Схема 2.21
Рис. 2.10. Общий вид молекулы соединения 36а.
Для тиоамид-амидной формы 6-трифторметил-2-тиоурацила 36а рассчитаны заряды и локальные индексы реакционной способности нуклеофильных центров, наиболее нуклеофильным является S-центр (f = -0.342), менее нуклеофильными центры N1 (f = -0.049) и N3 (f = -0.005), в то время как центры О (f = 0.022) и C5 (f = 0.06) должны проявлять слабоэлектрофильный характер.
2.4.1. Алкилирование с йодистым метилом
Анализ литературных данных показал, что метилирование 6-трифторметил-2-тиоурацила 36а йодистым метилом в ТГФ и диметилсульфатом в основных условиях приводит к образованию 2-метилтиопиримидина 37а. Выполненное нами метилирование тиоурацила 36а с 1.2 экв MeI в тех же условиях или в избытке Me2SO4 без основания также привело к образованию метил-S-замещенного продукта 37а (схема 2.22). Однако при проведении реакции тиоурацила 36а с 1.2 и 3 экв. йодистого метила в ацетонитриле с K2CO3 получены N,S- и O,S-диметилзамещенные продукты 38a и 39a, в соотношении 89 : 11, которые были выделены в индивидуальном виде с помощью колоночной хроматографии.
Схема 2.22
Для установления строения продуктов 38а и 39а полезными оказались ИК спектры, поскольку в спектре O,S-диметилпиримидина 39а отсутствует полоса поглощения карбонильной группы, в то время как в спектре соединения 38а она фиксируется в области 1696 см-1.
В ПМР спектрах продуктов 38а и 39а протоны S-Me группы наблюдаются при 2.58-2.63 м.д., тогда как сигнал протонов MeO заместителя О,S-диметил-производного 38а резонирует при 4.03 м.д., а сигнал N-Me группы N,S-изомера 38а - при 3.54 м.д. В спектрах ЯМР 19F соединения 38а не наблюдается расщепления сигнала CF3-заместителя или его сдвига по сравнению с исходным тиоурацилом 36а, которое имело бы место при его близком расположении с метильным заместителем. Отсюда можно заключить, что метильный заместитель находится при атоме азота N3, соседним с карбонильным фрагментом.
2.4.2. Алкилирование с 2-бромацетофеноном и (4-бромбутил)ацетатом
В литературе описано, что алкилирование 6-трифторметилтиоурацила 36а приводит только к S-монозамещенным производным. Однако нами найдено, что алкилирование тиоурацила 36а с 2 экв. 2-бромацетофенона в MeCN в присутствии карбоната калия приводит к образованию дизамещенного тиоурацила 40а (схема 2.23). Следует отметить, что использование даже эквимолярных соотношений реагентов не приводит к образованию монозамещенного продукта. Строение соединения 40а определено с помощью данных спектроскопии ЯМР 1H, 13C, 15N и 19F. Полное отнесение сигналов ядер 1H, 13C выполнено с помощью данных 2D экспериментов 1H-1H COSY, 1H-13C HSQC и HMBC. Все эти данные указывают на образование в реакции алкилирования тиоурацила 36а с бромацетофеноном О,S-дизамещенного продукта 40а.
Схема 2.23
Далее нами проведено алкилирование 2-тиоурацилов 36а,г,д с 2 экв. (4-бромбутил)ацетата при кипячении в ацетонитриле в присутствии К2СО3 (схема 2.23). Во всех случаях в качестве основных продуктов получены О,S-дизамещенные тиоурацилы 41а,г,д. Из реакций тиоурацилов 36а,д дополнительно выделены N,S-дизамещенные продукты 42а,д. По данным ГХ-МС алкилирование тиоурацила 35г с длинным тридекафторгексильным заместителем также приводит к образованию N,S-замещенного продукта 42г, но в незначительном количестве. В этом случае выделяемым побочным продуктом был S-монозамещенный гетероцикл 43г. Отметим, что использование эквимолярных соотношений реагентов в реакции 2-тиоурацила 36а приводило к образованию дизамещенных продуктов наряду с оставшимся исходным тиоурацилом.
По расчетным данным атом серы в тиоурацилах 36 обладает наибольшей нуклеофильностью, поэтому первоначальная атака при алкилировании происходит именно по этому центру. Дальнейшее направление алкилирования определяется типом алкилирующего реагента. Очевидно, что при метилировании термодинамически более выгодно образование N,S-изомеров, тогда как при введении более объемных заместителей предпочтительнее формирование О,S-изомеров.
2.4.3. Реакции аминометилирования
Далее нами изучено аминометилирование 6-полифторалкил-2-тиоурацилов 36а-г. Найдено, что они в реакциях с первичным амином и избытком формалина образуют продукты 44а-ш (схема 2.24). В качестве аминной компоненты использован широкий ряд первичных аминов (сульфат метиламина, бензиламин, гексиламин, анилин, 4-фторанилин, п-анизидин), гетероциклических аминов (2-аминопиридин, 2-аминопиримидин и 4-аминоантипирин), а также аминокислот (этиловый эфир глицина, в-аланин, г-аминомасляная кислота, метиловый эфир L-аланина, L-валин и L-фенилаланин) (схема 2.24).
Схема 2.24
Согласно ИК и ЯМР спектрам продукты 44а-ш имеют структуру пиримидотиадиазинов, образующихся в результате двойного последовательного аминометилирования по Манниху. Для установления структуры продуктов выполнен РСА монокристаллов продуктов 44в,о (рис. 2.11, 2.12). Сравнительный анализ ИК и ЯМР 1H и 19F спектральных характеристик гетероциклов 44а-щ указывает на их одинаковое региоизомерное строение.
|
Рис. 2.11. Общий вид молекулы соединения 44в |
Рис. 2.12. Общий вид молекулы соединения 44о |
С оптически активными аминокислотами и их эфирами реакция аминометилирования протекает гомофациально, то есть с сохранением конфигурации, поскольку химическое превращение не затрагивает связи с хиральным атомом.
По литературным данным нефторированные 2-тиоурацилы в реакции амино-метилирования с формалином и морфолинами образуют 5-аминометилированные тиоурацилы по С5-центру. Очевидно, что изменение направления реакций в случае полифторалкил-2-тиолурацилов обусловлено присутствием электроноакцепторного полифторалкильного заместителя, дезактивирующего соседние положения С5 и N1.
Найдено, что тиоурацил 36б и формалин реагируют с этилендиамином, давая 3,3'-этан-1,2-диил-бис(пиримидо[2,1-b]тиадиазинон) 45б с выходом 32% (схема 2.24). Этот продукт образуется в результате участия двух аминогрупп диамина в аннелировании двух молекул тиоурацила 36б тиадиазиновыми циклами за счёт четырёх последовательных реакций аминометилирования. Низкий выход соединения 45б связан с нестабильностью его тиадиазинового цикла при выделении из реакционной массы из-за реакции ретро-распада до исходного 2-тиоурацила 36б.
Схема 2.24
Трехкомпонентная циклоконденсация тиоурацила 36а с оптически активным дигидрохлоридом этилового эфира L_лизина привела к образованию этил-(2S)-2,6-бис(6-оксо-8-трифторметил-2Н,6Н-пиримидо[2,1-b][1,3,5]-тиадиазин-3(4Н)-ил)гексаноата 45а, а действием моногидрохлорида DL-2,3-диаминопропионовой кислоты на 2-тиоурацил 36в в присутствии избытка формалина получена 2,3-бис(8-нонафторбутил-6-оксо-2Н,6Н-пиримидо[2,1-b][1,3,5]тиадиазин-3(4Н)-ил)пропионовая кислота 45в (схема 2.24).
2.4.6. Бромирование и реакция кросс-сочетания 2-метилтио-6-трифторметилпиримидинона
Модификация полифторалкилсодержащих тиоурацилов по положению С-5 осуществлена через предварительное введение атома галогена. Бромирование 6-трифторметил-2-метилтиопиримидин-4-она 37а выполнено с помощью NBS. При этом оказалось, что бромирование сопровождается окислением метилтиольной группы до метилсульфинильной, в результате чего получен 5-бром-2-метилсульфинилпиримидин 46а (схема 2.25). Строение соединения 46а подтверждено ЯМР 1Н, 13С, 19F спектроскопии. В спектре ЯМР 13С Ме-группа резонирует при 39.76 м.д., что соответствует области метилсульфинильной группы.
Схема 2.25
Рис. 2.15. Общий вид молекулы соединения 47а
Реакция кросс-сочетания метилсульфинилпиримидина 46а с фенилбороновой кислотой, выполненная в микроволновом синтезаторе при 155 оС (250 Вт), приводит к образованию 6-трифторметил-5-фенилурацила 47а. При этом обнаружено, что в процессе реакции кросс-сочетания параллельно происходит дальнейшее окисление метилсульфинильной группы до карбонильной функции, что подтверждается данными РСА (рис. 2.15).
2.5. Биологическая активность полученных соединений
2.5.1. Туберкулостатическая активность
В Уральском НИИ фтизиопульмонологии Минздрава РФ (г. Екатеринбург) проведены испытания туберкулостатической активности 24 синтезированных продуктов in vitro на лабораторных штаммах микобактерий туберкулеза H37Rv. В качестве препарата сравнения использовали изониазид, минимальная ингибирующая концентрация (МИК) которого, составляет 0.15 мкг/мл. Найдено, что большинство полученных продуктов проявляет умеренную туберкулостатическую активность при МИК = 6.25 (1а, 6н, 7а, 12з, 25б, 44а,ш) и 12.5 (6а, 7о, 6р, 17а, 18а, 12р, 13р, 24б, 31е, 40а, 44б,и,о,р,у, 46а) мкг/мл. Наилучшую активность проявил трифторметилтиоурацил 36а (МИК = 3.1 мкг/мл).
2.5.2. Антибактериальная активность
В НИЦ ФБУ «33 ЦНИИИ МО РФ» (г. Екатеринбург) на опытах in vitro исследована антибактериальная активность пиразолов 1и и 7о на штаммах бактерий Bacillus subtilis ATCC 6633. Оказалось, что N-незамещенный пиразол 1и активен при МИК 50 мкг/мл, а N-гидроксибутилпиразол 7о при МИК 6.25 мкг/мл, то есть введение N-гидроксибутильного заместителя увеличивает антибактериальную активность пиразолов. Кроме того, важным оказалось наличие в положении 4 пиразола метилфенилдиазенильного заместителя, так как 4-незамещенный 4-гидроксибутилпиразол 6н, вообще не проявил антибактериальную активность. В качестве препарата сравнения использовали гентамицин сульфат, имеющий МИК 0.04 мкг/мл.
2.5.3. Противовирусная активность
Далее была исследована противовирусная активность в ФГБУ "НИИ гриппа" Минздрава России (г. Санкт-Петербург) исходных пиразолов 1а,з,р и их рибозилированных производных 12а,з,р и 13р на штамме вируса гриппа А/Puerto Rico/8/34 (H1N1).
Исходные полифторалкилпиразолы 1а,з не проявляли противовирусных свойств, однако их рибозилирование привело к повышению индекса селективности, как за счёт снижения цитотоксичности, так и за счет повышения аффинности к мишени для пиразолов 12а и 13р. В обоих случаях введение рибофуранозного остатка увеличивало индекс селективности соединения в 9 раз.
Выводы
1. Определено, что полифторалкилпиразолы обладают амбидентными свойствами, в связи с чем способны реагировать с электрофилами по N1 и N2 атомам. Установлены основные закономерности формирования 3-RF- и 5-RF-изомеров. В основных условиях при метилировании и алкилировании образуются изомерные 3-RF- и 5-RF-пиразолы с преимущественным образованием 3-RF-региоизомеров. В отсутствии основания реакция метилирования с диметилсульфатом приводит к региоселективному образованию 5-RF-пиразолов. В кислых условиях реакции алкилирования, рибозилирования и этоксиметилирования протекают региоспецифично с образованием 3-RF-изомера. Введение арильных заместителей в положение С-4 полифторалкилпиразолов возможно при помощи реакций галогенирования с последующим кросс-сочетанием.
2. Показана амбидентная природа нуклеофильных О- и N-центров полифторалкил-хиноксалин-2-онов в реакциях с алкилгалогенидами, реализуемых в полярных растворителях под действием солей щелочных металлов. При этом обнаружено влияние алкилирующего агента на региоселективность этих превращений, которая определяется термодинамической стабильностью конечных продуктов.
3. Установлено, что 4-полифторалкилпиримидин-2-оны теоретически характеризуются конкурентным характером нуклеофильных центров. Однако их алкилирование под действием солей щелочных металлов проходит преимущественно по экзоциклическому атому кислорода О. Найдено, что 4-этоксикарбонилтетрагидропиримидин-2-онs вступают в реакции региоспецифичного N-этоксиметилирования.
4. Обнаружено, что в полифторалкилтиоурацилах наибольшей нуклеофильностью обладает атом серы, по которому проходит первоначальное алкирование независимо от условий реакций. В основных условиях возможно дальнейшее алкилирование моно-S-замещенных производных (в ряде случаев без его выделения) по конкурентным центрам O и N3 с образованием O,S- и N,S-изомеров в зависимости от природы алкилирующего агента. Найдена способность полифторалкилтиоурацилов вступать в реакции региоспецифичного последовательного двойного аминометилирования по центрам S и N3 с формалином и первичным амином с образованием пиримидо[2,1-b]тиадиазинов. Использование диаминов в этих реакциях приводит к бис(пиримидо[2,1-b]тиадиазинам). Модификация 6-трифторметил-2-метилтиопиримидин-4-она по положению С4 в реакциях бромирования и кросс-сочетания привела к образованию 6-трифторметил-5-фенилурацила.