Циклізація 1-гетарил-4-арил(алкіл)тіосемикарбазидів під дією метилйодиду та дициклогексилкарбодиіміду

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ

УДК 547.792.9 + 547.859 + 547.874 + 547.789.6

02.00.03 - органічна хімія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата хімічних наук

ЦИКЛІЗАЦІЯ 1-ГЕТАРИЛ-4-АРИЛ(АЛКІЛ)ТІОСЕМИКАРБАЗИДІВ ПІД ДІЄЮ МЕТИЛЙОДИДУ ТА ДИЦИКЛОГЕКСИЛКАРБОДИІМІДУ

Савицький Павло Володимирович

Офіційні опоненти:

доктор хімічних наук, старший науковий співробітник БАЛЬОН Ярослав Григорович, Інститут ендокринології та обміну речовин ім. В.П. Комісаренка АМН України,

завідувач лабораторії органічного синтезу і реактивів доктор хімічних наук, старший науковий співробітник СМОЛІЙ Олег Борисович, Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, завідувач відділу хімії білків та пептидів

Захист дисертації відбудеться на засіданні спеціалізованої вченої ради Д. 26.217.01 в Інституті органічної хімії НАН України (02094, Київ-94, вул. Мурманська, 5).

З дисертацією можна ознайомитися в науковій бібліотеці Інституту органічної хімії НАН України (02094, Київ-94, вул. Мурманська, 5).

Автореферат розісланий.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д. 26.217.01 доктор хімічних наук, професор Вовк М.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

синтез циклізація регіохімія

Актуальність теми. Конденсовані 1,2,4-триазоли впродовж багатьох років є об'єктами підвищеної зацікавленості хіміків-синтетиків та фармацевтів. Це, в першу чергу, обумовлено широким спектром біологічної активності, яку виявляють представники даного класу сполук. Особливе місце серед них займають похідні, що містять у своїй структурі гуанідиновий фрагмент, оскільки він володіє сильними фармакофорними властивостями завдяки імітації просторових та електронних характеристик активних центрів природних сполук.

Одним з найбільш перспективних напрямків отримання конденсованих похідних 1,2,4-триазолу є внутрішньомолекулярна циклізація 1-гетарил-4-заміщених тіосемикарбазидів під дією різних циклізуючих реагентів. Однак розроблені методи циклізації даних субстратів мають суттєві обмеження та здебільшого базуються на застосуванні токсичних і низькоселективних реагентів, які часто не забезпечують регіоспецифічності перебігу потрібного процесу. Крім того, регіохімія циклізації 1,4-заміщених тіосемикарбазидів в цілому недостатньо вивчена, що викликає суттєві складнощі при отриманні нових конденсованих гетероциклічних систем з анельованим триазольним ядром.

Оскільки пошук потенційних фізіологічно активних сполук вимагає постійної видозміни структури похідних 1,2,4-триазолу та відповідно уніфікації методології їх отримання, проблема вивчення регіохімії циклізації 1-гетарил-4-заміщених тіосемикарбазидів та розробки на базі отриманих знань нових методів циклізації є важливою та актуальною в даній області хімії гетероциклів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась в рамках бюджетної наукової теми відділу механізмів органічних реакцій Інституту органічної хімії НАН України “Гетероциклізація ненасичених амінопохідних у високоосновні поліциклічні азотовмісні сполуки” (№ держреєстрації 0106U000005).

Мета і задачі дослідження. Мета роботи полягала у систематичному дослідженні циклізацій 1-гетарил-4-арил(алкіл)тіосемикарбазидів під дією системи метилйодид - ацетат натрію та дициклогексилкарбодиіміду, яке б дозволило виявити закономірності їх перебігу.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні задачі:

- знайти оптимальні умови проведення синтезу вихідних 1-гетарил-4-арил(алкіл)тіосемикарбазидів;

- розробити препаративні методики циклізації 1-гетарил-4-арил(алкіл)тіосемикарбазидів під дією системи метилйодид - ацетат натрію та дициклогексилкарбодиіміду;

- вивчити регіохімію процесів циклізації;

- визначити вплив характеру замісників в першому та четвертому положеннях тіосемикарбазидного фрагменту на регіохімію циклізації;

- дослідити можливість перебігу каталітичного та термічного перегрупувань Дімрота для продуктів гетероциклізації 1-гетарил-4-арил(алкіл)тіосемикарбазидів;

- ідентифікувати продукти циклоутворення: встановити їх будову, склад та інші характеристики.

Об'єкт дослідження - 1-гетарил-4-арил(алкіл)тіосемикарбазиди.

Предмет дослідження - внутрішньомолекулярна циклізація 1-гетарил-4-арил(алкіл)тіосемикарбазидів під дією системи метилйодид - ацетат натрію та дициклогексилкарбодиіміду.

Методи дослідження - органічний синтез, ЯМР-спектроскопія на ядрах ¹H та ¹³C, ІЧ-спектроскопія, мас-спектрометрія, елементний аналіз, рентгеноструктурний аналіз. В ряді випадків ЯМР-спектроскопія на ядрах ¹H проводилась у присутності лантаноїдного зсуваючого реагенту Еu(ФОД)₃.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше в ролі циклізуючого реагенту для 1-гетарил-4-арил(алкіл)заміщених тіосемикарбазидів, в яких гетарильною компонентою виступають заміщені пиримідинове, триазинове та тіазольне ядра, використано систему метилйодид - ацетат натрію. Проведено порівняльний аналіз ефективності цієї електрофільної системи та дициклогексилкарбодиіміду в реакціях циклізації тіосемикарбазидів. Досліджено регіохімію процесів циклізації за участю обох вищезгаданих реагентів. За допомогою зміни електронної насиченості гетарильних фрагментів, а також варіювання алкільних та арильних залишків в четвертому положенні тіосемикарбазидного фрагменту використаних субстратів визначено їх вплив на процес циклізації. Відкриті нові скелетні перегрупування 3_аміно[1,2,4]триазоло[4,3_x]гетероциклів, що перебігають зі зміною грані анелювання гетероциклу до триазольного ядра. Знайдена нова реакція рециклізації 1_(бензотіазол-2-іл)-4-фенілтіосемикарбазиду та його заміщених по бензольному ядру похідних, яка приводить до утворення 2,2?_дитіобіс[N-(2,4-дигідро-3-тіоксо-4-арил-3H-1,2,4-триазол-5-іл)бензоламінів].

Практичне значення отриманих результатів. Запропонована оптимальна та препаративно зручна методологія отримання нових, а також відомих, 1-гетарил-4-арил(алкіл)заміщених тіосемикарбазидів із азотовмісними гетероциклічними замісниками. Для даної групи сполук розроблено регіоспецифічний метод електрофільної внутрішньомолекулярної циклізації під дією системи йодистий метил - ацетат натрію, а також вдосконалено метод циклізації тіосемикарбазидів під дією дициклогексилкарбодиіміду. Отримані нові конденсовані 3_аміно[1,2,4]триазоло[4,3-x]гетероцикли, що містять в гетероциклічній системі гуанідиновий фрагмент, частково відповідальний за притаманні даній групі сполук каталітичні та фармакофорні властивості. Досліджена можливість перебігу термічного та каталітичного перегрупувань Дімрота 3-аміно[1,2,4]триазоло[4,3_x]гетероциклів як в процесі їх отримання, так і на окремій стадії. В результаті знайдених перегрупувань отримано ряд нових 2_аміно[1,2,4]триазоло[1,5_x]гетероциклів, які є перспективними сполуками для пошуку нових біологічно активних препаратів.

Особистий внесок дисертанта. Систематизація даних літератури, основний обсяг експериментальної роботи, узагальнення отриманих результатів, аналіз спектральних досліджень та формулювання висновків дисертаційної роботи виконані особисто здобувачем. Постановка задачі та обговорення результатів проведені із науковим керівником д.х.н. В.І. Станінцем, окремих етапів роботи -разом з к.х.н. Р.І. Васькевичем. Спектральні дослідження проведені в співпраці з д.х.н. О.В. Туровим, к.х.н. В.В. Піроженком та інженером О.О. Кудрявцевим. Рентгеноструктурний аналіз здійснено у співробітництві з д.х.н. О.М. Чернегою, к.х.н. Е.Б. Русановим та інженером С.О. Бутом.

Апробація роботи. Результати роботи були представлені і доповідались на ХХХ конференції молодих вчених з органічної хімії та хімії елементорганічних сполук (м. Київ, 2004 р.), XX Українській конференції з органічної хімії, присвяченій 75-річчю з дня народження О.В. Богатського (м. Одеса, 2004 р.), Міжнародній конференції з хімії азотовмісних гетероциклів CNCH2006 (м. Харків, 2006 р.), IV Всеукраїнській конференції молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії (м. Дніпропетровськ, 2006 р.), V Міжнародній конференції з хімії азотовмісних гетероциклів, “ХАГ-2009” (м. Харків, 2009 р.)

Публікації за темою дисертації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 6 статей у фахових журналах та 5 тез доповідей на конференціях.

Структура і обсяг роботи. Дисертація викладена на 160 сторінках і складається з вступу, трьох розділів, висновку, переліку використаних джерел (204 найменувань), містить 8 рисунків, 85 схем та 27 таблиць. Перший розділ (літературний огляд) присвячений отриманню, властивостям та застосуванню конденсованих похідних 1,2,4-триазолу. В другому розділі (обговорення результатів) розглядаються циклізації 1,4-заміщених тіосемикарбазидів під дією системи метилйодид - ацетат натрію та дициклогексилкарбодиіміду, а також особливості перебігу даних процесів. Третій розділ є експериментальною частиною дисертаційної роботи.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Відомо, що 1-гетарил-4-заміщені тіосемикарбазиди завдяки наявності в їх структурі атомів азоту та сірки, є зручними вихідними сполуками для синтезу конденсованих азот- та сірковмісних гетероциклів. Особливої уваги заслуговує внутрішньомолекулярна циклізація даних субстратів, яка приводить до утворення 1,2,4-триазологетероциклів під дією різноманітних циклізуючих реагентів. В літературі описані приклади застосування для цієї мети брому, хлориду ртуті (ІІ), пероксиду нікелю, диметилсульфату, дициклогексилкарбодиіміду (ДЦГК) та інших. Проте, незважаючи на різноманіття таких реагентів їх суттєвим недоліком є токсичність та низька вибірковість, що часто не забезпечує регіоспецифічності перебігу потрібного процесу. Крім того, регіохімія процесів циклізації даних субстратів в цілому не достатньо вивчена, що викликає певні ускладнення при отриманні нових конденсованих гетероциклічних систем з анельованим триазольним ядром.

Причиною підвищеного інтересу до 1,2,4-триазологетероциклів є широкий спектр біологічної активності, що проявляють представники даного класу сполук. Описані конденсовані похідні 1,2,4-триазолу виявляють антибактеріальну, анальгетичну, протизапальну, протиракову, антигістамінну, антитоксоплазматичну та інші активності.

Подальший пошук фізіологічно активних сполук серед конденсованих похідних 1,2,4-триазолу потребує постійної відозміни їх структури та відповідно уніфікації методології їх отримання. Тому вивчення регіохімії процесів циклізації 1,4-заміщених тіосемикарбазидів і розробка на базі отриманих знань нових методів є основними задачами в даній галузі хімії гетероциклів.

Для вирішення поставлених завдань та отримання структурно споріднених аналогів описаних в літературі фізіологічно активних 1,2,4-триазологетероциклів було синтезовано ряд сполук 1, що містять у першому положенні тіосемикарбазидного фрагменту азотовмісні гетероцикли з різною р_електронною густиною, а в четвертому - арильні або алкільні замісники.

Вивчення регіохімії циклізації 1-гетарил-4-арил(алкіл)заміщених тіосемикарбазидів 1 проводили під дією системи метилйодид - ацетат натрію в етанолі та дициклогексилкарбодиіміду в толуолі або діоксані. Такий вибір циклізуючих реагентів в першу чергу обумовлений тим, що за своєю природою вони є м'якими електрофілами. Це дозволяє запобігти утворенню побічних продуктів при проведенні реакцій з поліфункціональними субстратами. Важливу роль зіграла також їх доступність та простота видалення з реакційного середовища продуктів десульфування. Окрім цього, дія названих реагентів реалізується в різних реакційних умовах: реакції з метилйодидом потребують слаболужного, а з дициклогексилкарбодиімідом - нейтрального апротонного середовища. В результаті даних реакцій очікувалось утворення сполук типу 2 або продуктів їх ізомеризації 3, а перелічені вище фактори створювали сприятливі передумови для порівняльного аналізу дії системи метил йодид - ацетат натрію та дициклогексилкарбодиіміду на 1_гетарил-4-арил(алкіл)заміщені тіосемикарбазиди.

В ролі першої групи субстратів, використаної нами для отримання амінопохідних триазолопіримідину, були обрані тіосемикарбазиди 4, для яких в літературі описана циклізація під дією дициклогексилкарбодиіміду в толуолі. Нами ж встановлено, що циклізація сполук 4 під дією метилйодиду та ацетату натрію в етанолі приводить до утворення єдиних продуктів реакції 5,7-диметил-2-R-аміно[1,2,4]триазоло[1,5-а]піримідинів 6.

Можна припустити, що на початковій стадії даної реакції відбувається утворення проміжного тіоетеру А, який потім зазнає внутрішньомолекулярну циклізацію, що супроводжується відщепленням метилмеркаптану, з утворенням триазолопіримідину 5. Останній схильний до нуклеофільної атаки основою на атом вуглецю С⁵, що приводить до розриву зв'язку N⁴-С⁵ з утворенням інтермедіата В. Завдяки вільному обертанню триазольного ядра навколо одинарного вуглець-вуглецевого зв'язку, замикання в анельовану [1,5_а] систему відбувається по більш нуклеофільному атому азоту N¹ триазольного кільця.

Вихід ариламінозаміщених сполук 6a-d значно вищий, ніж для алкіламінопохідних 6e-f, що ймовірно обумовлено більшим вкладом ароматичного радикала в делокалізацію заряду, який виникає на атомі вуглецю тіосемикарбазидного фрагмента в процесі реакції.

Рис.1. Загальний вигляд молекули сполуки 6a

В спектрах ЯМР ¹Н сполук 6 сигнал протона піримідинового ядра знаходиться в області 6.48-6.95 м.ч., протона NHAr групи в області 9.06-9.78 м.ч. та NHAlk при 5.99-7.03 м.ч. Також виявлені два синглети метильних груп при 2.51 м.ч. та 2.62-2.68 м.ч., нееквівалентність яких підтверджує утворення конденсованої біциклічної системи. При цьому, відсутні сигнали протонів у атомів N¹ та N² тіосемикарбазидного фрагменту, які спостерігалися в спектрах вихідних сполук 4 в області 8.71-9.87 м.ч. Окрім цього структура сполуки 6а однозначно була підтверджена за методом рентгеноструктурного аналізу (рис. 1).

В сполуках 4 піримідиновий замісник у положенні 1 тіосемикарбазидного фрагменту симетричний і тому не впливає на регіохімію утворення продуктів. Для вивчення впливу несиметричного замісника у вказаному положенні на структуру продуктів, що утворюються, були проведені циклізації тіосемикарбазидів 7 та 8а.

Встановлено, що при взаємодії цих сполук з метилйодидом у присутності ацетату натрію утворюються 7-метил- та 7-аміно-3-R-аміно-5-оксо-1-гідро[1,2,4]триазоло[4,3-a]піримідини 9, 10а, тобто в реакції приймає участь лише атом азоту N³ піримідинового ядра. Даний факт можна пояснити можливістю утворення в слаболужному реакційному середовищі делокалізованих аніонів типу А, в яких атом азоту N³ має значно більшу нуклеофільність в порівнянні з атомом азоту N¹ піримідинового ядра. Наявність в піримідиновому циклі сполук 9, 10а карбонільної групи, здатної до утворення водневого зв'язку з протоном аміногрупи, перешкоджає перебігу перегрупування Дімрота в умовах, що застосовуються. Це підтверджується рентгеноструктурним аналізом монокристалу сполуки 9а (рис. 2).

Рис.2. Загальний вигляд молекули сполуки 9a

При застосуванні дициклогексилкарбодиіміду, реакція анелювання триазольного ядра у тіосемикарбазиді 7а перебігає як за участю атому азоту N¹, так і N³ піримідинового ядра. При цьому утворюється суміш вищезгаданого триазолопіримідинону 9а та 5-метил-3-феніламіно[1,2,4]триазоло[4,3-a]піримідин-7(8H)-ону 11, що були виділені з реакційного середовища у співвідношенні 1:5.

Ми вважаємо, що на початковій стадії даної реакції відбувається приєднання атому сірки тіосемикарбазидного фрагмента до дициклогексилкарбодиіміду з утворенням ізотіоуреїдного інтермедіата А, з якого у подальшому генерується новий карбодиімід В та дициклогексилтіосечовина. Далі проміжна сполука В та її таутомер С зазнають внутрішньомолекулярної циклізації (перша за участю атома азоту N¹, друга - N³ піримідинового ядра), яка контролюється нуклеофільністю реакційного центру, чим і пояснюється низька регіоселективність анелювання в цілому.

В спектрах ЯМР ¹Н сполук 9, 10а відсутній сигнал протона NH-групи піримідинового ядра, який спостерігався в спектрах вихідних сполук 7 (10.31-10.34 м.ч.) та 8а (6.03 м.ч.); замість нього з'являється сигнал NH-групи триазольного ядра при 13.17-13.23 м.ч. для сполук 9 та 12.82 м.ч. для сполуки 10а. В спектрі сполуки 11 сигнал протона піримідинового ядра зберігається, але при цьому зміщується у більш слабке поле і спостерігається при 12.54 м.ч. Крім того, для пари ізомерів 9а, 11 характерною є різниця в хімічних зсувах сигналів протона ариламіногрупи. Так, для сполуки 9а синглет групи NH-Ph спостерігається при 9.43 м.ч., натомість для ізомерного триазолопіримідину 11 в області 8.29 м.ч. Така відмінність очевидно обумовлена наявністю внутрішньомолекулярного водневого зв'язку у сполуці 9а, який послаблює зв'язок протона з атомом азоту ариламіногрупи і суттєво зміщує значення сигналу даного протона в більш слабке поле у порівнянні з сполукою 11, що не має внутрішньомолекулярних водневих зв'язків.

В ІЧ спектрах сполук 9а та 11 валентні коливання карбонільної групи також мають відмінності. Сполука 9а має смугу поглинання карбонільної групи в області 1710 см^-1, а триазолопіримідин 11 - в області 1675 см^-1.

Сполуки 9-11, що містять в анельованому до триазольного кільця гетероциклі карбонільну групу, виявилися стабільними в умовах каталітичного перегрупування Дімрота. Тому доречно було дослідити можливість їх термічної ізомеризації. Нами встановлено, що при плавленні як сполуки 9а, так і її регіоізомера 11 в інтервалі температур 270-300 °С утворюється тільки 5-метил-2-феніламіно[1,2,4]триазоло[1,5_a]піримідин-7(3H)-он 12. Це пояснюється послідовною рециклізацією сполуки 11 у сполуку 9а, яка супроводжується розкриттям триазольного ядра та участю цвітер-іонних інтермедатів типу А та В. Сполука 9а при даній температурі теж не стабільна і піддається подальшій ізомеризації по механізму термічного перегрупування Дімрота.

В спектрі ЯМР ¹Н сполуки 12 спостерігається значне зміщення сигналу групи NH_Ph (9.54 м.ч.) у більш слабке поле у порівнянні з сполукою 11 (8.29 м.ч.) і практично відсутня різниця із сполукою 9а (9.43 м.ч.). В ІЧ спектрах валентні коливання карбонільної групи сполуки 9а (1710 см^-1) знаходяться у більш високочастотній області у порівнянні з ізомерними сполуками 11 (1675 см^-1) та 12 (1680 см^_1).

Наступною групою об'єктів дослідження були вибрані тіосемикарбазиди 13 та 14, що містять у положенні 1 більш р-донорний, у порівнянні з піримідиновим ядром, тієнопіримідиновий біцикл в положенні 4 якого знаходиться карбонільна група.

Це дозволило продовжити вивчення впливу оксогрупи на процеси циклізації у новій гетероциклічній системі, а також в цілому оцінити вплив електронних та стеричних факторів на процеси циклізації тіосемикарбазидів під дією метилйодиду та дициклогексилкарбодиіміду.

Нами показано, що циклізація тіосемикарбазидів 13а-с, 14а-с під дією метилйодиду та ацетату натрію в етанолі відбувається регіоспецифічно по атому азоту N³ піримідинового ядра з утворенням 3-R-аміно-1,6,7,8,9-пентагідробензо[b]тієно[3,2-e][1,2,4]триазоло[3,4-b]піримідин-5(4H)-онів 15 та 3-R-аміно-6,7-диметил-1-гідротієно[3,2-e][1,2,4]триазоло[3,4-b]піримідин-5(4H)-онів 16 лінійної будови. В той же час, слід відзначити, що 4-алкілтіосемикарбазиди 13 d,e під дією метилйодиду не циклізуються.

Спектри ЯМР ¹Н лінійних триазолотієнопіримідинонів 15, 16 суттєво відрізняються від спектрів відповідних тіосемикарбазидів 13, 14. Так, якщо в спектрах вихідних сполук 13, 14 присутні три сигнали протонів груп NH тіосемикарбазидного фрагменту в області 8.58-10.14 м.ч. і один сигнал протона піримідинового ядра в області 11.13-11.33 м.ч., то в спектрах кінцевих продуктів спостерігаються два сигнали - в інтервалі 9.43-10.00 м.ч. (протон ариламіногрупи) та 13.00-13.31 м.ч. (протон триазольного ядра).

Дія дициклогексилкарбодиіміду на сполуку 13а в діоксані приводить до утворення 1-феніламіно-6,7,8,9-тетрагідробензо[b]тієно[3,2-e][1,2,4]триазоло[4,3-a]піримідин-5(4H)-ону 17 ангулярної будови. Висока регіоспецифічність циклізації в цьому випадку пояснюється тим, що вплив тіофенового ядра стабілізує сполуку 13а в лактамній формі, в якій атом азоту N¹ піримідинового ядра є більш нуклеофільним і взаємодія реалізується тільки за його участю.

ЯМР ¹Н спектр сполуки 17 відрізняється як від спектра ізомерного йому лінійного продукту 15а так і від спектра вихідного тіосемикарбазиду 13а. При цьому найбільш характерними для ангулярного триазолотієнопіримідинону 17 є синглети протона ариламіногрупи 8.67 м.ч. та протона піримідинового ядра 12.58 м.ч.

Рис.3. Загальний вигляд молекули сполуки 21b

Для підтвердження будови сполуки 17 нами були використані тіосемикарбазиди 18, 19 з блокованим атомом N³ піримідинового ядра. Циклізації цих сполук під дією як системи метилйодид - ацетат натрію, так і дициклогексилкарбодиіміду відбувалися за участю єдиного незаміщеного атома азоту в положенні 1 піримідинового кільця з утворенням ангулярних 1_R-аміно-4-алліл-6,7,8,9-тетрагідробензо[b]тієно[3,2-e][1,2,4]триазоло[4,3-a]піримідин-5(4H)-онів 20 та 1-R-аміно-4-алліл-6,7-диметилтієно[3,2-e][1,2,4]триазоло[4,3_a]піримідин-5(4H)-онів 21, структура яких підтверджена рентгеноструктурним аналізом сполуки 21b (рис. 3).

Триазолотієнопіримідинон 20а також був отриманий реакцією сполуки 17 з алілбромідом, що підтверджує ангулярну будову останнього і участь в його утворенні саме атома азоту N¹ відповідного йому тіосемикарбазиду.

Найбільш суттєві відмінності в спектрах ЯМР ¹Н сполук 18, 19 та 20, 21, як і для вище описаних сполук, спостерігаються в сигналах NH протонів ариламіногруп. Так, в спектрах вихідних сполук 18, 19 присутні три сигнали протонів груп NH тіосемикарбазидного фрагмента в області 8.20-9.99 м.ч., тоді як в спектрах продуктів циклізації 20, 21 спостерігається лише один синглет протону ариламіногрупи в області 8.49-9.35 м.ч.

Отримані триазолотієнопіримідинони також виявилися стійкими в умовах каталітичного перегрупування Дімрота і тому поведінка деяких з них була досліджена в умовах його термічного варіанту. Так, при плавленні сполуки 17 (R=H) в інтервалі температур 270-300 °С спостерігалося утворення продукту, який виявився ідентичним отриманому нами раніше триазолотієнопіримідинону лінійної будови 15а. При цьому сполука 20а, що містить алільний замісник біля атома N³ піримідинового кільця при плавленні (215-217 °С) і подальшому нагріванні до 300 °С не піддавалась перегрупуванню.

Нагрівання отриманої сполуки 15а до 360 °С супроводжувалось її плавленням, а вище цієї температури - кристалізацією, що свідчить про проходження ізомеризації. Аналіз даних мас-спектру отриманого зразка показав, що нова сполука має ту ж молекулярну вагу, що й вихідна речовина 15а. В ЯМР ¹Н та ІЧ спектрах сполуки 15а та нового зразка спостерігались незначні відмінності, а в спектрах ЯМР ¹³С відрізнялись хімічні зсуви атома вуглецю карбонільної групи: 154.3 м.ч. 15а та 151.8 м.ч. (нової сполуки). Отримані дані дозволили зробити висновок, що нова сполука має структуру 2-феніламіно-6,7,8,9-тетрагидробензо[b]тієно[2,3_d][1,2,4]триазоло[1,5-a]піримідин-8(3H)-ону 22 і є продуктом термічного перегрупування Дімрота, який має лінійну будову, оскільки аналогічна сполука ангулярної будови не може бути отримана термічним перегрупуванням.

Наступним типом субстратів були вибрані тіосемикарбазиди 23 із заміщеним триазиновим циклом, два атоми азоту (N² и N⁴) якого можуть приймати участь у замиканні триазольного кільця при взаємодії з метилйодидом і ацетатом натрію або дициклогексилкарбодиімідом. Згідно даних ЯМР ¹Н спектрів сполук 23 в триазиновому ядрі досліджуваних тіосемикарбазидів протон знаходиться біля атома азоту N², чому відповідає хімічний зсув в області 12.59-12.64 м.ч. В ЯМР ¹³С спектрі сполуки 23а атом С⁵ характеризується хімічним зсувом при 160.15 м.ч., а в ІЧ спектрах всіх тіосемикарбазидів 23 валентні коливання карбонільної групи проявляються в області 1600-1640 см^_1, що підтверджує sp²-гибридний стан атома азоту N⁴. На основі цих даних можна було очікувати кардинально іншої регіохімії циклізації сполук 23 у порівнянні з вже описаними реакціями тіосемикарбазидів з метилйодидом та дициклогексилкарбодиімідом.

Рис.4. Загальний вигляд молекули сполуки 24a

Встановлено, що в результаті взаємодії тіосемикарбазидів 23 з метилйодидом та ацетатом натрію в етанолі утворюються 6_метил-3-ариламіно[1,2,4]триазоло[4,3_b][1,2,4]триазин-7(1Н)-они 24. Однією з їх відмінностей від триазолопіримідинонів є локалізація протона у триазольному, а не триазиновому ядрі. Будова триазолотриазинону 24а підтверджена рентгеноструктурним методом (рис. 4).

По іншому відбувається циклізація сполук 23 з дициклогексилкарбодиімідом в толуолі. В цьому випадку триазолотриазинони 24 були отримані лише з виходами 5-12%. Основні продукти реакції, виділені з виходами 66-73%, мають структуру 6_метил-3-ариламіно[1,2,4]триазоло[3,4-c][1,2,4]триазин-5(1H)-онів 25.

В спектрі ЯМР ¹³С сполуки 24а хімічний зсув атома С⁷ триазолотриазинової системи становить 160.55 м.ч., а для сполуки 25а хімічний зсув атома С⁵ спостерігається у більш сильному полі при 153.02 м.ч. Це дає підстави стверджувати, що атом N⁴ триазолотриазину 25а знаходиться у sp³-гібридизованому стані.

В спектрах ЯМР ¹Н сполук 25 синглет протона групи NH-Ar фіксується при 8.61-9.25 м.ч., а протона триазольного ядра при 13.53-13.72 м.ч. Для триазолотриазинів 24 синглет групи NH-Ar знаходиться при 9.55-10.21 м.ч., а протон триазольного ядра в області 13.17-13.29 м.ч.

Сполуки 25 при температурі 262-272 °С, а також при нагріванні з ацетатом натрію в етанолі зазнають перегрупування Дімрота з утворенням 3-метил-7-R-аміно[1,2,4]триазоло[5,1-c][1,2,4]триазин-4(8H)-онів 26. Триазолотриазинони 24 менш схильні до ізомеризації, однак при плавленні сполуки 24а також спостерігалося часткове утворення триазолотриазинону 26а з виходом 10-15%. Подальше нагрівання зразка сполуки 24а вище 315 °С супроводжувалося його розкладом.

Хімічний зсув сигналу групи NH_Ph сполуки 26а (9.84 м.ч.) в спектрі ЯМР ¹Н зміщений у більш слабке поле у порівнянні з аналогічним сигналом сполуки 25 (8.78 м.ч.) та мало відрізняється за величиною зсуву від відповідного сигналу сполуки 24 (9.74 м.ч.). В ІЧ спектрах величина валентних коливань карбонільної групи сполуки 26а (1690 см^_1) значно відрізняється від такої для сполуки 24а (1600 см^-1) та мало від значення валентних коливань карбонільної групи сполуки 25 (1700 см^-1). Така ж аналогія простежується і для сполук 24b-c, 25b-c, 26b-c.

Для подальшого дослідження реакцій гетарилтіосемикарбазидів з метилйодидом в присутності ацетату натрію та дициклогексилкарбодиімідом були вибрані тіосемикарбазиди 27 із трициклічною триазиноіндольною системою, яка містить два атоми азоту придатних для циклоутворення. Проте на відміну від сполук 23 тіосемикарбазиди 27 не містять в триазиновому циклі карбонільної групи, що перешкоджає перебігу перегрупування Дімрота. Разом з тим, угруповання N¹=N²-C³=N⁴, зв'язане з тіосемикарбазидним фрагментом за допомогою атома вуглецю С³, залишається спільним для обох систем. Оскільки індольний біцикл має значно більший електронодонорний вплив на триазольне ядро у порівнянні з метильною групою сполук 25, регіохімія даних субстратів не могла бути однозначно прогнозована на підставі вищеописаних даних і потребувала проведення відповідних експериментів.

В ході вивчення даних реакцій було виявлено, що циклізація сполук 27 під дією як метилйодиду в присутності ацетату натрію, так і дициклогексилкарбодиіміду, здійснюється по атому N⁴ триазинового ядра. Таким чином, в обох випадках утворюються ангулярні R-аміно-10-гідро[1,2,4]триазоло[3,4_c]індоло[2,3-e][1,2,4]триазини 28, що можна пояснити р_донорним ефектом індольного біоциклу, який приводить до підвищення нуклеофільності атома N¹ триазинового циклу, за участю якого і відбувається циклізація.

Спектри ЯМР ¹Н продуктів 28 суттєво відрізняються від спектрів відповідних тіосемикарбазидів 27. На відміну від спектрів сполук 27, в яких присутні три сигнали протонів груп NH тіосемикарбазидного фрагменту в області 9.60-10.11 м.ч., в спектрах продуктів циклізації ангулярної будови 28 спостерігається тільки один синглет протона ариламіногрупи в області 9.41-10.18 м.ч.

Для дослідження впливу р-надлишкового гетероциклу у положенні 1 тіосемикарбазидного фрагмента на процес циклізації ми використали тіосемикарбазид 29. Реакція останнього з метилйодидом та ацетатом натрію в етанолі не приводить до утворення конденсованого продукту, як в описаних раніше прикладах. Замість нього утворюється суміш син- та анти-S-метилізотіосемикарбазидів 30, 31, стійких до дії ацетату натрію, які для подальшої циклізації потребують застосування більш сильної основи, наприклад, третичних амінів. Нагрівання виділеної суміші S-метилізотіосемикарбазидів 30, 31 з триетиламіном, як і використання останнього замість ацетату натрію в реакції тіосемикарбазиду 29 з метилйодидом, приводить до утворення очікуваного 6_карбетоксіетил-5-метил-3-феніламінотіазоло[2,3-c]триазолу 32. В разі дициклогексилкарбодиіміду його реакція із тіосемикарбазидом 29 у толуолі проходить без ускладнень і також приводить до сполуки 32.

Рис.5. Загальний вигляд молекули сполуки 35b

Спроби синтезувати тіосемикарбазид 34 та його аналоги взаємодією гідразину 33 з відповідними арилізотіоцианатами в етанолі привели до утворення дисульфідів 35 замість очікуваних тіосемикарбазидів, що підтверджується рентгеноструктурним аналізом сполуки 35b (рис. 5). Сполука 34 була отримана при нагріванні 2_гідразинобензтіазолу 33 з фенілізотіоцианатом у розчині бензолу.

Тіосемикарбазид 34 при взаємодії з метилйодидом та ацетатом натрію в етанолі дає сполуку 36, що відрізняє його від усіх вищерозглянутих тіосемикарбазидів, які в аналогічних реакціях перетворюються на похідні 1,2,4-триазолу. Натомість сполука 34 реагує з дициклогексилкарбодиімідом у толуолі з утворенням 3-феніламіно-1,2,4-триазоло[3,4-b][1,3]бензотіазолу 37, що підтверджується наявністю у його спектрі ЯМР ¹Н сигналу синглета протона феніламіногрупи при 9.13 м.ч.

ВИСНОВКИ

1. Встановлено, що напрямок циклізації 1-гетарил-4-арил(алкіл)тіосемикарбазидів, в яких гетероциклічний фрагмент містить два нееквівалентні атоми азоту в б-положенні до тіосемикарбазидного фрагменту, залежить як від їх нуклеофільності, так і від характеру циклізуючих реагентів. Різниця в нуклеофільності і просторовій доступності гетероциклічних атомів азоту визначає більш вигідний напрямок циклізації.

2. Використання в ролі циклізуючого реагенту системи метилйодид - ацетат натрію створює сприятливі умови для регіоспецифічного циклоутворення, а застосування дициклогексилкарбодиіміду, як правило, супроводжується втратою регіоспецифічності процесу циклізації і може приводити до утворення як одного, так і декількох продуктів.

3. Виявлено, що замісники в положенні 4 тіосемикарбазидів впливають на їх здатність до циклізації з утворенням анельованого триазольного ядра. Тіосемикарбазиди із арильними заміснимаки є зручними вихідними сполуками для синтезу конденсованих похідних 1,2,4_триазолу. Натомість тіосемикарбазиди, які містять алкільні залишки, важко вступають в реакції циклізації.

4. Знайдена нова реакція рециклізації 1_(бензтіазол-2-іл)-4-фенілтіосемикарбазиду та його заміщених по бензольному ядру похідних, яка приводить до 2,2?_дитіобіс[N-(2,4-дигідро-3-тіоксо-4-арил-3H-1,2,4-триазол-5-іл)бензоламінів].

5. Для отриманих [1,2,4]триазоло[4,3-a]піримідинів, тієно[3,2-e][1,2,4]триазоло[3,4-b]піримідинів, тієно[3,2-e][1,2,4]триазоло[4,3-a]піримідинів, [1,2,4]триазоло[4,3_b][1,2,4]триазинів, [1,2,4]триазоло[3,4-c][1,2,4]триазинів, [1,2,4]триазоло[3,4-c]індоло[2,3-e][1,2,4]триазинів, тіазоло[2,3-c]триазолів та триазоло[3,4-b][1,3]бензтіазолів вивчена можливість перебігу перегрупувань Дімрота. Показано, що перегрупування зазнають лише сполуки, в яких триазольне ядро анельовано із азиновим циклом.

6. Для 1,2,4-триазолоазинів, з карбонільною групою в азиновому циклі, знайдено новий тип термічної ізомеризації, яка перебігає зі зміною грані анелювання азинового ядра. Встановлено, що [1,2,4]триазоло[4,3-a]піримідинони легше зазнають ізомеризації, ніж [1,2,4]триазоло[4,3_b][1,2,4]триазинони.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Васькевич Р.И. Синтез конденсированных производных триазолотиенопиримидина / Р.И. Васькевич, П.В. Савицкий, Ю.Л. Зборовский, В.И. Станинец, А.В. Туров, А.Н. Чернега. // ЖОрХ. - 2006. - Т. 42, Вып. 9. - С. 1411-1416 (особистий внесок автора - отримання 1-піримідиніл-4-заміщених тіосемикарбазидів та експериментальне дослідження їх циклізації).

2. Васькевич Р.И. Синтез аминопроизводных триазолопиримидина / Р.И. Васькевич, П.В. Савицкий, Ю.Л. Зборовский, В.И. Станинец, Э.Б. Русанов, А.Н. Чернега. // ЖОрХ. - 2006. - Т. 42, Вып. 9. - С. 1417-1422 (особистий внесок автора - виконання синтетичної частини, аналіз спектральних даних, встановлення будови отриманих сполук).

3. Савицкий П.В. Реакции гетероциклизации 1-(бензотиазол-2-ил)-4-фенилтиосемикарбазида / П.В. Савицкий, Р.И. Васькевич, Ю.Л. Зборовский, В.И. Станинец, С.А. Бут, А.Н. Чернега. // ЖОрХ. - 2008. - Т. 44, Вып. 3. - С. 407-410 (особистий внесок автора - отримання 1-бензімідазол-4-фенілтіосемикарбазиду та вивчення його реакцій, робота над первинним варіантом статті).

4. Васькевич Р.И. Взаимодействие 1-гетарил-4-фенилтиосемикарбазидов с дициклогексилкарбодиимидом / Р.И. Васькевич, П.В. Савицкий, Ю.Л. Зборовский, В.И. Станинец. // ЖОрХ. - 2009. - Т. 45, Вып. 9. - С. 1399-1402 (особистий внесок автора - дослідження циклізації 1-гетарил-4-фенілтіосемикарбазидів під дією дициклогексилкарбодиіміду, аналіз спектральних даних, встановлення будови отриманих сполук, робота над первинним варіантом статті).