Способ получения бис-(1,5,3-дитиазепинан-3-ил)этана и его применение в качестве средства с фунгицидной активностью

Способ получения бис-(1,5,3-дитиазепинан-3-ил)этана и его применение в качестве средства с фунгицидной активностью

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к области синтеза соединений с биологической активностью, конкретно, к способу получения бис-(1,5,3-дитиазепинан-3-ил)этана (1) на основе каталитической реакции 1,2-этандиамина с N¹,N¹,N⁶,N⁶-тетраметил-2,5-дитиагексан-1,6-диамином. Соединение (1), обладающее фунгицидной активностью против Botrytis cinerea и Rhizoctonia solani, может быть использовано для борьбы с микроскопическими грибами при защите растений.

Известен способ (Akhmetova V.R., Vagapov R.A., Nadyrgulova G.N., Tyumkina T.V., Starikova Z.A., Antipin M.Y., Kunakova R.V., Dzhemilev U.M. Synthesis of thiadiazabicyclane and bis-1,3,5-dithiazinane by cyclothiometylation of aliphatic diamines with CH₂O and H₂S. Tetrahedron, 2007, Vol.63, Is. 47, P.11702-11709) получения бис-1,3,5-дитиазинанов (2) трехкомпонентной конденсацией алифатических α,ω-диаминов с формальдегидом и сероводородом, взятых в мольном соотношении 1:6:4 при температуре 80°C.

Известным способом не может быть осуществлен синтез бис-(1,5,3-дитиазепинан-3-ил)этана (1).

Известен способ (Е.В. Rakhimova, Е.А. 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 (3) реакциями переаминирования N-(трет-бутил)-пергидро-1,5,3-дитиазепинана и рециклизации 1-окса-3,6-дитиациклогептана с помощью α,ω-диаминов в присутствии в качестве катализатора SmCl₃·6H₂O при температуре от 20 до 40°C.

В известном способе для получения α,ω-бис-(1,5,3-дитиазепинан-3-ил)-алканов (3) применяются труднодоступные гетероциклические исходные реагенты (N-(трет-бутил)-пергидро-1,5,3-дитиазепинан и 1-окса-3,6-дитиациклогептан), а также дорогостоящий катализатор SmCl·6H₂O на основе редкоземельного элемента Sm, для проведения реакции требуется нагрев до 40°C.

Известно фунгицидное средство для борьбы с грибковыми заболеваниями растений на основе производных тиазолил-5-карбонамида формулы (4) (Адольф Хубеле, Патент РФ 2070197)

где R₃ - 2-фуранил, 2-тиенил, 3-фуранил, 3-тиенил; R₁, R₂ - циклопропил, C₁-C₄ - алкил, CH₂-O-R₄, R₄ - C₁-C₄ - алкил.

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

Известно фунгицидное средство для борьбы с грибковыми заболеваниями сельскохозяйственных культур на основе 3,3'-би-1,5,3-дитиазепинана формулы (6) (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.

Предлагается новый способ получения бис-(1,5,3-дитиазепинан-3-ил)этана формулы (1) в одну препаративную стадию из доступных исходных реагентов. Соединение формулы (1) может быть использовано в качестве средства с фунгицидной активностью.

Сущность способа заключается во взаимодействии 1,2-этандиамина с N¹,N¹,N⁶,N⁶-тетраметил-2,5-дитиагексан-1,6-диамином в присутствии катализатора ZnCl₂·6H₂O, взятых в мольном соотношении 1,2-этандиамин: N¹,N¹,N⁶,N⁶-тетраметил-2,5-дитиагексан-1,6-диамин: ZnCl₂·6H₂O=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 бис(1,5,3-дитиазепинан-3-ил)этана (1) составляет 85-92%. Реакция протекает по схеме:

бис-(1,5,3-дитиазепинан-3-ил)этан (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 1,2-этандиамина, 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 15%.

Проведение указанной реакции в присутствии катализатора ZnCl₂·6H₂O больше 7 мол.% не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1). Использование катализатора ZnCl₂·6H₂O 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 и целевой продукт (1).

Выявление фунгицидной активности осуществлено с использованием микроскопических грибов Botrytis cinerea и Rhizoctonia solani. Botrytis cinerea - фитопатогенный гриб, возбудитель серой гнили у более 200 видов сельскохозяйственных растений, наибольшая вредоносность проявляется при развитии кагатной гнили корнеплодов и капусты, болезнь прогрессирует не только в период вегетации, но и после уборки урожая. Rhizoctonia solani - фитопатогенный гриб, возбудитель бурой и сухой гнили (ризоктониоза), поражающий 230 видов сельскохозяйственных растений (картофель, томат, капуста, редис, свекла, фасоль, чечевица, люцерна, лен и др.). Потери урожая от ризоктониоза могут достигать 30%. (Микроорганизмы - возбудители болезней растений. // Под ред. Билай В.И. - Киев: Наукова думка, 1988, 552 с). 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 (1):

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 бис-(1,5,3-дитиазепинан-3-ил)этана (1) в ДМФА на тест культуры видоспецифично и зависит от концентрации испытуемого раствора. Бис-(1,5,3-дитиазепинан-3-ил)этан (1) в изученных концентрациях полностью подавляет развитие Botrytis cinerea, концентрации 0.09 и 0.13% полностью подавляют развитие Rhizoctonia solani (таблица 1).

Таблица 1
Влияние бис(1,5,3-дитиазепинан-3-ил)этана (1) на развитие тест-культур грибов через 7 суток инкубирования
Виды грибов	Диаметр зоны подавления роста грибов, (мм)	Контроль
C1 0.04а	C1 0.09а	C1 0.13а
Botrytis cinerea	Нет развития гриба	Нет развития гриба	Нет развития гриба	Начало спорообразования
Rhizoctonia solani	Субстратный мицелий *	Нет развития гриба	Нет развития гриба	Нормальное развитие гриба
а - концентрация соединения (1) в ДМФА, %
* - виден только под микроскопом

Таким образом, бис-(1,5,3-дитиазепинан-3-ил)этан (1) проявляет фунгицидный эффект по отношению к Botrytis cinerea и Rhizoctonia solani.

Существенные отличия предлагаемого способа

В отличие от известных в предлагаемом способе исходными реагентами являются 1,2-этандиамин и N¹,N¹,N⁶,N⁶-тетраметил-2,5-дитиагексан-1,6-диамин, а в качестве катализатора используется доступный ZnCl₂·6H₂O. Предлагаемый способ позволяет в одну препаративную стадию синтезировать индивидуальный бис(1,5,3-дитиазепинан-3-ил)этан (1) с фунгицидной активностью.

Способ поясняется примерами

Пример 1. В сосуд Шлейка, установленный на магнитной мешалке, в атмосфере аргона при температуре ~20°C помещают 0.06 г (1 ммоль) этандиамина в 5 мл этанола и 0.012 г (0.05 ммоль) ZnCl₂·6Н₂O, 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 бис-(1,5,3-дитиазепинан-3-ил)этан с выходом 89%.

Другие примеры, подтверждающие способ, приведены в таблице 2.

Таблица 2
№	Исходный алкандиамин	Соотношение алкандиамин: N1,N1,N6,N6 - тетраметил-2,5-дитиагексан-1,6-диамин: ZnCl2·6H2O, ммоль	Время реакции, час	Выход (1), %
1	1,2-этандиамин	1:2:0.05	3	89
2	-«-	1:2:0.03	3	85
3	-«-	1:2:0.07	3	92
4	-«-	1:2:0.05	2.5	86
5	-«-	1:2:0.05	3.5	90

Все опыты проводили в среде этанол-хлороформ при комнатной температуре (~20°C).

Спектральные характеристики бис-(1,5,3-дитиазепинан-3-ил)этана *:

Т.пл. 144-145°C. Элюент гексан: этилацетат (4:3), R_f 0.5. Спектр ЯМР ¹Н, δ, м.д.: 2.86 (уш.с., 4Н, CH₂ (8, 9)); 3.06 (уш.с., 8H, CH₂ (6, 6', 7, 7')); 4.20 (уш.с., 8H, CH₂ (2, 2', 4, 4')). Спектр ЯМР ¹³C, δ, м.д.: 35.81 (т, C-6, C-6', C-7, C-7'), 47.77 (т, C-8, C-9), 59.71 (т, C-2, C-2', C-4, C-4'). MALDI TOF, m/z: 297.333 [M+H]⁺. C₁₀H₂₀N₂S₄. М 296.543.

* 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 (¹H, ¹³C) и 2D (COSY, NOESY, HSQC, НМВС) сняты на спектрометре Bruker Avance 400 (100.62 МГц для ¹³C и 400.13 МГц для ¹H) 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) обладает фунгицидным действием против Botrytis cinerea и Rhizoctonia solani, 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.

1. Способ получения бис-(1,5,3-дитиазепинан-3-ил)этана (1): отличающийся тем, что 1,2-этандиамин подвергают взаимодействию с N¹,N¹,N⁶,N⁶-тетраметил-2,5-дитиагексан-1,6-диамином в среде этанол-хлороформ (1:2, объемные) в присутствии катализатора ZnCl₂·6H₂O при мольном соотношении 1,2-этандиамин : N¹,N¹,N⁶,N⁶-тетраметил-2,5-дитиагексан-1,6-диамин : ZnCl₂·6H₂O=1:2:(0.03-0.07) при комнатной температуре (~20°C) и атмосферном давлении в течение 2.5-3.5 ч.

2. Применение бис-(1,5,3-дитиазепинан-3-ил)этана в качестве средства с фунгицидной активностью для борьбы с грибковыми заболеваниями сельскохозяйственных культур, вызываемыми грибами Botrytis cinerea и Rhizoctonia solani.