Взаимодействие 5-(4-пиридил)-1,3,4-оксадиазол-2(3H)-тиона с алкиловыми эфирами хлоруксусной кислоты

Введение

Один из самых широко изучаемых представителей пятичленных гетероциклических соединений являются 5-замещенные-1,3,4-оксадиазол-2-тионы содержащие в своей молекуле атомы кислорода, серы и два атома азота, что дает большие синтетические возможности, связанные с химической природой этих соединений. Вещества, содержащие 1,3,4-оксадиазолное ядро имеют широкий спектр биологической активности, включая антибактериальную, противогрибковую, анальгетическую, противовоспалительную, противо-вирусную, противоопухолевую, гипотензивную, противосудорожную, анти-туберкулезную и другие виды активности [1, с. 790-799; 2, с. 2-25; 3, с. 53-75]. Объект наших исследований своеобразный и очень интересный представитель этого класса – 5-(4-пиридил)-1,3,4-оксадиазол-2-тион, состоящий из важных фармакофорных групп, пиридина и оксадиазолтиона. Один из них это пиридин, шестичленный гетероцикл с одним гетероатомом и другой, гетероцикл 1,3,4-оксадиазол-2-тион имеющий в своей молекуле несколько гетероатомов (азот, кислород, сера). Расположением оксадиазол-2-тионной группы по отношению к атому азота в пиридиновом цикле отличаются три возможные изомеры, которые обозначаются нумерацией или его буквенным вариантом с помощью греческих букв (α, β, γ). Соответственно в литературе встречаются варианты 5-(2-пиридил)- или 5-(α-пиридил)-1,3,4-оксадиазол-2-тион 1, 5-(3-пиридил)- или 5-(β-пиридил)-1,3,4-оксадиазол-2-тион 2 и 5-(4-пиридил)- или 5-(γ-пиридил)-1,3,4-оксадиазол-2-тион 3:   

В литературе имеются данные по изучению биологической активности и в том числе фармакологической активности как по всем этим тионам, так и по производным на их основе. Анализ литературы по этим соединениям показал, что большинство исследований проводятся с 5-(4-пиридил)-1,3,4-оксадиазол-2-тионом которого многие исследователи считают производными препарата изоназида, широко используемого в химиотерапии. Например, в работе авторов [4, с. 1401-1410] сообщается о синтезе 5-(4-пиридил)-1,3,4-оксадиазол-2-тиона 3 и об изучении его антибактериальной (грамотрицательная бактерия Escherichia coli), аналгезирующей (стандарт Диклофенак), противовоспалительной (стандарт индометацин) и антитуберкулезной (Mycobacterium tuberculosis) активности, где было установлено, что во всех испытанных видах активности оксадиазолтион 3 показал умеренную или среднюю активность.

Другие авторы [5, с. 1303-1305] также изучили антибактериальную активность 5-(4-пиридил)-1,3,4-оксадиазол-2-тиона 3 против микроорганизмов Escherichia coli, Staphylococcus aureus и нашли, что она составляет 29 и 50% соответственно от активности стандарта Norfloxacin в дозе 100 мг/мл. Кроме этого сообщается о противовоспалительной активности (45-50%) тиона 3, по сравнении с индометацином взятым в качестве стандарта. Надо отметить, что показатели антибактериальной и противовоспалительной активности согласуется с данными авторов [4, с. 1410] по этому тиону.

Синтезированные авторами [6, с. 297-299] S-замещенные-5-(4-пиридил)-1,3,4-оксадиазолы общей формулы 4 были испытаны на тестах in vitro на антибактериальную активность против микроорганизмов Escherichia coli(NCTC 10418),Staphylococcus aureus(ATCC 29737), Bacillus subtilis(ATCC 6633) – стандарт для сравнения ципрофлоксацин и фунгицидная активность на тест организмах Candida albicans(ATCC 10231) и Aspergillus niger(ATCC 16404) – стандарт Griseofulvin. Эти же соединения испытаны на тестах антитуберкулезной активности против палочек Mycobacterium tuberculosis H37Rv где стандартом был стрептомицин: 

По мнению авторов среди испытанных веществ, есть соединения, проявляющие перспективной антибактериальной, фунгицидной, а также антитуберкулезной активности.

Исходя из вышеприведенных примеров видно, что синтез производных 5-(4-пиридил)-1,3,4-оксадиазол-2(3Н)-тиона и поиск среди них биологически активных соединений является интересным и перспективным.

Методика исследования

ИК-спектры синтезированных соединений снимали на фурье-спектрометре Perkin Elmer-2000 в таблетках с KBr, УФ-спектры зарегистрированы на спектрометре Lambda-16 Perkin Elmer в этаноле. Спектры ¹Н ЯМР записаны на приборе Unity + 400 (400 МГц) при 20-25⁰С для соединения 3 растворитель ДМСО-d₆, остальные спектры в CDCI₃, внутренний стандарт ГМДС (δ. 0.05м.д.).

Контроль за ходом реакции и индивидуальностью синтезированных соединений осуществляли методом ТСХ на пластинках Silufol UV–254 (Чехия) и Merck silicagel 60F₂₅₄ (Германия) в системе CHCI₃ - EtOH, 24:1, проявление в УФ свете, пары иода. Температура плавления всех синтезированных веществ определена на приборе “BOETIUS”.

5-(4-пиридил)-1,3,4-оксадиазол-2-тион (3) синтезирован по методике [7].

Синтез алкиловых эфиров α-[5-(4-пиридил)-1,3,4-оксадиазол-2-илтио] уксусной кислоты5-10 (общая методика).

Эквимолярное количество 5-(4-пиридил)-1,3,4-оксадиазол-2-тиона, алкилового эфира хлоруксусной кислоты и К₂СО₃ кипятят в 20 мл сухого ацетона в течение 7ч. После удаления растворителя остаток промывают водой, раствором щелочи для удаления остатков исходного оксадиазолтиона, затем ещё холодной водой до нейтральной реакции. Чистота полученных веществ в виде белых или бело-молочных порошков не требует дополнительной очистки путем перекристаллизации.

Метиловый эфир α-[5-(4-пиридил)-1,3,4-оксадиазол-2-илтио] уксусной кислоты (5). Выход 82%, порошок бледно кремового цвета, т.пл. 111-112^оС. Rf=0.62, УФ-спектр, λ_max, нм, 279.6; спектр ¹Н ЯМР, δ, м.д. (J, Гц): 3.71(3H, с,-ОOCH₃), 4.35(2H,с, S-CH₂), 7.90(2H, д, J=6.2, пиридил-3,5), 8.83(2H, д, J=6.1, пиридил-2,6). ИК-спектр, ν, см^-1: 1713(СООСН₃), 1168(C-O-C, оксадиазол).

Этиловый эфир α-[5-(4-пиридил)-1,3,4-оксадиазол-2-илтио] уксусной кислоты (6). Выход 80%, бело-молочный порошок, т.пл. 84-85^оС. Rf= 0.64, УФ-спектр, λ_max, нм, 279.1; спектр ¹Н ЯМР, δ, м.д. (J, Гц): 1.20 (3H, т, J=7.3, -ООCН₃), 4.17 (2H, кв, J=7.1, СООCH₂СН₃), 4.33(2Н, с, S-CH₂), 7.91(2H, д, J=5.7, пиридил-3,5), 8.83 (2H, д, J=5.8, пиридил-2,6). ИК-спектр, ν, см^-1: 1721(СООС₂Н₅), 1177(C-O-C, оксадиазол).

Пропиловый эфир α-[5-(4-пиридил)-1,3,4-оксадиазол-2-илтио] уксусной кислоты (7). Выход 81%, бело-молочный порошок, т.пл. 64-65^оС. Rf =0.61, УФ-спектр, λ_max, нм, 280.1; спектр ¹Н ЯМР, δ, м.д. (J, Гц): 0.86(3H, т, J=7.4, -ООCН₃), 1.59(2H, м, ОCH₂CH₂CH₃), 4.08(2H, т, J=6.6, ОCH₂СН₂CH₃), 4.08 (2Н, с, S-CH₂), 7.90(2H, д, J=5.9, пиридил-3,5), 8.32(2H, д, J=5.9, пиридил-2,6). ИК-спектр, ν, см^-1: 1718(СООС₃Н₇), 1175(C-O-C, оксадиазол).

Изо-пропиловый эфир α-[5-(4-пиридил)-1,3,4-оксадиазол-2-илтио] уксусной кислоты (8). Выход 78%, бело-молочный порошок, т.пл.83-84^оС. Rf=0.63, УФ-спектр, λ_max, нм, 281.1; спектр ¹Н ЯМР, δ, м.д. (J, Гц): 1.23(6H, д, J=6.2, (CН₃)₂), 4.05(2Н, с, S-CH₂), 5,09(1H, септет, J=6.3, ОСН(CH₃)₂), 7.81(2H,д, J=6.2, пиридил-3,5), 8.68(2H, д, J=6.2, пиридил-2,6). ИК-спектр, ν, см^-1: 1731(СООСН(CH₃)₂), 1177(C-O-C, оксадиазол ).

Бутиловый эфир α-[5-(4-пиридил)-1,3,4-оксадиазол-2-илтио] уксусной кислоты (9). Выход 80%, бело-молочный порошок, т.пл., 44-45^оС, Rf=0.65. УФ-спектр, λ_max, нм, 279.5; спектр ¹Н ЯМР, δ, м.д. (J, Гц): 0.86(3H, т, J=7.4, -ООCН₃), 1.34(2H, м, CH₂CH₂CH₂CH₃), 1.63(2H, м, CH₂CH₂CH₂CH₃), 4.08 (2Н, c, S-CH₂), 4.18(2Н, т, J=6.6, O-CH₂), 7.81(2H, д, J=6.1, пиридил-3,5), 8.78(2H, д, J=6.1, пиридил-2,6). ИК-спектр, ν, см^-1: 1741(СООС₄Н₉), 1172(C-O-C, оксадиазол).

Бензиловый эфир α-[5-(4-пиридил)-1,3,4-оксадиазол-2-илтио] уксусной кислоты (10). Выход 85%, белые кристаллы, т.пл., 103-104^оС, Rf=0.63. УФ-спектр, λ_max, нм, 280.2; спектр ¹Н ЯМР, δ, м.д.(J, Гц): 4.11(2Н, с, S-CH₂), 5.17(2H, с, СООСН₂С₆Н₅), 7.27-7.35(5Н, м, СН₂С₆Н₅), 7.76(2H, д, J=6.0, пиридил-3,5), 8.74(2H, д, J=5.9, пиридил-2,6). ИК-спектр, ν, см^-1: 1727(СООСН₂С₆Н₅), 1173(C-O-C, оксадиазол).

Результаты исследования и их обсуждения.

Отличительной структурной особенностью 5-арил-1,3,4-оксадиазол-2-тионов является наличие в их молекуле амбифункциональной тиоамидной группировки NH-C=S, где в зависимости от природы атакующего электрофильного агента, условий реакций можно получать производные как по экзоциклическому атому серы так и эндоциклическому атому азота или одновременно по обоим реакционным центрам (S- или N-).

Продолжая наши ранее начатые работы [8, с. 68; 9, с. 520-523] по исследованию реакций алкилирования и биологической активности полученных соединений, мы в данной работе имели цель провести реакции алкилирования 5-(4-пиридил)-1,3,4-оксадиазол-2(3Н)-тиона с алкиловыми эфирами монохлоруксусной кислоты (МХУК), изучить влияние природы алкилирующего агента (длина, разветвленность алкильного радикала) на выход и направление продуктов взаимодействия, установление физико-химических свойств и строения синтезированных 2-алкилтио-5-(4-пиридил)-1,3,4-оксадиазолов, а также оценить антибактериальную активность. Синтез исходного тиона 3 осуществлён из гидразида изо-никотиновой кислоты взаимодействием с бутилксантогенатомкалия, который использован как циклизуюший агент. При этом достигнуто более высокий выход тиона чем, при обычно использующийся в подобных реакциях гетероциклизации – дисульфиде углерода (CS₂):

                                3

Взаимодействие тиона 3 алкиловыми эфирами МХУК проводили в сухом ацетоне (в присутствии К₂СО₃) при температуре кипения растворителя, соотношение реагентов, эквимолярная (1:1:1 - тион, алкиловый эфир, К₂СО₃):

R= CH₃(5), C₂H₅(6), C₃H₇(7), i-C₃H₇(8), C₄H₉(9), CH₂C₆H₅(10);

Изучалось первичное действие всех синтезированных соединений в лабораторных условиях на рост и развитие бактерий Xanthomonas malvacearum (Smith) Dawson. Оценка действия исследуемых веществ на бактерицидную активность проводилась методом бумажных дисков по Красильникову [12, с. 285]. Эталоном служило ингибирующее действие коммерческого препарата Витавакса. Полученные результаты первичного скрининга показали, что все S-алкилпроизводные оказывают слабую (20-30% от показателя эталона) бактерицидную активность по отношению к бактерии Xanthomonas malvacearum.

Выводы.

Таким образом, при взаимодействии 5-(4-пиридил)-1,3,4-оксадиазол-2(3Н)-тиона с алкиловыми эфирами монохлоруксусной кислоты (МХУК) получены исключительно S-производные - алкиловые эфиры α-[5-(4-пиридил)-1,3,4-оксадиазол-2-илтио]уксусной кислоты, возможные N-алкилизомеры не были обнаружены (данные ТСХ и ¹Н ЯМР спектров): природа алкилируюшего агента (длина и разветвленность алкильной цепи эфиров МХУК) имеет незначительное влияние на выходы целевых продуктов, тогда как на направление реакции такое влияние не наблюдается. Все синтезированные соединения имеют слабую бактерицидую активность по отношению к бактерии Xanthomonas malvacearum.