Реакции 1-цианазолов 1-цианопроизводных пиримидиновых оснований со спиртами и аминами алифатического и ароматического рядов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

На правах рукописи

РГ6 01

- з МАЯ 2000

БЕЛЯКОВА НАТАЛЬЯ АЛЕКСАНДРОВНА

РЕАКЦИИ 1-ЦИАНАЗОЛОВ И 1-ЦИАНОПРОИЗВОДНЫХ ШРИМИДИНОВЫХ ОСНОВАНИЙ СО СПИРТАМИ И АМИНАМИ АЛИФАТИЧЕСКОГО И АРОМАТИЧЕСКОГО РЯДОВ

02. 00. 03. - Органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученол степени кандидата химических наук

Самара - 2000

Работа выполнена на кафедре органической химии Самарского государственного университета

Научный руководитель:

доктор химических наук, профессор Пурыгин П.П.

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Моисеев И.К.

доктор химических наук, профессор Озеров A.A.

Ведущая организация:

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского

Защита диссертации состоится "Ас '12000 г. в 15 часов на

заседании диссертационного совета К 063.94.03 в Самарском государственном университете по адресу: 443011, г.Самара, ул. Академика Павлова, 1, химический факультет, ауд. 203

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского госу дарственного университета

Автореферат разослан 000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор химических наук

Г26Ч \90

Г О АО - п>"±А Г)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Химия гетероциклических соединений в на->ящее время является одной из наиболее интенсивно развивающихся об-:тей органической химии. В наибольшей степени это касается химии шов и пиримидинов, что обусловлено той значительной ролью, кото-о они играют в процессах жизнедеятельности, унося решающий вклад в санизмы наследственности, функционирования центральной нервной и щ ферментных систем. Сегодня многие производные азолов и пирими-юв - это разнообразные высокоэффективные лекарственные средства, тициды, а также основа для создания ценных "красителей и термостой-с волокон.

В связи с этим изучение химических свойств реакционноспособных ¡стратов на основе азотсодержащих гетероциклических соединений яв-тся одной из актуальных областей современной синтетической органикой химии. К числу таких реакционноспосо?пых субстратов следует [ести 1Ч-цианопроизводные азотсодержащих гегероциклов.

В настоящее время взаимодействие нитрилов алифатических и эротических карбоновых кислот, алкил- и арилциа-штов с нуклеофильными нтами изучено достаточно основательно, в то время как аналогичные кции Ы-цианопроизводных азотсодержащих гетероциклов изучены □ь частично. Достаточно подробно исследованы методы синтеза и ки-ика гидролиза 1-цианазолов. Некоторые представители этого ряда бы: успехом использованы в синтезе олигонуклеотидов, а также в качестве щенсирующих агентов в водной и органических средах при создании щной и пирофосфатной связей. В целом же химические свойства Ы-ци-золов, как и Ы-цианопроизводных азотсодержащих гетероциклических цинений, практически не изучены.

Работа выполнялась при финансовой поддержке Федеральной целе-; программы "Интеграция" (проект К1124) и программы Минобразо-ия "Фундаментальные исследования в облас?и химических техноло-" (грант по теме: "Химтехнология").

3

Цель работы заключалась в разработке метода синтеза 1-циано-производных пиримидиновых оснований, систематическом изучении взаимодействия 1-цианазолов и 1-цианопроизводных пиримидиновых оснований с О- и Ы-нуклеофилами, исследовании физико-химических и спектральных свойств впервые синтезированных соединений, а также оценке биологической активности некоторых из них.

Научная новизна. Разработан метод синтеза 1-цианопроизводных пиримидинов, основанный на взаимодействии триметилсилилпиримиди-новых оснований с бромцианом. Для обсуждения возможных направлений реакции осуществлен квантово-химический расчет молекул силилирован-ных пиримидиновых оснований.

Впервые систематически изучены реакции 1-цианазолов и 1-ци-анопроизводных пиримидинов с алифатическими и ароматическими спиртами. Установлена зависимость между кислотностью ароматического спирта и направлением реакции. Дано теоретическое объяснение направлению протекания реакции с использованием данных квантово-химических расчетов молекул 1-цианазолов. Найдена корреляция между структурой алифатического спирта и временем реакции.

Изучено поведение 1-цианазолов и 1-цианопроизводных пиримидиновых оснований в реакциях с М-нуклеофилами на примере их взаимодействия с алифатическими, ароматическими аминами и натриевыми солями азолов. Показано влияние структуры И-нуклеофила на направление реакции.

Разработан метод синтеза амидов алифатических и ароматических карбоновых кислот с использованием 1 ,Г-карбимидоилдиазолов. Проведено сравнение реакционной способности 1,Г-карбимидоилдиазолов в "активации" карбоксильной группы с аналогичными по структуре конденсирующими агентами - Ы.Ы'-карбонилдиазолами.

Определена степень токсичности 1-(0-4'-нитрофенилкарбимидо)-азолов, а также изучены лейкоцитарные реакции, развивающиеся под влиянием 1-цианобензимидазола. Для впервые полученных 1-(0-алкнл-

1л)карбимидо)азолов и 1-(ЬГ-алкил(арил)карбимидоил)азолов рассчи-а вероятность проявления различных видов биологической активности. 1ечена возможная высокая противогрибковая активность 1-(0-алкил-1л)карбимидо)азолов.

Практическая ценность работы. Разработаны препаративные методы теза ранее неизвестных 1-цианопроизводных пиримидинов, 1-(0-алкил-1л)карбимидо)азолов, 1 ,Г-карбимидоилдиазолов и 1-(М-алкил(арил)-[нокарбимидоил)азолов. Установлены физико-химические и спектро-пические характеристики более пятидесяти впервые синтезированных динений, содержащих азольные и пиримидиноьый гетероциклы.

Полученные данные по реакциям 1-цианазолов с алифатическими и матическими спиртами и аминами будут полезны для интерпретации ультатов использования 1-цианазолов в качестве конденсирующих итов при активации карбоксильной группы соединений, содержащих бодные гидрокси- и аминогруппы.

Изучен широкий спектр лейкоцитарных реакций у крыс, развиваются под влиянием 1-цианобензимидазола. Данные о токсичности 1-(0-[итрофенилкарбимидо)азолов, полученные в отношении спермы быка, ают перспективным дальнейшее изучение их биологической активности ;лыо поиска новых лекарственных препаратов.

На защиту выносятся:

- метод получения 1-цианопроизводных пиримидинов и их взаимодействие со спиртами и аминами;

- результаты изучения взаимодействия 1-цианазолов со спиртами и аминами алифатического и ароматического рядов, закономерности протекания реакций в зависимости от структуры и свойств реагирующих веществ;

- метод ацилирования ароматических аминов карбоновыми кислотами с использованием 1,1 '-карбимидоилдиазолов;

- физико-химические характеристики более пятидесяти впервые синтезированных соединений;

-данные по биологической активности 1-(0-4'-нитрофенилкарбими-до)азолов и 1-цианобензимидазола.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи и 8 тезисов докладов.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на Всероссийской конференции молодых ученых "Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии" (Саратов, 1997 г.), "Молодежной научной школе по органической химии" (Екатеринбург, 1998 г., 1999 г.), Международной научной конференции "Молодежь и химия" (Красноярск, 1999 г.), а также на ежегодных научных конференциях Самарского государственного университета.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Текст диссертации изложен на 143 страницах машинописного текста, содержит 18 таблиц, 8 рисунков, 172 литературные ссылки на работы отечественных и зарубежных авторов. В первой главе проанализированы литературные данные по методам синтеза и химическим свойствам алкил- и арилцианатов. Вторая глава посвящена обсуждению полученных результатов и данным биологических исследований. Третья глава содержит экспериментальные материалы автора.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Объекты н методы исследования

Исходными Ы-цианопроизводными азотсодержащих гетероциклов выбраны 1-цианазолы (1-цианимидазол, 1-цианобензимидазол, 2-метил-1-цианимидазол) и 1-цианопроизводные пиримидиновых оснований (1-ци-анурацил, 1-цианотимин, 1-цианоцитозин). Бромциан, 1-цианимидазол, 1-цианобе«знмидазол и 2-метил-1-цианимидазол получали по известным е литературе методикам. В качестве О-нуклеофилов взяты: алифатические спирты с различной структурой алкильного радикала - одно- и двухатом'

6

е первичные, вторичные и третичные спирты; ароматические спирты с шинной кислотностью - фенол, 1- и 2-нафтолы, 8-гидрокснхинолин, идроксибензальдегид, 4-нитрофенол и 2,4,6-тринитрофенол. В качестве 1уклеофилов выбраны доступные алифатические и ароматические ами-с различными нуклеофильными свойствами: диэтиламин, пиперидин, миноэтанол, 1-аминоадамантан, анилин, 2-мет^ланилин, 2-аминопири-1,6-аминохинолин, 2- и 3-нитроанилины.

В работе использованы методы препаративной органической химии физико-химические методы исследования органических соединений: ментный анализ, тонкослойная хроматография, рефрактометрия, ИК :ктроскопия, ЯМР 'Н и |3С спектроскопия.

Контроль за ходом реакций осуществляли методом тонкослойной жатографии на пластинах БПиГо! 1Л/-254. Окончание реакции устанав-тли по исчезновению пятна 1-цианопроизводного азотсодержащего ге-юцикла (элюент-ацетон): 1-цианимидазол - ЯГ 0.90, 2-метил-1-цианими-;ол - ЯГ 0.74, 1-цианобензимидазол - ЯГ 0.95, 1-цианурацил - ЯГ 0.82, ианотимин - ЯГ0.83, 1-цианоцитозин - ЯГО.бО.

2. Синтез 1-цианопроизводных пиримидиновых оснований

1-Цианопиримидины, благодаря наличию реакционноспособной шогруппы, могут быть использованы в синтезе ациклических аналогов леозидов, обладающих потенциальной противовирусной активностью, этой целью нами был впервые разработан метод синтеза 1-циано-шзводных пиримидиновых оснований.

1-Цианопиримидины (УП-1Х) получены при ацилировании крем-юрганнческих производных пиримидиновых оснований. В качестве ширующего агента был использован бромциан. Взаимодействие сили-)ованных пиримидиновых оснований с бромциаиом осуществлялось по дующей схеме:

N

...Л

Ме35Ю N

+ Вг—CN

бензол -Ме,БВг

УП-1Х

1У-У1

1,4-диоксан/вода -Ме^ЮН

В = Н, X = О - I. IV, VII Н = СН3,Х = 0 -11,4 VIII Я = Н, X = NN - III, VI, IX

При сравнении условий ацилирования триметилсилилпроизводных пиримидиновых оснований бромцианом было отмечено, что в случае си-лилированного цитозина процесс с успехом идет при комнатной температуре, в то время как ацилирование 2,4-бис(триметилсилилокси)урацила и 2,4-бис(триметилсилилокси)тимина проходит только при нагревании до 60° С. Вероятно, повышенная реакционная способность триметилсилилци-тозина связана с действием более электронодонорного заместителя в четвертом положении гетероцихла, способного увеличивать нуклеофильность атома азота пиримидинового кольца в реакции с бромцианом и, следовательно, увеличивать скорость реакции в целом. Для снятия триметилси-лильной группы 1-цианопроизводные триметилсилилзамещенных гетеро-циклов обрабатывали эквивалентным количеством воды в среде абсолютного 1,4-диоксана и выделяли 1-цианозамещенные пиримидиновые основания с выходами 74 - 87%.

Таким образом, нами разработан простой и удобный метод синтеза 1-цианозамещенных пиримидиновых оснований с высокими выходами.

Таблица 1

Данные ИК и ПМР спектроскопии соединений (УН-1Х)

№ ИК спектр,V, см-1 ЯМР 'Н спектр, (ДМСО-<1б), б, м.д.

С=Ы с=о

VII 2280 1740, 1710 5.92 д, 7.92 д (7.9 Гц, 2Н, С5.«-Н), 12.08 уш. с (1Н, №-Н)

/III 2285 1740,1690 1.80 с (ЗН, СНз), 7.80 с (1Н, С>-Н), 12.10 уш.с (1Н, И3-Н)

IX 2260 1680 5.98 д, 7.77 д (7.5 Гц, 2Н, С" Н), 8.12 уш. с (2Н, ЫНз)

3. Реакции 1-цнаназолов и 1-цианоп:|римидннов

с кислород- и азотсодержащим^ нуклеофилами

Известно, что алкоголиз и аминолиз нитрилов алифатических и аро-атических карболовых кислот, алкил- и арилцианатов в присутствии ки-[отно-основных катализаторов ведет к образопанию продуктов нуклео-шьного присоединения по тройной связи или, что значительно реже, к юдуктам нуклеофильного замещения. Аналогичное взаимодействие цианазолов со спиртами и аминами, как выяснилось, не проводилось во-5ще. Так как акцепторные заместители при цианогруппе увеличивают ее акционную способность в реакциях нуклеофилъного присоединения, то цианазолы и 1-цианопроизводные пиримидиновых оснований, в кото-IX цианогруппа связана с электроноакцепторным азотсодержащим гете-|Циклом, должны быть реакционноспособны в стношении спиртов, ами->в и другим нуклеофильных агентов. В связи с гтим нами изучены реак-:и 1-цианазолов и 1-цианопроизводных пиримидиновых оснований со иртами и аминами алифатического и ароматического рядов.

5.1. Взаимодействие 1-цианазолов и Ьциапопирнммдипов со спиртами 3.1.1. Реакции 1-цианазолов с ароматическими спиртами

С целью исследования взаимодействия 1-цианопроизводных имида-па, 2-метнлимидазола и бензимидазола с ароматическими спиртами и учения влияния кислотности спирта на направление реакции нами были браны спирты (1У-Х), кислотность которых варьировалась в области 0.7-10. Реакции проводили при 80° С в средс абсолютного бензола в

течение 0.2-5 ч. В ходе проведенных исследований установлено, что взаимодействие 1-цианазолов (1-Ш) с ароматическими спиртами (1У-Х) протекает по двум возможным направлениям согласно следующей схеме:

Ht—CEN + R—ОН I-III IV-X

NH

II

Ht— C-OR XI-XXVII

RO~H-Ht-CEN XXVIII-XXX

CN г— N rí^N-'^

ь £x . СХ>

N XN СН3 ^/"^N

I I I

I, XI, XIV, XVI, XIX, II, XII, XV, XVII, XX, III, XIII, XVIII, XXI, XXII, XXV, XXVIII XXIII, XXVI, XXIX XXIV, XXVII, XXX

R = фенил (IV, XI-XIII); 1-нафтил (V, XIV-XV); 8-гидроксихинолинил (VI, XVI-XVIII); 2-нафтил (VII, XIX-XXÍ); 4-формилфенил (VIII, XXII-XXIV); 4-нитрофенил (IX, XXV-XXVII); 2,4,6-тринитрофенил (X, XXVIII-XXX)

Реакции 1-цианимидазола, 2-метил-1-цианимидазола и 1-циано-бензимидазола с фенолом, 8-гидроксихинолином, 4-гидроксибензальдеги-дом, 4-нитрофенолом, а также 1- и 2-нафтолами, приводят к образованию 1-(0-арил(гетерил)карбимидо)азолам (XI-XXVII). В ходе аналогичного взаимодействия 1-цианазолов с 2,4,6-тринитрофенолом образуются четвертичные соли 1-цианазола и ароматического спирта (XXVIII-XXX).

В ИК спектрах 1-(0-арил(гетерил)карбимидо)азолов (XI-XXVII) присутствуют полосы поглощения средней интенсивности в области 3330-3240 см-' и сильной интенсивности при 1710-1690 см1, что соответствует валентным колебаниям связей =N-H и >C=N- в образованной иминогруппе. В спектрах пикратов 1-цианимидазола (XXVIII), 2-метил-1-цианимидазола (XXIX) и "1-цианобензимидазола (XXX) наблюдаются полосы поглощения цианогруппы при 2295-2255 см-1 и отсутствуют полосы, характерные для иминогруппы. На основании данных ИК спектров по структуре пикратов

•цианазолов (XXVIII- XXX) и квантово-химических расчетов молекул •цианазолов методом ММЮ показано, что при образовании пикратов ротонированию подвергается не атом азота цианогруппы, а эндоцикли-:ский атом азота гетероцикла.

Таблица 2

Выход, температура плавления и данные ПМР спектров некоторых синтезированных соединений

№ Выход % Т.пл., °С Спектр ПМР, 5, м.д.

XI 54 69.570.5 4.0 уш.с (1Н, ЫН), 7.15-7.29 м ¡'5Н, СбН5), 7.37 с, 7.68 с (2Н, С4'5-Ннм), 8.27 с (1Н, С2-Н„„)

XIII 42 80.5-82 3.17 уш.с (1Н, ЫН), 7.30-7.45 м (5Н, С6Н5), 7.53-7.63 м (2Н, С5'6-Н6е„,), 7.77 д, 8.26 д (8.8 Гц, 2Н, С^-Не™,), 8.69 с (1Н, С2"Нбснз)

XXV 80 112.0112.5 3.30 уш.с (1Н, N11), 6.72 д (9.2 Гц, 2Н, С6Н4), 6.97 с, 7.72 с (2Н, С«-Н„„), 7.90 д (9.2 Гц 2Н, С6Н4), 8.32 с (1Н, С^-Н,,«)

XXVI 65 100-101 2.52 с (ЗН, СНз), 3.03 уш.с (1Н, КН), 6.94 д (9.2 Гц, 2Н, С6Н4), 7.52 с, 8.33 с (2Н, С4 5-Н„„), 8.12 д (9.2 Гц, 2Н, С6Н4)

КХУП 47 113-114 3.33 уш. с (Ш, ЫН), 6.72 д (9.2 Гц, 2Н, С6Н4), 7.24-7.32 м (2Н, С5'6-Н6с,„), 7.58-7.66 м '211, С4-7-Нбе,„), 7.91 д (9.2 Гц, 2Н, СбН4), 8.69 с (1Н, С2-Н6с„3)

СХУШ 91 115-116 7.20 с, 8.00 с (2Н, С4 5-Н„«), Р.50 с (1Н, С2-Н„„), 8.59 с (2Н, С6Н2), 9.04 уш.с (1Н, ЫН)

XXIX 94 109.5110.5 2.55 с (ЗН, СНз), 7.15 д, 7.90 д (1.7 Гц, 2Н, С4 5-Н„„), 8.59 с (2Н, С6Н2), 9.38 уш.с (1Н, N11)

XXX 54 >110 раз. 7.54-7.61 м (2Н, С5'6-Нбснз), 7.82-7.89 м (2Н, С '-Нбс,,,), 8.58 с (211, С6Н2), 8.88 с (1Н, Сг-Нч™,), 9.54 с (1Н, 1МН)

Для объяснения направления реакций 1-инаназолоав со спиртами У-Х) нами было проведено сопоставление найденных экспериментальных ишых с показателями кислотности ароматических спиртов. Установлено, о 1-цианазолы не реагируют со слабокислыми спиртами (рКа > 10) без 1тализатора. Поэтому реакция соединений (1-ПЬ с фенолом идут только в шсутствии гидрида натрия. Увеличение кислотности спирта до рКа 7.15 шводит к облегчению процесса нуклеофильного присоединения по циа->группе с образованием 1-(0-арил(гетерил)кар5имидо)азолов. Однако льнейшее уменьшение рКа до 0.71 приводит к резкому падению нуклео-

фильности образующегося аниона и реакция нуклеофильного присоединения по цианогруппе не nport кает.

3.1.2. Реакции 1-цияназолов с алифатическими спиртами

С целью изучения влн шия структуры алифатического спирта на реакцию присоединения по цианогруппе молекул 1-цианазолов нами исследованы реакции 1 -цианимидазола (I), 1 -цианобензимидазола (II) и 2-метил-1 -цианимидазола (III) и с рядом алифатических спиртов. В качестве объектов исследования были выбраны спирты с различной структурой алкиль-ного радикала - это первичные (нормального и изостроения), вторичные и третичные спирты.

Поиск оптимальных условий проведения реакций показал, что 1-ци-аназолы (I-III) не реагируют с алифатическими спиртами в соотношении 1:1 при 80° С в среде абсолютного бензола даже в присутствии основного катализатора, поэтому, реакции вели в большом избытке спирта.

Полученные экспериментальные данные показали, что взаимодействие 1-цианазолов (I-III) с алифатическими спиртами (IV-XI) при 62-65° С в среде абсолютного спирта приводит к образованию 1-(О-алкилкарбими-до)азолов (XII-XXXII):

NH

Н1—CEN + ROH 62"65<fc » Ht—C-OR

l-lll IV-XI XII-XXXII

Ht = имидазол-1-ил (I, XII-XIX); бензимидазол-1-ил (II, XX-XXVII);

2-метилимидазол-1-ил (III, XXVIII-XXXII)

R = метил (IV, XII, XX, XXVII!); этил (V, XIII, XXI, XXIX); пропил (VI, XIV, XXII, XXX); изопрошгл (VII, XV, XXIII, XXXI); бутил (VIII, XVI, XXIV, XXXII); изобу-тил (IX, XVII, XXV); трет-Ъуит (X, XVIII, XXVI); изопентил (XI, XIX, XXVII)

Показано, что 1-цна*.азолы легко взаимодействуют с первичными cnupTaMii^IV-VI, VIII, IX, XI). В этом случае реакции проходят уже в тече-

I

ние 2-3 часов с выходом 1-(Э-алкилкарбимидо)азолов более 80%. Отмечено, что разветвления в мо/ екуле первичного спирта (IX, XI) существенно

не влияют ни на скорость реакции, ни на выход конечного продукта. Со вторичными и третичными спиртами (VII, X) 1-цианазолы реагируют в 510 раз медленнее и выходы конечных продуктов не превышают 20%. Значительное увеличение времени реакции и уменьшение выхода 1-(0-алкил-карбимидо)азолов при переходе от первичных ко вторичным и третичным спиртам, вероятно, связано со стерическими препятствиями, возникающими на стадии присоединения нуклеофильной частицы к атому углерода цианогруппы.

В ИК спектрах полученных соединений (ХИ-ХХХН) группа >С=Ы-Н проявляется при 3300-3240 и 1700-1670 см1. Их ПМР спектры содержат характерные сигналы протонов алкнльных групп и азотсодержащих гетероциклических колец. Протон образованной иминогруппы проявляется в виде уширенного синглета в области 6.19-6.31 м.д.

3.1.3. Реакции 1-цнанопроизводных пнрнмндиновых оснований с алифатическими и ароматическими спиртами

Нами была исследована возможность использования 1-цианопроиз-водных пиримидиновых оснований в синтезе ациклических аналогов природных нуклеозидов. В связи с этим изучены реакции 1-цианопиримидп-нов (1-Ш) с рядом алифатических и ароматических одноатомных и двухатомных спиртов.

Реакции 1-цианотимина, 1-цианурацила и 1-цианоцитозина с метанолом, этанолом , этнленгликолем, диэтиленгликолем, триэтиленгликолем и бутиндиолом вели в среде абсолютного спирта, с фенолом - в абсолютном 1,4-дноксане или дпметилсульфоксиде при эквимолярном соотношении реагентов.

Исследование полученных продуктов показало, что реакции 1-ци-анопиримидинов (1-Ш) с алифатическими и ароматическими спиртами приводят к снятию цианогруппы с ппримндинового основания:

Ht—CEN + R-OH -- HtH + RO-CEN

l-HI IV-X XI-XIII

Ht = тимин-1-ил (I, Х1);урацил-1-ил (II, XII); цитознн-1-ил (III, XIII)

R = CHj (IV); C2H3 (V); IIO-CH2-CII2 (VI); H0-(CH2)2-0-CH2-CH2 (VII);

H0-(CH2)2-0-(CH2)2-0-CH2-CH2 (VIII); IIO-CHrC = CH2 (IX); C6H5 (X)

Установлено, что в реакции I-цианопиримидинов (I-III) с одноатомными спиртами (IV, V, X) в отсутствии катализатора при 72 часовом кипячении образуются пиримидиновые основания (XI-XIII) с выходом 3-10 %. Взаимодействие 1-цианопиримидинов (I-III) с этиленгликолем при нагревании до 140-150° С в течение 6-10 часов приводит к природным основаниям (XI-XIII) с выходом 60-79 %. Присутствие основного катализатора ((C2H5)3N, RCTNa+) способствует количественному снятию цианогруппы с пиримидинового основания.

Таким образом, взаимодействие 1-цианопиримидинов (I-III) со спиртами приводит к продуктам замещения, а не присоединения по циано-группе как в случае 1-цианазолов.

3.2. Взаимодействие 1-цианазолов п Ьцианоппримпдппов с аминами

С целью изучения реакций 1-цианазолов и 1-цнанопроизводных пи-римидиновых оснований с N-нуклеофилами нами было исследовано их взаимодействие с различными алифатическими, ароматическими аминами и натриевыми солями азолов.

3.2.1. Реакции 1-цианазолов п Ьцианопиримидинов с алифатическими аминами

С целью изучения взаимодействия 1-цианазолов и 1-цианопроизвод-ных пнримидиновых оснований с азотсодержащими нуклеофилами нами были исследованы реакции 1-цианимидазола (I), 1-цианобензимидазола (II) и 1-цианурацила (III) с первичными и вторичными алифатическими

аминами. В качестве аминокомпоненты использовали диэтиламин. пиперидин, 2-аминоэтанол и 1-аминоадамантан.

Установлено, что в ходе реакций 1-цианопроизводных азотсодержащих гетероциклов (I-III) с аминами (IV-VII) образуются как продукты нук-леофильного присоединения по тройной связи углерод-азот, так и продукты замещения.

Взаимодействие 1-цианимидазола с аминами (IV-VII) и 1-цпано-бензимидазола с аминами (IV-VI) при нагревании в течение нескольких часов в среде абсолютного бензола или 1,4-диоксана приводит к 1-(Н-алкнл-аминокарбимидоил)азолам (VIII-XIV) с выходом 50-79%.

NH II

- Ht— C-N-R I

R'

VIII-XIV

- HtH + NEC-N-R I,

XX-XXI XV-XIX R'

№=имидазол-1-Ш1 (I, VIII-XI); бензимидазол-1-нл (II, XII-XIV, XX);

урацил-1-ил (III, XXI) R=R'=C2H5 (IV, VIII, XII, XVI); R=R'=CH2(CH2)3CII2 (V, IX, XIII, XVII); R=H, R'=HOCH2CH2 (VI, X, XIV, XVIII); R=H, К'=адамантил-1 (VII, XI, XV, XIX)

В ИК спектрах 1-(Ы-алкиламннокарбимидоил)азолов отсутствует полоса поглощения цианогруппы в области 2295-2265 см1, что свидетельствует в пользу ее участия в реакции присоединения. Вместо нее в спектрах наблюдаются полосы поглощения образовавшейся нминогруппы: валентные колебания сильной интенсивности в области 1660-1625 см-1 для >C=N-

связи и средней интенсивности при 3275-3240 см-1, характерные для N-H

У

связи. В спектрах ПМР сигнал протона иминогруппы проявляется в виде

уширенного синглета в области 4.88-5.67 м.д.

Аналогичные реакции 1-цианурацила (III) с аминами (IV-VII) и 1-ци-

анобензимидазола (II) с 1-аминоадамантаном (VII) в течение 1-2 часов

приводят к образованию N-цианамидов (XV-XIX) и высвобождению азот-

15

Ht—C=N + HN-R -►

R'

l-lll IV-VII

содержащего гетероцикла (XX, XXI). Вероятно, вследствие сильного отталкивания объемных заместителей реагирующих молекул, стабильность продуктов присоединения в этом случае понижается и их образование становится энергетически невыгодным.

3.2.2.PeaKmin 1-цианазолов с ароматическими аминами

С целыо изучения взаимодействия 1-цианазолов с ароматическими аминами нами исследованы реакции 1-цианимидазола и 1-цианобензими-дазола с различными по нуклеофильным свойствам ароматическими аминами: анилином, аминобензолами, содержащими в ароматическом кольце акцепторные и донорные заместители (2- и 3-нитроанилины, 2-метилани-лин), а также гетероциклическими ароматическими аминами (2-аминопи-ридин и 6-аминохинолин).

Реакции проводили при 60-101°С в среде абс. бензола или 1,4-ди-оксана. Установлено, что при кипячении в течение 3 часов в среде абсолютного бензола анилин вступает в реакцию с 1-цианазолами (I, II) с образованием 1-(Ы-фениламинокарбимидоил)азолов (IV - 63%, V - 86%). Реакции 1-цианазолов с 2-метиланилином, 2-аминопиридином, 6-аминохино-лином, 2- и 3-нитроанилинами не наблюдались даже при многочасовом кипячении (20-24 часа).

NH

H.-C3N + H2N-{J> H.-iU-Q

1,11 III Зч IV,V

Ht = имидазол-1-ил (I, IV); бензимидазол-1-ил (II, V)

Полученные экспериментальные данные можно объяснить предположив, что реакции 1-цианазолов с ароматическими аминами протекают как нуклеофильное присоединение по ON-связи. Известно, что скорость реакции нуклеофильного присоединения по цианогруппе алкил- и арил-цианатов зависит от основности нуклеофила и стерических факторов. Акцепторные заместители в молекулах 2- и 3-нитроанилинов, а также эндо-

циклические атомы азота в 2-аминопиридине и 6-аминохинолине понижают нуклеофильность экзоциклического атома азота и тем самым, вероятно, затрудняют процесс присоединения. В случае 2-метиланилина электро-нодонорное действие метильной группы должно ускорять реакцию нук-леофильного присоединения, однако, стерические препятствия, создаваемые заместителем в орто-положении, вероятно, мешают ее протеканию.

Таблица 3

Данные ИК и ПМР спектров соединений (IV, V)

№ ИК спектр, v, см*1 ПМР спектр, 5, м.д.

N5d2-H >C=N- ДМСО-dö

IV 3260 1690 6.54 уш.с (2Н, 2NH), 6.82-6.86 м, 7.08-7.16 м (5Н, СбН5), 6.73 с, 7.53 с, (2Н, С^-Н„м), 8.11 с (1Н, ОН,,»,)

V 3285 1660 5.50 уш.с (2Н, 2NH), 7.00-7.15 м (5Н, С6Н5), 7.33-7.43 м (2Н, С5.6-Нбенз), 7.73 д, 8.18 д (8.9 Гц, 2Н, С^-Нбп.з), 8.44 с (1Н, ОНбс,„)

3.2.3. Синтез 1,Г-карбнмидоилдназолов

Ранее было показано, что взаимодействие бромциана с Н-формой молекулы азола (1:2) в среде абсолютного апротонного растворителя приводит к образованию 1-цианопроизводного азотсодержащего гетероцнк-ла. В тоже время реакции 1,2,4-триазола и натриевых солей 4-хлор(бром)-пиразолов с бромцианом в аналогичных условиях не останавливаются на стадии 1-цианазолов, а идут дальше с образованием 1,Г-карбимндонлди-азолов. Продолжая исследования в этом направлении нами разработан метод синтеза различных 1,1 '-карбимидоилдиазолов.

Взаимодействие натриевой соли соответствующего азола с бромцианом осуществляли в среде абсолютного апротонного растворителя при комнатной температуре, а в случае с бензимидазолом при нагревании.

Исследования показали, что при обработке натрневых/солен бензи-мидазола (I), бензотрназола (II) и 1,2,4-триазола (III) бромцианом наряду с 1-цианопроизводными азолов (VII—64%, VIII-60%, IX—21%) образуются 1,Г-карбимидоилдиазолы (Х-31%, XI—35%, ХН-75%).

. «. NH

HtH HfNa Ht-C = N -Л^ Ht-H-Ht

ROH - NaBr или HfNa

I-lll IV-VI Vlt-IX X-XII

Ht = бснзимидазол-1-ил (I, IV, VII, X), бсизотриазол-1 -ил (II, V, VIII, XI), 1,2,4-триазол-1-ил (III, VI, IX, XII)

Образование 1,Г-карбимидоплдиазолов (X-XII) обусловлено тем, что на стадии получения натриевых солей азолов возникает смесь, содержащая натриевые соли (IV-VI) и 1-Н-формы гетероциклов (I-III). Соотношение продуктов реакции определяется кислотностью азола и нуклеофилыюстыо его аниона или Н-формы.

В ИК спектрах соединений (X-XII) группа >C=N-H проявляется в области 3240-3220 и 1695-1680 см-', а в спектре ЯМР |3С при 145.88 м.д.

4. Синтез апилидов карбоновых кислот с использованием 1,Г-карбимпдоилдиазолов

Реакции 1,Г-карбимидоилдиазолов (I а-б) с алифатическими и ароматическими карбоновыми кислотами (II-VII) проходили при кипячении в течение 2 часов в среде абсолютного бензола по следующей схеме:

NH 0 0

II II II

Ht-C-Ht + R-COOH -- R-C-Ht + Ht-C-NH2

Ia-б II—VII VIIIa-6-XIIIa-6 XIVa-б

Ht = имидазол-1-пл (а), 1,2,4-трмазол-1-ил (б)

R = СН3(И, VIIIa-б), н-С3Н7(111, IXa-б), h-C4H,(IV, Ха-б),

h-C15H3|(V, XIa-б), n-C|7H35(VI, ХИа-б), C6H5(VII, ХШа-б)

1-Ацилазолы (VIII а-б - XIII а-б) являются высоко реакционноспо-собными „соединениями, поэтому из раствора их не выделяли, а сразу же переводили в анилиды соответствующих карбоновых кислот (XV-XX) и в

этой форме анализировали. Выходы аннлидов карбоновых кислот достаточно высокие и составляют 62-85%.

О

О

II

- R-C-N-C,H, + HtH

м 6 5

II

R-C-Ht + CrH:-NH.

'2

б' '5

Vllla-6-XIIIa-6

XV-XX

R = CH3(XV), h-C3H7(XVI), H-C4H,(XVII), H-C^H^XVIII), H-C|7H35(XVIII),C6H5(XX)

Для доказательства образования 1-ацилазолов (VIII а-б - XIII а-б) нами были выделены азолиды этановой кислоты в реакции 1,Г-карбнми-доилдиазолов с этановой кислотой.

Таким образом, нами показано, что 1,Г-карбимидоилдиазолы могут быть использованы в качестве активирующих агентов карбоксильной группы алифатических и ароматических карбоновых кислот.

5. Исследование биологической активности полученных веществ

Изучение влияния 1-цианобензимидазола на картину белой крови показало, что данное соединение вызывает изменения в количестве и морфологии абсолютно всех групп лейкоцитов. Это позволяет характеризовать его как соединение с высокой физиологической активностью. Отсутствие таких изменений в морфологии клеток как гиперсегментация ядер нейтрофилов, образование в их цитоплазме обильной и крупной зернистости, вакуолизация цитоплазмы лейкоцитов говорит о нетоксичности 1-цианобензимидазола. Наиболее выраженной особенностью эффектов действия исследуемого вещества является активация механизмов, определяющих уровень резистентности организма. Зарегистрированная в условиях многократного применения вещества преимущественная мобилизация механизмов неспецифической адаптации непосредственно связана с проблемой повышения общей сопротивляемости организма и может служить основанием для дальнейшего направленного синтеза производных бензнмн-дазола с подобными свойствами.

Методом оценки общей острой токсичности in vitro с использованием спермы быка в качестве клеточного тест-объекта определена степень токсичности для 1-(0-4'-нитрофснш1карбимидо)азолов. Результаты исследований показали, что токсичность возрастает в следующем ряду: 1-(0-4'-нитрофенилкарбимидо)имидазол < 2-метил-1-(0-4'-нитрофенилкарбими-до)имидазол < 1-(0-4'-нитрофенилкарбимидо)бензимидазол. Выявлены концентрации, при которых 1-(0-4'-нитрофенилкарбимидо)азолы нетоксичны, следовательно, их можно рекомендовать для дальнейших биологических исследований.

В связи с этим для синтезированных нами 1-(0-алкил(арил)-карбимидо)азолов и 1-(Ы-алкил(арил)аминокарбимидоил)азолов была рассчитана вероятность проявления различных видов биологической активности с использованием программы PASS (Prediction of Activity Spectra for Substances), предоставленной Институтом биомедицинской химии РАМН (г. Москва). Результаты расчетов показали, что 1-(0-алкил-(арил)карбимидо)азолы могут проявить противогрибковую активность: Ра изменяется от 0.42 до 0.78, a Pi - от 0.004 до 0.05 где, Ра - это вероятность проявления биологической активности; Р; - вероятность непроявления биологической активности; Ра и Pj - изменяются в пределах от 0 до 1. Если 0.5< Ра <0.7, то вероятность проявления биологической активности высока; если Ра > 0.7, то данное вещество может являться аналогом известного фармацевтического препарата.

ВЫВОДЫ

I. Разработан препаративный метод синтеза 1-цианопроизводных урацила, тпмина и цитозина, основанный на взаимодействии бромциана с триметилсилилпроизводными пиримидиновых оснований. Осуществлено взаимодействие впервые полученных 1-цианопиримидинов с О- и N-нук-леофнлами, такими как одно- и двухатомные спирты алифатического и ароматического рядов, и алифатические амины. Показано, что реакции с

данными нуклеофилами протекают по путл нуклеофильного замещения с выделением пиримидинового основания.

2. Впервые систематически изучено взаимодействие 1-цианазолов с алифатическими и ароматическими спиртами. Установлено, что в ходе этих реакций идет нуклеофильное присоединение по цианогруппе с образованием 1-(0-алкил(арил)карбимидо)азолов. Обнаружены некоторые закономерности протекания реакции в зависимости от структуры и кислотности используемого спирта, а также условий их проведения. Показано, что 1-цианазолы не реагируют со слабокислыми ароматическими спиртами (рКа > 10) без катализатора, а с сильнокислыми (рКа < 0.71) - образуют четвертичные соли соответствующего 1-цианазола и ароматического спирта.

3. Найдено, что в реакциях натриевых солей 1,2,4-триазола, бензот-риазола и бензимидазола с бромцианом наряду с 1-цианопроизводными соответствующих азолов образуются 1,Г-карбимидоилдиазолы. Соотношение продуктов реакции определяется кислотностью азола и нуклео-фильностыо его аннона или Н-формы. Показана принципиальная возможность использования 1,Г-карбимидоилдиазолов в качестве активирующих агентов при ацилнровании ароматических аминов карболовыми кислотами.

4. Впервые исследовано взаимодействие 1-цианазолов с алифатическими и ароматическими аминами. Показано, что основными продуктами реакции являются 1-(Ы-алкил(арнл)амш10карбнмидонл)азолы. Отмечено влияние структуры Ы-нуклеофила на направление и возможность протекания реакций.

5. В результате экспериментальных исследований получено и охарактеризовано 55 неописанных ранее соединений, содержащие азольные и пиримидиновый гетероциклы, строение и состав которых подтверждены данными ИК, ЯМР спектроскопии и элементного анализа.

6. На основании результатов биологических исследовании определена степень токсичности ряда синтезированных 1-(0-4'-нитрофеннлкарб-

имидо)азолов. При изучении влияния 1-цианобензимидазола на картину белой крови показана его высокая физиологическая активность.

Осовное содержание работы представлено в следующих публикациях:

1. Белякова H.A., Паньков C.B., Вишняков В.В., Пурыгин П.П. Изучение реакций N-цианазолов с О-нуклеофилами. // Вестник СамГУ. 1999. №4(12). С. 99-107.

2. Пурыгин П.П., Паньков C.B., Белякова H.A. Взаимодействие натриевых солей 1,2,4-триазола и 1,2,3-бензотриазола с бромцианом.- И ЖОрХ. 1999. Т. 35. Вып. 3. С. 496.

3. Паньков C.B., Белякова H.A., Пурыгин П.П., Вишняков В.В. Взаимодействие 1-цианобензимидазола с аминами. // ЖОрХ. 2000. (в печати).

4. Пурыгин П.П., Кузьмина В.Е., Сергеева Л.И., Паньков C.B., Белякова H.A., Зарубин Ю.П. Синтез 1-цианобензимидазола и оценка его биологической активности по реакциям белой крови. // Химико-фармацевтический журнал. 2000. Т. 34. № 2. С. 11-13.

5. Белякова H.A., Паньков C.B., Пурыгин П.П. Синтез 1,Г-карбими-нобисазолов. // Тез докл. Всероссийской конференции молодых ученых "Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии". Саратов. 1997. С. 161.

6. Белякова H.A., Паньков C.B., Пурыгин П.П. Взаимодействие 1-ци-ано-2-метнлимидазола с ароматическими спиртами. // Сб. науч. трудов. Саратов. Издательство Сарат. ун-та. 1998. С. 23-24.

7. Белякова H.A., Паньков C.B. Использование 1,Г-карбимино-бисимидазола в синтезе анилидов карбоновых кислот. // Тез. докл. "Молодежной научной школы по органической химии". Екатеринбург. 1998. С.101.

8. Паньков C.B., Белякова H.A., Вишняков В.В. Синтез N-циано-производных пиримидиновых и пуриновых оснований. // Тез. докл.

Молодежной научной школы по органической химии". Екатеринбург. 999. С.28.

9. Белякова H.A., Паньков C.B., Лабазова О.Н., Вишняков В.В. Ре-кции 1-цианимидазола и 1-цианобензимидазола с алифатическими спир-ами. // Тез. докл. II Всероссийской конференции молодых ученых 'Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии". Сайтов. 1999. С. 57.

Ю.Белякова H.A., Паньков C.B., Вишняков В.В. Изучение взанмо-{ействия 2-метил-1-цианимидазола с алифатическими спиртами. // Тез. декл. Международной конференции "Молодежь и химия". Красноярск. 999. С. 45-46.

П.Вишняков В.В., Белякова H.A., Паньков C.B. Взаимодействие 1-цианоцитозина со спиртами. // Тез. докл. Международной конференции 'Молодежь и химия". Красноярск. 1999. С. 46.

12. Белякова H.A., Паньков C.B., Вишняков В.В. Взаимодействие 1-цианимидазола с аминами. // Тез. докл. "Молодежной научной школы ю органической химии". Екатеринбург. 1999. С.24.