CC BY
19
ВЗАИМОДЕИСТВИЕ ГЛИКОЗИЛМЕТИЛНИТРОЗОМЕТИЛМОЧЕВИН
С АРИЛАМИНАМИ
Эрназарова Бактыгул Кочкорбаевна
канд. хим. наук, доцент, зав. кафедрой ЖАГУ, г. Жалал-Абад
E-mail: nauca 07@ mail.ru
Установлено, что К-метил-М^Р-гликопиранозил-К-нитрозомочевины легко вступают в реакции нуклеофильного замещения при взаимодействии с ариламинами, имеющими величину рКа не ниже 3,8 [1]. Изучена также возможность образования глюкопиранозил-п-аминофенилмочевин, реакцией взаимодействия гликозилнитрозоалкилмочевин с п-фенилендиамином, однако, к сожалению, из-за сильного осмоления реакционной среды предполагаемый продукт реакции выделить в индивидуальном состоянии не удалось. Возможно, на наш взгляд, это связано резонансной формой п-фенилендиамина в условиях данной реакции:
// ^ © /=\© h2n-(/ у-nh2^—h2n^a )—nh2-
©
®-у=\ л \
а—nh2 « » h2n—( 7—nh2
В результате исследований реакции гликозилкарбамоилирования ароматических аминов получен ряд новых углеводсодержащих производных карбамидов, характеристики которых приведены в таблице 1.
Установлено, что при непродолжительном нагревании эквимолекулярных количеств реагентов в водно-спиртовых средах
гликозилнитрозометилмочевины гладко вступают в реакцию конденсации с ариламинами.
Таблица 1.
Физико-химические характеристики производных гликозилмочевин
№ соед Названия соединения Вых од Т.пл., °С [^20 ЯГ (элюент) Вычисле (найден шо о)
С Н N
1 N-(0-0-глюкопиранозил)-п- 60 246 -41,6 (пиридин) 0,1 (хлф-метанол) 41,39 41,07 4,54 4,75 7,73 7,90
2 N-(0-0 -ксилопиранозил)-п-бромфенилмочевина 52 255 -33,9 (пиридин) 0,12 (хлф-метанол) 41,50 41,24 4,35 4,71 8,07 8,45
3 N-(0-0- галактопиранозил)-п- 50 230 -50 (пиридин) 0,14 (хлф-метанол) 41,39 41,02 4,54 4,81 7,73 7,80
4 N-(0-0-глюкопиранозил)-п- 55 258 -49 (пиридин) 0,15 (хлф-метанол) 46,92 46,69 5Д5 5,09 8,42 8,85
5 N-(0-O-ксилопирaнoзил)-п-хлорфенилмочевина 52 250 -38 (пиридин) 0,1 (хлф-метанол) 47,61 47,35 4,99 5,33 9,25 9,40
6 N-(0-0- галактопиранозил)-п-хлорфенилмочевина 50 233 -55 (пиридин) 0,08 (хлф-метанол) 46,92 46,55 5,15 5,06 8,42 8,90
7 N-(0-0- глюкопиранозил)-2,4- 60 223 -35,5 (пиридин) 0,5 (хлф-метанол) 42,52 42,20 4,39 4,35 7,63 7,80
8 N-(0-0 - ксилопиранозил)-2,4- 60 236 -41,6 (пиридин) 0,66 (хлф-метанол) 42,75 42,25 4,18 4,34 6,31 6,20
9 Щи-0- галактопиранозил)-2,4-дихлорфенилмочевина 57 215 -40 (пиридин) 0,6 (хлф-метанол) 42,52 42,45 4,39 4,25 7,63 7,55
При взаимодействии К-метил-^-Р-гликопиранозил-К-нитрозомочевины с п-хлор- бром-, 2,4-дихлоранилином в кипящем водно-спиртовой среде образуются игольчатые кристаллы индивидуальных соединений.
Структура полученных соединений подтверждена спектрами ПМР, ИК и элементным анализом. А также величины оптического вращения синтезированных соединений определено. В частности, в ИК-спектре N-(0-0-глюкопиранозил)-п-бромфенилмочевины, наиболее характерны интенсивные полосы поглощения в области 3200—3400 см-1 обусловленные валентным колебаниями К-Н. Полосы поглощения в области 1530 и 1700 см-1 относятся к
колебаниям МН-(амид1) и С=0 (амид 2) групп. В области 890—1150 см-1 наблюдается ряд полос, относящихся к колебаниям углеводного кольца. Интенсивные полосы при 900 см-1 указывают на наличие агликона Р-положении углеводного кольца. Полосы при 825 см-1, 500—600 см-1 и 790—865 см-1 можно отнести к колебаниям группы С-С1, С-Вг.
В ПМР спектрах содержатся сигналы протонов углеводного кольца в области 3,75—4,7 м.д. (протон СН резонирует при 4,7 м.д.). Протоны агликона проявляются в виде характерных мультиплетов в области 7.4—8.05 м.д. В виде уширенного синглета, принадлежащего МН-протону, связанного с фенильным кольцом, наблюдается при 7,4 м,д. Сигнал, принадлежащий МН-протону, связанный с Р-глюкопиранозным остатком, проявляется в виде дублета при 5=7,8 м.д. Ацетилированные соединения представляют собой белые порошкообразные вещества, растворимые в спирте, диметилсульфоксиде и пиридине,
В ИК-спектрах наблюдается ацетильная группа в области 1200—1300 см-1 (ОАс). В спектрах ПМР также присутствуют синглеты групп 0-Ме ацетатных групп в области 2,00 м.д.
Квантово-химические расчеты приведенных соединений проводились с помощью программ кооперации полуэмпирическим методом МХОО. Данный метод позволяет привести полную оптимизацию геометрических параметров молекул и получить равновесные конфигурации исследуемых соединений (рис. 1.).
Рисунок 1. Пространственное расположение молекулы М-(Р-0-гликопиранозил)-2,4-дихлорфенилмочевины
Согласно расчетам, оптимизация геометрических параметров молекулы N (Р-0-глюкопиранозил)-2,4-дихлорфенилмочевины (рис. 1.) показывает, что углеводное кольцо существует в конформации 4С1, а дихлор (бром)фенилмочевинный фрагмент повернут относительно плоскости углеводного кольца (проходящей через атомы С1 и С4).
В результате расчетов были получены следующие ИРС: теплота образования (Н), потенциал ионизации (I), дипольный момент (ц), энергия высших заполненных молекулярных орбиталей (Евзмо) (Енсмо) значения зарядов валентные углы и длины связи которые представлены в таблице 2,3.
Таблица 2.
Квантово-химические индексы реакционной способности молекул методом
МХОО
№ Структурная формула [Н] ккал/мо ль ц [Б] дипол ь I [эВ] энергия ионизац ии Е Евзмо [эВ] Е Енсмо [эВ] Заряд
N7 С8 N9 О16
1. глюкопиронозил) п- хлорфенилмочевин а 106211,0 2 2,309 -9,54 -9,54 0,410 0,39 2 0,46 5 0,31 6 0,38 2
2. К-(Р-Б- галактопиронозил) п- хлорфенилмочевин а 106213,7 3 2,893 -9,132 9,132 0,252 5 0,38 8 0,45 9 0,32 7 0,37 3
3. ксилопиронозил) п-хлорфенилмочевин а -95173,41 3,542 -9,859 9,859 0,479 2 0,40 8 0,45 6 0,33 0 0,36 1
4. К-(Р-Б- глюкопиронозил) п- бромфенилмочевин а -106049,8 2,091 -9,454 9,454 0,088 4 0,39 9 0,46 7 0,32 4 0,38 9
5. К-(Р-Б- - 2,97 -9,5196 - - - 0,45 - -
галактопиронозил) п- бромфенилмочевин а 106052,7 6 9,519 6 0,185 7 0,38 8 8 0,32 6 0,37 4
6. ксилопиронозил) п-бромфенилмочевин а -95012.48 3,872 -9,830 9,830 0,704 3 0,40 8 0,45 6 0,33 3 0,36 1
7. ЩР-Б- глюкопиронозил) дихлорфенилмочев ина 114061,4 5 3,19 -9,594 9,594 0,731 0,38 7 0,48 0 0,35 0 0,37 8
8. ЩР-Б- галактопиронозил) дихлорфенилмочев ина -114063.8 3,939 -9,601 9,601 0,587 0,38 8 0,47 8 0,35 9 0,36 6
9. ЩР-Б- ксилопиронозил) дихлорфенилмочев ина 103023,4 8 4,74 -10,292 10,29 2 -1,18 0,40 3 0,46 5 0,34 3 0,35 6
Таблица 3.
Квантово-химические геометрические параметры молекул методом МХОО
№ Структурная формула Валентные углы Длина связи
ст с^ ^О OCN NCN CN СО CN
1. ЩР-Б- глюкопиронозил) п-хлорфенилмочевина 114 124,1 2 130,8 121,2 117,8 6 1,47 1,42 1,23 1,42
2. ЩР-Б- галактопиронозил) п-хлорфенилмочевина 113 123,4 121,1 120,7 4 118,1 5 1,47 6 1,43 1,23 1,41 9
3. ЩР-Б- ксилопиронозил) п-хлорфенилмочевина 115,1 4 89,5 122,9 6 120,7 1 115,6 8 1,47 6 1,41 1,23 1,43
4. ЩР-Б- глюкопиронозил) п-бромфенилмочевина 114,3 4 125,3 8 120,4 9 120,6 4 118,8 6 1,46 9 1,41 8 1,23 2 1,41 9
5. ЩР-Б- галактопиронозил) п-бромфенилмочевина 112,9 7 123,3 121,0 8 120,7 9 118,1 3 1,47 5 1,42 5 1,23 1 1,41 9
6. ЩР-Б- 115,0 123,3 122,9 120,7 115,6 1,47 1,41 1,22 1,43
ксилопиронозил) п-бромфенилмочевина 6 9 7 6 2 8 1
7. глюкопиронозил) дихлорфенилмочевин а 113.2 5 121,3 7 121,9 4 119,7 4 118,1 2 1,43 5 1,23 1 1,40 2 1,41 7
8. Ы-(Р-Б- галактопиронозил) дихлорфенилмочевин а 112,5 121,0 9 122,1 2 119,6 8 118,0 7 1,43 6 1,22 9 1,40 4 1,41 4
9. Ы-(Р-Б- ксилопиронозил) дихлорфенилмочевин а 114,0 6 122,3 7 128,4 9 119,3 6 117,5 4 1,41 7 1,22 8 1,42 5 1,42 8
Анализ данных показывает, что введение нитрозогруппы не оказывает существенного влияние на элктронную структуру углеводного кольца, но изменяет индексы порядка связей по Вибергу С8 -N9 и Ы9-С10 и заметно удлиняет связь С8 -N9 (от 1,2188 до 1,4701Ао). Выявлены наиболее вероятные центры для нуклеофильной атаки-атомы С8, N17, С несущие наибольшие отрицательные заряды. Принципиальное значение имеет вывод о существенном ослаблении связи С-Ы, смежной с Ы-алкильным заместителем, при введении Ы-нитрозогруппы в структуру Ы-алкилмочевинного агликона.
Следует отметить, что в таблице приведены заряды Ы7 С8 N9 О16 подлежащие обсуждению в дальнейшем, с целью выявления предполагаемого механизма реакции гликозилкарбамоилирования. В расчетах были приняты следующие обозначения:
он б_1_
7 8
9
он
он
2 он
N^0—N—С-
II I I
,, О N0 1 16 17
Анализ данных таблицы 1—2 показывает, что зарядовые распределения в молекулах соединений, почти не отличаются на атомах С8 для глюкозы и галактозы, несколько меньше для соединений, полученных на основе ксилозы. Для понимания механизмов реакции важное значение имеет вопрос о внутримолекулярном взаимодействии функциональных групп в Ы-нитрозоалкил-мочевинном фрагменте. Исходя из квантово-химических индексов реакционной способности, выявлены наиболее вероятные реакционные центры для нуклеофильной атаки, как следовало ожидать, эти атомы С8 и N9, несущие положительный заряд (0,505 и 0435) соответственно.
Энергии высших заполненных молекулярных орбиталей (Евзмо) пропорциональные первым потенциалом ионизации, и, в свою очередь связаны с донорной способностью молекулы. Значение потенциала ионизации представляет собой взятую с обратным знаком величину (Евзмо) (удаление электрона с соответствующей молекулярной орбиты).
Из таблицы 2 видно, что в гликозилнитрозометилмочевине (потенциал ионизации -10,560 эВ) нуклеофильная атака осуществляется преимущественно по атому С8. Очевидно, что чем выше значение Евзмо тем легче отдаются электроны, и тем больше донорную способность проявляет молекула. Таким образом, чем ниже Ензмо (энергия низших свободных молекулярных орбиталей), тем более акцепторными свойствами обладает молекула. Следует отметить, что углеводный фрагмент моносахарида (глюкоза, галактоза и ксилоза) мало влияет на выше перечисленные физико-химические показатели (I, Евзмо, Ензмо, АН), но заметный вклад оказывает на величину дипольного момента при сравнении значений ц производных глюкозы (галактозы) и ксилозы. При последующем введении ^аплтонов (хлор, бром замещенные ариламины) в исходный гликозилнитрозо-алкилмочевин, как видно из квантово-химических расчетов, нуклеофильная атака должны осуществляется по С8. Причем, тем легче, чем больше основность N-агликонов, что подтверждается величинами зарядов по N9.
Длины связи и валентные углы в соединениях 1—9 близки к значениям, характерным для веществ данного класса. Углеводные фрагменты во всех изученных соединениях отвечают Р-форме и обладают конформацией кресла
4е,.
В связи с вышеприведенными расчетами, можно обнаружить общность взаимодействия субстрат (гликозилированный карбамид) реагент (№ производные агликонов). Наличие сильного электрофильного центра в нитрозоалкилмочевинной группе (атом С8) активизирует карбамоилирующую способность в реакциях со многими нуклеофилами. Также можно наблюдать хорошие корреляции между основностью атома N9 и значениями энергий ВЗМО и НСМО, что подтверждает предположение о взаимодействии субстрат-реагент по следующему механизму:
в
I
Ру — N14— С— Ы— N=0
Д-СН
О С43
в
I -
РРу—N14—С + С— N=0
II сн
О С43
Согласно схеме, нуклеофильная атака аминогруппы на карбонильный углеродный атом ^нитрозомочевинного фрагмента, имеющий наибольший эффективный положительный заряд, приводит к разрыву связи С-^ смежной с нитрозогруппой, нуклеофиль присоединяется благодаря свободной электронной паре атома азота ^агликона и образуется новый интермедиат. Затем происходит стабилизация молекулы за счет внутримолекулярной перегруппировки с образованием конечного продукта.
Структуры ^нитрозоалкилмочевин с образованием внутримолекулярных эфиров карбаминовой кислоты дают основание полагать, что №нитро-зопроизводные гликозилмочевин должны легко вступать в реакции нуклеофильного присоединения и замещения при взаимодействии с внешними нуклеофильными агентами. При этом наиболее вероятным местом
С вРу — N14— С— N=0
Д СН О С43
нуклеофильной атаки должен быть углеродный атом карбонильной группы N агликона, обладающий наибольшим эффективным положительным зарядом.
Таким образом, с помощью квантово-химических индексов реакционной способности можно провести корреляцию «структура-химическая активность» синтезированных соединений, где за наиболее информативную физико-химическую характеристику ответственна основность атома азота N9
Список литературы:
1. Эрназарова Б.К. Переамидирование нитрозокарбамидов сахаров: дис. кан. хим. наук. — Бишкек, 2002. — С. 75—76.
