CC BY
20
УДК 547.541.521.621
N-МЕТИЛЕНСУЛЬФИДО- И -АМИНОАЛКИЛАРИЛСУЛЬФАМИДЫ В КАЧЕСТВЕ БАКТЕРИЦИДОВ И ПРИСАДОК К СМАЗКАМ
С.А.Мамедов, Л.С.Алиева, Н.П.Ладохина, З.Н.Новрузова, С.И.Мамедова
Институт химии присадок им. А.М.Кулиева НАН Азербайджана
[email protected] Поступила в редакцию 06.01.2015
Исследована трехкомпонентная реакция арилсульфамидов с тиолами и аминосоединениями в присутствии формальдегида или бензальдегида. Найдено, что выходы сульфамидов, полученных реакцией дитиокарбамата и меркаптобензотиазола с бензальдегидом более низкие, чем в случае реакций с другими соединениями, что связано со стерическим эффектом. Синтезированные соединения содержат активную метиленовую группу, присоединенную с одной стороны к электроноакцептор-ной сульфамидной, а с другой - к сульфидной и аминной группам. Поэтому они как диполярные соединения легко присоединяются к диполярофилам, образуя пирролы и пиримидины. Исследование некоторых синтезированных метиленсульфамидов в качестве присадок к смазкам показало их высокие антикоррозионные и противоизносные свойства. Установлено, что гетероциклические производные обладают бактерицидной активностью. Наиболее эффективными являются соединения стрептоцида. Так, 1-(4-аминосульфонил)-2-Ы-изобутил-5-метилпирролидон-3 при концентрации 0.05% уничтожает стафилококк и тормозит развитие возбудителей брюшного тифа.
Ключевые слова: сульфамиды, гетероциклы, ацетилацетон, бензоин, ацетоуксусноэтиловый эфир, стрептоцид, антикоррозионные и противоизносные свойства, бактерицид, стафилококк.
Появление штаммов микроорганизмов, устойчивых к действию биологически активных препаратов, делает актуальными разработки в области создания новых соединений с заданными антимикробными свойствами. В этом направлении интерес представляют функциональнозамещенные гетероциклические соединения. Для синтеза гетарилсульфа-мидов, имеющих большое практическое значение, требуется разработка методов синтеза 1,3 -диполярных функциональнозамещенных сульфамидов в качестве синтонов.
Ранее нами были получены №замещен-ные метиленактивные сульфамиды трехком-понентной конденсацией арилсульфамидов с соединениями, содержащими активный водород, в присутствии формальдегида [1]. При получении таких соединений использована реакция сульфамидов с параформом в присутствии малонамида [2]. Показано, что метиленактив-ные сульфамидоформамидины можно синтезировать конденсацией сульфонамидов с фор-
мамидом в присутствии йодистого натрия [3]. При проведении реакции сульфамидов с па-раформом и соединениями, имеющими активный водород, применяют комплексы иттербия [4], трихлориды индия [5] и фосфа-зиновые основания в условиях микроволнового нагрева [6].
Установлено [7], что при трехкомпо-нентной конденсации арилсульфамидов, диал-килацетилендикарбоксилатов и этилхлораце-тата образуются пирролпроизводные диалкил-№(арилсульфонил)-4-этокси-5 -оксо-2,5 -дигид-ро-1 H-пиррол-2,3-дикарбоксилаты.
Нами при исследовании реакции суль-фонамидов с соединениями, содержащими сульфгидрильные и аминогруппы, в присутствии параформа и бензальдегида обнаружено, что выходы метиленсульфонамидов зависят от природы и строения исходных продуктов. Выходы конечных продуктов составляют 66-77%:
R-
-а
SONH, + CH=O + HZ
2 2 I R2
R—1
'— SONH-CH-Z
R2
I-X
R:=R2 = H,Z = SCSN(C2H5)2 (I); R = CH3, R2 = H, Z = SCSN(C2H5)2 (II);
N-
^ R =
R1 = CH, R2 = H Z =
^ X^ r1=^ R2=C6H5=
Z = S
N
1
(IV); R =CH3,R2=N(CH3)2,Z =
NH-C,H,
65
R = CH3, R2 =H, Z= SCH2CO
(VI); R = R = H, Z = SCH2COOH (VII);
1 2 1 R = CH3, R = C6H5 ,Z = NHCOCH3 (VIII); R = CH3, R2=H, Z=NHCOCH3 (IX);
1 7
R=NH,R=H, Z=NHSO2C6H4NH2 (X).
На основе литературных данных [3] при конденсации сульфонамида с формами-дом, катализируемой 20 %-ным раствором NaI, 2.5 экв. TBHP (900С, 3 ч), образуется следующий сульфонилформамидин:
R
ArSO-N = CHN ^
2 R2
Наши исследования показали, что при проведении реакции и-толуолсульфамида с формамидом в присутствии меркаптобензо-тиазола и каталитического количества щело-
чи образуется метиленсульфидосульфонамид (соединение V) с 69.4 %-ным выходом.
В спектре ПМР (рис.1) №метиленсуль-фидобензтиазол-4-фенилсульфамида (соединение III), метильные протоны проявляются в виде триплета в области 1.45 м.д., а мети-леновые протоны - в виде синглета. В области 7.0-7.5 м.д. находятся протоны двухза-мещенных ароматических фрагментов. Протон аминогруппы сульфамида проявляется в виде дублета в области 6.4 м.д. Интегральная интенсивность соответствует количеству протонов в молекуле.
ДМСО
Рис.1. Спектр ПМР М-метиленсульфидобензтиазол-4-метилфенилсульфамида (соединение III).
S
8
7
6
5
4
3
2
1
ДМСО
7 6 5 4 3
Рис.2. Спектр ПМР ^бензилацетамидо-4-метилфенилсульфамида (соединение VIII).
В спектре ПМР (рис.2) соединения VIII метильные протоны толуольного и фе-нильного фрагментов проявляются в отдельных областях, причем под влиянием карбонильных групп метильные протоны находятся в более слабом поле при 6=1.45 м.д. Протоны двух аминных групп проявляются в разных областях: при 5.4 м.д. для карбамида и 6.0 м.д. для сульфамидного азота. Протоны монозамещенного и двухзамещенного ароматических фрагментов проявляются в области 6.4-7.1 м.д.
При исследовании реакции метилирования сульфамидов при участии ^№диэтил-дитиокарбамата и меркаптобензотиазола обнаружен пониженный выход целевого продукта по сравнению с реакцией при участии других водородактивных соединений. Это, по-видимому, связано с объемностью реакционного центра. Скорее всего увеличение объема этих групп сказывается более резко на напряженности переходного состояния, и при увеличении объема молекулы потенци-
альный барьер увеличивается, энергия активации возрастает и реакция замедляется. По этой причине выходы соединений с подобными фрагментами (соединения !-"У) низкие, и эти соединения не гетероциклизуются с полярофилами.
В составе соединений (У!-К), кроме электроноакцепторной сульфамидной группы, имеется электроноотрицательный карбонил и карбоксильные группы. Содержание одинаковых заряженных групп придает активность метиленовой группе, находящейся между ними. На основе вышеуказанных данных определены новые направления по гетеро-циклизации №метиленалкилсульфамидов в качестве метода синтеза многофункциональных тиофенов, пирролов и имидазолов. Так, при взаимодействии 4-метилсульфонамидо-№метиленсульфидофениламида уксусной кислоты (соединение VI) с ацетилацетоном с 76.5%-ным выходом получено следующее тиофенпроизводное:
си—
ки-аи,
I 6 5
'— 80ЛН-СН- 8СИ,СО
з , п .°2|и си2 .си2с
00
си
си
си
.соси
1ыи-с6и5
XI
2
+
8
В спектре ПМР (рис.3) 2-(4-метилфе-нилсульфонил)-3-метил-4-ацетил-5-аминофе-нилтиофена (соединение XI) протоны двух ме-тильных групп и-толуола и метилтиофенового фрагмента проявляются наложенным друг на друга триплетом в области 1.0-1.3 м.д., а ме-
тильные протоны ацетила - в виде триплета при 1.7 м.д. Протоны сульфамидного амина и фениламина проявляются при 5.45 и 6.0 м.д., протоны двухзамещенного и однозамещен-ного фенила - в областях 6.9-7.3 м.д.
8 7 6 5 4 3 2 1
Рис.3. Спектр ПМР 2-(4-метилфенилсульфонил)-3-метил-4-ацетил-5-аминофенилтиофена (соединение XI).
4-Метилфенилсульфонил-N-метилен- образует с высоким выходом пирролсульфа-ацетамид (соединение IX) с ацетилацетоном мид:
CH3C6H4SO2NH-CH7 -NHCOCH + CH,
O O
CH
CH
CH C H SO NH
3>
N
I
H
COCH
CH
XII
Наличие ароматического фрагмента у хом. Однако ^№(ди-4-аминофенилсульфо-
метиленовой группы тормозит реакцию гете- нил)метан (X) легко гетероциклизуется с аце-
роциклизации. Попытка гетероциклизации со- тилацетиленом, образуя пирролпроизводное с
единения VIII с ацетилацетоном и ацетоук- выходом 76%: сусноэтиловым эфиром не увенчалась успе-
O O
(4-NH2C6H4SO2NH)2CH2 + ^^^ -
CH, CH,
CH
4-nh2c6h4so2nh-
XIII
f N
, ~CH3
SO2C6H4NH2
Реакция этого же соединения (X) с бензоином приводит к имидазолпроизводным сульфамида:
O
(4-nh2c6h4so2nh)2ch2 +
OH
C6H5 C6H5
4-NHCHSONH-
2 6 4 2
n-so2c6h4nh2
xiv
C6H5 C6H5
Наши исследования [8, 9] показали вы- нений в качестве антикоррозионных и проти-сокую эффективность сульфамидных соеди- воизносных присадок. Учитывая это, мы ис-
следовали влияние некоторых №метиленсуль-фамидов и -аминоарилсульфамидов на антикоррозионные и трибологические свойства смазок. В настоящем исследовании была использована смазка, полученная нами без антикоррозионных и противоизносных присадок [10]. Полученные данные приведены в табл.1.
Таблица 1. Влияние ^метиленсульфамидов и -ами-ноарилсульфамидов на качество уплотнительных и
резьбовых смазок
Трибологические свойства
Уплотнительные, резьбовые смазки и сульфамиды Коррозия, г/м2 критическая нагрузка, Pk, H нагрузка сваривания, Pc, H
Арматол-238 46.5 780-1000 3180
AKI-141/л 58.5 760 3050
AKI-141/л+соединение II 3.9 950 3250
AKI-141/л+соединение III 4.4 1050 3400
AKI-141/л+соединение VI 5.2 980 3250
AKI-141/л+соединение VII 7.8 1000 3100
R-416 39.9 750-1000 3160
AKI-141/охм 42.8 870 2900
AKI-141/охм+соединение III 2.8 980 3250
AKI-141/охм+соединение V 3.7 1050 3450
AKI-141/охм+соединение VII 5.4 1100 3450
AKI-141/охм+соединениеIX 8.3 950 3200
Как видно из данных табл.1, содержание в составе сульфамидов диэтилдитиокар-бамата II, сульфидобензотиазола Ш и сульфи-добензамида тиоуксусной кислоты VI придает сульфамидным соединениям высокие антикоррозионные свойства, а следовательно и уплотнительным, и резьбовым смазкам с ними, что объясняется наличием сульфидной группы. Действительно, при отсутствии последней антикоррозионные свойства уменьшаются. Уединение IX не содержит сульфидную группу, поэтому коррозия смазки с ним составляет примерно 10 г/м2. Такие же закономерности наблюдаются в отношении трибологических свойств. Таким образом, по мере увеличения количества серы усиливаются антикоррозионные и противоизносные свойства соединений. Среди исследованных метиленсульфамидов самые высокие антикоррозионные и противоизносные свойства показывают соединения III и V. Они могут
применяться в составе уплотнительных и резьбовых смазок.
Наши исследования [11, 12] показали высокую бактерицидную эффективность функ-циональнозамещенных сульфамидов. Поэтому был проведен скрининг некоторых синтезированных сульфамидов в качестве биоцидов против стафилококка, плесневых грибов и возбудителей брюшного тифа. Полученные данные приведены в табл.2. В качестве эталона был взят стрептоцид.
Таблица 2. Бактерицидные свойства N-метиленамино-алкиларилсульфамидов в 45 %-ном растворе этанола
№ соединений Штаммы культур Концент] рация, %
0.05 0.1
экспозиция, мин
20 40 60 20 40 60
Стрептоцид Золотистый стафилококк Брюшной тиф + + + + + + + + х х х
IX Золотистый стафилококк Брюшной тиф + + + + + + + + х -
X Золотистый стафилококк Брюшной тиф + + + + + + х х - -
XI Золотистый стафилококк Брюшной тиф + + + + x x - -
XIII Золотистый стафилококк Брюшной тиф РешсШшш + + + x x x x - - -
(+) - развитие микроорганизмов; (х) - 40-50 %-ное уничтожение микроорганизмов; (-) - полное уничтожение микроорганизмов.
Как видно из табл.2, соединение IX при концентрации 0.1% уничтожает возбудителей стафилококка и брюшного тифа за 60 мин. Соединение Х, содержащее, кроме стрепто-цидного фрагмента, сульфамидную группу, в отличие от стрептоцида и соединения IX при той же концентрации (0.1%) подавляет микроорганизмы за 20 мин. Тиофенпроизводное сульфамида (соединение XI) обладает еще более эффективным действием. Оно даже при концентрации 0.05% уничтожает штаммы стафилококка за 60 мин. Препарат XIII также обладает высоким бактерицидным действием, при концентрации 0.05% уничтожая штаммы и стафилококка, и Pénicillium за 60 мин. Это,
по-видимому, связано с содержанием в составе молекулы гетероциклического и двух стрептоцидных фрагментов. Соединения XI и XIII можно рекомендовать в качестве эффективных биоцидов.
Экспериментальная часть
Спектры ПМР некоторых синтезированных сульфамидов регистрировали на спектрофотометре "Те81а-467" с рабочей частотой 90 МГц, ИК-спектры - на приборе "Мсо1е1 К-10".
В ИК-спектрах соединений !-ХГУ наблюдается отдельный набор сигналов, подтверждающих валентные колебания функциональных групп: БО2К - 1380-1410 см-1 и 1140-1160 см-1, С=О - 1650-1670 см-1, КН -3350-3400 см-1.
N-Z-Метиленсульфидо- и -аминоал-киларилсульфамиды (1-Х). Общая методика. 0.1 моля 4-метил- или -аминофенилсуль-фамида, 0.1 моля параформа или бензальдеги-да, 0.1 моля соединения, содержащего активный водород, 0.01 моля КаОН, 50 мл бензола или толуола смешивали и кипятили до полного выделения воды в ловушке Дина-Старка. Затем добавляли 20-30 мл гексана. Полученные кристаллы отфильтровывали и перекри-сталлизовывали из этанола.
2-(4-метилфенилсульфонил)-3-метил-4-ацетил-5-аминофенилтиофен (XI). 1.5 ммо-ля соединения VII, 1.6 ммоля ацетилацетона и 10-15 капель морфолина растворяли в 20 мл абсолютного этанола. Реакционную массу кипятили 1.5-2 ч, охлаждали, выпавший осадок отфильтровывали и перекристалли-зовывали из этанола.
2,4-Диметил-3-ацетил-5-(4-метилфенил-сульфамидо)пиррол (ХП) и ^4-аминофенил-сульфонил-2,4-диметил-5-(4-аминофенилсуль-фамидо)пиррол (XIII). Общая методика. 20 ммолей соединения IX или X, 28 ммолей ацетилацетона и 10 капель 1 N раствора КаОН растворяли в 30 мл абсолютного этанола, кипятили 3-4 ч, охлаждали, выпавшие желтые кристаллы отфильтровывали и пере-кристаллизовывали из этанола.
1,3^^'-(Ди-4-аминофенилсульфонил)-4,5-дифенилимидазол (XIV). 15 ммолей К,№-(ди-4-аминофенилсульфонил)метана (Х) и 16 ммолей бензоина растворяли в 50 мл абсо-
лютного этанола, добавляли 10-15 капель морфолина. Смесь кипятили 3.5-4 ч, охлаждали, выпавшие кристаллы отфильтровывали и перекристаллизовывали из этанола.
Физико-химические характеристики соединений приведены в табл. 3.
Таблица 3. Физико-химические характеристики соединений I-XIV
« s а к ф к й Выход, % Т , 0 С Брутто-формула Найдено % Вычислено
a y О О N S
I 66.8 250- 252 C12H18N2O2S3 8. 8. 30.61 30.19
II 65.7 184- -186 C13H20N2O2S3 8.28 8.46 28.61 28.52
III 68.9 213- 214 C15H14N2O2S3 8.69 8.02 27.86 27.41
IV 61.2 200- 202 C21H18N2O2S3 6.88 6.59 22.96 22.54
V 69.4 160- 163 C17H19N3O2S3 10.96 10.72 24.71 24.43
VI 76.9 245- 248 C16H38N2O3S 11.41 10.97 12.79 12.50
VII 71.8 179- 181 C9H12NO4S2 9.78 9.34 24.69 24.36
VIII 68.4 168- 170 C9H12N2O3 S 12.51 12.24 14.19 13.95
IX 74.6 185- -187 C10H12N2O3 S 10.98 10.72 24.89 24.43
X 71.2 173- 175 C13H13N3O4S2 12.78 12.42 19.19 18.88
XI 65.4 196- 198 C20H20N2O3S2 7.61 7.02 16.32 16.01
XII 62.9 210- 212 C15H18N2O3 S 9.41 9.18 10.92 10.46
XIII 59.4 178- -180 C18H20N4O4S2 16.69 13.37 15.73 15.24
XIV 58.8 249- 252 C27H23N4O4S2 11.12 10.58 12.29 12.03
Список литературы
1. Мамедов С.А., Фарзалиев В.М., Ладохина Н.П., Алиева Л.С., Новрузова З.Н. Исследование реакции метилирования сульфамидов и гетеро-циклизация полученных соединений // Азерб. хим. журн. 2013. № 4. С. 40-47.
2. Мещеряков В.И., Шаинян Б.А., Заводник В.Е. Спироциклизация в трехкомпонентной реакции трифторметансульфонамида с парафор-мом и малоноимидом // Журн. орг. химии. 2002. Т. 42. № 8. С. 1271-1273.
3. Chen Shulin, Xu Yuan, Wan Xiao Direkt Condensation of Sulfanamide and Formamide NaJ
Catalyzed Synthesis of N-sulfonilformamide // Org. Lett. 2011. No 13. P. 6152-6154.
4. Zhu Zie, Zhang Mingjue, Lio Bo Новый комплекс иттербия, катализирующий многокомпонентные реакции для синтеза дигидропири-мидинов [4+2]циклоприсоединения в сравнении с реакцией типа Биджинелли // Lixiajuan Chem. Lett. 2009. V. 38. No 1. P. 56-58.
5. Chen Cong Xi, Liu Li, Yang Dong-Peng. Катализируемый трихлоридом индия синтез производных 2-ариламинобензфурана трехкомпо-нентной реакцией фенолов, моногидратов арилглиоксалей и толуолсульфонамида // Sunicti. 2005. No 13. P. 2047-2049.
6. Baxendali I.R., Ley Steven V., Martinelli M. Быстрое получение 2-моносульфонамид-1,3,4-оксидиазолов с использованием реагентов на полимерном носителе // Tetrahedron. 2005. V. 61. No 22. P. 5323-5225.
7. Ardakani H., Noel M., Tabarzad A. Простой синтез Т-(арилсульфонил)-4-этокси-5-окси-2,5-ди-гидро-1Н-пиррол-2,3 -дикарбоксилата одноре-
акторной конденсацией // Chin. Chem. Lett. 2012. V. 23. No 1. P. 45-47.
8. Фарзалиев М.Ф., Мамедов С.А., Ладохина Н.П., Фатализаде Ф.А., Агаева З.Р. Исследование реакции ^^дихлорамидов сульфокислот низкомолекулярными полимерами и изучение свойств полученных продуктов // Азерб. хим. журн. 2009. № 1. С. 45-48.
9. Фарзалиев М.Ф., Мамедов С.А., Ладохина Н.П., Фатализаде Ф.А., Агаева З.Р. Исследование реакции замещения хлора в продуктах взаимодействия ^^дихлор-я-толилсульфамида и низкомолекулярных полимеров с нуклеофи-лами и изучение их свойств // Азерб. хим. журн. 2009. № 2. С. 135-138.
10. Мамедов С.А., Мамедов С.И., Кулиев Ф.А., Ладохина Н.П., Гусейнов И.Ш. Синтез ^М-алки-лен-бис-сульфамидов и исследование их свойств // Азерб. хим. журн. 2011. № 2. С. 59-63.
11. Мамедов С. А., Мамедова С.И., Гусейнов И.Ш. и др. Синтез геторилсульфамидов на основе арил-сульфанилгидразидов и исследование из свойств // Азерб. хим. журн. 2012. № 1. С. 68-73.
N-METiLENSULFiDO- VO -AMiNOALKiLARiLSULFAMiDLOR SURTKULORO A§QAR KiMi
S.O.Mammadov, L.S.Oliyeva, N.P.Ladoxina, Z.N.Novruzova, §.K.Kazimzada
Arilsulfamidlarla tiollar va aminobirla§malarin formaldehid va benzaldehid istiraki ila ugkomponentli reaksiyasi 6yranilmi§dir. Muayyan edilmi§dir ki, ditiokarbamat va merkaptobenztiazollarin benzaldehidla reaksiyasi naticasinda alinan sulfamidin Qiximi a§agi olur, bu yaqin ki, sterik faktorla izah olunur. Sintez olunmu§ maddalarin tarkibinda bir tarafdan elektronoakseptor sulfamid, digar tarafdan amin va sulfid qrupu oldugu ugun bunlar dipolyar birla§ma kimi gox asanliqla dipolyarofillara birla§arak pirrol va pirimidinlar amala gatirirlar. Sintez olunmu§ bazi sulfamidlar surtkulara a§qar kimi yoxlanildiqda onlarin korroziyaya va yeyilmaya qar§i yuksak effekt gostardiyi muayyan edilmi§dir. Heterotsiklik toramalari isa yuksak effektli bakterisid oldugu a§kar edilmi§dir. Streptosidin toramalari daha effektlidir va onun 4-aminosulfonil)-2-N-izobutil-5-metilpirrolidon-3 toramasi 0.05 % qatiliqda stafilokokk mikrobunu mahv edir, qarin yatalagi ¡jtammlarinin inki§afini dayandirir.
Agar sozlar: sulfamidlar, heterotsikllar, asetilaseton, benzoin, asetosirka tur§usunun etil efiri, streptosid, antikorroziya v3 yeyilma xassalari, bakterisid, stafilokokk.
N-METHYLENSULFIDO- AND -AMINOALKYLARYLSULFAMIDES AS ADDITIVE TO GREASES
S.A.Mamedov, L.S. Aliyeva, N.P.Ladokhina, Z.N.Novruzova, S.I.Mamedova
Tricomponental reaction of thiols with arylsulfamides and aminocompounds with formaldehyde and benzaldehyde has been studied. It was determined that the yield of sulfamide receiving in the result of reaction of ditiocarbamate and mer-captobenzthyozoles with benzaldehyde is low? It is evidently explained by steric factor. For being methylene group containing electronoacceptor sulfamide on the one hand, amine and sulfide group on the other hand in the structure of the synthesized substances these form pyrrol and pyrimidines joining to dipolarofyles very easily as dipolar compound. When some sulfamides which have been synthesized were examined as additive to greases it has determined that they show high effect anticorrosion and antiwear. And it has been found out that heterotcyclic derivates are highly effective bactericide. The derivates of streptocyd are more effective and its 4-aminosulfonil-2-N-izobutyl-5-methylpyrrolydon-3 derivates obliterates the microbe of staphylococc in the concentration of 0.05 %, stops the development of shtamms of typhoid fever.
Keywords: sulfamides, heterocycls, acetylacetone, benzoin, the ethyl ester of acetacetic acid, streptocide, anticorrosion and wear properties, bactericide, staphylococc.
