![Автореферат на тему: СИНТЕЗ 2H,13C,15N-МЕЧЕНЫХ АЗОЛО [5,1-c][1,2,4]ТРИАЗИНОВ И АЗОЛО[1,5-a]ПИРИМИДИНОВ](https://workspay.ru/tmpl/lite/images/logo.png){kind=logo}
СИНТЕЗ 2H,13C,15N-МЕЧЕНЫХ АЗОЛО [5,1-c][1,2,4]ТРИАЗИНОВ И АЗОЛО[1,5-a]ПИРИМИДИНОВ
|
Актуальность темы.Среди производных азолоазинов найдены структуры, представляющие интерес в качестве высокоэнергетических соединений и органических лигандов. Особенно актуально использование гетероциклических систем, полученных на основе тетразолов и
1,2,4- триазинов. С другой стороны, интерес к синтезу данного класса соединений обусловлен поиском новых биологически активных молекул, обладающих различным спектром действия. Перспективность этого направления работ подтверждается достигнутыми результатами: натриевая соль 2-метилтио-6-нитро-1,2,4-триазоло[5,1-с][1,2,4]триазин-7-она (триазавирин) оказалась эффективным противовирусным средством в отношении различных типов вируса гриппа, включая птичий и свиной грипп. Представленные данные делают актуальными ис¬следования в области азолотриазинов и азолопиримидинов. Однако, наряду с разработкой методов синтеза и функционализации, одной из важных задач для данного класса соедине¬ний остается разработка методов исследования строения и путей трансформации. Возникно¬вение этой проблемы связано с большим содержанием атомов азота и небольшим количе¬ством атомов углерода и водорода в структуре. В связи с этим, использование традиционных методов ЯМР-спектроскопии (1D ' C, N спектров, а также 2D ХН- С HMBC, H- 3C HSQC, 1Н-1Н COSY экспериментов) зачастую является малоэффективным. В этом случае химики- синтетики предпочитают использовать рентгеноструктурный анализ (РСА), который дает информацию о строении только в кристалле. Кроме того, не всегда можно получить подхо¬дящий образец для исследования; также РСА не позволяет проследить за кольчато-цепными превращениями, процессами изомеризации, таутомерными переходами и различными пере¬группировками (Димрота, ANRORC и др.), к которым склонны конденсированные азолоази¬ны. Вместе с тем, включение в структуру азолотриазинов и азолопиримидинов атомов 2H, 13C, 15N приводит к появлению дополнительных констант спин-спинового взаимодействия (КССВ), что значительно расширяет возможности ЯМР-спектроскопии для установления строения и исследования путей трансформации азотсодержащих конденсированных гетеро¬циклов. Кроме того, появление сигналов меченых атомов в 1D 13C и 15N ЯМР-спектрах также облегчает структурный анализ различных типов гетероциклов и продуктов их превращений. Введение стабильных изотопов в структуру биологически активных азолоазинов использует¬ся для исследования вопросов фармакокинетики и путей метаболизма при создании новых лекарственных препаратов. Поэтому разработка методов получения и синтез обогащенных атомами 2Н, 13C, 15N конденсированных азоло-1,2,4-триазинов и азолопиримидинов, а также использование их в исследовании особенностей строения и превращений является актуаль-ной задачей.
Цели и задачи исследования.Целями данной работы являются:
• создание эффективных методов селективного введения стабильных изотопов 2Н, 13С и 15N в молекулу азоло[5,1-с][1,2,4]триазинов и азоло[1,5-а]пиримидинов, включая структуры, обладающие биологической активностью;
• разработка на основе анализа КССВ 1H-15N и 13С-^ методов исследования особенностей строения и трансформаций полиазотистых гетероциклов.
Задачи, решаемые в ходе исследования:
• получение селективно меченых азоло[5,1-с][1,2,4]триазинов и азоло[1,5-а]пиримидинов, в том числе противовирусного препарата триазавирин;
• установление структуры и особенностей превращений азоло[1,5-а]пиримидинов и азо- ло[5,1-с][1,2,4]триазинов в растворах (азидо-тетразольной таутомерии, трансгликозилиро-вания, перегруппировки Димрота);
• сопоставление полученных результатов с данными РСА.
Научная новизна работы.Предложены общие методы включения атомов 2H, 13C и 15N в структуру производных 6-нитро- и 6-фенил-1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидинов и
1.2.4- триазоло[5,1-с][1,2,4]триазин-7-онов. На примере производных тетразоло[5,1-с][1,2,4]триазина и дизамещенных тетразоло[1,5-а]пиримидинов показано, что дальние гетероядерные константы 1H-15N могут быть использованы в исследованиях азидо- тетразольных равновесий. Продемонстрировано, что комплексный анализ КССВ 1H-15N, 13C-15N и химических сдвигов меченых атомов азота 15N позволяет эффективно исследовать различные типы трансформаций, которые приводят к образованию изомерных структур (азидотетразольное равновесие и перегруппировка Димрота). С использованием 15N обогащенных производных исследованы закономерности реакции гликозилирования 1.2.4-триазоло[1,5-а]пиримидин-7-онов и взаимодействия 2-галогенпиримидинов с азидом натрия. Обнаружена перегруппировка Димрота в ряду аннелированных тетразолоазинов.
Практическая значимость.Разработаны препаративные методы получения меченых произ-водных 6-нитро- и 6-фенил-1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидин-7-онов и 1,2,4-триазо- ло[5,1-с][1,2,4]триазин-7-онов. Получены образцы триазавирина, содержащего различную комбинацию стабильных изотопов 2H, 13C и 15N. На основе полученных образцов возможны разработка методов количественного и качественного анализа лекарственных форм триазавирина, исследование его фармакокинетики и фармакодинамики, а также установление механизма биологического действия. Предложен эффективный метод исследования азидотетразольной таутомерии и других трансформаций полициклических азотсодержащих гетероциклов, основанный на анализе дальних КССВ 1H-15N. Получены данные о деталях гликозилирования 6-фенилзамещенных 1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидин-7-онов с использованием селективно меченых изотопом 15N образцов.
Публикации и апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи и 7 тезисов. Отдельные части работы докладывались на международных конференциях: International Congress on Organic Chemistry, (Kazan, Russia, 2011), Техническая химия: от теории к практике (Пермь, 2012), Новые направления в химии гетероциклических соединений (Пятигорск, 2013) и всероссийских конференциях: Актуальные проблемы органического синтеза и анализа (Екатеринбург, 2010), XIV конференция по органической химии (Екатеринбург, 2011), Органический синтез: химия и технология (Екатеринбург, 2012), Всероссийская конференция по органической химии, посвященная 200-летию со дня рождения Н. Н. Зинина (Санкт-Петербург, 2013).
Объем диссертации. Диссертация изложена на страницах и состоит из введения, обзора литературы, обсуждения результатов, экспериментальной части и выводов. Материал иллюстрирован 11 таблицами, 18 рисунками и 19 схемами. Список цитированной литературы включает наименований.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (Госконтракты П2444 от 19.11.2009 и 14.A18.21.0806 в рамках программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» и госконтракт Н687 42Г 007/12), и грантов Российского фонда фундаментальных исследований (номера проектов 10-03-01007 и 12-03-31476), а также при поддержке гранта для молодых ученых УрФУ.
1,2,4- триазинов. С другой стороны, интерес к синтезу данного класса соединений обусловлен поиском новых биологически активных молекул, обладающих различным спектром действия. Перспективность этого направления работ подтверждается достигнутыми результатами: натриевая соль 2-метилтио-6-нитро-1,2,4-триазоло[5,1-с][1,2,4]триазин-7-она (триазавирин) оказалась эффективным противовирусным средством в отношении различных типов вируса гриппа, включая птичий и свиной грипп. Представленные данные делают актуальными ис¬следования в области азолотриазинов и азолопиримидинов. Однако, наряду с разработкой методов синтеза и функционализации, одной из важных задач для данного класса соедине¬ний остается разработка методов исследования строения и путей трансформации. Возникно¬вение этой проблемы связано с большим содержанием атомов азота и небольшим количе¬ством атомов углерода и водорода в структуре. В связи с этим, использование традиционных методов ЯМР-спектроскопии (1D ' C, N спектров, а также 2D ХН- С HMBC, H- 3C HSQC, 1Н-1Н COSY экспериментов) зачастую является малоэффективным. В этом случае химики- синтетики предпочитают использовать рентгеноструктурный анализ (РСА), который дает информацию о строении только в кристалле. Кроме того, не всегда можно получить подхо¬дящий образец для исследования; также РСА не позволяет проследить за кольчато-цепными превращениями, процессами изомеризации, таутомерными переходами и различными пере¬группировками (Димрота, ANRORC и др.), к которым склонны конденсированные азолоази¬ны. Вместе с тем, включение в структуру азолотриазинов и азолопиримидинов атомов 2H, 13C, 15N приводит к появлению дополнительных констант спин-спинового взаимодействия (КССВ), что значительно расширяет возможности ЯМР-спектроскопии для установления строения и исследования путей трансформации азотсодержащих конденсированных гетеро¬циклов. Кроме того, появление сигналов меченых атомов в 1D 13C и 15N ЯМР-спектрах также облегчает структурный анализ различных типов гетероциклов и продуктов их превращений. Введение стабильных изотопов в структуру биологически активных азолоазинов использует¬ся для исследования вопросов фармакокинетики и путей метаболизма при создании новых лекарственных препаратов. Поэтому разработка методов получения и синтез обогащенных атомами 2Н, 13C, 15N конденсированных азоло-1,2,4-триазинов и азолопиримидинов, а также использование их в исследовании особенностей строения и превращений является актуаль-ной задачей.
Цели и задачи исследования.Целями данной работы являются:
• создание эффективных методов селективного введения стабильных изотопов 2Н, 13С и 15N в молекулу азоло[5,1-с][1,2,4]триазинов и азоло[1,5-а]пиримидинов, включая структуры, обладающие биологической активностью;
• разработка на основе анализа КССВ 1H-15N и 13С-^ методов исследования особенностей строения и трансформаций полиазотистых гетероциклов.
Задачи, решаемые в ходе исследования:
• получение селективно меченых азоло[5,1-с][1,2,4]триазинов и азоло[1,5-а]пиримидинов, в том числе противовирусного препарата триазавирин;
• установление структуры и особенностей превращений азоло[1,5-а]пиримидинов и азо- ло[5,1-с][1,2,4]триазинов в растворах (азидо-тетразольной таутомерии, трансгликозилиро-вания, перегруппировки Димрота);
• сопоставление полученных результатов с данными РСА.
Научная новизна работы.Предложены общие методы включения атомов 2H, 13C и 15N в структуру производных 6-нитро- и 6-фенил-1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидинов и
1.2.4- триазоло[5,1-с][1,2,4]триазин-7-онов. На примере производных тетразоло[5,1-с][1,2,4]триазина и дизамещенных тетразоло[1,5-а]пиримидинов показано, что дальние гетероядерные константы 1H-15N могут быть использованы в исследованиях азидо- тетразольных равновесий. Продемонстрировано, что комплексный анализ КССВ 1H-15N, 13C-15N и химических сдвигов меченых атомов азота 15N позволяет эффективно исследовать различные типы трансформаций, которые приводят к образованию изомерных структур (азидотетразольное равновесие и перегруппировка Димрота). С использованием 15N обогащенных производных исследованы закономерности реакции гликозилирования 1.2.4-триазоло[1,5-а]пиримидин-7-онов и взаимодействия 2-галогенпиримидинов с азидом натрия. Обнаружена перегруппировка Димрота в ряду аннелированных тетразолоазинов.
Практическая значимость.Разработаны препаративные методы получения меченых произ-водных 6-нитро- и 6-фенил-1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидин-7-онов и 1,2,4-триазо- ло[5,1-с][1,2,4]триазин-7-онов. Получены образцы триазавирина, содержащего различную комбинацию стабильных изотопов 2H, 13C и 15N. На основе полученных образцов возможны разработка методов количественного и качественного анализа лекарственных форм триазавирина, исследование его фармакокинетики и фармакодинамики, а также установление механизма биологического действия. Предложен эффективный метод исследования азидотетразольной таутомерии и других трансформаций полициклических азотсодержащих гетероциклов, основанный на анализе дальних КССВ 1H-15N. Получены данные о деталях гликозилирования 6-фенилзамещенных 1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидин-7-онов с использованием селективно меченых изотопом 15N образцов.
Публикации и апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи и 7 тезисов. Отдельные части работы докладывались на международных конференциях: International Congress on Organic Chemistry, (Kazan, Russia, 2011), Техническая химия: от теории к практике (Пермь, 2012), Новые направления в химии гетероциклических соединений (Пятигорск, 2013) и всероссийских конференциях: Актуальные проблемы органического синтеза и анализа (Екатеринбург, 2010), XIV конференция по органической химии (Екатеринбург, 2011), Органический синтез: химия и технология (Екатеринбург, 2012), Всероссийская конференция по органической химии, посвященная 200-летию со дня рождения Н. Н. Зинина (Санкт-Петербург, 2013).
Объем диссертации. Диссертация изложена на страницах и состоит из введения, обзора литературы, обсуждения результатов, экспериментальной части и выводов. Материал иллюстрирован 11 таблицами, 18 рисунками и 19 схемами. Список цитированной литературы включает наименований.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (Госконтракты П2444 от 19.11.2009 и 14.A18.21.0806 в рамках программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» и госконтракт Н687 42Г 007/12), и грантов Российского фонда фундаментальных исследований (номера проектов 10-03-01007 и 12-03-31476), а также при поддержке гранта для молодых ученых УрФУ.
1. Созданы эффективные методы селективного введения стабильных изотопов 2H, 13С и 15N в структуру азоло[5,1-с][1,2,4]триазинов и азоло[1,5-а]пиримидинов.
2. Синтезированы образцы изотопнозамещенных азоло[5,1-с][1,2,4]триазинов и азоло[1,5-а]пиримидинов, содержащих метки 2H, 13С и 15N в различных положениях. Среди веществ получен препарат триазавирин, содержащий стабильные изотопы в различных положениях триазольного и триазинового циклов. Данный препарат необходим для исследования метаболизма и фармакокинетики.
3. На основе анализа КССВ 1H-15N и 13С |5 разработаны методы исследования особенностей строения и трансформаций полиазотистых гетероциклов. Данный метод позволил:
• исследовать азидо-тетразольное равновесие при помощи анализа дальних гетероядерных констант 1H-15N и показать применимость метода на примере исследования азидо- тетразольной таутомерии в ряду тетразоло[1,5-а]пиримидина и тетразо-
ло[5,1 -с][1,2,4]триазина;
• установить тип аннелирования азольного и азинового циклов в 1,2,4-триазоло[5,1-с][1,2,4]триазинов и 1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидинов и открыть перегруппировку Димрота в тетразоло[1,5-а]азинах.
4. Использование соединений, меченных изотопами 15N, позволило решить вопросы, связанные с механизмом гликозилирования 1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидинов.
5. Показано, что анализ КССВ 1H-15N и 13G-15N имеет преимущества перед данными КССВ 1Н-13С и 1Н-1Н в том, что позволяет эффективно исследовать строение полиазотистых соединений. Кроме того, в отличие от РСА, анализ КССВ 1H-15N и 13G-15N дает возможность исследовать динамические и происходящие в растворе процессы, а также позволяет исследовать смеси соединений.
2. Синтезированы образцы изотопнозамещенных азоло[5,1-с][1,2,4]триазинов и азоло[1,5-а]пиримидинов, содержащих метки 2H, 13С и 15N в различных положениях. Среди веществ получен препарат триазавирин, содержащий стабильные изотопы в различных положениях триазольного и триазинового циклов. Данный препарат необходим для исследования метаболизма и фармакокинетики.
3. На основе анализа КССВ 1H-15N и 13С |5 разработаны методы исследования особенностей строения и трансформаций полиазотистых гетероциклов. Данный метод позволил:
• исследовать азидо-тетразольное равновесие при помощи анализа дальних гетероядерных констант 1H-15N и показать применимость метода на примере исследования азидо- тетразольной таутомерии в ряду тетразоло[1,5-а]пиримидина и тетразо-
ло[5,1 -с][1,2,4]триазина;
• установить тип аннелирования азольного и азинового циклов в 1,2,4-триазоло[5,1-с][1,2,4]триазинов и 1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидинов и открыть перегруппировку Димрота в тетразоло[1,5-а]азинах.
4. Использование соединений, меченных изотопами 15N, позволило решить вопросы, связанные с механизмом гликозилирования 1,2,4-триазоло[1,5-а]пиримидинов.
5. Показано, что анализ КССВ 1H-15N и 13G-15N имеет преимущества перед данными КССВ 1Н-13С и 1Н-1Н в том, что позволяет эффективно исследовать строение полиазотистых соединений. Кроме того, в отличие от РСА, анализ КССВ 1H-15N и 13G-15N дает возможность исследовать динамические и происходящие в растворе процессы, а также позволяет исследовать смеси соединений.