данных можно полагать, что более вероятным является расщепление оксадизолидинового цикла по пути А. Ответим, что при использовании метилата натрия в метанольном растворе для расщепления циклоадцуктов 22 реакция протекает не только с высокой скоростью, но и позволяет получать различные амидины 25 с наиболее высокими выходами, достигающими 90$.

/С02

R-N' d ^ R—Ш

-со2 *

R-За

■УК

-со„

R-Ns Н+ R-NH

— W

2.3. Строение и свойства парамагнитных гетероциклических амидинов.

Несимметрично замещенные амидины существуют в растворе, как правило, в виде смеси двух таутомерных форм. Для установления положения та-утомерного равновесия и-фенилзамещенных амидинов нами было предложено использовать величину хим.сдвига шсо-атома углерода л-фенильной группы, положение которого, как оказалось, существенным образом зависит от состояния гибридизации расположенного рядом атома азота. В спектре соединения 27а сигнал этого атома углерода находится при 141.97 м.д., что может свидетельствовать о существовании этого соединения в тауто-мерной форме с эндоциклической кратной связью.

рьян ' рш рыта ры/ РЬМ

4 ^^ ^^ ^г^

1.1. I I I

о он

Л 25а В 27 28 29

27 а Ь

r

ОН СН3 NO2

В спектрах ЯМР I3C (GDG1-,) модельных амидинов 28 и 29 с фиксирован-

13,

ным положением связи C=N сигналы ипсо-атомов углерода . находятся при 145.72 и 150.31 мд соответственно, что подтверждает существование соединения 27а преимущественно в таутомерной форме с ■ эндоциклической связью C=N. Следует отметить, что в спектрах ЯМР I3C (DMSO-dg) диамагнитных амидинов 27Ь,с, содержащих в положении I гетероцикла соответственно донорную сн3 и акцепторную no2 группы, сигналы шгсо-атомов углерода фенилъной группы находятся соответственно при 141.58 и 140.36 мд, что свидетельствует о их преимущественном существовании в такой же таутомерной форме. Учитывая это обстоятельство можно полагать, что и парамагнитный амидин 25а существует в таутомерной форме А.

Показано, что при взаимодействии соединения 25h с различными нук-леофильными реагентами - Nal, NaN^, NH^, ацетатом и гидридом натрия, фталимидом калия происходит внутримолекулярное алкилирование и образуется бициклический амидин 30. Строение соединения 30 подтверждено спектром ПМР диамагнитного аналога 31, полученного восстановлением 30.

При взаимодействии амидина 25а с хлористым ацетилом образуется два изомерных ацильных производных 32а и 33а. Для ацилированных амидинов 32а и 33а не наблюдается явление ацилотропии.как это можно было ожидать, что связано, по-видимому, с пониженной нуклеофильностыо атомов азота амидиновой группировки, вызванной электроноакцепторным влиянием нитроксильной группы. При попытке восстановления соединений 32а и 33а с целью получения соответствующих диамагнитных аналогов цинком или гидроксиламином происходит дезацилирование и образуется диамагнитный амидин 27а. В условиях же каталитического гидрирования один из продуктов - 32а также образует амидин 27а, а второй (33а) - диамагнитное производное 34, которому на основании сопоставления спектра ЯМР 13С со спектрами амидинов 27-29 было приписано строение продукта ацилирования по экзоциклическому атому азота. При взаимодействии амидина 25а с хлористым бензоилом и этилхлорформиатом образуются соединения 32Ь, ЗЗЬ и 32с соответственно.

I.

О

25h

О 30

он

31

НзНН &

I.

о

НС0С1

25а

32. 33

И

I.

О 32а, Ь

I1-V

/СОИ

л

Йс

=2

т№ I.

О

ЗЗа-с

/ЮСН., РШ' 3

I

ОН 34

сн3 с6н5 с2н5о

Применение оксадиазолонового цикла в качестве защищенной амидино-вой группировки позволило использовать реакционную способность изоциа-натной группы соединения 23п в синтезе ряда рН-чувствительных спиновых меток и зондов. Так, при взаимодействии изоцианата 23п со спиртами образуются уретаны 35, которые при обработке щелочью превращаются в соответствующие амидины 36.

нон

ш^и м

й'ШОСНН

о

I иол XI II

\

И02СШ

I.

36 о

I.

о

23п

/

ЛчнЛ

I.

о

37

Н3С-

л'шосш

I.

38 0

35,36 (а) И=холе стерши (Ь) И=п-С10Н21; 37 , 38 (а) И^И^СО^е, (Ь) И1 ^СО^, (с) к1=<^>-1 (Й) к1= р\

Реакцил изоцианата 23п с аминами - 2-аминопиримидином, 4-аминоантшшрином и метиловым эфиром глицина - приводят к иочввинам 37, которые также были превращены в соответствующие амидины 38. При взаимодействии парамагнитного изоцианата 23л с крауи-эфарами, содержащими аминогруппу образуются мочевины 39а-с.Соединения 39а-с при взаимодействии с водно-спиртовым раствором НаОН образуют парамагнитные акидины

40а-с - рН-чувствительные спиновые зонды.

Ш2 И'ШСОШ шсош

т,.мгг> »/V, СНоОКа Л=(

о ^ ) -1-V -с Э

М-' Ч-' А" Ч-'

'п 'п 0 'п

39 (а) п=1 40 (а) п=1

(Ь) п=2 (Ь) п=2

Н2И Н2И

Г° ° ГНСО, ° Ча о от1 (23п) и о сг

N1^

40с

Этот же подход был применен для алифатического изоцианата 23к, при взаимодействии которого со спиртами образуются уретаны, последующая обработка которых метилатом натрия приводит к амидинам 41. Реакция изоцианата 23к с метиловым эфиром глицина приводит к производному мочевины, которое в указанных выше условиях превращается в амидин 42.

О

н'шсогш-(сн2 )2-ш оси- (сн2 )2-г нсо2ш-(сн2 )г-т

- # - - >0< I. I. I.

42 0 23к 0 41 О

И' = СИ^СХ^Н (с.) И = С^ЛЬ) И = С6Н5СН2

Некоторые амидины, полезные в качестве спиновых меток с рН-зависимым спектром ЭПР, были получены модификацией сложяоэфирной грушш в составе молекулы 221, 251. Так гидролиз 251 приводит к кислоте 43, восстановление 251 алвмогидридом лития и последующее окисление Мп02 дает спирт 44. Взаимодействие циклоаддукта 221 с

аммиаком приводит к амиду 45, восстановление которого алюмогидридом лития и последующее окисление Мп02 приводит к аминоамидину 46. Отметим, что в данном случае наряду с восстановлением амидной и нитроксильной групп происходит раскрытие изоксазолидинового кольца.

ж^са^а^шт

43

I.

О

жхсн^ш

>ь<

1 .ЫА1Н.

2.Мп0о

I.

О

44

СН302ССН2СН2№

>ь<

Шо

251

I.

О

Н2ШССН2СН2№

О

Н2и(СН2)3Ш

о

НС

46

1 .ыа1нд

I.

О

V«

2.МпО,

'2

221 45

При диазотировании амина 47 и последующем

взаимодействии соли

фоточувствительная спиновая метка. При взаимодействии амина 47 с тиофосгеном в присутствии триэтиламина гладко образуется парамагнитный изотиоцианат 49 - ацилируюцая спиновая метка по ш-группам белковых молекул.

N03

14

I.

о

49

е,О

'2\

НзО-^-ш

ж I.

о

47

48

3

4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПАРАМАГНИТНОГО АЛЬДОНИТРОНА С ДИПОЛЯРОФИЛАМИ, СОДЕРЖАЩИМИ СВЯЗЬ с=з.

Нитроны могут реагировать с изотиоцианатами как по 0=11, так и по 0=3 связям. Парамагнитный альдонитрон 1 при взаимодействии с - метил-, фенил-, Сензоил- и аллилизотиоцианатами образует тиоамид 49, что указывает на протекание реакции исключительно по с=з связи. Взаимодействие альдонитрона 1 с сероуглеродом приводит, как и следовало ожидать, к тому же тиоамиду 49. При окислении которого 12 образуется дисульфид 50.

Н 0 Б и й—Б

МГСВ Г2 \=Л,

<оз2)* * )\А

I. I. I. I.

0 О 0 0

1 49 50

1Г-5-3-1Г + В-ЭН --49 + Й'-З-Б-В

50

Бирадикал 50 способен вступать во взаимодействие с тиолами В-БН по реакции тиол-дисульфидного обмена. Спектры ЭПР исходного бирадикала и монорадикальных продуктов существенно отличаются, что позволяет детектировать это равновесие методом ЭПР. Использование этой реакции в биофизике и молекулярной биологии является весьма перспективным методом определения концентраций высоко- и низкомолекулярных тиолов в биологических объектах.

ВЫВОДЫ.

1. Показано, что реакция 1,3-диполярного циклоприсоединения парамагнитного гетероциклического альдонитрона - 2,2,5,5-тетраметил-З-ими-дазолин-З-оксид-1-оксила с монозамещенными алкенами, содержащими малоакцепторные заместители, проходит с высокой регио- и стереосе-лективностью с образованием пергидроимидазо- [1,5-Ь]изоксазолов (5-замещенных изоксазолидинов). Увеличение акцепторное™ заместителя в олефине, как правило, снижает региоселективность процесса. В случае акрилонитрила снижается регио- и стереоселективность реакции. Наличие нитроксильной группы в составе молекулы альдонитрона приводит к снижению регио- и стереоселективности реакции по сравнению с диамагнитными производными.

2. Взаимодействие парамагнитного альдонитрона с изоцианатами приводит к образованию Оициклических производных оксадиазолидина, которые

гладко превращаются.в амидины при действии нуклеофильных реагентов. Предложен но"вый подход для установления строения фенилзамещенных амидинов, основанный на величине хим. сдвига гтсо-атома углерода фенильной группы в спектре ЯМР 13С, которая оказалась весьма чувствительна к гибридизации рядом стоящего атома азота.'

3. Показано, что циклоадцукты, образующиеся при взаимодействии парамагнитного альдонитрона с диизоцианатами могут быть использованы для модификации биогенных молекул. Дальнейшее .расщепление оксадиа-золидинового цикла приводит к превращению этих соединений в рН-чувствительные спиновые зонды.

4. Синтезирован ряд новых рН-чувствительшх спиновых меток и зондов -изотиоцианат, азид, амины, спирты, краун-эфиры - путем модификации дополнительных функциональных групп в составе молекулы амидинов. Эти соединения могут использоваться и используются для получения количественной информации для реакций протонного обмена с участием нитроксильных радикалов, протекающих в биологических-системах.

5. Взаимодействие парамагнитного альдонитрона с изотиоцианатами проходит исключительно по с=з связи с образованием тиоамида - производного имидазолидина, который превращается при окислении в дисульфид

- спиновую метку нового типа. Синтез этого дисульфида послужил основой для разработки нового аналитического метода определения концентрации низко- и высокомолекулярных тиолов в биологических системах.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих

сообщениях:

1. Березина Т.А., Мартин В.В., Войнов М.А., Володарский Л.Б. Реакции I,3-диполярного циклоприсоединения альдонитронов - производных 3-имидазолин-3-оксида в синтезе стабильных нитроксильных радикалов. // Тез. докл. конференции молодых ученых. - Уфа. - 1987. - С.87.

2. Володарский Л.Б., Мартин В.В., Березина Т.А., Войнов М.А. Реакции 1,3-диполярного циклоприсоединения гетероциклических нитронов -производных 3-имидазолин-3-оксида.//Тез. докл. IV Всесоюзной конференции по химии азотсодержащих гетероциклических соединений. - Новосибирск. - 1987. - С. 105.

3. Мартин В.В..Володарский Л.Б., Войнов М.А., Березина Т.А., Лелюх Т.Ф. Реакция 1,3-диполярного циклоприсоединения нитроксильного радикала З-имидазолин-З-оксида с диполярофилами, содержащими углерод-углеродные двойные связи.//Изв. АН СССР. Сер. хим. -1988. - Л8.

- С. 1875-1882.

4. Мартин В.В., Березина Т.А., Володарский Л.Б., Храмцов В.В., Вайнер

JI.M. Производные 4-амино-3-имидазолин-1-оксила в качестве спиновых рН-зондов и способ их получения / Авт.св. СССР Л I5I2073 "ДСП".

5. Березина Т.А., Мартин В.В. Синтез рН-чувствительных спиновых меток - производных нитроксильных радикалов имидазолина.//Тез. докл. конференции молодых ученых. - Донецк. - 1989. - С. 106-107.

6. Khramtsov V.V., Elinova Y.I., Weiner L.M., Berezina Т.A., Martin Y. V., and Volodarsky L.B. Quantitative determination, of sulfhydryl groups in low- and high-mo 1 ecular weight compounds by EPR method. //Anal. Bioohera. - 1989. - Y.182. - P.58-63.

7. Berezina T.A., Martin V.V., Yoinov M.A., Volodarsky Ь.В. 1,3-Dipolar oyoloaddition reaotions of imidazoline-N-oxides in the synthesis of nitroxides. //Abstr. International conference on nitroxi-de radicals. - Новосибирск. - 1989. - 36P.

8. Weiner L.M., Khramtsov V.V., Elinova V.I., Goryunova Т.Е., Berezina T.A., Martin V.V., Volodarsky L.B. A nowel method for determining SH-groups in low- and high-molecular compounds using stable biradi-cal R-S-S-R.//ibid. - 80.

9. Березина Т.А., Мартин В.В., Володарский Л.Б., Храмцов В.В.,Вайнер Л.М. Синтез амидиновых производных нитроксильных радикалов имидазо-. лина - новой серии рН-чувствительных спиновых зондов и меток.//Биоорган. химия. - 1990.-Т.16. - С.262-269.

10. Храмцов В.В., Вайнер Л.М., Рар В.А., Березина Т.А., Мартин В.В., Володарский Л.Б. Макромолекулярные спиновые рН-зонды на основе сывороточного альбумина человека.//Биохимия. - 1990. - Т 55. - С. 1014-1017.

11. Balakirev M.Yu., Khramtsov Y.V., Berezina Т.A., Martin V.V., and Volodarsky l.B.: Synthesis of amidine derivatives of. imidazoline nitroxides. A new series of pH-sensitive probes and labels.//Synthesis. -1992. - P. 1223-1225",

12. Резников В.А., Березина Т.А., Володарский Л.Б., Лубенец Э.Г. Синтез новых спин-меченных краун-эфиров.//Изв. АН Сер. хим.. - 1993. -J6I0. - C.I770-I772.

13. Berezina Т.A., Reznikov V.A., Volodarsky L.B., Mamatyuk V.I., Ga-tilov Yu.Y. Stereochemistry of the 1,3-dipolar cycloaddition of heterocyclic aldonitrones of 3-imidazoline-3-oxides.//Abstr. Eight European symposium on organio chemistry. - Spain, Barcelona. 1993. -P.139-

14. Berezina T.A., Reznikov V.A., Volodarsky L.fe. Synthesis- and. Some Properties of Heterocyclic Amidine Derivatives of 3-Imidazoline Nitroxides.//Tetrahedron. - 1993. - V.49, №46. - P.10693-10704.

15. Резников В.А., Березина Т.А., Кирилюк И.А., Володарский Л.Б. Син-

тез новых спиновых меток на осЕове аминоарилзамещенных имидазолино-вых нитроксильных радикалов.//Изв. РАН. Сер.хим. - 1994. - ЖЗ. -С.465-469.

16. Березин», Т.А., Резников В.А., Маматюк В.И., Бутаков П.А., Гатилов Ю.В., Багрянская И.Ю., Володарский Л.Б. К вопросу о регио- и стерео-специфичности реакции 1,3-диполярного циклоприсоеданения циклических альдонитронов.//Изв. РАН. Сер. хим. - 1994. - .Кб. -С.894-898.

Формат бумаги 60x84 1/16. Объем I печ.л. Заказ Лзо Тираж 100 экз.

Отпечатано на ротапринте Новосибирского института органической химии СО РАН.

630090, Новосибирск, 90, пр. ак. Лаврентьева, 9