СИНТЕЗ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ НА ОСНОВЕ 1,2,3-ТИАДИАЗОЛ-4(5)-ИЛКАРБОНИЛ- И 1,2,3-ТИАДИАЗОЛ-5-ИЛГИДРАЗИНОВ
|
Введение 4
1. Синтез, химические и биологические свойства 1,2,3-тиадиазолов (литературный обзор) ...9
1.1. Первые примеры синтеза 1,2,3-тиадиазолов 9
1.2. Способы построения 1,2,3-тиадиазольного цикла 11
1.2.1. Метод Харда - Мори в синтезе производных 1,2,3-тиадиазола 12
1.2.2. Гетероциклизация а-диазотионов. Реакция Вольфа 15
1.2.3. Синтез 1,2,3-тиадиазолов методом Пехмана 17
1.2.4. Катализируемые реакции ^-тозилгидразонов с элементарной серой 19
1.2.5. Трансформации серосодержащих гетероциклических соединений как подход к
построению 1,2,3-тиадиазольного цикла 19
1.3. Пути модификации производных 1,2,3-тиадиазола и изучение их биологической
активности 21
1.3.1. Модификация 1,2,3-тиадиазолов по положению 5 цикла 21
1.3.1.1. Превращения 4-метил-1,2,3-тиадиазол-5-илкарбоновой кислоты 22
1.3.1.2. Реакции хлорангидрида 4-метил-1,2,3-тиадиазол-5-карбоновой кислоты в синтезе новых производных 1,2,3-тиадиазола 26
1.3.1.3. Гидразид 4-метил-1,2,3-тиадиазол-5-илкарбоновой кислоты в синтезе новых
производных 1,2,3-тиадиазола 31
1.3.1.4. Реакции с участием 4-метил-1,2,3-тиадиазол-5-илметанола и 4-метил-1,2,3-
тиадиазол-5-ил-карбальдегида 36
1.3.1.5. Другие реакции модификации 1,2,3-тиадиазолов с участием заместителя в
положении 5 цикла 38
1.3.2. Модификация 1,2,3-тиадиазолов по положению 4 цикла 41
1.3.2.1. Превращения этилового эфира 5-метил-1,2,3-тиадиазол-4-илкарбоновой кислоты.
Биологическая активность полученных соединений 41
1.3.2.2. Модификация заместителя в положении 4 цикла других 1,2,3-тиадиазолов 43
1.3.3. Модификация с участием заместителей в положениях 4 и 5 1,2,3-тиадиазольного кольца 43
1.4. Перегруппировки с участием 1,2,3-тиадиазольного цикла 44
2. Синтез и биологические свойства производных 1,2,3-тиадиазолов и 1,2,3-триазолов, полученных на основе реакций 1,2,3-тиадиазолил- и тиадиазолилкарбонилгидразинов (обсуждение результатов) 50
2.1. Синтез 1,2,3-тиадиазолилзамещенных моно- и диамидов угольной кислоты 50
2.1.1. Синтез ^-арил-М-1,2,3-тиадиазолилмочевин 50
2.1.2. Получение эфиров 1,2,3-тиадиазол-5-илкарбаминовой кислоты 55
2.1.3. Синтез и свойства тиадиазолилмочевин, содержащих остатки аминокислот 56
2.2. Синтез гетероциклических ансамблей на основе производных 1,2,3-тиадиазола 59
2.2.1. Синтез 1,2,3-тиадиазолил-имидазолидин-2,4-дионов 60
2.2.2. Получение 1,3,4-тиадиазол-2-ил- и -1,3,4-оксадиазол-2-ил-1,2,3-тиадиазолов 63
2.2.3. Синтез 1,2,3-тиадиазолов, содержащих пиразольный цикл 65
2.2.3.1. Реакция гидразинопроизводных 1,2,3-тиадиазола с дикетонами 66
2.2.3.2. Взаимодействие 1,2,3-тиадиазолилгидразонов ацетофенонов с комплексом
Вильсмайера - Хаака 67
2.3. Перегруппировка Димрота в ряду производных 5-гидразино-1,2,3-тиадиазола. Синтез
конденсированных 1,2,3-триазолов 68
2.3.1. Синтез 5Я-[1,2,3]триазоло[5,1-й][1,3,4]тиадиазинов 68
2.3.1.1. Взаимодействие 1,2,3-тиалиазолилгидразонов ацетофенонов с пентахлоридом
фосфора 69
2.3.1.2. Взаимодействие 1,2,3-тиалиазолилгидразонов с а-бромацетофенонами 72
2.3.2. Синтез конденсированных [1,2,3]триазоло[5,1-й][1,3,4]тиадиазепинов 77
2.4. Изучение биологической активности 78
2.4.1. Исследование цитокининовой активности 1-(4-метил-[1,2,3]-тиадиазол-5-ил)-3-и-
толуилмочевины 78
2.4.2. Исследование ростостимулирующих свойств соединений на семянах сосны
обыкновенной 81
2.4.3. Изучение противовирусной активности веществ и способности стимулировать
системную приобретенную устойчивость (СПУ) растений 84
2.4.4. Исследование фунгицидной активности 85
2.4.5. Изучение влияния [1,2,3]триазоло[5,1-й][1,3,4]тиадиазинов на пролиферацию
клеточных культур 86
3. Экспериментальная часть 96
Заключение 148
Список литературы 149
Приложение А. Линейные параметры проростков Pinus sylvestris L.на 15 и 21 сутки эксперимента 172
Приложение Б. Противовирусная активность 173
Приложение В. Фунгицидная активность
1. Синтез, химические и биологические свойства 1,2,3-тиадиазолов (литературный обзор) ...9
1.1. Первые примеры синтеза 1,2,3-тиадиазолов 9
1.2. Способы построения 1,2,3-тиадиазольного цикла 11
1.2.1. Метод Харда - Мори в синтезе производных 1,2,3-тиадиазола 12
1.2.2. Гетероциклизация а-диазотионов. Реакция Вольфа 15
1.2.3. Синтез 1,2,3-тиадиазолов методом Пехмана 17
1.2.4. Катализируемые реакции ^-тозилгидразонов с элементарной серой 19
1.2.5. Трансформации серосодержащих гетероциклических соединений как подход к
построению 1,2,3-тиадиазольного цикла 19
1.3. Пути модификации производных 1,2,3-тиадиазола и изучение их биологической
активности 21
1.3.1. Модификация 1,2,3-тиадиазолов по положению 5 цикла 21
1.3.1.1. Превращения 4-метил-1,2,3-тиадиазол-5-илкарбоновой кислоты 22
1.3.1.2. Реакции хлорангидрида 4-метил-1,2,3-тиадиазол-5-карбоновой кислоты в синтезе новых производных 1,2,3-тиадиазола 26
1.3.1.3. Гидразид 4-метил-1,2,3-тиадиазол-5-илкарбоновой кислоты в синтезе новых
производных 1,2,3-тиадиазола 31
1.3.1.4. Реакции с участием 4-метил-1,2,3-тиадиазол-5-илметанола и 4-метил-1,2,3-
тиадиазол-5-ил-карбальдегида 36
1.3.1.5. Другие реакции модификации 1,2,3-тиадиазолов с участием заместителя в
положении 5 цикла 38
1.3.2. Модификация 1,2,3-тиадиазолов по положению 4 цикла 41
1.3.2.1. Превращения этилового эфира 5-метил-1,2,3-тиадиазол-4-илкарбоновой кислоты.
Биологическая активность полученных соединений 41
1.3.2.2. Модификация заместителя в положении 4 цикла других 1,2,3-тиадиазолов 43
1.3.3. Модификация с участием заместителей в положениях 4 и 5 1,2,3-тиадиазольного кольца 43
1.4. Перегруппировки с участием 1,2,3-тиадиазольного цикла 44
2. Синтез и биологические свойства производных 1,2,3-тиадиазолов и 1,2,3-триазолов, полученных на основе реакций 1,2,3-тиадиазолил- и тиадиазолилкарбонилгидразинов (обсуждение результатов) 50
2.1. Синтез 1,2,3-тиадиазолилзамещенных моно- и диамидов угольной кислоты 50
2.1.1. Синтез ^-арил-М-1,2,3-тиадиазолилмочевин 50
2.1.2. Получение эфиров 1,2,3-тиадиазол-5-илкарбаминовой кислоты 55
2.1.3. Синтез и свойства тиадиазолилмочевин, содержащих остатки аминокислот 56
2.2. Синтез гетероциклических ансамблей на основе производных 1,2,3-тиадиазола 59
2.2.1. Синтез 1,2,3-тиадиазолил-имидазолидин-2,4-дионов 60
2.2.2. Получение 1,3,4-тиадиазол-2-ил- и -1,3,4-оксадиазол-2-ил-1,2,3-тиадиазолов 63
2.2.3. Синтез 1,2,3-тиадиазолов, содержащих пиразольный цикл 65
2.2.3.1. Реакция гидразинопроизводных 1,2,3-тиадиазола с дикетонами 66
2.2.3.2. Взаимодействие 1,2,3-тиадиазолилгидразонов ацетофенонов с комплексом
Вильсмайера - Хаака 67
2.3. Перегруппировка Димрота в ряду производных 5-гидразино-1,2,3-тиадиазола. Синтез
конденсированных 1,2,3-триазолов 68
2.3.1. Синтез 5Я-[1,2,3]триазоло[5,1-й][1,3,4]тиадиазинов 68
2.3.1.1. Взаимодействие 1,2,3-тиалиазолилгидразонов ацетофенонов с пентахлоридом
фосфора 69
2.3.1.2. Взаимодействие 1,2,3-тиалиазолилгидразонов с а-бромацетофенонами 72
2.3.2. Синтез конденсированных [1,2,3]триазоло[5,1-й][1,3,4]тиадиазепинов 77
2.4. Изучение биологической активности 78
2.4.1. Исследование цитокининовой активности 1-(4-метил-[1,2,3]-тиадиазол-5-ил)-3-и-
толуилмочевины 78
2.4.2. Исследование ростостимулирующих свойств соединений на семянах сосны
обыкновенной 81
2.4.3. Изучение противовирусной активности веществ и способности стимулировать
системную приобретенную устойчивость (СПУ) растений 84
2.4.4. Исследование фунгицидной активности 85
2.4.5. Изучение влияния [1,2,3]триазоло[5,1-й][1,3,4]тиадиазинов на пролиферацию
клеточных культур 86
3. Экспериментальная часть 96
Заключение 148
Список литературы 149
Приложение А. Линейные параметры проростков Pinus sylvestris L.на 15 и 21 сутки эксперимента 172
Приложение Б. Противовирусная активность 173
Приложение В. Фунгицидная активность
Актуальность темы. Химия производных 1,2,3-тиадиазола активно развивается на протяжении 130 лет, с 1879 года, когда Ф. Бейльштейн впервые синтезировал 1,2,3-бензотиадиазол. Привлекательность этого гетероцикла обусловлена многогранностью его реакционной способности, его вкладом в теорию и химию гетероциклов, а также практическим использованием производных 1,2,3-тиадиазола в качестве пестицидов, лекарственных средств, технических реагентов и средств регуляции роста и развития растений. Широкое применение в сельском хозяйстве и исследованиях в области физиологии и биотехнологии растений нашел препарат тидиазурон. Различные виды биологической активности проявляют и его структурные аналоги. Однако несмотря, на то, что в настоящее время известно много различных способов синтеза и модификации тидиазурона и его производных, некоторые аспекты реакционной способности как самого 1,2,3-тиадиазольного цикла, являющегося ключевым фрагментом его структуры, так и его боковых заместителей и функциональных групп, до конца не исчерпаны.
Большими препаративными возможностями обладают гидразино- и гидразидопроизвод-ные 1,2,3-тиадиазола. Наличие в структуре этих соединений высоко реакционноспособных функциональных фрагментов дает возможность конструировать на их основе новые гетероциклические ансамбли. В то же время 5-гидразино-1,2,3-тиадиазолы легко вовлекаются в процессы перегруппировки тиадиазольного цикла, что позволяет трансформировать их в уникальные конденсированные структуры. Это является особо ценным обстоятельством, поскольку в последние десятилетия в рамках изучения биологической активности 1,2,3-тиадиазолов значительно возрос интерес к линейно связанным и конденсированным гетероциклическим системам, содержащим, помимо тиадиазольного фрагмента, и другие азот-, кислород- и серусодержащие циклы.
Степень разработанности темы исследования. В последние десятилетия биологическая активность 1,2,3-тиадиазолов наиболее широко изучалась по отношению к растениям. В результате этих исследований были получены такие синтетические активаторы системной при-обретенной устойчивости (СПУ) растений, как бион (8-метиловый эфир бензотиадиазол- тиокарбоновой кислоты) и тиадинил (5-карбоксамид-4-метил-1,2,3-тиадиазола). Тиадиазолифенилмочевина - тидиазурон является синтетическим аналогом цитокининов. Тидиазурон приме-няется для роста клеточных тканей новых гибридов и трансгенных растений и находит широкое применение в сельскохозяйственной биотехнологии. Коммерческий препарат Дропп, активным веществом которого является тидиазурон, применяется как эффективный дефолиант тонковолокнистого хлопчатника. Также следует отметить, что в последние годы в литературе в основ-ном описывают соединения, полученные на основе реакций этилового эфира 4-метил-1,2,3- тиадиазол-5-карбоновой кислоты. Причиной этого является доступность этого соединения по сравнению, например, с изомерным этиловым эфиром 5-метил-1,2,3-тиадиазол-4-карбоновой кислоты, синтез которого имеет ряд технологических трудностей.
Цель диссертационной работы заключалась в разработке новых эффективных методов синтеза биологически активных гетероциклических систем на основе производных
1.2.3- тиадиазолил-5-гидразинов и 1,2,3-тиадиазолил-4(5)-карбонилгидразинов.
Задачи. В рамках этой темы были выработаны основные направления исследования: разработка эффективных методов синтеза 1,2,3 -тиадиазолилзамещенных моно- и диамидов угольной кислоты; создание оптимальных методов синтеза ансамблей гетероциклов, содержащих 1,2,3-тиадиазол; разработка новых подходов к синтезу конденсированных производных 1.2.3-триазола, ключевой стадией которых является перегруппировка 1.2.3-тиадиазолилгидразинов; исследование биологической активности синтезированных соединений.
Научная новизна и теоретическая значимость работы:
1. Разработан и реализован новый альтернативный метод синтеза аналогов тидиазурона
1,2,3- тиадиазолилмочевин, содержащих ароматические и аминокислотные фрагменты.
2. Впервые обнаружена перегруппировка Димрота в ряду 5-уреидо-1,2,3-тиадиазолов.
3. Предложены новые синтетические подходы для получения ранее не описанных гетеро-циклических ансамблей, таких как 1,2,3 -тиадиазол-4(5)-илимидазолидин-2,4-дионы,
1,3,4- оксадиазол-2-ил-1,2,3 -тиадиазолы, 1,3,4-тиадиазол-2-ил-1,2,3 -тиадиазолы, пиразол- 1 -ил-1,2,3 -тиадиазолы.
4. Впервые изучено влияние микроволнового облучения на протекание реакции получения
1,2,3-тиадиазол-5-илимидазолидин-2,4-дионов.
5. Разработаны новые подходы к синтезу
¿][1,3,4]тиадиазинов. производных [1,2,3]триазоло[5,1-
6. Впервые получены спиросочлененные
¿][1,3,4]тиадиазинов. производные [1,2,3]триазоло[5,1-
7. Синтезирована новая гетероциклическая система [ 1,2,3]триазоло[5,1][1,3,4]тиадиазепин.
8. Впервые обнаружены синтетические вещества, стимулирующие in vitroпролиферацию различных клеточных линий.
Практическая значимость результатов диссертационного исследования состоит в том, что разработаны методы синтеза новых соединений, среди которых обнаружены вещества, про-являющие фунгицидную, противовирусную, активность и способность стимулировать СПУ. Установлена росторегулирующая активность нескольких 1,2,3-тиадиазолилмочевин и 1,2,3- тиадиазолилимидазолидин-2,4-дионов в отношении растений и показана перспективность поиска в их ряду фитогормонов. Выявлен класс соединений, которые способны селективно регулировать пролиферацию клеток и могут быть рекомендованы для применения в исследованиях в области клеточных технологий как в культивировании клеточных культур, так и в восстановлении их функций после криоконсервирования. Спиросочлененные 1,2,3-триазоло[5,1- ¿][1,3,4]тиадиазины, для которых обнаружена способность стимулировать пролиферацию дермальных фибробластов, являются перспективными веществами для применения в медицине, например при восстановлении поврежденных тканей и ранозаживлении.
Объекты исследования: производные 1,2,3-тиадиазолил-5-гидразина, гидразиды 4- метил-1,2,3-тиадиазол-5-карбоновой кислоты и 5-метил-1,2,3-тиадиазолил-4-карбоновой кисло-ты.
Методология и методы исследования. При выполнении работы использовался комплексный подход к решению поставленных задач. Для получения исходных реагентов и целевых продуктов применялись методы органического синтеза, активация реакций с помощью микроволнового облучения, перегруппировки, циклоконденсация. Для изучения фунгицидной, противовирусной, росторегулирующей активности и способности стимулировать СПУ синтезированных соединений использовались общепринятые и описанные в литературе методы биологических исследований.
Достоверность полученных данных подтверждается сопоставлением полученных результатов с литературными данными и данными независимых стандартных методов. Анализ структуры, чистоты и состава получаемых соединений осуществлялся на сертифицированных и поверенных приборах Центра коллективного пользования уникальным оборудованием Уральского федерального университета лаборатории комплексных исследований и экспертной оценки органических материалов такими методами, как инфракрасная спектроскопия (ИК), спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) на ядрах 1Н и 13С, масс-спектрометрия, в том числе высокого разрешения, элементный анализ. Рентгеноструктурный анализ (РСА) проводили в лаборатории института органического синтеза им. И.Я. Постовского УрО РАН.
На защиту выносятся следующие результаты исследований:
1. Синтез 1,2,3-тиадиазолилзамещенных моно- и диамидов угольной кислоты.
2. Синтез гетероциклических ансамблей на основе производных 1,2,3-тиадиазола.
3. Перегруппировка Димрота производных 5-гидразино-1,2,3-тиадиазола в синтезе конденсированных 1,2,3-триазолов.
4. Результаты исследований биологической активности веществ.
Личный вклад автора. Диссертант принимал непосредственное участие во всех этапах работы, включая планирование целей и задач исследования, выполнение экспериментов, в том числе и биологических испытаний, анализ и интерпретацию полученных данных, написание и оформление публикаций по результатам исследования.
Апробация работы. Полученные результаты представлены диссертантом на конференциях регионального, всероссийского и международного уровня, в том числе на конференциях «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 2014, 2015), Международной конференции молодых ученых «Молодежь в науке - 2011» (Минск, 2011), конференции «Химия в федеральных университетах» (Екатеринбург, 2014), Международной конференции «Проблемы органической химии» (Шанхай, Китай, 2014), Молодежной школе-конференции по органической химии (Екатеринбург, 2014), Международном симпозиуме по гетероциклической химии (Москва, 2015), 13-й Международной конференции в Киото «Новые аспекты органической химии» (Киото, Япония, 2015), Зимней конференции молодых ученых по органической химии (Красновидово, 2016). Финансирование диссертационной работы проводилось при поддержке Министерства образования и науки РФ (госзадание № 4.560.2014-К, грант Президента РФ для обучения за рубежом студентов и аспирантов российских вузов в 2011/2012 гг.), Про-граммы повышения конкурентоспособности Постановление № 211 Правительства Российской Федерации (контракт № 02.А03.21.0006) и Российского фонда фундаментальных исследований (гранты 13-03-00137 и мол_а 16-33-00556), а также при финансовой поддержке молодых ученых в рамках реализации программы развития УрФУ.
Публикации. Основное содержание исследования опубликовано в 21 научной работе, в том числе 5 научных статьях в рецензируемых научных журналах, которые рекомендованы ВАК РФ для публикации результатов диссертационных исследований, 14 тезисах докладов научных конференций международного, российского и регионального уровней и 2 патентах КНР.
Структура диссертации. Диссертационная работа включает в себя введение, обзор литературы, результаты и их обсуждение, экспериментальную часть, выводы, список цитируемой литературы из 239 наименований и приложения. Работа изложена на 175 страницах машинописного текста и включает 5 таблиц, 31 рисунок, 3 приложения. Диссертационная работа по своей актуальности, целям, решаемым задачам и полученным результатам соответствует п. 1, 2, 3 и 8 паспорта специальности 02.00.03 - Органическая химия.
Краткое содержание работы. Во введении кратко сформулированы актуальность, цели и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы. Первая глава представляет собой обзор литературы по методам синтеза и свойствам производных 1,2,3- тиадиазала за последние 10 лет. Во второй главе обсуждаются разработанные методы синтеза производных азотсодержащих гетероциклов на основе гидразинопроизводных 1,2,3-тиадиазола, представлены результаты биологических испытаний синтезированных соединений. Третья глава содержит описание экспериментальных методик и характеристик синтезированных соединений. Приложение включает первичные экспериментальные данные по исследованиям биологи-ческой активности синтезированных соединений.
Благодарности. Автор выражает благодарность и признательность своему научному руководителю д.х.н., профессору Моржерину Юрию Юрьевичу за чуткое руководство и всестороннюю поддержку, к.х.н., доценту Глухаревой Татьяне Владимировне за участие в обсуждении результатов, сотрудникам кафедры технологии органического синтеза Химико-технологического института УрФУ, к.б.н., доценту Улитко Марии Валерьевне (кафедра физиологии человека и животных, Институт естественных наук УрФУ), к.б.н., доценту Киселевой Ирине Сергеевне (кафедра физиологии и биохимии растений, Институт естественных наук Ур-ФУ), к.х.н., доценту Емельянову Виктору Владимировичу (кафедра иммунохимии Химико-технологического института УрФУ) за проведение биологических испытаний, к.б.н. Черепановой Ольге Евгеньевне, м.н.с. Кочубей Алене Александровне (ФГБУН Ботанический сад УрО РАН) за помощь в биологических испытаниях, сотрудникам лаборатории комплексных исследований и экспертной оценки органических материалов УрФУ под руководством к.х.н., доцента Олега Станиславовича Ельцова за выполнение спектральных исследований соединений, к.х.н. Слепухину Павлу Александровичу (Институт органического синтезе УрО РАН) за проведение рентгеноструктурных исследований. Автор благодарит профессора Фана Жи-Джина (Нанкайский университет, г. Тяньцзинь, КНР) за плодотворное сотрудничество в области изучения биологической активности синтезированных соединений.
Большими препаративными возможностями обладают гидразино- и гидразидопроизвод-ные 1,2,3-тиадиазола. Наличие в структуре этих соединений высоко реакционноспособных функциональных фрагментов дает возможность конструировать на их основе новые гетероциклические ансамбли. В то же время 5-гидразино-1,2,3-тиадиазолы легко вовлекаются в процессы перегруппировки тиадиазольного цикла, что позволяет трансформировать их в уникальные конденсированные структуры. Это является особо ценным обстоятельством, поскольку в последние десятилетия в рамках изучения биологической активности 1,2,3-тиадиазолов значительно возрос интерес к линейно связанным и конденсированным гетероциклическим системам, содержащим, помимо тиадиазольного фрагмента, и другие азот-, кислород- и серусодержащие циклы.
Степень разработанности темы исследования. В последние десятилетия биологическая активность 1,2,3-тиадиазолов наиболее широко изучалась по отношению к растениям. В результате этих исследований были получены такие синтетические активаторы системной при-обретенной устойчивости (СПУ) растений, как бион (8-метиловый эфир бензотиадиазол- тиокарбоновой кислоты) и тиадинил (5-карбоксамид-4-метил-1,2,3-тиадиазола). Тиадиазолифенилмочевина - тидиазурон является синтетическим аналогом цитокининов. Тидиазурон приме-няется для роста клеточных тканей новых гибридов и трансгенных растений и находит широкое применение в сельскохозяйственной биотехнологии. Коммерческий препарат Дропп, активным веществом которого является тидиазурон, применяется как эффективный дефолиант тонковолокнистого хлопчатника. Также следует отметить, что в последние годы в литературе в основ-ном описывают соединения, полученные на основе реакций этилового эфира 4-метил-1,2,3- тиадиазол-5-карбоновой кислоты. Причиной этого является доступность этого соединения по сравнению, например, с изомерным этиловым эфиром 5-метил-1,2,3-тиадиазол-4-карбоновой кислоты, синтез которого имеет ряд технологических трудностей.
Цель диссертационной работы заключалась в разработке новых эффективных методов синтеза биологически активных гетероциклических систем на основе производных
1.2.3- тиадиазолил-5-гидразинов и 1,2,3-тиадиазолил-4(5)-карбонилгидразинов.
Задачи. В рамках этой темы были выработаны основные направления исследования: разработка эффективных методов синтеза 1,2,3 -тиадиазолилзамещенных моно- и диамидов угольной кислоты; создание оптимальных методов синтеза ансамблей гетероциклов, содержащих 1,2,3-тиадиазол; разработка новых подходов к синтезу конденсированных производных 1.2.3-триазола, ключевой стадией которых является перегруппировка 1.2.3-тиадиазолилгидразинов; исследование биологической активности синтезированных соединений.
Научная новизна и теоретическая значимость работы:
1. Разработан и реализован новый альтернативный метод синтеза аналогов тидиазурона
1,2,3- тиадиазолилмочевин, содержащих ароматические и аминокислотные фрагменты.
2. Впервые обнаружена перегруппировка Димрота в ряду 5-уреидо-1,2,3-тиадиазолов.
3. Предложены новые синтетические подходы для получения ранее не описанных гетеро-циклических ансамблей, таких как 1,2,3 -тиадиазол-4(5)-илимидазолидин-2,4-дионы,
1,3,4- оксадиазол-2-ил-1,2,3 -тиадиазолы, 1,3,4-тиадиазол-2-ил-1,2,3 -тиадиазолы, пиразол- 1 -ил-1,2,3 -тиадиазолы.
4. Впервые изучено влияние микроволнового облучения на протекание реакции получения
1,2,3-тиадиазол-5-илимидазолидин-2,4-дионов.
5. Разработаны новые подходы к синтезу
¿][1,3,4]тиадиазинов. производных [1,2,3]триазоло[5,1-
6. Впервые получены спиросочлененные
¿][1,3,4]тиадиазинов. производные [1,2,3]триазоло[5,1-
7. Синтезирована новая гетероциклическая система [ 1,2,3]триазоло[5,1][1,3,4]тиадиазепин.
8. Впервые обнаружены синтетические вещества, стимулирующие in vitroпролиферацию различных клеточных линий.
Практическая значимость результатов диссертационного исследования состоит в том, что разработаны методы синтеза новых соединений, среди которых обнаружены вещества, про-являющие фунгицидную, противовирусную, активность и способность стимулировать СПУ. Установлена росторегулирующая активность нескольких 1,2,3-тиадиазолилмочевин и 1,2,3- тиадиазолилимидазолидин-2,4-дионов в отношении растений и показана перспективность поиска в их ряду фитогормонов. Выявлен класс соединений, которые способны селективно регулировать пролиферацию клеток и могут быть рекомендованы для применения в исследованиях в области клеточных технологий как в культивировании клеточных культур, так и в восстановлении их функций после криоконсервирования. Спиросочлененные 1,2,3-триазоло[5,1- ¿][1,3,4]тиадиазины, для которых обнаружена способность стимулировать пролиферацию дермальных фибробластов, являются перспективными веществами для применения в медицине, например при восстановлении поврежденных тканей и ранозаживлении.
Объекты исследования: производные 1,2,3-тиадиазолил-5-гидразина, гидразиды 4- метил-1,2,3-тиадиазол-5-карбоновой кислоты и 5-метил-1,2,3-тиадиазолил-4-карбоновой кисло-ты.
Методология и методы исследования. При выполнении работы использовался комплексный подход к решению поставленных задач. Для получения исходных реагентов и целевых продуктов применялись методы органического синтеза, активация реакций с помощью микроволнового облучения, перегруппировки, циклоконденсация. Для изучения фунгицидной, противовирусной, росторегулирующей активности и способности стимулировать СПУ синтезированных соединений использовались общепринятые и описанные в литературе методы биологических исследований.
Достоверность полученных данных подтверждается сопоставлением полученных результатов с литературными данными и данными независимых стандартных методов. Анализ структуры, чистоты и состава получаемых соединений осуществлялся на сертифицированных и поверенных приборах Центра коллективного пользования уникальным оборудованием Уральского федерального университета лаборатории комплексных исследований и экспертной оценки органических материалов такими методами, как инфракрасная спектроскопия (ИК), спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) на ядрах 1Н и 13С, масс-спектрометрия, в том числе высокого разрешения, элементный анализ. Рентгеноструктурный анализ (РСА) проводили в лаборатории института органического синтеза им. И.Я. Постовского УрО РАН.
На защиту выносятся следующие результаты исследований:
1. Синтез 1,2,3-тиадиазолилзамещенных моно- и диамидов угольной кислоты.
2. Синтез гетероциклических ансамблей на основе производных 1,2,3-тиадиазола.
3. Перегруппировка Димрота производных 5-гидразино-1,2,3-тиадиазола в синтезе конденсированных 1,2,3-триазолов.
4. Результаты исследований биологической активности веществ.
Личный вклад автора. Диссертант принимал непосредственное участие во всех этапах работы, включая планирование целей и задач исследования, выполнение экспериментов, в том числе и биологических испытаний, анализ и интерпретацию полученных данных, написание и оформление публикаций по результатам исследования.
Апробация работы. Полученные результаты представлены диссертантом на конференциях регионального, всероссийского и международного уровня, в том числе на конференциях «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 2014, 2015), Международной конференции молодых ученых «Молодежь в науке - 2011» (Минск, 2011), конференции «Химия в федеральных университетах» (Екатеринбург, 2014), Международной конференции «Проблемы органической химии» (Шанхай, Китай, 2014), Молодежной школе-конференции по органической химии (Екатеринбург, 2014), Международном симпозиуме по гетероциклической химии (Москва, 2015), 13-й Международной конференции в Киото «Новые аспекты органической химии» (Киото, Япония, 2015), Зимней конференции молодых ученых по органической химии (Красновидово, 2016). Финансирование диссертационной работы проводилось при поддержке Министерства образования и науки РФ (госзадание № 4.560.2014-К, грант Президента РФ для обучения за рубежом студентов и аспирантов российских вузов в 2011/2012 гг.), Про-граммы повышения конкурентоспособности Постановление № 211 Правительства Российской Федерации (контракт № 02.А03.21.0006) и Российского фонда фундаментальных исследований (гранты 13-03-00137 и мол_а 16-33-00556), а также при финансовой поддержке молодых ученых в рамках реализации программы развития УрФУ.
Публикации. Основное содержание исследования опубликовано в 21 научной работе, в том числе 5 научных статьях в рецензируемых научных журналах, которые рекомендованы ВАК РФ для публикации результатов диссертационных исследований, 14 тезисах докладов научных конференций международного, российского и регионального уровней и 2 патентах КНР.
Структура диссертации. Диссертационная работа включает в себя введение, обзор литературы, результаты и их обсуждение, экспериментальную часть, выводы, список цитируемой литературы из 239 наименований и приложения. Работа изложена на 175 страницах машинописного текста и включает 5 таблиц, 31 рисунок, 3 приложения. Диссертационная работа по своей актуальности, целям, решаемым задачам и полученным результатам соответствует п. 1, 2, 3 и 8 паспорта специальности 02.00.03 - Органическая химия.
Краткое содержание работы. Во введении кратко сформулированы актуальность, цели и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы. Первая глава представляет собой обзор литературы по методам синтеза и свойствам производных 1,2,3- тиадиазала за последние 10 лет. Во второй главе обсуждаются разработанные методы синтеза производных азотсодержащих гетероциклов на основе гидразинопроизводных 1,2,3-тиадиазола, представлены результаты биологических испытаний синтезированных соединений. Третья глава содержит описание экспериментальных методик и характеристик синтезированных соединений. Приложение включает первичные экспериментальные данные по исследованиям биологи-ческой активности синтезированных соединений.
Благодарности. Автор выражает благодарность и признательность своему научному руководителю д.х.н., профессору Моржерину Юрию Юрьевичу за чуткое руководство и всестороннюю поддержку, к.х.н., доценту Глухаревой Татьяне Владимировне за участие в обсуждении результатов, сотрудникам кафедры технологии органического синтеза Химико-технологического института УрФУ, к.б.н., доценту Улитко Марии Валерьевне (кафедра физиологии человека и животных, Институт естественных наук УрФУ), к.б.н., доценту Киселевой Ирине Сергеевне (кафедра физиологии и биохимии растений, Институт естественных наук Ур-ФУ), к.х.н., доценту Емельянову Виктору Владимировичу (кафедра иммунохимии Химико-технологического института УрФУ) за проведение биологических испытаний, к.б.н. Черепановой Ольге Евгеньевне, м.н.с. Кочубей Алене Александровне (ФГБУН Ботанический сад УрО РАН) за помощь в биологических испытаниях, сотрудникам лаборатории комплексных исследований и экспертной оценки органических материалов УрФУ под руководством к.х.н., доцента Олега Станиславовича Ельцова за выполнение спектральных исследований соединений, к.х.н. Слепухину Павлу Александровичу (Институт органического синтезе УрО РАН) за проведение рентгеноструктурных исследований. Автор благодарит профессора Фана Жи-Джина (Нанкайский университет, г. Тяньцзинь, КНР) за плодотворное сотрудничество в области изучения биологической активности синтезированных соединений.
1. Разработан новый подход к получению широкого ряда 1,2,3-тиадиазолилмочевин и 1,2,3- тиадиазолилуретанов, являющихся структурными аналогами фитогормона тидиазурона. Получены 1,2,3 -тиадиазолилмочевины, содержащие в своей структуре природные фрагменты аминокислот.
2. Разработаны подходы к синтезу новых гетероциклических ансамблей: 1,2,3-тиадиазол- 4(5)-илимидазолидин-2,4-дионов, 5-пиразол-1 -ил- 1,2,3-тиадиазолов, 4-(1,3,4-оксадиазол- 2-ил)-1,2,3-тиадиазолов, 4-(1,3,4-тиадиазол-2-ил)-1,2,3-тиадиазолов. Показана эффективность микроволнового нагрева в синтезе 1,2,3-тиадиазол-5-илимидазолидин-2,4-дионов.
3. Предложены новые методы получения производные [1,2,3]триазоло[5,1- ¿][1,3,4]тиадиазинов, с использованием перегруппировки Димрота.
4. Впервые синтезированы спиросочлененные производные [1,2,3]триазоло[5,1- ¿][1,3,4]тиадиазинов, в ряду которых обнаружены вещества, селективно стимулирующие или ингибирующие in vitroпролиферативную активность нормальных, трансформированных и опухолевых клеточных линий.
5. Показана перспективность поиска в ряду 1,2,3-тиадиазолилмочевин и 1,2,3-тиадиазол- 4(5)-илимидазолидин-2,4-дионов веществ - регуляторов роста растений.
6. В ряду 1,2,3-тиадиазолилуретанов и 1,2,3-тиадиазол-4-илтиосемикарбазидов обнаружены соединения обладающие высокой фунгицидной активностью в отношении возбудителя ризоктониоза злаков.
7. Среди 4-(1,3,4-оксадиазол-2-ил)-1,2,3-тиадиазолов и 4-(1,3,4-тиадиазол-2-ил)-1,2,3- тиадиазолов выявлены вещества, обладающие противовирусной активностью в отноше-нии вируса табачной мозаики выше, чем препарат сравнения рибавирин.
8. Обнаружены вещества, стимулирующие системную приобретенную активность растений на уровне препарата-лидера, активирующего СПУ, тиадинила.
Перспективы дальнейшей разработки темы исследования. Результаты данной работы позволяют определить дальнейшие исследования в области химии 1,2,3-тиадиазола, в частности: перспективно исследование с целью поиска оптимальных параметров получения 1,2,3- тиадиазолилмочевин, содержащих остаток оптически активных аминокислот и пептидов и исследования их как активаторов системной приобретённой устойчивости растений, а также раз-работки технологии получения тидазурона. К перспективным направлениям можно отнести дальнейшие исследования спиросочлененные 1,2,3-триазоло[5,1-й][1,3,4]тиадиазинов, стимулирующих пролиферативную активность животных клеток.
2. Разработаны подходы к синтезу новых гетероциклических ансамблей: 1,2,3-тиадиазол- 4(5)-илимидазолидин-2,4-дионов, 5-пиразол-1 -ил- 1,2,3-тиадиазолов, 4-(1,3,4-оксадиазол- 2-ил)-1,2,3-тиадиазолов, 4-(1,3,4-тиадиазол-2-ил)-1,2,3-тиадиазолов. Показана эффективность микроволнового нагрева в синтезе 1,2,3-тиадиазол-5-илимидазолидин-2,4-дионов.
3. Предложены новые методы получения производные [1,2,3]триазоло[5,1- ¿][1,3,4]тиадиазинов, с использованием перегруппировки Димрота.
4. Впервые синтезированы спиросочлененные производные [1,2,3]триазоло[5,1- ¿][1,3,4]тиадиазинов, в ряду которых обнаружены вещества, селективно стимулирующие или ингибирующие in vitroпролиферативную активность нормальных, трансформированных и опухолевых клеточных линий.
5. Показана перспективность поиска в ряду 1,2,3-тиадиазолилмочевин и 1,2,3-тиадиазол- 4(5)-илимидазолидин-2,4-дионов веществ - регуляторов роста растений.
6. В ряду 1,2,3-тиадиазолилуретанов и 1,2,3-тиадиазол-4-илтиосемикарбазидов обнаружены соединения обладающие высокой фунгицидной активностью в отношении возбудителя ризоктониоза злаков.
7. Среди 4-(1,3,4-оксадиазол-2-ил)-1,2,3-тиадиазолов и 4-(1,3,4-тиадиазол-2-ил)-1,2,3- тиадиазолов выявлены вещества, обладающие противовирусной активностью в отноше-нии вируса табачной мозаики выше, чем препарат сравнения рибавирин.
8. Обнаружены вещества, стимулирующие системную приобретенную активность растений на уровне препарата-лидера, активирующего СПУ, тиадинила.
Перспективы дальнейшей разработки темы исследования. Результаты данной работы позволяют определить дальнейшие исследования в области химии 1,2,3-тиадиазола, в частности: перспективно исследование с целью поиска оптимальных параметров получения 1,2,3- тиадиазолилмочевин, содержащих остаток оптически активных аминокислот и пептидов и исследования их как активаторов системной приобретённой устойчивости растений, а также раз-работки технологии получения тидазурона. К перспективным направлениям можно отнести дальнейшие исследования спиросочлененные 1,2,3-триазоло[5,1-й][1,3,4]тиадиазинов, стимулирующих пролиферативную активность животных клеток.



