Синтез и электрофильная гетероциклизация 3-аллилсульфанил-1,2,4-триазино[6,5-b]индола

Синтез и свойства α-тиосемикарбазона изатина в литературе изучены значительно меньше, чем его β-изомера. В первую очередь, это может быть связано со значительно большей реакционной способностью карбонильной группы изатина в 3-м положении по сравнению с карбонильной группой во 2-м положении и, как следствие, со сложностью и многостадийностью процесса синтеза α-тиосемикарбазона изатина. Так, в работе [1] описан метод синтеза последнего через О-метиловый эфир изатина. На первом этапе получают серебряную соль изатина из изатина или его натриевой соли при действии на них соответственно ацетата серебра или нитрата серебра [2]. Натриевая соль изатина ( 1 ), в свою очередь, может быть достаточно легко получена при смешивании раствора изатина в абсолютном спирте и раствора натрия в абсолютном спирте [ 2]:

CH COOAg

Необходимость перевода натриевой соли изатина в серебряную объясняется двойственностью свойств изатина, способного к образованию как N-, так и О-алкильных производных. Так, метилирование натриевой или калиевой соли изатина метилиодидом приводит к N-метилизатину, а метилирование серебряной соли – к О-метилпроизводному изатина [3].

Таким образом, воздействуя на серебряную соль изатина ( 2 ) метилиодидом на следующем этапе получают О-метиловый эфир изатина ( 3 ). Дальнейшая реакция соединения 3 с тиосемикарбазидом при осторожном охлаждении горячего водного раствора до 30 °С приводит к синтезу α-тиосемикарбазона изатина ( 4 ) в виде ярко-красных кристаллов с выходом 67 %:

CH 3 I

-AgI

NH2NHCSNH2

Следует отметить, что при дальнейшем стоянии реакционной смеси образуется желтый осадок в-тиосемикарбазона 1-метилизатина.

Аналогично получают производные а-тиосемикарбазона изатина, содержащие в боковой цепи алкильные радикалы. Кроме того, описан подобный синтез а-тиосемикарбазона 5-бромизатина [4]. Синтез S-, N- моно- и диметил-производных а-тиосемикарбазона изатина осуществлен метилированием соответствующих тиосемикарбазонов [5].

В работе [6] представлен более быстрый способ синтеза преимущественно а-тиосемикарбазонов по реакции 2-анилиноизатина и 1-метил-2-анилиноизатина с семи- и тиосемикарбазидом.

Авторами [7] установлено, что в кислой среде а-тиосемикарбазоны изатина и другие (тиоа-цил)гидразоны рециклизуются в тиадиазолы, и описаны спектральные данные и некоторые реакции тиадиазольных продуктов. Так, а-(4',4'-диметил)тиосемикарбазон изатина в концентрированной HCl превращается в 2-диметиламино-5-(2-аминобензоил)-1,3,4-тиадиазол с выходом 94 %. Позднее на основе этих данных ими был предложен принципиально новый подход к синтезу а-тиосемикарбазонов изатина, который заключается в рециклизации 2-амино-5-(2-амино-5-Я-бензоил)-1,3,4-тиадиазолов при их нагревании в уксусной кислоте [8]:

Известен также а,в-дитиосемикарбазон изатина, который, как утверждается, получают только из а-тиосемикарбазона изатина по реакции с тиосемикарбазидом [9]. Н агревание бис (тиосемикарбазона) изатина позволяет перейти к соответствующим 1,2,4-триазоло[4,3- а ]индолинам [10].

Исследована таутомерия некоторых а-тиосемикарбазонов изатина [11, 12]. Данные ИК показали, что в кристаллическом состоянии таутомерия названных соединений зависит от метода кристаллизации. Цвет соединений отражает его таутомерное состояние. Данные электронных спектров показали, что в растворе обычно преобладает таутомерная форма II, а увеличение полярности растворителя обычно увеличивает содержание таутомерной формы I:

I                                                                II

Учитывая упомянутую выше большую реакционную способность карбонильной группы изатина в 3-м положении, следует ожидать, что циклизация а-тиосемикарбазона изатина должна протекать значительно легче, чем циклизация соответствующего в-тиосемикарбазона. Экспериментально было показано, что а-тиосемикарбазон изатина в щелочной среде циклизуется до 2,9-дигидро[1,2,4]триазино[6,5- b ]индол-3-тиона ( 5 ) [13], а в кислой среде происходит замыкание тиадиазинового цикла [1, 14]:

+

H+

Электронно-спектральные данные показали, что скорости циклизации а-тиосемикарбазонов 1-К-изатина (R = H, Me; R = NH, NMe, SMe, Ph, 4-MeOC H, 3-ClCH H, NHMe, NHPh, NHC5H4CO2Et-4) до соответствующих тиадиазинов увеличиваются по мере повышения кислот- ности среды и в присутствии электронодонорной R-группы. Без катализа эффект заместителя был более сложным [15]. Однако в литературе также отмечается, что эта циклизация не свойственна а-тиосемикарбазонам других 1,2-дикарбонильных соединений [1].

Свойства 2,9-дигидро[1,2,4]триазино[6,5- b ]индол-3-тиона 5 и его производных мало изучены и в основном представлены в литературе реакциями ацилирования [16] и алкилирования. Например, описано алкилирование соединения 5 и его производных иодистым метилом с образованием соответствующих 3-метилсульфанил-1,2,4-триазино[6,5- b ]индолов [17-19]. Взаимодействие с гидрохлоридами 2-диалкиламиноэтилхлоридов, 2-морфолиноэтилбромида, 2-пиперидиноэтилбромида в воде даёт гидрохлориды 3-(2-диалкиламиноэтилсульфанил)-, 3-(2-морфолиноэтилсульфанил)- и 3-(2-пиперидиноэтилсульфанил)-1,2,4-триазино[6,5- b ]индолов [20, 21].

Кроме того, известно, что а-тиосемикарбазоны изатина, как и их соответствующие продукты циклизации, проявляют более высокую способность к ионизации, липофильность и противовоспалительную активность, чем в- тиосемикарбазоны изатина, их продукты циклизации [22] и чем известный индометацин [22, 23], токсичность которого при этом больше, чем для изученных производных изатина. Показано, что антигипоксическая и актопротекторная активности усиливаются у производных 1,2,4-триазина при сочленении триазинового ядра с индольным [24].

Получены и описаны в-, а-, а-(4',4'-диметил)-, а,в- бис - тиосемикарбазоны изатина и в-тиосемикарбазон 1-бутилизатина и их комплексы с SnMe₂O [25] и CuCl [26]. Последние были исследованы на противогрибковую активность в отношении дрожжеподобных грибов Candida, плесневых грибов (Penicillium chrysogenum) и антибактериальную активность в отношении Escherichia coli и Staphylococcus aureus. При этом обнаружено, что активность комплексов с медью была значительно выше, чем у самих лигандов, и зависит от строения комплексов и степени их окисления медью [ 26 ].

Противовоспалительная активность в-, а-, а,в- бис -тиосемикарбазонов изатина и 2,9-дигидро[1,2,4]триазино[6,5- b ]индол-3-тиона была изучена на трех моделях асептического патологического воспаления: термических ожогах, адреналиновом отеке легких и ватной гранулемии [23].

Таким образом, химия а-тиосемикарбазонов изатина и их производных представлена в литературе рядом исследований, при этом большая часть исследований посвящена в первую очередь, изучению фармацевтических свойств данных соединений. В связи с чем вовлечение а-тиосемикарбазона изатина в синтез принципиально новых соединений на его основе является актуальным направлением.

Целью настоящей работы является синтез неизвестного ранее S-аллильного производного 2,9-дигидро[1,2,4]триазино[6,5- b ]индол-3-тиона и изучение реакции его гетероциклизации под действием брома и иода.

Экспериментальная часть

Синтез натриевой соли изатина (1) . К раствору 5 г (0,034 моль) изатина в 33 мл абсолютного этилового спирта добавляли охлажденный до 0 °С раствор 0,670 г (0,029 моль) металлического натрия в 33 мл абсолютного этилового спирта. Реакционную смесь перемешивали, а затем отфильтровывали и сушили образовавшийся осадок фиолетового цвета, выход 81 %.

Синтез серебряной соли изатина (2) . Высушенные и измельченные 4,624 г (0,027 моль) натриевой соли изатина добавляли к раствору 4,586 г (0,027 моль) нитрата серебра в 46 мл воды, перемешивали и оставляли стоять 2 часа. Затем отфильтровывали образовавшийся осадок серебряной соли изатина красно-коричневого цвета с выходом 95 %, Тпл (с разложением) 219 °С.

Синтез О-метилового эфира изатина (3). К раствору 6,510 г (0,026 моль) высушенной серебряной соли изатина в 15 мл безводного диэтилового эфира добавляли 2,12 мл (0,034 моль) ме-тилиодида. Реакционную смесь выдерживали без доступа света и влаги при эпизодическом перемешивании в течение 7 суток. Затем добавляли 22 мл безводного бензола, энергично встряхивали 3 минуты и оставляли стоять на 1 час. Отфильтровывали осадок и промывали его безводным бензолом, промывную жидкость присоединяли к фильтрату и получали раствор О-метилового эфира изатина [1, 2 ].

Синтез а-тиосемикарбазона изатина (4). Смешивали полученный в описанной выше методике раствор (0,026 моль) О-метилового эфира изатина в бензоле с раствором 2,333 г (0,026 моль) тиосемикарбазида. Реакционную смесь перемешивали в течение 12 минут. Затем образовавшийся осадок α-тиосемикарбазона изатина отфильтровывали, промывали кипящей водой (30 мл) и этиловым спиртом (5 мл), сушили. Осадок красного цвета с выходом 27 %, Тпл 218–219 °С, лит. 67 %, Тпл. 217 °С [1].

Синтез 2,9-дигидро[1,2,4]триазино[6,5- b ]индол-3-тиона (5) . Раствор 1,536 г (6,94 ммоль) α-тиосемикарбазона изатина в 23 мл 1н раствора гидроксида натрия кипятили с обратным холодильником в течение 3 ч. Затем оставляли стоять на сутки и после кипятили ещё 15 минут. Отфильтровывали раствор от механических примесей, фильтрат подкисляли уксусной кислотой до нейтральной среды. Образовавшийся осадок 2,9-дигидро-3 H -[1,2,4]триазино[6,5- b ]индол-3-тиона красного цвета отфильтровывали и сушили, выход 34 %, Тпл = 190–197 °С.

Синтез 3-аллилсульфанил-9 H -[1,2,4]триазино[6,5- b ]индола (6) . К раствору 0,183 г (0,91 ммоль) соединения 5 в 10 мл ДМФА добавляли раствор 0,051 г (0,91 ммоль) гидроксида калия в 0,01 мл воды и 0,08 мл (0,91 ммоль) бромистого аллила. Реакционную смесь перемешивали в течение 12 ч. Затем добавляли 30 мл воды, оставляли стоять на 24 часа. Образовавшийся осадок 3-аллилсульфанил-1,2,4-триазино[6,5- b ]индола коричневого цвета отфильтровывали и сушили. Выход 51 %. Тпл= 137–138 °С.

Синтез иодида 3-иодметил-2,3-дигидро-6 H -[1,3]тиазоло[2',3':3,4] [1,2,4]триазино[5,6- b ]индолия (7). К раствору 0,071 г (0,28 ммоль) иода в 5 мл хлороформа добавляли раствор 0,034 г (0,14 ммоль) соединения 6 в 5 мл хлороформа. Реакционную смесь оставляли стоять при комнатной температуре на 48 ч. Затем надосадочную жидкость декантировали, остаток – черное масло и осадок – растворяли в небольшом количестве ацетона и добавляли NaI. Образовавшийся красный осадок отфильтровывали, промывали ацетоном и сушили. Выход 23 %, Тпл (с разложением) = 220–222 °С.

Синтез бромида 3-бромметил-2,3-дигидро-6 H -[1,3]тиазоло[2',3':3,4][1,2,4]триазино[5,6- b ]индолия (8) . К раствору (0,23 ммоль) соединения 6 в 5 мл хлороформа при перемешивании и охлаждении льдом добавляли по каплям раствор 0,02 мл (0,46 ммоль) брома в 2 мл хлороформа. Реакционную смесь оставляли стоять на 48 ч при комнатной температуре. Затем надосадочную жидкость декантировали, остаток – красное масло и осадок – растворяли в небольшом количестве ацетона. Образовавшийся осадок красно-оранжевого цвета отфильтровывали, промывали ацетоном и сушили. Выход 24 %, Тпл (с разложением) = 230–232 °С.

Рентгеноструктурный анализ выполнен на монокристальном дифрактометре Xcalibur Ruby (Agilent Technologies) с ССD-детектором (MoKα-излучение, 295(2) K, ω-сканирование c шагом 1°). Поглощение учтено эмпирически с использованием алгоритма SCALE3 ABSPACK [27]. Структура расшифрована с помощью программы SHELXT [28] и уточнена полноматричным МНК по F ² в анизотропном приближении для всех неводородных атомов с помощью программы SHELXL [29] с графическим интерфейсом OLEX2 [30]. Атомы водорода включены в уточнение в модели наездника .

Результаты РСА зарегистрированы в Кембриджском центре кристаллографических данных под номером CCDC 2345635 и могут быть запрошены по адресу

В табл. 1 приведены основные кристаллографические данные и результаты уточнения структуры 7 .

Таблица 1

Основные кристаллографические данные, параметры эксперимента и уточнения структуры 7

Параметр	Значение
Формула	C 12 H 10 Br 2 N 4 S
Молекулярная масса	402,12
Сингония	моноклинная
Пространственная группа	I 2/a
a, Å	24,742(15)
b, Å	6,3788(16)
c, Å	20,232(11)
α, град.	90
β, град.	116,51(7)
γ, град.	90

Окончание табл. 1

Параметр	Значение
V, Å3	2857(3)
Z	8
ρ выч, г/см3	1,870
μ, мм-1	5,811
F (000)	1568,0
Размеры кристаллаm, мм3	0,35 × 0,22 × 0,08
Излучение	MoKα (λ = 0,71073)
Диапазон 2Θ, ° град.	4,36–59,574
Всего отражений	11094
Независимых отражений	3578 [ R int = 0,1663, R sigma = 0,2571]
Данные/ограничения/параметры	3578/7/173
GOOF	1,025
Окончательные факторы расходимости [ I >= 2σ( I )]	R 1 = 0,1492, wR 2 = 0,3743
Окончательные факторы расходимости (для всех данных)	R 1 = 0,3374, wR 2 = 0,4603
Максимальный и минимальный пики остаточной электронной плотности, e∙Å–3	1,10/–0,73

Обсуждение результатов

Ранее на примере гетероциклизации 3-аллилсульфанил-5 Н -[1,2,4]триазино[5,6- b ]индола [31, 32] и других S-производных 5 Н -[1,2,4]триазино[5,6- b ]индол-3-тионов [33–36] под действием иода и брома нами был получен ряд новых [1,3]тиазоло и [1,3]тиазино[3',2':2,3][1,2,4]триазино[5,6- b ]индольных систем. Некоторые из последних были исследованы на антимикотическую активность против 8 видов грибов и показали слабую, умеренно-выраженную и высокую антимикотическую активность против культуры гриба Trichophyton rubrum, являющегося возбудителем руброфитии [37]. В связи с чем в настоящей работе нами осуществлен аналогичный синтез [1,3]тиазолотриазиноиндольных систем при действии галогенов на изомерный 3-аллилсульфанил-9 Н -[1,2,4]триазино[6,5- b ]индол ( 6 ).

На первом этапе нашего исследования нами был осуществлен вышеописанный многостадийный синтез 2,9-дигидро[1,2,4]триазино[6,5- b ]индол-3-тиона 5 из натриевой соли изатина 1 через его О-метиловый эфир 3 и α-тиосемикарбазон изатина 4 . Далее мы изучили применимость описанной методики алкилирования в суперосновной среде 5 Н -[1,2,4]триазино[5,6- b ]индол-3-тионов [33–37] для реакции его изомера – 2,9-дигидро-3 H -[1,2,4]триазино[6,5- b ]индол-3-тиона 5 – с бромистым аллилом. При этом нами был получен неизвестный ранее 3-аллилсульфанил-1,2,4-триазино[6,5- b ]индол 6 с выходом 51 %:

В спектре ЯМР ¹Н соединения 6 наблюдаются сигналы протонов аллильной группы: дублет дублетов протонов SCH 2 – в области 4,02 м. д., протоны СН 2 – в виде двух расщепленных сигналов при 5,14–5,16 и 5,39–5,43 м. д., а также мультиплет протона –СН= – при 6,01–6,09 м. д. В спектре ЯМР ¹³С соединения 6 сигнал в сильном поле при 33,15 м. д. можно отнести к углероду группы SCH 2 , а самый слабопольный сигнал (при 162,28 м. д.) – к углероду триазинового цикла, связанному с двумя атомами азота и одним атомом серы (С-3). Полные данные спектров ЯМР ¹Н и ¹³С соединения 6 представлены в табл. 2.

Данные спектров ЯМР 1Н и 13С соединений 6–8

Таблица 2

Структура соединения	Данные спектров ЯМР 1Н и 13С (5, м. д.) и КССВ ( J , Гц)
Ha 2'        3' 5          4        S            Hb 6                    N    3          1' 4b 4a 7                           N 2 8   8а   N   9а   N 1 H 9 6	Спектр ЯМР 1Н (500,13 МГц, DMSO-d6): 4,02 (2Н, д. д., 3 J =20,6; 4 J =6,9; SCH 2 ); 5,14-5,16 (1Н, м., =СННЬ); 5,39-5,43 (1Н, м., =СНаН); 6,01-6,09 (1Н, м., -СН=); 7,37-7,40 (1H, м., H-7); 7,61-7,63 (1H, м., H-6); 7,79-7,82 (1H, м., H-8); 8,30 (1H, д., 3 J = 7,9, H-5); 12,55 (1Н, уш. с., NH)
	Спектр ЯМР 13C (125,76 МГц, DMSO-d6): 33,15 (С-1'); 112,85 (С-8); 118,10 (С-3'); 118,29 (С-4Ь); 121,36 (С-5); 123,63 (С-6); 130,83 (С-7); 133,72 (С-2'); 139,89 (С-8а); 143,81 (С-4а); 148,35 (С-9а); 162,28 (С-3)
10           11         1S 9                 N   11a        2 10a 10b 8                          N +    3 7   6a    N   5a    N                 I 6 H           5      I_     1' 7	Спектр ЯМР 1Н (500,13 МГц, DMSO-d6): 3,80 (1Н, д. д., 2 J = 11,9, 3 J = 7,7, SCH 2 ); 3,88-3,96 (2Н, м., СН 2 1); 4.17 (1Н, д. д., 2 J = 11,9, 3 J = 9,1, SCH 2 ); 5,59-5,64 (1Н, м, Н-3); 7,55-7,58 (1H, м., 3 J = 7,6, H-9); 7,76 (1H, д., 3 J = 8,4, H-7); 8,07-8,10 (1H, м., H-8); 8,46 (1H, д., 3 J = 8,1, H-10); 13,67 (1Н, уш. с., NH)
	Спектр ЯМР 13C (125,76 МГц, DMSO-d6): 5,50 (СН 2 1); 32,97 (С-2); 69,23 (С-3); 114,13 (С-7); 115,61 (С-10а); 123,93 (С-10); 125,90 (С-9); 139,29 (С-8); 145,40 (С-6а); 147,41 (С-10Ь); 150,51 (С-5а); 162,93 (С-11а)
1 10         11         S N   11a        2 10a10b 8                          N +    3 7   6a   N   5a   N 5    4       1'    Br H        Br_ 8	Спектр ЯМР 1Н (500,13 МГц, DMSO-d6): 3,90 (1Н, д. д., 2 J = 12,0, 3 J =7,5, SCH2); 4,23-4,31 (3Н, м., СН2Вг, SCH2); 5,875,92 (1Н, м, Н-3); 7,54-7,58 (1H, м., 3 J = 7,6, H-9); 7,78 (1H, д., 3 J = 8,4, H-7); 8,07-8,10 (1H, м., H-8); 8,46 (1H, д., 3 J = 8,02, H-10); 13,70 (1Н, уш. с., NH)
	Спектр ЯМР 13C (125,76 МГц, DMSO-d6): 30,71 (СН2Вг); 33,15 (С-2); 69,10 (С-3); 114,12 (С-7); 115,61 (С-10а); 123,90 (С-10); 125,92 (С-9); 139,30 (С-8); 145,39 (С-6а); 147,59 (С-10Ь); 150,58 (С-5а); 163,29 (С-11а)

Дальнейшую гетероциклизацию соединения 6 под действием иода и брома проводили в хлороформе. Методом РСА нам удалось установить, что она протекает аналогично изученным нами ранее реакциям гетероциклизации S-производных 5 Н -[1,2,4]триазино[5,6- b ]индол-3-тионов [3337] с участием атома азота N-2 триазинового цикла и аннелированием пятичленного тиазольного цикла:

Образующиеся при этом трииодид 3-иодметил-2,3-дигидро-6 H -[1,3]тиазоло[2ʹ,3ʹ:3,4][1,2,4]триазино[5,6- b ]индолия и трибромид 3-бромметил-2,3-дигидро-6 H -[1,3]тиазоло[2ʹ,3ʹ:3,4] [1,2,4]триазино[5,6- b ]индолия, по-видимому, находятся в смеси с соответствующими моногалогенидами, так как представляют собой смесь масла и кристаллического осадка. Поэтому данную смесь мы подвергали обработке ацетоном – в случае трибромида – и обработке ацетоном и иодидом натрия – в случае трииодида. При этом нами были получены моногалогениды 3-галогенметил-2,3-дигидро-6 H -[1,3]тиазоло[2ʹ,3ʹ:3,4][1,2,4]триазино[5,6- b ]индолия ( 7 , 8 ). Данные спектров ЯМР ¹Н и ¹³С моноиодида 7 и монобромида 8 представлены в табл. 2.

Однако в случае реакции гетероциклизации под действием брома нам удалось механически отделить ряд кристаллов из смеси с маслом. Далее мы промывали их гексаном и исследовали методом РСА. Структура бромида 8 и нумерация атомов, принятая в структурном эксперименте, приведена на рисунке.

Структура соединения 8 по данным РСА в тепловых эллипсоидах 20 % вероятности

Несмотря на плохое качество кристаллов, структура соединения 8 однозначно подтверждается методом РСА и согласуется с другими спектральными данными. По данным РСА бромид 8 кристаллизуется в центросимметричной пространственной группе моноклинной сингонии в виде рацемата. Тетрациклическая система катиона приблизительно плоская (RMSD 0,059 Å) с наибольшим отклонением от среднеквадратичной плоскости атома C¹⁰ на 0,13 Å. Катион и анион связаны водородной связью N¹–H¹∙∙∙Br² [N¹–H¹ 0,86 Å, H¹∙∙∙Br² 2,339 Å, N¹∙∙∙Br² 3,19(2), угол N¹H¹Br² 169°]. Помимо классической водородной связи в кристалле присутствуют укороченные контакты атомов водорода метиленовых групп и аниона брома.

Заключение

По известной методике через ряд стадий из изатина нами был получен 2,9-дигидро-[1,2,4]триазино[6,5- b ]индол-3-тион 5 для дальнейшего исследования его реакции с бромистым аллилом в среде ДМФА-КОН-Н 2 О, в результате которой впервые получен 3-аллилсульфанил-1,2,4-триазино[6,5- b ]индол 6 . Далее под действием иода и брома в хлороформе была осуществлена гетероциклизация аллилсульфида 6 , которая привела к синтезу неизвестных ранее внутримолекулярных солей [1,3]тиазоло[2ʹ,3ʹ:3,4][1,2,4]триазино[5,6- b ]индолия 7 , 8 . Строение впервые синтезированных соединений 6–8 подтверждено данными ЯМР ¹Н, ¹³С, а также для соединения 8 – методом РСА.