СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ 3,3'-(3,6-ДИОКСАОКТАН-1,8-ДИИЛ)БИС-1,5,3-ДИТИАЗЕПИНАНА И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В КАЧЕСТВЕ СРЕДСТВА С ФУНГИЦИДНОЙ АКТИВНОСТЬЮ

Предлагаемое изобретение относится к области синтеза соединений с биологической активностью, конкретно, к способу получения 3,3'-(3,6-диоксаоктан-1,8-диил)бис-1,5,3-дитиазепинана формулы (1) на основе каталитической реакции 3,6-диоксаоктан-1,8-диамина с N¹,N¹,N⁶,N⁶-тетраметил-2,5-дитиагексан-1,6-диамином. Соединение (1), обладающее фунгицидной активностью против Botrytis cinerea, может быть использовано для борьбы с микроскопическими грибами при защите растений:

Известен способ (С.Р. Хафизова, В.Р. Ахметова, Л.Ф. Коржова, Т.В. Хакимова, Г.Р. Надыргулова, Р.В. Кулакова, Э.А. Круглов, У.М. Джемилев. Многокомпонентная конденсация алифатических аминов с формальдегидом и сероводородом // Изв. АН. Сер. хим., 2005, 2, 423) получения 5-[2-[1,3,5-дитиазинан-5-ил]этил]1,3,5-дитиазинана (2) трехкомпонентной конденсацией этилендиамина с формальдегидом и сероводородом, взятых в мольном соотношении 1:6:4, соответственно, при температуре 80°C:

Известный способ не позволяет получить 3,3'-(3,6-диоксаоктан-1,8-диил)бис-1,5,3-дитиазепинан формулы (1).

Известен способ (В.Р. Ахметова, Е.Б. Рахимова, А.Б. Миннебаев, Р.В. Кулакова, Н.Ф. Галимзянова. Циклотиометилирование гетероцепных α,ω-диаминов формальдегидом и H₂S // ЖОрХ, 2012, 2) получения 5,5'-[окса(тиа)алкан-α,ω-диил]-бис-1,3,5-дитиазинанов (3) трехкомпонентной конденсацией окса(тиа)алкан-α,ω-диаминов (3-оксапентан-1,5-диамин, 3,6-диоксаоктан-1,8-диамин, 3,4-дитиагексан-1,6-диамин) с формальдегидом и сероводородом, взятых в мольном соотношении 1:6:4, соответственно, при температуре 60°C:

R=CH₂CH₂OCH₂CH₂,(CH₂CH₂O)₂CH₂CH₂,(CH₂CH₂S)_2.

Известный способ не технологичен, так как предполагает применение газообразного и чрезвычайно токсичного сероводорода, который при высокой концентрации не имеет запаха, но даже однократное его вдыхание может вызвать отек легких. Кроме того, известный способ не позволяет получить 3,3'-(3,6-диоксаоктан-1,8-диил)бис-1,5,3-дитиазепинан формулы (1).

Известен способ (Е.В. Rakhimova, E.A. Efremova, I.S. Bushmarinov, A.S. Goloveshkin, L.M. Khalilov, A.G. Ibragimov, U.M. Dzhemilev. A new method for the synthesis of α,ω-bis-1,5,3-dithiazepinanes using SmCl₃·6H₂O as the catalyst. // Tetrahedron Letters, 2012, 53, 32, 4225-4227) получения α,ω-бис-(1,5,3-дитиазепинан-3-ил)-алканов (4) реакциями переаминирования N-(трет-бутил)-пергидро-1,5,3-дитиазепинана и рециклизации 1-окса-3,6-дитиациклогептана с помощью α,ω-диаминов:

Известный способ не позволяет получить 3,3'-(3,6-диоксаоктан-1,8-диил)бис-1,5,3-дитиазепинан формулы (1).

Известны фунгицидные средства для борьбы с грибковыми заболеваниями растений на основе 1,3,4-тиадиазолидинового бицикла (5) и его аддукта с CH₃I (6), которые в концентрации 0.04-0.13% полностью подавляют развитие В. sorokiniana, F. oxysporum, A. fumigatus, A. niger, P. variotii [Akhmetova, V.R., Murzakova, N.N., Khabibullina, G.R., Galimzyanova, N.F. Synthesis of N- and N,N'-coordinated derivatives of 3,7-dithia-1,5-diazabicyclo [3.3.0]octanes and their fungicidal activity. Russian Journal of Applied Chemistry, 2011, 84, 2, 225-229]. Bipolaris sorokiniana и Fusarium oxysporum входят в комплекс возбудителей корневых гнилей зерновых культур, Aspergillus niger является распространенным контаминантом различных материалов и способен вызывать аллергические реакции и микозы у людей с ослабленной иммунной системой [Микроорганизмы - возбудители болезней растений. // Под ред. Билай В.И. - Киев: Наукова думка, 1988, 552 с.; Саттон Д., Фотергилл А., Ринальди М. Определитель патогенных и условно-патогенных грибов. - М.: Мир, 2001, 486 с]:

Известно фунгицидное средство для борьбы с грибковыми заболеваниями растений на основе производных тиазолил-5-карбонамида формулы (7) (Адольф Хубеле, Патент РФ 2070197), где R₃ - 2-фуранил, 2-тиенил, 3-фуранил, 3-тиенил; R₁, R₂ - циклопропил, C₁-C₄ - алкил, СН₂-О-R₄, R₄-C₁-C₄ - алкил:

Известен (H. Kanno. Pure&Appl. Chem. 1987. Vol.59. №8. P.1027-1032) фунгицид бупрофезин общей формулы (8), структура которого содержит 1,3,5-тиадиазинановый цикл, предназначенный для борьбы с грибковыми заболеваниями сельскохозяйственных культур. Производство известного фунгицида (8) осуществляется 2-стадийным синтезом и базируется на использовании труднодоступных исходных реагентов:

Известна фунгицидная активность для производных на основе 1,5-тиазепина (9) [Ambrogi V. et al. European Journal of Medicinal Chemistry, 1990, 25, 5, 403-411]:

Известно фунгицидное средство для борьбы с грибковыми заболеваниями сельскохозяйственных культур на основе 3,3'-би-1,5,3-дитиазепинана формулы (10) (Джемилев У.М., Мурзакова Н.Н., Хабибуллина Г.Р., Ахметова В.Р., Тюмкина Т.В., Галимзянова Н.Ф., Ибрагимов А.Г. Патент РФ 2448107):

Синтезы указанных соединений или многостадийны или базируются на использовании дорогостоящих исходных реагентов.

Известна фунгицидная активность для 5,5'-(3,6-диоксаоктан-1,8-диил)бис-1,3,5-дитиазинана (11) в отношении микроскопических грибов Bipolaris sorokiniana и Aspergillus niger [Akhmetova, V.R., Rakhimova, E.B., Minnebaev, A.B., Kunakova, R.V., Galimzyanova, N.F. Cyclothiomethylation of heterochain α,ω,-diamines with formaldehyde and H₂S. Russian Journal of Organic Chemistry, 2012, 48, 2, 202-208]. Соединение (11) получают трехкомпонентной конденсацией 3,6-диоксаоктан-1,8-диамина с формальдегидом и сероводородом, взятых в мольном соотношении 1:6:4, соответственно, при температуре 60°С. Способ получения 5,5'-(3,6-диоксаоктан-1,8-диил)бис-1,3,5-дитиазинана (11) не технологичен, так как предполагает применение газообразного и чрезвычайно токсичного сероводорода, который при высокой концентрации не имеет запаха, но даже однократное его вдыхание может вызвать мгновенную смерть:

Предлагается новый способ получения 3,3'-(3,6-диоксаоктан-1,8-диил)бис-1,5,3-дитиазепинана формулы (1) в качестве средства с фунгицидной активностью в одну препаративную стадию из доступных исходных реагентов.

Сущность способа заключается во взаимодействии 3,6-диоксаоктан-1,8-диамина с N¹,N¹,N⁶,N⁶-тетраметил-2,5-дитиагексан-1,6-диамином в присутствии катализатора SmCl₃·6Н₂О, взятых в мольном соотношении 3,6-диоксаоктан-1,8-диамин: N¹,N¹,N⁶,N⁶-тетраметил-2,5-дитиагексан-1,6-диамин: SmCl₃·6Н₂О=1:2:(0.03-0.07), предпочтительно 1:2:0.05, в течение 2.5-3.5 ч при комнатной температуре (~20°C) и атмосферном давлении в среде растворителей этанол-хлороформ (1:2, объемные). Выход 3,3'-(3,6-диоксаоктан-1,8-диил)бис-1,5,3-дитиазепинана (1) составляет 47-55%. Реакция протекает по схеме:

3,3'-(3,6-Диоксаоктан-1,8-диил)бис-1,5,3-дитиазепинан (1) образуется только лишь с участием N¹,N¹,N⁶,N⁶-тетраметил-2,5-дитиагексан-1,6-диамина [P.P. Хайруллина, Б.Ф. Акманов, Т.В. Тюмкина, Р.В. Кунакова, А.Г. Ибрагимов. N,N,N',N'-тетраметилметандиамин - эффективный реагент для аминометилирования тиолов. ЖОрХ, 2012, 48, 2, 189-193] и 3,6-диоксаоктан-1,8-диамина, взятых в мольном соотношении 2: 1 (стехиометрические количества). При другом соотношении исходных реагентов снижается выход целевого продукта (1). Без катализатора реакция идет с выходом, не превышающим 10%.

Проведение указанной реакции в присутствии катализатора SmCl₃·6Н₂О больше 7 мол. % не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1). Использование катализатора SmCl₃·6Н₂О менее 3 мол. % снижает выход (1), что связано, возможно, со снижением каталитически активных центров в реакционной массе. Реакции проводили при комнатной температуре ~20°C. При температуре выше 20°C (например, 60°C) увеличиваются энергозатраты, а при температуре ниже 20°C (например, при 0°C) снижается скорость реакции. Опыты проводили в среде растворителей этанол-хлороформ (1:2, объемные), т.к. в них хорошо растворяются исходные соединения.

Выявление фунгицидной активности осуществлено с использованием микроскопических грибов Bipolaris sorokinlana, Fusarium oxysporum, Botrytis cinerea и Rhizoctonia solani. Микроскопические грибы поддерживаются в коллекции микроорганизмов Института биологии УНЦ РАН. Для испытаний использовали растворы (1) в ДМФА. Оценка влияния растворителя ДМФА на тест-культуры грибов показала отсутствие негативного воздействия на развитие микроскопических грибов.

Общая методика оценки фунгицидной активности соединения (I):

Оценку фунгицидной активности проводили методом диффузии в агар (Практикум по микробиологии. // Под ред. Егорова Н.С. - М.: Изд-во МГУ, 1976, 307 с). Поверхность питательной среды (картофельно-глюкозный агар), разлитой по 15 мл в чашки Петри d 70 мм, засевали суспензией спор тест-культур грибов. Затем в среде сверлом диаметром 10 мм вырезали лунку, в которую помещали 100 мкл испытываемых растворов. Фунгицидную активность оценивали по диаметру зоны подавления роста микромицетов, а также наблюдая за развитием тест-культур с использованием светового микроскопа Leica DM 1000 при увеличении ×10. Повторность трехкратная. Контролем служило развитие грибов на питательной среде. Время инкубации 7 суток при 28°C.

Влияние раствора 3,3'-(3,6-диоксаоктан-1,8-диил)бис-1,5,3-дитиазепинана (1) в ДМФА на тест культуры видоспецифично. 3,3'-(3,6-Диоксаоктан-1,8-диил)бис-1,5,3-дитиазепинан (1) в изученных концентрациях полностью подавляет развитие Botrytis cinerea, обладает фунгистатическим действием в отношении Rhizoctonia solani, не оказывает негативного влияния на развитие Bipolaris sorokiniana и Fusarium oxysporum (таблица 1).

Таким образом 3,3'-(3,6-диоксаоктан-1,8-диил)бис-1,5,3-дитиазепинан (1) проявляет фунгицидный эффект по отношению к Botrytis cinerea и обладает фунгистатическим действием в отношении Rhizoctonia solani.

Существенные отличия предлагаемого способа:

В известном способе реакция идет с участием в качестве исходных реагентов газообразного сероводорода и водного раствора формальдегида при температуре 60°C с образованием шестичленных 5,5'-[окса(тиа)алкан-α,ω,-диил]-бис-1,3,5-дитиазинанов (3). Известным способом не может быть получен индивидуальный 3,3'-(3,6-диоксаоктан-1,8-диил)бис-1,5,3-дитиазепинан формулы (1). В предлагаемом способе реакция идет с участием в качестве исходного реагента N¹,N¹,N⁶,N⁶-тетраметил-2,5-дитиагексан-1,6-диамина при комнатной температуре -20°C под действием катализатора SmCl₃·6Н₂О Предлагаемый способ позволяет в одну препаративную стадию синтезировать индивидуальный 3,3'-(3,6-диоксаоктан-1,8-диил)бис-1,5,3-дитиазепинан (1) с фунгицидной активностью.

Способ поясняется примерами:

Пример 1. В сосуд Шленка, установленный на магнитной мешалке, в атмосфере аргона при температуре ~20°C помещают 0.15 г (1 ммоль) 3,6-диоксаоктан-1,8-диамина в 5 мл этанола и 0.018 г (0.05 ммоль) SmCl₃·6Н₂О, затем добавляют 0.42 г (2 ммоль) N¹,N¹,N⁶,N⁶-тетраметил-2,5-дитиагексан-1,6-диамина в 10 мл хлороформа. Реакционную смесь перемешивают при температуре ~20°C в течение 3 ч и выделяют колоночной хроматографией на SiO₂ 3,3'-(3,6-диоксаоктан-1,8-диил)бис-1,5,3-дитиазепинан с выходом 51%.

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице 2.

Все опыты проводили в среде этанол-хлороформ (1:2, объемные) при комнатной температуре (~20°C).

Спектральные характеристики 3,3'-(3,6-диоксаоктан-1,8-диил)бис-1,5,3-дитиазепинана*:

Белое кристаллическое вещество. Т.пл. 74-75°C. Спектр ЯМР ¹Н (δ, м.д., J, CDCl₃): 2.93 т (4Н, J=5.4 Гц, Н-8, H-8^/); 3.06 уш.с (8Н, Н-6, Н-6^/, Н-7, Н-7^/); 3.62 м (8Н, Н-9, H-9^/, Н-10, Н-10^/); 4.23 уш.с (8Н, Н-2, Н-2^/, Н-4, Н-4^/). Спектр ЯМР ¹³С (δ, м.д.): 35.87 (С-6, С-6^/, С-7, С-7^/); 50.40 (С-8, C-8^/); 59.97 (С-2, С-2^/, С-4, С-4^/); 68.83 (С-9, С-9^/), 70.41 (С-10, С-10^/). MALDI TOF, m/z: 385.321 [M+H]⁺. C₁₄H₂₉N₂O₂S₄:

*Контроль реакции осуществляли методом ТСХ на пластинах Silufol W-254, проявляли парами 12. Для колоночной хроматографии использовали силикагель КСК (100-200 мкм). Температура плавления определена на приборе РНМК 80/2617. Спектры ЯМР 1D (¹Н, ¹³С) и 2D (COSY, NOESY, HSQC, НМВС) сняты на спектрометре Bruker Avance 400 (100.62 МГц для ¹³С и 400.13 МГц для ¹Н) по стандартным методикам фирмы Bruker, внутренний стандарт Me₄Si, растворитель - CDCl₃. Масс- спектры высокого разрешения получены на приборе MALDI TOF/TOF AUTOFLEX III фирмы Bruker.

Преимущества предлагаемого изобретения:

Соединение (1) является эффективным средством борьбы против Botrytis cinerea, его синтез осуществляется в одну препаративную стадию, исходя из доступных реагентов, в отличие от многостадийных синтезов известных средств, применяемых для борьбы с грибковыми заболеваниями растений.