автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.04, диссертация на тему:Синтез (4-фторбензил)[R-(1H-тетразол-1-ил)фенил]аминов и разработка технологии их получения

На правах рукописи

Павлов Антон Викторович

СИНТЕЗ (4-ФТОРБЕНЗИЛ) 1 //-ТЕТРАЗОЛ-1 -ИЛ)ФЕНИЛ]АМИНОВ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ

05Л 7.04 - технология органических веществ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

6 НОЯ 2014

Санкт-Петербург 2014

005554266

005554266

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии «Российский научный центр «Прикладная химия» в отделе 70

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор,

начальник лаборатории 700 ФГУП «РНЦ «Прикладная химия» Ласкин Борис Михайлович

Официальные оппоненты: Доктор химических наук, доцент, профессор

кафедры физической органической химии ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет» Боярский Вадим Павлович

Доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой общей химии ФГАОУ ВПО «Московский физико-технический институт (государственный университет)»

Балакин Константин Валерьевич

Ведущая организация: ЗАО «Исследовательский институт

химического разнообразия»

Защита состоится ¿'/■^9^^Л 2014 г. на заседании совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.230.01 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)» по адресу: 190013, г. Санкт-Петербург, Московский проспект, 26.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета) и на официальном сайте СПбГТИ (ТУ) по ссылке http://technolog.edu.ru/ru/documents/file/1358-2014-09-15-ll-53-23.html.

Автореферат разослан 7~'Я^<г.2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.230.01, кандидат химических наук

С.В. Дронов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В настоящее время рост числа антибактериальных препаратов обусловлен тем, что с течением времени у штаммов возбудителей инфекции появляется устойчивость к их действию. Это обстоятельство стимулирует исследователей к созданию новых высокоэффективных антибактериальных препаратов, к которым отсутствует резистентность возбудителей инфекции.

Анализ литературных сведений показал, что производные 1-тетразола обладают антибактериальной активностью. В связи с этим химия производных 1-тетразола является потенциально перспективным направлением в области синтеза антибиотиков.

Известно, что усилить действие биологически активного соединения возможно модификацией его структуры, а именно введением фрагментов, заведомо обладающих биологической активностью. Одним из таких фрагментов является 4-фторбензил, входящий в структуру соединений, эффективных при противоинфекционной терапии.

На основании анализа лекарственных средств, содержащих 1-фенил-тетразольный и 4-фторбензильный фрагменты, можно предположить, что молекулы, содержащие в своей структуре оба эти фрагмента, могут обладать широким спектром антибактериальной активности.

С точки зрения технологической реализации в качестве направления поиска новых антибактериальных соединений в данной работе выбран синтез неописанных в литературе (4-фторбензил)[К-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов 1 (схема 1).

Целью настоящей работы является синтез потенциально биологически активных (4-фторбензил)[11-( 1 //-тетразол-1 -ил)фенил]аминов и разработка технологии их получения.

В рамках цели работы поставлены и решены следующие задачи: 1. На основании анализа научно-технической информации предложить общую схему химического синтеза (4-фторбензил)[К-(1#-тетразол-1-ил)фенил]аминов.

я

1

Схема 1

2. Исследовать предложенную схему синтеза, в частности:

- определить оптимальные условия осуществления процесса и разработать эффективный и технологичный способ получения 1-(Я-нитрофенил)-1 Я-тетразолов;

- разработать технологически эффективный метод получения [Я-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов восстановлением 1-(11-нитрофенил)-1Я-тетразолов;

- разработать схему получения (4-фторбензил)[К-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов с применением защитной группы;

- исследовать влияние полярности растворителя и физико-химических свойств [11-(1Я-тетразол-1-ил)фенил] аминов на скорость их конденсации с 4-фторбензапьдегидом;

3. Разработать технологию получения потенциально биологически активных (4-фторбензил)[11-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов.

4. Провести анализ антибиотической активности полученных (4-фторбензил)[11-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов.

5. Апробировать технологическую схему синтеза (4-фторбензил)[2-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амина на укрупненной лабораторной установке.

Научная новизна работы.

Впервые определены физико-химические свойства ранее неописанных [Я-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов (константы ионизации (рКа), сродство к протону (РА)) и установлены корреляции между ними.

Установлена зависимость скорости реакции образования [(I £)-(4-фторфенил)метилен][Я-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов от величины значений рКа и РА вступающих в реакцию [Я-(1//-тетразол-1-ил)фенил]аминов.

Исследовано влияние полярности апротонных растворителей на скорость реакции конденсации 1 //-тетразол-1 -ил)фенил]аминов с 4-

фторбензальдегидом.

Определена скорость конденсации [Я-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов с 4-фторбензальдегидом в бензоле, метаноле, 1,4-диоксане и диметилформамиде.

Проведена количественная «ро-сигма» корреляция и установлено значение реакционной константы р реакции конденсации 4-фторбензальдегида с [Я-( 1Н-тетразол-1-ил)фенил]аминами, характеризующей чувствительность реакции к введению заместителей в молекулу исходного соединения. При проведении реакции в бензоле без удаления реакционной воды значение реакционной константы р составляет -2,268.

Разработан метод получения 13 ранее неописанных (4-фторбензил) [R-( 1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов.

Практическая значимость работы.

Разработана рациональная технология получения (4-фторбензил)[R-(lЯ-тетразол-1-ил)фенил]аминов с использованием стандартного емкостного оборудования.

Впервые получены, идентифицированы и охарактеризованы 13 ранее неописанные (4-фторбензил)[Я-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амииы.

Установлены зависимости, позволяющие прогнозировать константу скорости реакции конденсации 4-фторбензальдегида с [R-( 1 Я-тетразол-1 -ил)фенил]аминами, не содержащими заместители в орто-положении, в бензоле, основываясь на физико-химических свойствах последних (константа ионизации (рКа), сродство к протону (РА), химический сдвиг протонов аминогруппы

(5nh))-

Методы исследования. В ходе работы использовались различные физико-химические методы анализа:

- спектроскопия ЯМР 'H (Bruker WM-400);

- элементный анализ (Hewlett-Packard 185В);

- УФ-спектрофотометрический (Shimadzu UV-1800);

- потенциометрическое титрование (рН-метр Sartorius Basic Meter РВ-11).

Положения, выносимые на защиту:

разработка метода синтеза (4-фторбснзил) [R-( 1 Я-тетразол-1 -ил)фенил]аминов;

- исследование влияния полярности растворителя и физико-химических свойств [R-(1 Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов на скорость их конденсации с 4-фторбензальдегидом;

- исследование влияния строения [R-(1 Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов на скорость их конденсации с 4-фторбензальдегидом, проведение количественной «ро-сигма» корреляции;

- исследование корреляционных зависимостей для прогнозирования реакционной способности р1-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов в реакции бензилиденовой конденсации;

- разработка конкурентоспособной технологии получения потенциально биологически активных (4-фторбензил)[К-тетразолил-фенил]аминов.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность экспериментальных результатов и сделанных на их основе выводов подтверждается согласующимися между собой данными, полученными различными и независимыми между собой современными химическими, физическими методами. Сформулированные в работе выводы научно обоснованы и соответствуют современным научным представлениям.

Апробация результатов исследования проведена на III Международной конференции "Химия гетероциклических соединений", посвященной 95-летию со дня рождения профессора Алексея Николаевича Коста (Москва, 2010 г.),

Всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной Международному году химии «Успехи синтеза и комплексообразования» (Москва, 2011 г.), II Научно-практической конференции, посвященной 183-й годовщине образования Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета) «Технологический институт - технологиям будущего» (Санкт-Петербург, 2011 г.), Научной конференции, посвященной 70-летию со дня рождения академика РАН Г.Ф. Терещенко (Санкт-Петербург, 2011 г.), Санкт-Петербургском международном форуме «Фармацевтика. Медпром. Биотехнологии» (Санкт-Петербург, 2012 г.), П-ой международной конференции «Модели инновационного развития фармацевтической и медицинской промышленности на базе университетов, как интеграторов науки и индустрии» (Долгопрудный, 2012 г).

Работа является победителем конкурса грантов для студентов вузов, расположенных на территории Санкт-Петербурга, аспирантов вузов, отраслевых и академических институтов, расположенных на территории Санкт-Петербурга (2012 г) и конкурса на право получения грантов Санкт-Петербурга в сфере научной и научно-технической деятельности (2012 г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи в периодических изданиях, материалы 6 докладов, 1 заявка на патент РФ с положительным решением.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 159 страницах и содержит 17 таблиц, 11 рисунков, 85 схем, список литературы охватывает 246 источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования.

В первой главе на основании анализа научно-технической информации в качестве направления поиска новых антибактериальных соединений в данной работе выбран синтез (4-фторбензил)[11-(1#-тетразол-1-ил)фенил]аминов 1 (Я=Н, СН3, ОСН3, С1) (схема 1). На основании проведенного анализа литературных сведений предложена схема синтеза (4-фторбензил)[Я-(1Я-тетразол-1 -ил)фенил]аминов.

Во второй главе дана краткая характеристика используемых реактивов, описаны методики синтеза промежуточных и конечных соединений в соответствии со схемой 2, а также методы анализа полученных веществ.

30-35 62-74

2: 2-Ш2-; 3: 3-М02-; 4: 4-Ы02-; 5: 2-СН3-4-Ы02-; 6: 2-0СН3-4-Ы02-; 7:2-ОСН3-5-Ы02-; 8: 4-С1-3-1чЮ2-; 9: 2-СН3-5-Ж)2-; 10: 2-С1-4-Ж>2-; 11: 2->Ю2-; 12: 3-Ы02-; 13: 4-Ы02-; 14: 2-СН3-4-Ы02-; 15: 2-ОСН3-4-Ж>2-; 16: 2-ОСН3-5-Ж>2-; 17: 4-С1-

3-Ж>2-; 18: 2-СН3-4-ЫОг; 19: 2-ОСН3-5-Ш2-; 20: 2-0СН3-4-Ы02-; 21: 2-ОСН3-5-1ЧЮ2-; 22: 2-С1-4-Ж)2-; 23: 4-С1-3-Ы02-; 24: 4-1МН2-2-СНг; 25: 5-ЫН2-2-СН3-; 26: 4-ЫН2-2-ОСН3-; 27: 5-ЫН2-2-ОСН3-; 28: 4-МН2-2-С1-; 29: 3-ЫН2-4-С1-; 30: 2-СН3-4-Те1г-; 31: 2-СН3-5-Те1г-; 32: 2-ОСН3-4-ТеИ--; 33: 2-ОСН3-5-Тей--; 34: 2-С1-

4-Те1г-; 35: 4-С1-3-ТеИ--; 36: 2-Те1г-; 37: З-Тей--; 38: 4-ТеИ--; 39: 3-СН3-4-Те1г-; 40: 3-ОСН3-4-Те1г-; 41: 4-ОСН3-3-Тей--; 42: 2-С1-5-Те1г-; 43: 2-СН3-4-Те1г-; 44: 2-СН3-5-Те1г-; 45: 2-ОСН3-4-Те1г-; 46: 2-ОСН3-5-Те1г-; 47: 2-С1-4-ТеЦ--; 48: 4-С1-3-Тей--; 49: 2-ТеЦ--; 50: 3-Те1г-; 51: 4-ТеИ"-; 52: 3-СН3-4-ТеЦ--; 53: 3-ОСН3-4-Те1г-; 54: 4-ОСН3-3-Тей--; 55: 2-С1-5-Те1г-; 56: 2-СН3-4-Те1г-; 57: 2-СН3-5-Те1г-; 58: 2-ОСН3-4-Те1г-; 59: 2-ОСН3-5-Те1г-; 60: 2-С1-4-Те1г-; 61: 4-С1-3-ТеЦ--; 62: 2-Тей--; 63: 3-Те1г-; 64: 4-ТеИ--; 65: 3-СН3-4-Те(г-; 66: 3-ОСН3-4-Теи-; 67: 4-ОСН3-3-ТеЦ--; 68: 2-С1-5-Те1г-; 69: 2-СН3-4-Те1г-; 70: 2-СН3-5-Те1г-; 71: 2-ОСН3-4-Те1г-; 72: 2-ОСН3-5-Те1г-; 73: 2-С1-4-Теи-; 74: 4-С1-3-Те1г-.

Схема 2

Гетероциклизацией (Я-нитрофенил)аминов 2-8 с триэтилортоформиатом и азидом натрия в среде уксусной кислоты получены 1 -(Я-иитрофенил)-1//-тетразолы 11-17, которые восстановлены железом в водно-спиртовой системе с использованием солянокислого катализа с образованием [1М1 /7-тетразол-1 -ил)фенил]аминов 36-42.

Ацилированием (К-нитрофенил)аминов 5-10 ацетилацетатом в среде уксусной кислоты получены Ы-(Я-нитрофенил)ацетамиды 18-23, которые восстановлены железом в водно-спиртовой системе с использованием солянокислого катализа с образованием 1\Г-(амино-11-фенил)ацетамидов 24-29. Гетероциклизацией последних с триэтилортоформиатом и азидом натрия в среде уксусной кислоты получены Н-[11-(Ш-тетразол-1-ил)фенил]ацетамиды 30-35, снятием ацетильной защиты с которых под действием соляной кислоты получены 1Я-тетразол- 1-ил)фенил]амины 43-48.

Конденсацией полученных [К-(1Я-тетразол-1-ил)фенил] аминов 36-48 с 4-фторбензальдегидом в бензоле при удалении образующейся реакционной воды получены получения [(1£)-(4-фторфенил)метилен][11-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амины 49-61, которые восстановлены тетрагидридоборатом натрия в среде метанол - Ы,Ы-диметилформамид с образованием (4-фторбензил)[11-(1 //-тетразол-1-ил)фенил]аминов 62-74.

Приведены данные спектроскопии ЯМР Н, элементного анализа, температуры плавления и выходы на всех стадиях синтеза.

Приведены:

методика определения констант ионизации [Я-( 1 Я-тетразол-1 -ил)фенил]аминов 36-48 методом потенциометрического титрования;

- методика определения константы скорости реакции конденсации [11-(Ш-тетразол-1-ил)фенил]аминов 36-48 с 4-фторбензальдегидом;

- методика определения антибиотической активности (4-фторбензил)[Я-(1//-тетразол-1-ил)фенил]аминов 62-74 методом диффузии в агар.

Приведена масштабированная методика синтеза (4-фторбензил)[2-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амина в стандартном стеклянном аппарате объемом 5 л.

В третьей главе проведены исследования и на их основании обоснованы оптимальные технологические параметры каждой стадии синтеза (4-фторбензил)[К-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов 62-74 (температурные режимы, скорость дозировки реагентов, использование растворителей, интенсивность перемешивания).

Проведено исследование и на его основании усовершенствован метод получения 1-(11-нитрофенил)-1Я-тетразолов гетероциклизацией (Я-нитрофенил)аминов с триэтилортоформиатом и азидом натрия в среде уксусной кислоты для достижения высокого выхода. В ходе исследований установлено, что на протекание реакции существенно влияют скорость дозировки уксусной кислоты, температура смешения реагентов и интенсивность перемешивания реакционной массы.

Установлено, что при единовременной подаче всего необходимого количества уксусной кислоты, осуществляемой при температуре 20-25°С, в продуктах реакции преобладает этиловый эфир Ы-(Я-нитрофенил)-формимидиновой кислоты и выход 1 -(Л-нитрофенил)-1 Я-тетразола не превышает 15%.

Исследования показали, что увеличить выход 1-(К-нитрофенил)-1Я-тетразола возможно посредством изменения условий дозировки уксусной кислоты. Так, добавление 2-3% от рассчитанного объема уксусной кислоты, при высокой интенсивности перемешивания реакционной массы, и последующая выдержка при температуре 45-50°С в течение 30-35 минут приводит к катализированию реакции между (Я-нитрофенил)амином и триэтилортоформиатом, в результате чего в реакционной массе образуется этиловый эфир Тч[-(2-метокси-5-нитрофенил)-формимидиновой кислоты. Продолжение дозировки уксусной кислоты со скоростью не более 1,5% подаваемого количества уксусной кислоты в минуту, по-видимому, приводит к тому, что скорость высвобождение азид-аниона, в результате диссоциации азида натрия, максимально близка к скорости его расходования. Таким образом, происходит одновременное образование этилового эфира N-(2-метокси-5-нитрофенил)-формимидиновой кислоты и его превращение в азид ТЯ-(2-метокси-5-нитрофенил)-формимидиновой кислоты, который при нагревании циклизуется в конечное соединение.

По разработанной методике из (К-нитрофенил)аминов 2-8 получены 1-(Я-нитрофенил)-1Я-тетразолы 11-17 (схема 2) с выходом 56-90%.

Проведено исследование восстановления 1-(11-нитрофенил)-1Я-тетразолов 11-17 железом в водно-спиртовой системе с использованием солянокислого катализа (схема 2). Получены [11-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амины 36-42 с выходом 64-92%.

Установлено, что на восстановление 1-(Я-нитрофенил)-1Я-тетразолов 1117 влияет интенсивность перемешивания реакционной массы. При проведении реакции необходимо поддерживать линейную скорость движения мешалки не менее 0,3 м/с. При менее интенсивном перемешивании происходит оседание железа на дно реактора и, как следствие, уменьшение его реакционной поверхности. В результате чего выход продукта реакции уменьшается.

При исследовании восстановления 1-(К-нитрофенил)-1Я-тетразолов 11-17 установлено, что оптимальной температурой дозировки нитросоединения является 30-35°С. Предельным значением является 60-65°С, так как при этой температуре начинается бурное закипание и вспенивание реакционной массы, что может привести к выбросу реакционной массы.

На схеме 2 показано, что [11-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амины могут быть получены по двух стадийной схеме: гетероциклизация (Я-нитрофенил)аминов 2-8 и восстановление образующихся 1 -(К-нитрофенил)-1 Я-тетразолов 11-17 с получением [Я-(1//-тетразол-1 -ил)фенил]аминов 36-42.

Разработана четырех стадийная схема получения 1 Я-тетразол-1 -ил)фенил]аминов 43-48. Введением ацетильной защитной группы в (Я-нитрофенил)амины 5-10 получены М-(Я-нитрофенил)ацетамиды 18-23 с выходом 56-95%, последующим восстановлением которых получены Ы-(амино-Я-фенил)ацетамиды 24-29 с выходом 47-93%. Для восстановления соединений 18-23 применялся описанный выше метод восстановления железом в водно-спиртовой системе с использованием солянокислого катализа. Гетероциклизацией соединений 24-29 с триэтилортоформиатом и азидом натрия в среде уксусной кислоты получены 1 Я-тетразол-1 -

ил)фенил]ацетамиды 30-35 с выходом 46-86%, снятие защитной группы с которых привело к получению [11-(1 Я-тетразол-1-ил)фенил] аминов 43-48 с выходом 35-75%. Разработанный метод существенно расширяет синтетические возможности и позволяет расширить ряд [Я-( 1 Я-тетразол-1 -ил)фенил]амииов.

При исследовании реакции восстановления [(1£)-(4-фторфенил)метилен][Я-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амиЕгов 49-61

тетрагидридоборатом натрия в метаноле установлено, что 1 ммоль исходного соединения растворяется 80 мл метанола. С целью уменьшения расхода растворителя разработан метод восстановления с использованием смешанного растворителя метанол - Н,Ы-диметилформамид 75:25 для повышения концентрации восстанавливаемого соединения и уменьшения объема реакционной массы. По разработанной методике получены (4-фторбензил)[К-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амины 62-74 (схема 2).

На примере восстановления [(1£)-(4-фторфенил)метилен][К-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов 52 тетрагидридоборатом натрия в среде метанол — Ы,Ы-диметилформамид установлено, что оптимально проводить процесс при температуре 50°С. Экспериментально установлено, что при проведении реакции при более низкой температуре (25-30°С) восстановление проходит не до конца и в реакционной смеси присутствует 30% исходного соединения. С технологической точки зрения проведение процесса при температуре 50°С предпочтительнее, чем при температуре кипения реакционной массы. Это обусловлено менее бурным протеканием реакции, что снижает вероятность выброса реакционной массы. Исследования показали, что, что максимальный выход продукта достигается при двукратном избытке тетрагидридобората натрия. При использовании эквимолярного количества восстанавливающего

агента выход продукта падает на 30%. При этом, помимо продукта реакции в реакционной массе найдено 12% исходного соединения.

Подробно исследована стадия получения [(1 £)-(4-фторфенил)метилен] [II-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов 49-61 конденсацией [11-(1 Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов 36-48 с 4-фторбензальдегидом (схема 3), которая является стадией, определяющей время технологического цикла получения целевых соединений.

Проведены исследования кинетики процесса. В результате математической обработки установлено, что кинетика описывается реакцией второго порядка.

Наблюдаемые константы скорости реакции конденсации [К-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов 36-48 с 4-фторбензальдегидом в бензоле вычисляли по уравнению 1. Результаты представлены в таблице 1 в логарифмической форме.

где к — константа скорости реакции, [л/(моль с)]; г — время, [с]; сКОИ — конечная концентрация [(1£Г)-(4-фторфенил)метилен] 1 Я-тетразол-1 -ил)фенил]амина, [моль/л]; сх - текущая концентрация [(1£)-(4-фторфенил)метилен] [Я-( 1 Я-тетразол-1 -ил)фенил]амина, [моль/л].

Экспериментально установлены константы скорости реакции [З-метил-4-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амина 39, выбранного в качестве модельного соединения, с 4-фторбензальдегидом в бензоле и метаноле при 75°С и 60°С, соответственно, на участке от 0 до 10% от теоретического выхода [(1£)-(4-фторфенил)метилен] [3-метил-4-( 1Я-тетразол-1 -ил)фенил]амина 52. Константа скорости реакции в метаноле составляет 5,12-10"3 л-моль"1-с"1, что в три раза превышает величину константы скорости реакции в бензоле, равную 1,69-10"3 л моль"1 с"1. Это может быть обусловлено либо протонированием карбонильной группы протоном гидроксильной группы метанола, вследствие чего повышается способность карбонильного атома углерода подвергаться нуклеофильной атаке, либо образованием водородной связи между карбонильным кислородом и гидроксильной группой метанола, вследствие чего также повышается положительный характер карбонильного углерода.

я

Схема 3

Однако, с технологической точки зрения необходимо иметь данные об общем выходе продукта, а не только константы скорости реакции на начальном этапе реакции.

При проведении синтеза [(1£)-(4-фторфенил)метилен][3-метил-4-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амина 52 в метаноле установлено, что в результате 35 часовой выдержки выход продукта составляет 55-58% от теоретического. Это обусловлено тем, что данная реакция является равновесной. При проведении же аналогичного синтеза в бензоле за то же время выход продукта составляет 8891%. Повышение выхода может быть обусловлено плохой растворимостью воды в бензоле, в результате чего она частично выводится из зоны реакции и равновесие сдвигается в сторону образования продукта реакции. Исследованиями показано, что при проведении реакции в бензоле с удалением образующейся реакционной воды выход продукта составляет 97-98%. При этом, время реакции сокращается до 4 часов, что, вероятно, обусловлено тем, что при полном удалении воды из зоны реакции равновесие смещается в сторону образования [(1 £)-(4-фторфенил)метилен] [3-метил-4-( 1 //-тетразол-1 -ил)фенил] амина 52.

Исследованы зависимости скорости реакции конденсации 4-фторбензальдегида с 1 //-тетразол-1 -ил)фенил]аминами от физико-

химических свойств последних с целью прогнозирования их реакционной способности.

Методом потенциометрического титрования определены константы ионизации сопряженных кислот [Я-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов. Результаты представлены в таблице 1.

Сродство к протону РА выражено как энтальпия реакции отрыва протона в газовой фазе ВЬГ—>В + Н+ и вычислено полуэмпирическими методами квантовой химии по формуле (2). Результаты представлены в таблице 1.

РА = ДН/(В) + ДН/(Н+) - ДНДВН^, (2)

где ДН/(Н+) - энтальпия образования протона, равная 1537,24 кДж/моль, ДН/ (В) и ДН/ (ВН+) - энтальпии образования основной (В) и протонированной (ВН+) формы исследуемых соединений, рассчитанные методом РМЗ по программам из пакета МОРАС (СЬетОГАсе 2.0 (2002)) для газовой фазы.

Посредством ЯМР 'н спектроскопии определены химические сдвиги протонов аминогруппы полученных[Я-(1//-тетразол-1-ил)фенил]аминов.

Значения констант скорости реакции установлены в результате кинетического эксперимента в бензольном растворе при 75°С в отсутствии кипения (таблица 1). Кинетический эксперимент проведен на начальном

отрезке времени, соответствующем от 0 до 10% (включительно) от теоретического выхода продукта реакции.

Таблица 1 - Значения рКа, РА и 5М[ (ДМСО)[Я-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов 36-48. Значения логарифмов констант скорости реакции конденсации [К-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов 36-48 с 4-фторбензальдегидом в бензоле

№ Название соединения рКа> РА, V 1 %к

(20°С, кДж/м ррт (С6Н6,

Н20) ОЛЬ 75°С)

41 [4-Метокси-3-( 1Я-тетразол-1 -ил)фенил] амин 3,49 866,9 5,07 -2,32

39 [3-Метил-4-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амин 3,18 855,3 5,47 -2,77

38 [4-( 1 Я-Тетразол-1 -ил)фенил]амин 3,13 852,4 5,47 -2,89

37 [3-(1Я-Тетразол-1-ил)фенил]амин 3,10 849,2 5,49 -2,93

40 [3-Метокси-4-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амин 2,96 845,7 5,65 -3,14

48 [4-Хлор-3-( 1Я-тетразол-1 -ил)фенил]амин 2,76 836,8 5,70 -3,46

45 [2-Метокси-4-( 1Я-тетразол-1 -ил)фенил]амин 3,44 889,1 5,18 -3,71

46 [2-Метокси-5-(1Я-тетразол-1-ил)феши]амин 3,24 877,6 5,12 -3,89

43 [2-Метил-4-( 1Я-тетразол-1 -ил)фенил]амин 2,87 856,0 5,25 -3,85

44 [2-Метил-5-( Ш-тетразол-1 -ил)фенил]амин 2,81 854,8 5,32 -3,95

47 [2-Хлор-4-( 1Я-тетразол-1 -ил)фенил]амин 2,71 846,9 5,82 -4,09

42 [2-Хлор-5-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амин 2,60 843,6 5,84 -4,25

36 [2-(1Я-Тетразол-1-ил)фенил]амин 2,49 858,5 5,37 -3,06

Показано, что возможно прогнозировать реакционную способность [II-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов в реакции бензилиденовой конденсации, основываясь на расчетно-экспериментальных методах.

Выведены формулы для расчета константы скорости реакции конденсации 4-фторбензальдегида с [11-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминами, не содержащими заместители в орто-положении:

1^= 1,56-рКа - 7,77 (Я2=0,9983), (3)

= 0,04-РА - 34,99 (Я2=0,9939), (4)

^=-1,65-5^ + 6,09 (Я2=0,9190), (5)

Предложен метод расчета константы скорости реакции конденсации 4-фторбензальдегида с [Я-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминами, не содержащими заместители в орто-положении, основываясь на косвенном определении значения рКа последних. В основе метода лежит наличие корреляции (уравнение 6) между значениями рКа 1 Я-тетразол-1 -ил)фенил]аминов и соответствующих (К-фенил)аминов, не содержащих тетразольный цикл в молекуле.

рКатетр = 0,53рКаанил + 0,68 (Я2=0,9824) (6)

Уравнение 6 позволяет рассчитать величину рКатетр, основываясь на справочных данных о величине рКаанил.

Используя расчетное значение рКатетр, по уравнению 7 возможно рассчитать логарифм константы скорости конденсации соответствующего [Я-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амина с 4-фторбензальдегидом в бензоле.

1^= 1,56 рКатетр - 7,77 (Я2=0,9983) (7)

Исследовано влияние типа растворителя на протекание реакции конденсации [11-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов с 4-фторбензальдегидом без удаления образующейся воды.

Установлено, что при замене бензола на метанол скорость реакции возрастает. Это, вероятно, обусловлено повышением положительного характера карбонильного атома углерода вследствие образования водородной связи между атомом кислорода карбоксильной группы и гидроксильной группой метанола. На примере [(1£)-(4-фторфенил)метилен][3-метил-4-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амина установлено, что выход продукта при проведении реакции в метаноле не превышает 58%, в то время как в бензоле выход составляет 91%.

Установлено, что в ряду апротонных растворителей увеличение полярности растворителя приводит к снижению скорости реакции. На примере конденсации [3-метил-4-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амина 39 с 4-фторбензальдегидом установлено, что с увеличением полярности растворителя скорость реакции уменьшается в ряду бензол > 1,4-диоксан > НЫ-диметилформамид

В таблице 2 представлены логарифм константы скоростей реакции конденсации [3-метил-4-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амина 39 с 4-фторбензальдегидом и значения нормализованных параметров полярности растворителей , основанных на зависимости от растворителя энергии электронного перехода, которому соответствует полоса длинноволнового поглощения сольватохромного Ы-феноксипиримидинийбетаинового красителя.

Таблица 2 - Логарифм констант скоростей реакции [3-метил-4-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амина 39 с 4-фторбензальдегидом и значения растворителей

Растворитель 1 ёк cN Су

Бензол -2,77 0,111

1,4-Диоксан -3,81 0,164

М,]Ч1-Диметилформамид -3,95 0,404

Установлена корреляция логарифма константы скорости реакции конденсации 1 //-тетразол-1 -ил)фенил]аминов 37-41 и 48 с 4-

фторбензальдегидом в бензоле без удаления образующейся воды с сигма-константами Гаммета для [К-(Ш-тетразол-1-ил)фенил]аминов 37-41 и 48 (рисунок 1).

-2

-2,2 -2,4 -2,6 еЬ -2,8 -3 -3,2 -3,4 -3,6

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 <т

Рисунок 1 - Корреляция логарифма константы скорости с сигма-константами Гаммета для [Я-(1//-тетразол-1-ил)фенил]аминов 37-41 и 48

Значение реакционной константы р, количественно характеризующей относительную чувствительность реакции 1 Я-тетразол-1 -ил)фенил]аминов 37-41 и 48 с 4-фторбензальдегидом к изменению структуры реагирующего соединения, составляет -2,268. Повышение абсолютного значения данной величины относительно ее значения для реакции бензилиденовой конденсации монозамещенных фениламинов в бензоле (р=-2,004) указывает на то, что введение тетразольного кольца в мета- или пара-положение (Я-фенил)амина повышает чувствительность реакции бензилиденовой конденсации к введение других заместителей в молекулу.

Для определения антибиотической активности полученные (4-фторбензил)[Я-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амины 62-74 исследовали методом диффузии в агар. Суть метода заключается в определении минимальной концентрации антибиотика, при которой наблюдается подавление роста тест-культуры. В стерильные чашки Петри разливают расплавленную питательную среду, соблюдая толщину слоя 5 мм. Дают остыть, после чего в толще агара с помощью стерильного сверла делают 4 лунки диаметром 5 мм на равном расстоянии друг от друга и от края чашки. В лунки каждой чашки вносят равные объемы заранее приготовленных рабочих растворов испытуемого образца и раствор сравнения. Затем чашки инкубировали при температуре

И'

Д9

с37

40

48

-♦(Ю)

(36±1)°С в течение 16-18 ч и, определяя зоны угнетения роста тест - культуры, делают вывод о действующей концентрации антибиотика.

Установлена антибиотическая активность (4-фторбензил)[11-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов 62-74 относительного бактерий Е. coli. Результаты проведенного теста антибактериальной активности показали, что все соединения полученной группы в различной степени проявляют антибактериальную активность. На основании результатов теста установлено, что наименьшей минимальной ингибирующей концентрацией, равной 0,1 мкг/мл, обладает (4-фторбензил)[2-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амин 62.

На основании проведенных исследований разработана технологическая схема получения (4-фторбензил)[2-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амина 62, которая может быть применена для получения 7 новых ранее неописанных (4-фторбензил)[Г1-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов 62-68. В производственных условиях наработки целевых соединений технологическая схема может выглядеть так, как показано на рисунке 2. Для подтверждения условий проведения процесса и отработки технологических приемов проведена наработка (4-фторбензил)[2-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амин 62 в аппарате объемом 5 л. Показано, что при масштабировании процесса сохраняются значения параметров проведения процесса.

Получение [2-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амина. К смеси (2-нитрофенил)амина, триэтилортоформиата и азида натрия при 25°С единовременно добавляют 2,5% от расчетного количества уксусной кислоты и после 30 минутной выдержки при 45-50°С дозируют оставшееся количество уксусной кислоты со скоростью не более 1,5% подаваемого количества уксусной кислоты в минуту при той же температуре, после чего выдерживают реакционную массу при температуре 116-118°С в течение 4 часов. По окончании выдержки добавляют концентрированную соляную кислоту, перемешивают в течение 2-3 минут, растворитель испаряют досуха и остаток перекристаллизовывают из пропанола-2, продукт отфильтровывают и сушат при температуре 60-65°С. Выход продукта составляет 60-63%.

Получение [2-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амина. В реакторе смешивают этанол, дистиллированную воду, карбонильное железо и соляную кислоту и для активирования восстанавливающего агента полученную смесь выдерживают при температуре 70-75°С в течение 15 минут. Затем реакционную массу охлаждают до 30-35°С и загружают 1 -(2-нитрофенил)-1 Я-тетразол с такой скоростью, чтобы температура реакционной массы не превышала 35-45°С, после чего выдерживают реакционную массу при температуре 80-82°С в течение 4 часов. Затем реакционную массу охлаждают до 20-25°С, загружают

карбонат натрия и выдерживают реакционную массу при температуре 80-82°С в течение 1 часа. По окончании выдержки осадок, состоящий из смеси оксидов железа, отфильтровывают, фильтрат отгоняют досуха, остаток перекристаллизовывают из пропанола-2, продукт отфильтровывают и сушат при температуре 60-65°С. Выход продукта составляет 70-72%.

г\

с:::? р-

ч

С)

......<]

...........„............................Г!

£

Рисунок 2 - Технологическая схема процесса получения (4-фторбензил)[2-(1#-тетразол-1-ил)фенил]амина

Получение [(1 £)-(4-фторфенил)метилен] [2-( 1 Я-тетразол-1 -

ил)фенил] амина. В реактор загружают бензол, [2-(1 Я-тетразол-1-ил)фенил]амин и 4-фторбензальдегид и выдерживают реакционную массу при температуре 78-80°С в течение 4 часов. По окончании выдержки растворитель отгоняют досуха, остаток перекристаллизовывают из пропанола-2, продукт отфильтровывают и сушат при температуре 80-85°С. Выход продукта составляет 89-91%.

Получение (4-фторбензил)[2-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амина. В реактор загружают ЫЛЧ-диметилформамид, метанол и [(1£)-(4-фторфенил)метилен][2-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амин и выдерживают реакционную массу при температуре 48-50°С в течение 30 минут. Затем загружают тетрагидридоборат натрия и выдерживают реакционную массу при той же температуре в течение 30 минут. По окончании выдержки в реактор загружают дистиллированную воду и выдерживают 4-4,5 часа при температуре 20-25°С. После чего осадок отфильтровывают, перекристаллизовывают из пропанола-2, продукт отфильтровывают и сушат при температуре 70-75°С. Выход продукта составляет 65-68%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана оптимальная, с научной и химико-технологической точек зрения, 4-х и 6-ти стадийная общая схема синтеза ряда (4-фторбензил)[11-(1 Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов для получения этих потенциально биологически активных соединений.

2. Усовершенствован известный метод получения 1 -(Я-нитрофенил)-1Я-тетразолов гетероциклизацией (Я-нитрофенш1)аминов с триэтилортоформиатом и азидом натрия в среде уксусной кислоты для достижения высокого выхода. Получены четыре ранее не описанные 1-(Я-нитрофенил)-1Я-тетразола. Впервые в реакцию гетероциклизации с триэтилортоформиатом и азидом натрия в среде уксусной кислоты введены 1чГ-(амино-Я-фенил)ацетамиды, что позволило получить шесь ранее неописанных [Я-( 1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов.

3. Впервые для получения [Г1-(1 Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов из 1-(Я-нитрофенил)-1Я-тетразолов применен метод восстановления железом в водно-спиртовой системе с использованием солянокислого катализа.

4. Установлено, что максимальный выход [(1£)-(4-фторфенил)метилен] [Я-( 1Я-тетразол-1 -ил)фенил] аминов, получаемых по реакции конденсации [К-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов с 4-

фторбензальдегидом, достигается при проведении реакции в бензоле с удалением образующейся реакционной воды.

5. Разработан способ восстановления тетрагидридоборатом натрия в среде смешанного растворителя метанол - Ы,Ы-диметилформамид 75:25 соответствующих [(1 £)-(4-фторфенил)метилен] [R-( 1 Я-тетразол-1 -ил)фенил]аминов. Разработанным способом получены ранее не описанные (4-фторбензил) [R-( 1 Я-тетразол-1 -ил)фенил] амины.

6. Разработан метод получения р1-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов с использованием ацильной защиты аминогруппы исходных (R-нитрофенил)аминов.

7. Впервые получены 45 новых ранее неописанных соединений, среди которых производные 1 -(R-нитрофенил)-1 Я-тетразолов, N-[R-( 1 //-тетразол-1 -ил)фенил]ацетамидов, [R-( 1 //-тетразол-1 -ил)фенил]аминов, [(1£)-(4-фторфенил)метилен][К-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов, (4-фторбензил)[Я-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов.

8. Исследована кинетика реакции конденсации [R-(l Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов с 4-фторбензальдегидом. Установлено, что скорость реакции конденсации уменьшается с ростом полярности апротонного растворителя в ряду бензол > 1,4-диоксан > Ы,Ы-диметилформамид. Проведена количественная р-а корреляция для [Д-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов. Установлено, что введение тетразольного кольца в молекулу фениламинов повышает чувствительность реакции бензилиденовой конденсации к введению заместителя по сравнению с фениламинами, что подтверждается значением реакционной константы р, равной -2,268. Установлены математические зависимости позволяющие прогнозировать константу скорости конденсации в бензоле 4-фторбензальдегида с [R-( 1 Я-тетразол-1 -ил)фенил]аминами, не содержащими заместители в орто-положении:

Ig* = 0,04-РА - 34,99 (R2=0,9939), lg/t = -1,65 -5nh + 6,09 (R2=0,9190), ]gk= 1,56 рКа-7,77 (Rz=0,9983).

9. Проведено исследование антибиотической активности (4-фторбензил)[Я-( 1 Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов относительно бактерий Е. coli и установлено, что наименьшей минимальной ингибирующей концентрацией, равной 0,1 мкг/мл, обладает (4-фторбензил)[2-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]амин.

10. Разработана технология получения (4-фторбензил)|Д-(1Я-тетразол-1-ил)фенил]аминов на примере (4-фторбензил) [2-(1 Я-тетразол-1-ил)фенил]амина как наиболее биологически активного.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Павлов А.В., Веретенников Е.А., Малин С.А., Ласкин Б.М. Реакционная способность N-тетразолил-анилинов // III Международная конференция "Химия гетероциклических соединений", посвященная 95-летию со дня рождения профессора Алексея Николаевича Коста. Москва, 18-21 октября2010г.-С. 155.

2. Павлов А.В., Веретенников Е.А., Ласкин Б.М. Сравнение реакционной способности производных ряда 3-й 4-аминофенил-1-тетразолов // Всероссийская научная конференция с международным участием, посвященная Международному году химии «Успехи синтеза и комплексообразования». Москва, 18-22 апреля 2011г. - С. 55.

3. Павлов А.В., Веретенников Е.А., Ласкин Б.М. Синтез потенциальных биологическиактивных 1-арилпроизводных тетразола как пример стратегии развития «ФАРМА - 2020» // II Научно-практическая конференция, посвященная 183-й годовщине образования Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета) «Технологический институт - технологиям будущего». Санкт-Петербург, 24-25 ноября 2011г. - С. 89.

4. Павлов А.В., Веретенников Е.А., Ласкин Б.М., Платонова О.В., Малин С.А. Синтез биологически активных замещенных тетразолов // Научная конференция, посвященная 70-летию со дня рождения академика РАН Г.Ф. Терещенко. Санкт-Петербург, 28 декабря 2011г. - С. 16-18.

5. Pavlov А.V., Veretennikov Е.А., Laskin В.М. Synthesis of biologically active (R'-benzyl)-(R-tetrazole-l-yl-phenyl)-amines - potential antibiotics // St. Peterburginternational forum. Pharmacy. Medical equipment. Biotechnology. St. Petersburg, 25-27 April 2012. - P. 253-254.

6. Павлов A.B., Веретенников E.A., Ласкин Б.М., Иваненков Я.А. Потенциальные инновационные антибиотики - (R' -бе лзил)-^-тетразол-1 -ил-фенил)-амины // П-ая международная конференция «Модели инновационного развития фармацевтической и медицинской промышленности на базе университетов, как интеграторов науки и индустрии». Долгопрудный, 15-16 мая 2012.-С. 24.

7. Павлов, А.В. Синтез (4-фтор-бензил)-(тетразол-1-ил-фенил)-аминов / А.В. Павлов, Е.А. Веретенников, Б.М. Ласкин // Известия СПбГТИ(ТУ). -2012.-№ 17.-С. 48-50.

8. Павлов, А.В. Корреляция констант ионизации кислот сопряженных R-тетразол-!-ил-фениламинов с газофазным сродством к протону / А.В.

Павлов, Е.А. Веретенников, Б.М. Ласкин // Известия СПбГТИ(ТУ). - 2013. - № 18.-С. 43-46.

9. Павлов, A.B. Исследование зависимости скорости бензилиденовой конденсации Я-тетразол-Ьил-фениламинов от их констант диссоциации / A.B. Павлов, Е.А. Веретенников, Б.М. Ласкин, А.Г. Егоров // Журнал прикладной химии. - 2013. - Т. 86, вып. 4. - С. 552-557.

10. Веретенников Е.А., Павлов A.B., Ласкин Б.М. и др. Заявка на изобретение № 2013118979(028088) от 25.04.2013 с положительным решением. (4-Фтор-бензил)-этил-(2-тетразол-1-ил-фенил)-амин и способ его получения.