Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Классификация сульфаниламидных субстанций 10
1.1. Сульфаниламидные препараты 1-го поколения 10
1.2. Структурные особенности новейших сульфаниламидных субстанций
1.2.1. Сульфонамиды с экзофункционалом: - S02 - NH2; - NH - S02 - Alk 13
1.2.2. Сульфонамиды с функционалом: - Аг - S02 - NR1 - R2 15
1.2.3. Сульфонамиды с функционалом: - Аг - S02 - N ) 21
1.2.4. Сульфонамиды с функционалом: - Ar - NH - S02 - R 24
1.2.5. Сульфонамиды с функционалом: - Аг - NR - S02 - Аг - 27
1.2.6. Сульфонамиды с функционалом: - Het - NR - S02 - Аг - и
- Аг - NR - S02 - Het - 30
1.2.7. Сульфонамиды с функционалом: (NR- SCM 32
1.2.8. Разное 34
ГЛАВА 2. Обсуждение результатов
2.1. Основные положения реакции Дильса-Альдера 39
2.2. Синтез и структура Л -сульфиниланилинов 42
2.3. Синтез и структура аддуктов Л -сульфиниланилинов с норборненом 48
2.4. Синтез и структура сульфонамидов на основе аддуктов Л -сульфиниланилинов с норборненом 55
2.5. Синтез и структура аддуктов Л -сульфиниланилинов с норборнадиеном 59
2.6. Синтез и структура сульфонамидов на основе аддуктов Л -сульфиниланилинов с норборнадиеном 62
2.7. Синтез и структура Л -ацетилпроизводных тиазинсульфонамидов 65
2.8. Спектрально-аналитические характеристики соединений тиазинсульфинамидного и тиазинсульфонамидного рядов 67
2.9. Кристаллическая структура циклических сульфин- и сульфонамидов тиазинового ряда: внутри- и межмолекулярные взаимодействия 76
2.10. Микробиологическая активность синтезированных соединений 85
ГЛАВА 3. Экспериментальная часть
3.1. Исходные вещества 88
3.2. Физико-химические измерения 88
3.3. Синтез Л -сульфиниланилинов 89
3.4. Синтез пара-тротъоддых аддуктов норборненового ряда 89
3.5. Окисление пара-тротъоддых аддуктов норборненового ряда 92
3.6. Синтез л/еяш-производных аддуктов норборненового ряда 94
3.7. Окисление мета-тротъоддых аддуктов норборненового ряда 95
3.8. Синтез пара-тротъоддых аддуктов норборнадиенового ряда 96
3.9. Окисление пара-тротъоддых аддуктов норборнадиенового ряда 98
3.10 Синтез Л -ацетил производных тиазинсульфонамидов 100
Заключение 102
Список использованных библиографических источников 1
- Сульфонамиды с функционалом: - Аг - S02 - NR1 - R2
- Сульфонамиды с функционалом: (NR- SCM
- Синтез и структура сульфонамидов на основе аддуктов Л -сульфиниланилинов с норборненом
- Окисление пара-тротъоддых аддуктов норборненового ряда
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Одной из главных проблем современной
органической химии является поиск новых веществ с той или иной медико-биологической активностью. Важность этой проблемы привела к тому, что это направление было выделено в самостоятельную специальность «Медицинская химия, 02.00.16», которую в соответствии с классификацией IUPAC определяют как область химических исследований, «связанных с выявлением, развитием, идентификацией и исследованием механизма действия биологически активных соединений на молекулярном уровне. Главное внимание при этом направлено на лекарственные препараты, на интересы медицинской химии, распространяется также на изучение, установление и синтез метаболитов лекарств и родственных соединений».
Основополагающим предметом этого направления для органической химии является рациональное создание химических субстанций с заданными медико-биологическими свойствами.
Основой современного поколения лекарственных препаратов является многочисленная группа антибиотиков, о глобальном значении которых можно и не говорить. Множественность этого типа лекарственных препаратов обусловлена одним их существенным недостатком - у микроорганизмов очень быстро вырабатывается резистентность к их действию, что очевидно обусловлено происхождением этих веществ. В настоящее время создание новых антибиотиков не успевает за мутациями бактерий и им подобных.
Сульфонамиды, препараты предыдущего поколения, принципиально отличаются от антибиотиков тем, что не являются природными соединениями и не имеют аналогов в природе, что в итоге обуславливает низкую резистентность микроорганизмов по отношению к ним. В свое время они были вытеснены из медицинской практики по причине своей малой селективности, по наличию достаточно неприятных побочных эффектов. Но, несмотря на ряд негативных проявлений, некоторые из них до сих пор используются в лечении ряда бактериальных инфекций, например сульфаметоксазол. «Выявление причин, определяющих проявление побочных эффектов сульфонамидных препаратов на молекулярном уровне, может заставить заиграть старую семью лекарственных препаратов новыми красками».
В настоящее время исследования в области синтеза новых соединений сульфонамидной структуры получили «второе дыхание», что обусловлено возрастанием синтетических возможностей органической химии и изучением их медико-биологических свойств широкого спектра действия. Новые реагенты и новые реакции позволяют существенно увеличить структурный банк соединений с сульфонамидным фрагментом в сочетании с другими фармакофорными группами. Результатом этих синтетических возможностей является и расширение спектра биологической активности - наряду с антибактериальной активностью
4 многие из них обнаруживают действие физиологического плана. Особенно следует отметить для целого ряда новых сульфонамидных субстанций (сульфонамидных препаратов II поколения) перспективу в нейротерапии, при лечении лейкимии, ВИЧ инфекционных заболеваний, диабета, тромбофилии и др.
При решении выше описанных проблем существенное значение приобретают синтетические подходы, отвечающие положениям «зеленой химии» («Green Chemistry»), а именно тем ее пунктам, которые предлагают энергосберегающие, бескатализаторные, малостадийные синтезы. Отдельным акцентом следует выделить структурный протокол данной области - полное определение строения полученных соединений, включая стереохимию синтеза и установление соотношения структура-активность.
Степень разработанности темы исследования. Из структурного многообразия сульфонамидных препаратов, синтезируемых в большом количестве в последнее время и связанного с их разнообразной биологической активностью, следует, что исследования в этом направлении остаются весьма перспективными. Как правило, подход к этим соединениям осуществляется достаточно многоступенчатыми синтезами. Мы предлагаем, в качестве одного из направлений синтеза соединений этого класса открытую раньше реакцию ароматических N-сульфиниланилинов с непредельными соединениями, протекающую по схеме Дильса-Альдера, что является достаточно коротким синтетическим путем и приводит к новому виду сульфонамидных субстанций.
Цели и задачи работы. Целью настоящей работы является синтез сульфонамидных соединений нового поколения, представляющих собой вещества, сочетающие фармакофорные функции: гибрид сульфонамидного фрагмента и 1,2-тиазинового гетероцикла, используя для этого гетероатомный вариант реакции Дильса-Альдера с участием N-сульфиниланилинов в качестве диенов, с последующим испытанием на биологическую активность.
Научная новизна работы состоит в следующем:
На основе рентгеноструктурных данных замещенных N-сульфиниланилинов впервые установлено наличие внутримолекулярной водородной связи [Сдг Н 0=S=].
На основании данных РСА и квантово-химических расчетов определены факторы, влияющие на предпочтительность Z-конфигурации N-сульфиниланилинов.
Впервые определено пространственное строение продуктов реакций N-сульфиниланилинов с норборненами и стереохимия переходного состояния реакций.
Впервые получена серия циклических замещенных бензо-тиазинсульфинамидов и соответствующих им сульфонамидов.
Впервые установлена структурная направленность взаимодействия жедаа-замещенных N-сульфиниланилинов в указанной реакции.
- Установлено, что при окислении аддуктов N-сульфиниланилинов и норборадиена образуются соответствующие эпокси-сульфонамиды.
Обнаружена антибактериальная активность большинства синтезированных N-сульфиниланилинов к ряду штаммов бактерий.
Теоретическая и практическая значимость работы. Разработан рациональный подход к синтезу нового типа потенциальных лекарственных субстанций.
Выявленные стереохимические и структурные закономерности гетероатомного варианта реакции Дильса-Альдера позволяют расширить синтетические возможности получения веществ с фармакологической активностью.
Полученные результаты могут быть использованы в учебных целях: при чтении спецкурсов по тонкому органическому синтезу и органической стереохимии.
Методология и методы исследования. В рамках проведенных исследований был использован широкий набор методов получения гибридных фармакофоров бензо-тиазинсульфонамидной структуры реакцией Дильса-Альдера и установления структуры и состава полученных соединений (ИК и ЯМР спектроскопия, элементный анализ, PC А). Для определения чувствительности бактерий к синтезированным веществам использовали диско-диффузионный метод в соответствии с Методическими указаниями 4.2.1890-04.
Положения, выносимые на защиту:
-
Синтез аддуктов замещенных N-сульфиниланилинов с норборненом и норборнадиеном;
-
Синтез бензо-тиазинсульфонамидов окислением соответствующих бензо-тиазинсульфинамидов;
-
Данные стереохимии присоединения норборнена к N-сульфиниланилинам;
-
Результаты установления внутримолекулярной водородной связи [Сдт Н 0=S=];
-
Результаты определения антибактериальной активности бензо-тиазинсульфонамидов и бензо-тиазинсульфинамидов;
6. Результаты РСА бензо-тиазинсульфонамидов и бензо-тиазинсульфинамидов.
Личный вклад соискателя Соискатель принимал участие в постановке цели и задач
исследования, обработке литературных данных, в формировании основных проблем диссертации, в обсуждении, написании и оформлении статей и тезисов докладов. Выводы диссертации полностью основаны на теоретическом и экспериментальном материале, полученном соискателем в ходе выполнения работы. Синтез соединений, исследование образцов на ИК-спектрометре, подготовка образцов к спектроскопии ЯМР и РСА и выводы сделаны самим соискателем. Диссертация написана единолично Веремейчик Я.В., имеет внутреннее единство и целостность и свидетельствует о решающем личном вкладе автора.
Степень достоверности результатов. Достоверность результатов проведенных исследований определяется и подтверждается использованием целого ряда современных физико-химических методов анализа.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на Международном конгрессе «International Congress Organic Chemistry» (Kazan, 2011), VII Международной научной конференции «Кинетика и механизм кристаллизации» (Россия, Иваново, 2012), Кластере конференций по органической химии «ОргХим-2013» (Санкт-Петербург, Репино, 2013).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи в журналах, входящих в Перечень ВАК и 5 тезисов докладов.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 124 страницах, машинописного текста, содержит 7 таблиц и 35 рисунков. Состоит из введения, трех глав, выводов, списка библиографических источников, включающего 146 ссылок.
Сульфонамиды с функционалом: - Аг - S02 - NR1 - R2
Химиотерапевтическая активность сульфаниламидных препаратов была обнаружена в начале 30-х годов прошлого столетия. Открытый в 1934 году Герхардом Домагком пронтозил, или красный стрептоцид [10], стал родоначальником целого класса медицинских препаратов - сульфонамидных, являющихся первыми синтетическими препаратами, способными успешно бороться с целым рядом бактериальных инфекций. Открытие антибактериальных свойств пронтозила подтвердило предвидение немецкого ученого, химика Пауля Эрлиха о возможности селективного поражения микроорганизмов цитотоксическими веществами резорбтивного действия. За эти выдающиеся достижения П. Эрлиху в 1908 г. и Г. Домагку в 1939 г. были присуждены Нобелевские премии. После того, как был установлен «рабочий центр» этих веществ - сульфаниламид - на его основе было синтезировано большое количество производных, многие из которых нашли широкое применение в медицине. Химиотерапевтическая активность сульфаниламидных препаратов проявляется при инфекциях, вызванных грамположительными и грамотрицательными бактериями, некоторыми простейшими, хламидиями, среди которых можно выделить: стрептококки, стафилококки, диплококки (гонококки, менингококки, пневмококки), кишечная, дизентерийная, дифтерийная и сибиреязвенная палочки, бруцеллы, холерные вибрионы, возбудители трахомы, орнитоза, малярии, токсоплазмоза, отдельные представители глубоких микозов (нокардин, актиномицеты) [11]. Всего синтезировано более 10 тысяч производных сульфаниламида, из них в медицине используется всего около 40. Нельзя не сказать и об отрицательных моментах, связанных с использованием сульфаниламидных препаратов. У них есть два существенных недостатка. Во-первых, ограниченный спектр действия, который может сужаться из-за развития устойчивых форм микроорганизмов (чаще всего это вызвано недостаточными дозами препарата или досрочным прекращением лечения). Во-вторых, побочные негативные реакции, основная из которых - аллергическая.
Эти недостатки, наряду с появлением антибиотиков, стали причиной снижения популярности сульфаниламидов. Однако, отмечаемое в последнее время снижение интереса к ним со стороны практикующих врачей надо признать неоправданным. Даже после появления антибиотиков сульфаниламидные препараты не потеряли своего клинического значения. В настоящее время в медицине используются как сульфонамиды первого поколения (стрептоцид, норсульфазол, сульфадимезин, и др.), так и ведется активный синтез новых субстанций, относящихся к данной лекарственной группе. Особое внимание уделяется «долго действующим» (сульфапиридазин) и комбинированным препаратам, в состав которых помимо сульфаниламида входит триметоприм (бисептол). Синтез новых препаратов, путем введения дополнительных заместителей, и принципиально новые пути синтеза позволяют существенно расширить спектр терапевтического действия.
К сульфаниламидным препаратам 1-го поколения относят соединения общей формулы H2N - Аг - SO2 - NRH. Считалось, что только один из атомов водорода в аминогруппе, связанной с ароматическим кольцом может быть замещен на радикал. Все дополнительные введения, каких либо радикалов в кольцо или в аминогруппы, снижают терапевтическую активность. Однако дальнейшие исследования в этой области доказали: введение различных радикалов позволяет получить соединения с расширенными терапевтическими свойствами, пониженной токсичностью и различной степенью активности. Поэтому, в настоящее время к сульфаниламидным субстанциям можно отнести соединения, содержащие в своей структуре фрагмент - NH - SO2 - , связанный с любыми радикалами, причем второй атом водорода при атоме азота, также может быть замещен любым радикалом.
Если говорить об экзоположении сульфаниламидной функции, то здесь можно рассмотреть следующие комбинации: - S02 - NH2 и - NH - S02 - Alk.
Одна из них - с циклопропановым фрагментом на конце. Х-Амшю-N-(циклопропилсульфонил)-2-этилциклопропанкарбоксамид (1) и І-амино- V-(циклопропилсульфонил)-2-винилциклопропанкарбоксамид (2) очень широко используются для амидирования, проходящего одновременно с гидролизом макроциклов, являющихся динамической основой для создания новых веществ в области лечения гепатита С [12-16].
Данные лекарственные субстанции, попадая в организм, распадаются на несколько фрагментов, одним из которых является (Ш,28)-1-амино-2 этанциклопропанкарбоновая кислота (из 1) или (Ш,28)-1-амино-2 винилциклопропанкарбоновая кислота (из 2), способных включаться в РНК вместо определенных аминокислот и образовывать комплементарные пары, что вызывает мутации вирусов [17].
Вторая группа соединений с концевым положением сульфаниламидного фрагмента традиционно связана с бензольным кольцом, однако, в пара-положение не всегда находится атом азота, как в сульфаниламидных препаратах 1-го поколения. Связь NH2 - SO2 - Аг - с остальной частью молекулы может осуществляться как через атом азота в мета- или иарт-положении, так и через атом азота, входящий в цикл или атом углерода (3 - 7) [18-21]. Причем, введение заместителя в положение 2 в соединении 5, вопреки существовавшему мнению, снижает фактор ІС50 в 2.5 раза. Так для R=H IC50 =210 нмоль, а для R= СІ ІС50 = 86 нмоль [22].
Можно выделить ряд соединений, когда сульфаниламидный фрагмент связан с остальной частью молекулы через атом кислорода или еще один атом азота. Среди них, например, применяемый и в России препарат топирамат -противосудорожное и противоэпилептическое средство (6) или 6,7-диметокси-1-метил-1,2,3,4-тетрагидроизохинолин-2-илсульфонамид (7), используемый при лечении глаукомы [23-24].
К данной группе можно отнести и представителя 2-го поколения сульфаниламидных препаратов - глибенкламид (8), одно из самых популярных и проверенных средств терапии сахарного диабета 2-го типа при неэффективности мероприятий по изменению образа жизни. Несмотря на появление новых препаратов с улучшенными характеристиками глибенкламид продолжает являться эталоном для оценки эффективности новых средств и демонстрирует потенциально полезные дополнительные свойства [25]. Микроионизированная форма глибенкламида - манинил уменьшает риск всех макрососудистых осложнений диабета, так как обладает специфическими механизмами нейропротекции в условиях острого нарушения мозгового кровообращения.
Сульфонамиды с функционалом: (NR- SCM
Структурное многообразие сульфонамидных препаратов, синтезируемых в большом количестве в последнее время, связанное с их разнообразной биологической активностью, делает исследования в этом направлении весьма перспективными. Как правило, подход к этим соединениям осуществляется достаточно многоступенчатыми синтезами. Мы предположили, что открытая раньше реакция ароматических Л -сульфиниланилинов с непредельными соединениями, протекающая по схеме Дильса-Альдера, может быть использована для синтеза сульфонамидов достаточно коротким синтетическим путем [102-105]. В связи с этим следует рассмотреть основные положения этой, синтетически очень богатой, реакции.
Реакция была открыта О. Дильсом и К. Альдером в 1928 году на примере взаимодействия циклопентадиена и бензохинона [106]. Огромный каскад работ первого этапа (1928-1962 гг.), охватывающий синтетические и теоретические аспекты этой реакции, освящен в монографии А.С. Онищенко [107]. В классическом варианте реакция осуществляется между диеном и диенофилом и приводит к образованию карбоциклических соединений с циклогексеновым фрагментом как ключевым (схема 2.1.1.).
Диены обычно представлены соединениями с явно выраженным электронно-донорным характером, такими как, алкилзамещенные 1,3-бутадиены, циклопентадиены и циклогексадиены, 9,10-замещенные антрацены, фураны и фульвены, стиролы (схема 2.1.2.). Последние характерны тем, что диеновая система формируется с привлечением л-системы бензольного кольца.
Диенофилы, взаимодействующие с диенами такого типа, представлены олифиновыми соединениями с электронакцепторными заместителями или циклоолифинами с напряженной двойной связью: акрилаты, малеаты и фумараты, хиноны, акрилонитрилы и нитроолифины, циклопропены (схема 2.1.3.).
Стереохимические закономерности реакции Дильса-Альдера определяются двумя правилами: принцип г/мс-присоединения (сохранение конфигурации диена и диенофила) и правило эндо-ориентации компонентов. Согласно принципу цис присоединения, молекула диена взаимодействует с диенофилом в своей цисоидно-планарной конформации с сохранением относительного пространственного положения заместителей в диенофиле (1-ое правило Альдера). Показано, что пространственная структура аддуктов определяется взаимной ориентацией диена и диенофила в переходном состоянии реакции, которое отвечает максимуму перекрывания л-систем компонентов (2-ое правило Альдера) (схема 2.1.4.).
Ароматические диены реакции Дильса-Альдера представлены двумя классами соединений: антрацен и его производные и стиролы. В обоих случаях в формировании диеновых компонентов участвуют л-системы ароматических циклов (схема 2.1.5.).
Гетероатомные диены и диенофилы представляют собой самостоятельную область реакции Дильса-Альдера. В этих случаях продуктами реакции являются различные гетероциклические соединения, что существенно расширяет синтетические возможности метода. В формировании л-систем диены-диенофилы принимают участие кратные связи: С = 0, С = N, N = N, N = 0, N = S [108-109]. S02Ph Et02C. .I\L nEt
Существенное синтетическое развитие реакция получила благодаря использованию катализа, в основном кислотами Льюиса, и ассиметрических реагентов [110-112]. Очень часто, при синтезе природных соединений сложной структуры исходные реагенты подбирают таким образом, чтобы они сочетали в себе диеновый и диенофильный фрагменты, что обеспечивает тем самым внутримолекулярную реакцию Дильса-Аль дера [113].
Одним из интересных и перспективных классов веществ, обеспечивающих синтез гетероциклических соединений по схеме Дильса-Альдера, являются N-сульфиниланилины, которые могут выступать как в качестве диенофилов, так и в качестве диенов [103-105]. В последнем случае они реагируют как гетероатомные аналоги стиролов, образуя конденсированные бензо-о/шо-тиазины (726), через промежуточный продукт (72а). Было отмечено, что при этом в качестве диенофилов эффективны циклоолефины с напряженной двойной связью, такие как циклопентен и норборнен (схема 2.2.1.). Бензо-о/шо-тиазины могут быть легко переведены в соответствующие сульфонамиды реакциями окисления, образуя тем самым гибридные тиазинсульфонамиды. Схема 2.2.1.
Нами были синтезированы мета- и иора-замещенные Л -сульфиниланилины, легко получаемые взаимодействием соответствующих анилинов с хлористым тионилом [114] (схема 2.2.2.). Реакции выполнялись нагреванием эквимолярных количеств реагентов в растворе бензола до прекращения выделения хлористого водорода. После удаления растворителя жидкие производные очищались перегонкой в вакууме, твердые - перекристаллизацией из смеси бензола с петролейным эфиром в атмосфере аргона для предотвращения гидролиза влагой воздуха.
Некоторые из N-сульфиниланилинов (73а, 73г, 73д, 73е) были достаточно устойчивы к гидролизу влагой воздуха, что позволило измерить их ИК спектральные характеристики и определить характеристические частоты N-сульфиниланилиной группы (- N = S = О). Показано, что этой функции соответствуют две полосы поглощения: 1146-1170 см"1 (о.с.) и 1268-1288 см"1 (с). Также был измерен спектр ЯМР !Н л4ет 2-нитро-ЇЧ-сульфиниланилина (73з), в котором присутствуют синглет (1Н 8.62 м.д.), дублет (Ш 8.27 м.д., 8.2 Гц), дублет (1Н 8.18 м.д., 8.0 Гц) и триплет (Ш 7.64 м.д., 8.1 Гц). То, что сигналы ароматических протонов существенно сдвинуты в область слабых полей, обусловлено дезэкранирующим эффектом, как нитро-группы, так и N-сульфиниламидной, при условии планарного расположения их по отношению к плоскости бензольного фрагмента (Рис. 2.2.1.).
Пара-бтром- (73е) и л/етя-нитропроизводные (73з) были получены в виде достаточно крупных монокристаллов, что позволило провести их рентгеноструктурный анализ и решить вопрос о пространственном строении N-сульфинильной функции в ароматических аминах.
В принципе, сульфиниламинная функция может быть представлена Z- и Е-конфигурациями, однозначный выбор между которыми не представляется сделать возможным на основании данных различных физико-химических измерений, включая спектроскопию ЯМР, микроволновую и колебательную спектроскопию, метод дипольных моментов [115]. Выводы о Z-конфигурации, сделанные в этих исследованиях, носят вероятностный характер ввиду косвенного характера методов. В кристаллах была изучена структура ]ЧГ,]ЧГ-дисульфинил-3,4,5,6-тетрафтор-1,2-диаминобензола [116]. В тоже время, знание конфигурации этой функции необходимо для определения стереохимических закономерностей выше указанных реакций (рис. 2.2.2.)
Согласно данным РСА (рис. 2.2.3., 2.2.4.; табл. 1), молекулы (73е) и (73з) имеют Z-конфигурацию сульфинильной функции, с ее планарным положением относительно бензольного кольца. В кристалле (73е) шестичленный ароматический цикл плоский, в этой же плоскости лежат гетероатомы, что наглядно подтверждается соответствующими торсионными углами, близкими к нулю. В кристалле (73з) конформация несколько иная - сульфинильный фрагмент несколько развернут относительно ароматического фрагмента - значения соответствующих торсионных углов составляют около 9 для обеих независимых молекул. В молекуле А нитро-группа лежит в плоскости ароматического цикла, в то время как в молекуле В она несколько развернута относительно этого цикла.
Синтез и структура сульфонамидов на основе аддуктов Л -сульфиниланилинов с норборненом
В ИК спектрах присутствовали характеристические полосы поглощения колебаний S02 группы (1135-1140, см"1; 1309-1318, см"1), при отсутствии полосы поглощения S=0 связи характерной для исходных сульфинамидов, и колебательные полосы поглощения N-H связи (3253-3263, см"1). Следует отметить существенный сдвиг полос поглощения N-H связи сульфонамидов в область более высоких частот сравнительно с соответствующими сульфинамидами.
В спектрах ЯМР !Н продуктов окисления присутствует сигнал протона N-H группы 10.2-10-3 м.д.; система сигналов ароматических протонов для соединения (81а) представлена двумя дублетами (1Н 7.40 м.д., 7.7 Гц; 1Н 6.94 м.д., 7.7 Гц) и двумя триплетами (1Н 7.25 м.д., 7.4 Гц; 1Н 7.16 м.д., 7.4 Гц) (Рис. 2.6.1.), для ийрт-замещённых продуктов (816, 81в, 81д, 81е) - одним синглетом (1Н 7.42-7.68 м.д. ) и двумя дублетами АВ системы (1Н 7.22-7.48 м.д., 8.3-8.5 Гц; 1Н 6.63-6.83 м.д., 8.3-8.5 Гц). Характерно исчезновение в спектрах ЯМР !Н всех продуктов окисления сигналов протонов олефинового фрагмента и появление в области резонанса протонов бициклического скелета слаборазрешенной АВ системы двух протонов с 8 3.42-3.54 м.д. и /=3.5-3.7 Гц, которые можно приписать эпоксидному фрагменту. Сигналы протонов эндо-метиленового мостика (АВ-система с J = 10.6-10.9 Гц) в области 1.08-1.54 м.д. Сигналы узловых протонов Н4а и Н10в представлены двумя дублетами АВ-системы с 3J = 9.0-9.2 Гц (3.50-3.63 м.д.), сигналы узловых протонов Н1 и Н4 области 2.20-3.07 м.д. (Рис. 2.6.2.).
Спектр ЯМР !Н соединения 816 (в DMSO, 25 С, 400 Мгц). Данные рентгеноструктурного анализа подтверждают тот факт, что наряду с окислением сульфоксидной группы до сульфонной, имеет место окисление олефиновой связи бициклогептенового фрагмента до эпоксидной функции. При этом следует отметить, что эпоксидирование происходит со стороны эндо-метиленового мостика, также как и в случае присоединения N-сульфиниланилинового диена (рис 2.6.3.). Скорее всего, эти факты обязаны участию орбитального фрагмента л(СН2) вместе с орбитальным фрагментом 7г(С=С) в формировании переходного состояния реакции, что было ранее сформулировано в работе [122]. Разрыхляющая комбинация занятых уровней этих фрагментов достаточно эффективно взаимодействует с НСМО соответствующих реагентов согласно правилам сохранения орбитальной симметрии [123-124].
Полученные данные по стереохимии присоединения диенов (N-сульфиниланилинов) и эпоксидирование бицикло[2.2.1.]гептенового фрагмента, наряду с данными работ [122, 125-126], позволяют сформулировать правило: присоединение по олефиновой связи бицикло[2.2.1.]гептенового фрагмента молекул всегда происходит со стороны эндо-метиленового мостика или его аналога - кислородного мостика. 2.7. Синтез и структура N-ацетилпроизводных тиазинсульфонамидов
Следующий этап функционализации сульфонамидов с бензотиазиновым скелетом был осуществлён их реакцией с уксусным ангидридом, которая завершилась образованием соответствующего N-ацетил-сульфонамида. В ИК спектре N-ацетил производного (82а) наряду с полосами колебаний S02 функции (1156 и 1349 см"1) присутствует интенсивная полоса колебаний С=0 связи (1718 см_1) и отсутствуют колебательные полосы в области характерной для N-H связей разного типа ( 3100 см"1). В их спектрах ЯМР !Н присутствуют сигналы ароматических протонов в виде двух триплетов и двух дублетов, синглетный сигнал метильной группы ацетильной функции (3.30 м.д.) и набор сигналов протонов бицикло[2.2.1]гептанового фрагмента в области 1.1-3.8 м.д.; характерно также отсутствие каких либо протонных сигналов в области полей более слабых чем 7.5 м.д., что также свидетельствует о замещении амидного протона на ацетильную группу (Рис. 2.7.1.). Настоящая реакция может быть выполнена по схеме «one-pot», начиная от соответствующего анилина (схема 2.7.1.). о "А л
DMSO, 25С, 400 мГц). 2.8. Спектрально-аналитические характеристики соединений тиазинсульфинамидного и тиазинсульфонамидного рядов
При установлении структур синтезированных бензотиазинсульфинамидов и бензотиазинсульфонамидов методами ИК спектроскопии и спектроскопии ЯМР, были определены реперные зависимости спектральных характеристик от строения продуктов реакций.
В ИК спектрах сульфинамидов реперными можно считать полосы поглощения N - Н связи (3137-3242 см"1) и S = О связи (1049-1063 см"1). При переходе к соответствующим сульфонамидам полосы поглощения N - Н связи смещаются в сторону больших частот на 50-100 см"1; исчезает полоса поглощения группы S = О и появляются характеристические полосы поглощения SO2 функции (1300-1325 см"1 и 1130-1140 см"1). При ацелировании сульфонамидов в их ИК спектрах исчезает полоса поглощения N - Н группы и проявляется характеристичное поглощение карбонильной группы в области 1700-1710 см"1. На рисунке 2.8.1. представлены реперные сигналы бензотиазинсульфинамида (а), бензотиазинсульфонамида (б) и совмещенный ИК-спектр для бензотиазинсульфинамида и бензотиазинсульфонамида (в).
Окисление пара-тротъоддых аддуктов норборненового ряда
В кристаллах сульфонов важный вопрос заключается в том, какая из S=0 связей будет выступать в роли акцептора протона. Атом кислорода 0(5) (pro-S) занимает аксиальное расположение относительно гетероцикла, а атом 0(6) (рго-R)- экваториальное, и оба стерически доступны для образования водородных связей.
Как показывает анализ упаковки, в сульфонамидах 81а и 79а эта проблема решается по-разному. В сульфоне 81а в роли акцептора протона выступает атом кислорода 0(5), посредством классических водородных связей образуется гетерохиральная цепочка молекул вдоль плоскости скользящего отражения (рис. 2.9.5.). В то время как в сульфоне 79а акцептором протона выступает атом кислорода 0(6), посредством водородных связей образуются циклические центросимметричные димеры (рис. 2.9.6.).
Цепочка молекул 81а вдоль плоскости скользящего отражения, пунктиром обозначены водородные связи. Рис. 2.9.6. Центросимметричный димер молекул 79а в кристалле, пунктиром обозначены водородные связи.
Несмотря на различные мотивы водородных связей, параметры взаимодействий свидетельствуют о примерно одинаковой их прочности (табл. 6). Для обеих молекул в кристалле можно отметить удлинение S=0 связи, участвующей в водородном связывании по сравнению с неассоциированной S=0 группой.
Таким образом, рентгеноструктурные данные о межмолекулярных взаимодействиях соединений, описанных в этом разделе, свидетельствуют о значимости водородных связей разного типа в формировании кристаллических структур. Особую роль, как в сульфинамидах, так и в сульфонамидах, играют связи N - Н О = S, отличающиеся высокой прочностью, что сказывается на высоких температурах плавления и незначительной растворимости в воде и этаноле данных соединений.
Разнообразие межмолекулярных взаимодействий в кристаллах тиазинсульфинамидов и тиазинсульфонамидов, позволяющее формировать разнообразные надмолекулярные структуры, может служить посылкой на их способность к образованию супрамолекулярных комплексов типа лекарство-белок (фермент), обеспечивая тем самым ту или иную активность медико-биологического характера. Это возможно по механизмам: мембранотропность и через транспорт по соответствующим каналам. 2.10. Микробиологическая активность синтезированных соединений
Для определения микробиологической активности синтезированных нами веществ были проведены тесты по оценке чувствительности бактерий нескольких таксонометрических групп. Среди тестируемых штаммов бактерий были как грамположительные (Micrococcus, Staphylococcus, aeromonas), так и грамотрицательные (Escherichia coli, Enterobacter, Citribacter, Pseudomonas aeruginosa). Штаммы бактерий были отобраны из коллекции бактериальных культур лаборатории микробиологии Калининградского государственного технического университета. Для определения чувствительности бактерий к синтезированным веществам использовали диско-диффузионный метод в соответствии с Методическими указаниями 4.2.1890-04 [133].
Учитывая практически нулевую растворимость наших веществ в воде, нами был использован следующий подход для получения их растворов: навеска вещества растворялась в 1 мл ДМСО. Этим раствором пропитывались стандартные пористые диски, приготовленные из плотной фильтровальной бумаги и выдержанные в автоклаве при t= 80С.
Синтезированные вещества показали достаточно высокую избирательность как между различными штаммами, так и в пределах одного штамма. Бактерии рода aeromonas оказались полностью не чувствительными к воздействию предложенных соединений. Максимальную чувствительность проявили штаммы бактерий Escherichia coli и Enterobacter. Зона задержки роста достигала 11 мм. Остальные штаммы продемонстрировали среднюю чувствительность.
Если говорить об активности синтезированных веществ, то наиболее активным показало себя соединение 77а. В то время, как максимальную зону поражения показало вещество 81г по отношению к штамму бактерий Staphylococcus с зоной задержки роста 22 мм (Таблица 7).
Для контроля ряд бактерий тестировали по отношению к антибиотикам (ципрофлоксацин, амоксициллин, гентамицин, тетрациклин) - бактерии проявили чувствительность с зоной задержки роста вокруг диска в среднем 3-5 мм. Таблица 7. Зоны задержки роста тестированных соединений.
Pseudomonas aeruginosa + 6MM + 7 MM Таким образом, нами разработан протокол создания новой группы сульфонамидных соединений на основе гетероатомной реакции Дильса-Альдера Л -сульфиниланилинов с норборненами, позволяющий в две-три стадии сформировать молекулярную платформу для синтеза широкого спектра бензо-тиазинсульфонамидных субстанций с потенциальной фармакологической активностью. Показано, что замещенные Л -сульфиниланилины реагируют в качестве диеновой компоненты с норборненовыми диенофилами образуя бензо-тиазин-сульфинамиды конденсированные с бициклогептеновым фрагментом, окислением которых образуются соответствующие сульфонамиды. В случае окисления аддуктов норборнадиена в молекуле одновременно формируется две фармакофорной группы: сульфонамидная и оксирановая [134, 135]. Отмечено, что присоединение изученных гетеродиенов к бицикло[2,2,1]гептенам и реакции эпоксидирования этого фрагмента протекают со стороны эндо-метиленового мостика [135].
Отработана методика структурного спектрального анализа (ИК-спектроскопия и спектроскопия ЯМР) всего синтетического протокола [136]. Данные РСА позволили определить точную пространственную структуру всех ключевых соединений и характер межмолекулярных взаимодействий, определяющих кристаллическую (супрамолекулярную) структуру веществ [137, 138]. Первичными испытаниями синтезированных нами веществ на бактерицидную активность показана перспективность комплексного исследования по типу «структура-активность» [139, 140].