CC BY
32Т 59 (5)
ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИИ. Серия «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ»
2016
Т 59 (5)
IZVESTIYA VYSSHIKH UCHEBNYKH ZAVEDENIY KHIMIYA KHIMICHESKAYA TEKHNOLOGIYA
2016
Для цитирования:
Тютина М.А., Кудаярова Т.В., Данилова Е.А. Продукты взаимодействия 2,5-диамино-1,3,4-тиадиазола с и-амино-бензальдегидом. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2016. Т. 59. Вып. 5. С. 16-21. For citation:
Tyutina M.A., Kudayarova T.V., Danilova E.A. Products of interaction between 2,5-diamino- 1,3,4-thiadiazole and ¿-amino-benzaldehyde. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2016. V. 59. N 5. P. 16-21.
Марина Александровна Тютина, Татьяна Владимировна Кудаярова, Елена Адольфовна Данилова (М) Кафедра технологии тонкого органического синтеза, НИИ Макрогетероциклических соединений, Ивановский государственный химико-технологический университет, пр. Шереметевский, 7, Иваново, Российская Федерация, 153000 e-mail: [email protected] (И)
ПРОДУКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ 2,5-ДИАМИНО-1,3,4-ТИАДИАЗОЛА С п-АМИНОБЕНЗАЛЬДЕГИДОМ
Взаимодействием 2,5-диамино-1,3,4-тиадиазола с п-аминобензальдегидом в среде этанола получены 5-амино-2М-бензилиден-4'-амино-1,3,4-тиадиазол и 2,5-бис(^бензи-лиден-4'-амино)-1,3,4-тиадиазол. Строение установлено на основании данных масс-спектрометрии, элементного анализа, электронной, ИК, ^ ЯМР спектроскопии. Электронное и геометрическое строения синтезированных соединений изучены методами квантовой химии.
Ключевые слова: 2,5-диамино-1,3,4-тиадиазол, и-аминобензальдегид, основание Шиффа, синтез, свойства
Marina A. Tyutina, Tatyana V. Kudayarova, Elena A. Danilova (M)
Department of Fine Organic Synthesis, Research Institute of Chemistry of Macroheterocyclic Compounds, Ivanovo State University of Chemistry and Technology, Sheremetevskiy ave., 7, Ivanovo, 153000, Russia e-mail: [email protected] (M)
УДК: 547.794.3
М.А. Тютина, Т.В. Кудаярова, Е.А. Данилова
M.A. Tyutina, T.V. Kudayarova, E.A. Danilova
PRODUCTS OF INTERACTION BETWEEN 2,5-DIAMINO- 1,3,4-THIADIAZOLE
AND ^-AMINOBENZALDEHYDE
5-Amino-2N-benzylidene-4'-amino-1,3,4-thiadiazole and 2,5 bis (N-benzylidene-4'-amino) -1,3,4-thiadiazole was synthesized by interaction between 2,5-diamino-1,3,4-thiadiazole andp -aminobenzaldehyde in ethanol environment. The structure was established on data of mass spectrometry, the elemental analysis, UV-Vis, IR, 1H NMR spectroscopy. An electronic and geometrical structure of the synthesized compounds was studied by methods of quantum chemistry.
Key words: 2,5-diamino-1,3,4-thiadiazole, p-aminobenzaldehyde, Schiffs basis, synthesis, properties
Из литературы известно, что производные 1,3,4-тиадиазола обладают антибактериальными [1], противоопухолевыми [2], противогрибковыми [3] и противотуберкулезнами свойствими [4].
Еще в 1929 г. Штолле и Ференбах [5] предположили, что 2,5-диамино-1,3,4-тиадиазол может существовать в виде трех таутомерных форм: 2,5-диамино-1,3,4-тиадиазольной (1), 2-имино-5-амино-1,3,4-тиадиазолиновой (1а) и 2,5-диимино-1,3,4-тиадиазолидиновой (1Ь):
N-N N-МН нм-МН
// \\ V
НгМ-'^Чд/ МН2 Н2М----НМ^Ч^/^НН
1 1a 1Ь
Диазотированием 2,5 -диамино-1,3,4-тиади-азола в концентрированной соляной кислоте была получена монодиазониевая соль, которая при сочетании с фенолом образовывала азосоединение [5], при алкилировании алкилбромидами - 3^ алкилпроизводные тиадиазолины [6, 7].
Анализ литературных данных [8, 9] показывает, что реакция ацилирования 1 протекает неселективно. В литературе [8] описано диацили-рование иминогрупп 1Ь в 3- и 4-положениях, в [9] -реакция проходит по первичным аминогруппам 1, находящимся при углеродных атомах в 2- и 5-по-ложениях.
Первоначально утверждалось, что конденсация 1 с бензальдегидом затрагивает одну аминогруппу [10, 11]. Но в 2012 г авторы [12] получили иные результаты. Взаимодействием 2,5-диамино-1,3,4-тиадиазола с различными производными бензальдегида в соотношении 1:1 были синтезированы соединения общей формулы 2 а-], строение которых установлено лишь на основании данных ИК-спектроскопии.
„х=
2a-j
R = п - С1 (а), Br (Ь), Ш2 (с), OH (а), OCHз (е) т - С1 (Г), Вг (g), N02 (Ь), ОН (1), ОСНз (])
В то же время ближайший аналог 1 ди-аминоизотиадиазол (3,5-диамино-1,2,4-тиадиазол) при ацилировании хлористым бензоилом образует 2N-ацилированный продукт [13].
Таким образом, в настоящее время нет однозначного мнения о протекании реакции ацили-рования 1 и взаимодействии последнего с производными бензальдегида, что, несомненно, вызывает интерес в плане структурной модификации гетероцикла.
В данной работе мы остановимся на взаимодействии 1 с п-аминобензальдегидом.
Соединения, содержащие в своем составе группу -НС=^, принято относить к основаниям Шиффа, которые могут быть использованы для получения гетероциклических соединений, вторичных аминов; для защиты альдегидной группы, например, при циклизации терпенов; в аналитической химии - для идентификации альдегидов и первичных аминов [14], а также в качестве азоме-тиновых красителей [15].
В литературе отсутствуют сведения о получении основания Шиффа взаимодействием 1 с п-аминобензальдегидом 3. Такое соединение будет представлять интерес в качестве потенциального антиоксиданта. В связи с этим, целью данной работы является получение 2,5-бис(К-бензилиден-4'-амино)-1,3,4-тиадиазола 5.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Все анализы осуществлены с использованием оборудования Центра коллективного пользования ИГХТУ.
Электронные спектры поглощения (ЭСП) синтезированных соединений регистрировали на спектрофотометре HITACHI U-2001. ИК спектры получали на спектрофотометре «AVATAR 360 FT-IR ESP». Элементный анализ выполняли на анализаторе CHNS-O Flash E A, 1112 SERIES. Спектры 1H ЯМР измеряли на приборе Bruker DRX 500. Масс-спектры (MALDI-TOF, DHB - 2,5-дигидроксибен-зойная кислота) получены на приборе Shimadzu фирмы Biotech Axima в режиме положительных ионов.
Особенности электронного и геометрического строения синтезированных соединений изучены методами квантовой химии DFT/B3LYP5/6-31G(d,p), PCGAMESS v.7.1.E [16, 17]. Электронные спектры поглощения рассчитаны методом TDDFT.
я-Аминобензальдегид (3) получали по известной методике [18].
2,5-Диамино-1,3,4-тиадиазол (1) был получен в соответствии с методикой [19].
Синтез 2,5-диамино-1,3,4-тиадиазола с п-ами-нобензальдегидом.
1,16 г (0,01 моль) 1 растворяли в 50 мл этанола. В полученный раствор вносили 1,21 г (0,01 моль) п-аминобензальдегида 3, выдерживали реакционную массу при температуре кипения и перемешивании в течение 12 ч. По окончании проводили выделение продуктов.
5 -Амино -2К-бензилиден-4' -амино -1,3,4 -тиа-диазол (4). После охлаждения реакционной массы до комнатной температуры образовавшийся осадок отфильтровывали, перекристаллизовывали из этанола. Продукт представляет собой порошок оранжевого цвета, который растворяется в этила-цетате, ацетоне, дихлорметане и спирте, практически не растворяется в бензоле, хлороформе и гек-сане. Выход: 1,04 г (47,5% в пересчете на 3) Rf = 0,7 (силуфол, ДхМ : Ме ОН: гексан = 10:1:3), Тпл. = 228-230 °С.
ИК спектр (табл. KBr), v/см"1: 3341-3425 и 3271 (N-H), 1631, 1589, 1502 (C=N).
1H ЯМР 5н (Py-d5, 500 МГц), м.д.: 7,90, 7,89, 7,25 (м., 4H, аром.), 6,93, 6,91 (д., 4H, -NH), 8,52 (с., 1H, CH=N).
ЭСП Amax/нм, (ацетон, c = 1,82 • 10 -4 моль л-1): 395 (3,74).
MALDI-TOF (DHB): с m/z =219 [M]+; 242 [M+Na]+ для C9H9N5S.
Найдено, %: C 46,41; H 4,07; N 29,47; S 14,70. C9H9N5S • 0,5H2Ü.
Вычислено, %: C 47,35; H 4,42; N 30,68; S 14,05. C9H9N5S • 0,5H20. ММ 228.06.
2,5-Бис(^беюилиден-4'-амино)-1,3,4-тиа-диазол (5). Фильтрат, полученный после отделения осадка из реакционной массы, упаривали. Остаток перекристаллизовывали из этилацетата. Получили порошок красно-коричневого цвета, который растворяется в этилацетате, ацетоне, ди-хлорметане и спирте, практически не растворяется в бензоле, хлороформе и гексане.
Выход: 1,33 г (41,2% в пересчете на 3) Rf = 0,5 (силуфол, ДХМ:МеОН:гексан = 10:1:3), Тпл. = 330-332 °С.
ИК спектр (табл. KBr), v/см-1: 3341-3425 и 3271 (N-H), 1631, 1589, 1502 (C=N).
1H ЯМР 8н (DMSO-d6, 500 МГц), м.д.: 8,31 (с., 2H, CH=N); 7,63, 7,61 и 6,63, 6,61 (д., 8H аром.); 6,17 (ш.с., 4H, -NH2).
ЭСП Amax/нм, (ацетон, c = 1,18-10-4 моль л-1): 376 (3,92).
MALDI-TOF (DHB): m/z =323 [М+Н]+ для C16H15N6S.
Найдено, %: C 57,41; H 4,07; N 27,12; S 9,80. C16H15N6S • 0,5H2Ü.
Вычислено, %: C 57,99; H 4,56; N 25,36; S 9,68. C16H15N6S • 0,5H20. ММ 331,1.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Вещества были получены в соответствии со схемой.
N—N
\ / NH?
2 ^э
1
i = EtOH, Ткип. 7 ч.
nh2
CHO
nh2
Схема Scheme
+
N
N
HC
H2N H2N
5
N
N
N
N
N
N
+
3
4
Строение полученного соединения установлено на основании данных элементного анализа, масс-спектрометрии, электронной, ИК, :H ЯМР спектроскопии.
В масс-спектре присутствует сигнал с m/z = 219, отвечающий молекулярному иону [M]+, который соответствует 5-амино-2^бензилиден-4'-амино-1,3,4-тиадиазолу 4.
В электронном спектре поглощения раствора 4 в ацетоне наблюдается интенсивная полоса поглощения с максимумом 395 нм, которая, вероятно, вызвана п-п электронными переходами в сопряженной системе, что характерно для подобных соединений [20].
В ИК спектре обнаружен ряд полос, вызванных различными видами колебаний функциональных групп заместителей. Так, полосы при 3341-3425 и 3271 см-1 соответствуют частотам асимметричных и симметричных валентных колебаний связей N-H первичной аминогруппы. Полосы 1631, 1589, 1502 см-1 могут быть отнесены к деформационным колебаниям остова и валентным колебаниям связей C=N [21].
В спектре 1Н ЯМР 4 (рис. 1) сигналы при 7,90, 7,89, 7,25 м.д. характеризуют резонанс протонов ароматического кольца. Дуплет при 6,93, 6,91 м.д относится к протонам аминогруппы. Син-
глет при 8,52 м.д относится к протону азометино-вой группы (СН=^.
Выход продукта в расчете на 3 составил 47,5%. Вероятно, целевой продукт 5 остался в фильтрате. Для его выделения растворитель был удален вакуумной отгонкой. Остаток был перекристаллизован из этилацетата.
В масс-спектре выделенного продукта присутствует сигнал 323 Да, отвечающий молекулярному иону [М+Н]+, состоящему из тиадиазоль-ного и двух и-аминобензальдегидных фрагментов. При этом выход продукта 5 в расчете на 3 составил 41,2%.
В спектре :Н ЯМР соединения 5 дублеты при 7,63, 7,61 и 6,63, 6,61 м.д. характеризуют резонанс протонов ароматического кольца. Уширенный синглет при 6,17 м.д. относится к протонам первичных аминогрупп бензилиденовых фрагментов. Синглет в слабом поле при 8,31 м.д. характеризует резонанс протонов азометиновых групп (СН=^.
В электронном спектре поглощения раствора 5 в ацетоне наблюдается интенсивная полоса с максимумом 376 нм, гипсохромно смещенная на 19 нм в сравнении со спектром 5, что не согласуется с основными положениями теории цветности органических соединений [15].
Рис. 1. Спектр 'Н ЯМР 4 в Py-d5 Fig.1. 'Н NMR spectrum of 4 in Py-d5
5
Рис. 2 Вид молекул 4 и 5, оптимизированных методом DFT/B3LYP5/6-31G(d,p) Fig. 2. Molecules view of 4 and 5 optimized by DFT/B3LYP5/6-31G(d,p) method
0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
350
355
360
365 370
nm
375
380
1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2
б
Рис 3. Теоретический ЭСП конфигураций 4 (а) и 5 (б) Fig. 3. Theoretical UV-Vis spectra of configurations of 4 (а) and 5(б)
Для объяснения данного обстоятельства и получения информации о пространственном строении молекул 4 и 5 нами* выполнены квантово-химические расчеты с использованием теории функционала плотности DFT/B3LYP5 и базисного
набора 6-3Ш^,р) [16]. Выявлено, что оптимизированные молекулы 4 и 5 имеют практически плоскостное строение (рис. 2). Аминогруппы в обоих случаях выведены из плоскости на 2
Методом TDDFT/B3LYP/6-31G выполнен расчет теоретических спектров поглощения оптимизированных молекул 4 и 5. Получена одна полоса поглощения в ближней ультрафиолетовой области (371 нм) и видимой части (439 нм) спектра соответственно (рис. 3), расположение которых не совпадает с экспериментальными данными.
Вероятно, в растворе тиадиазольное кольцо молекулы 4, за счет свободного вращения вокруг связи С1-Ш, выходит из плоскости, что приводит к нарушению параллельности осей симметрии п-электронных облаков. Более сильное нарушение параллельности осей наблюдается для 5, т.к. таких связей в этой молекуле две (С1-Ш и С2-N4). Это приводит к смещению максимума полосы поглощения в сторону более коротких волн.
Таким образом, при взаимодействии 2,5-диамино-1,3,4-тиадиазола с п-аминобензальдеги-дом были получены 5-амино-2^бензилиден-4'-амино-1,3,4-тиадиазол 4 и 2,5-бис(К-бензилиден-4'-амино)-1,3,4-тиадиазол 5 с выходами 41,2 и 47,5% соответственно. Показано, что данная реакция идет не селективно, и в ходе синтеза образуются моно- и дизамещенные производные по ами-но группам 2,5-диамино-1,3,4-тиадиазола, которые удалось выделить в индивидуальном виде в ходе эксперимента.
Работа выполнена в соответствии с государственным заданием Министерства образования и науки РФ.
а
0
ЛИТЕРАТУРА
1. Mathew V., Keshvayya J., Vaidya V.P., Giles D. // Eur. J. Med. Chem. 2007. V. 42. P. 823. D01:10.1016/j.ejmech.2006.12.010.
2. Zhang Q., Pan J., Zhang R. L., Wang Q. // Pharmazie. 2005. V. 60. P. 378-382.
3. Geeta M, Singh Arvind K., K Jyoti. // Internat. J. ChemTech Res. 2011. V. 3. N 3. Р. 1380-1393.
4. Gadad A.K., Noolvi M.N., Karpoormath R.V. // Bioorg. & med. chem. 2004 V. 12. N 21. P. 5651-5659. D0I:10.1016/j.bmc.2004.07.060
5. Stolle R., Fehrebach K. // J. Prak. Chem. 1929. Bd.122. S. 289-318.
6. Данилова Е.А., Меленчук Т.В., Мелехонова Е.Е., Тютина М.А., Исляйкин М.К. // Макрогетероциклы. 2009. Т. 2. № 3. C. 246-250.
7. Данилова Е.А., Меленчук Т.В., Трухина О.Н., Исляйкин М.К. // Макрогетероциклы. 2010. Т. 3. № 1. С. 68-81.
8. Guha P.C. // J. Am. Chem. Soc. 1923. V. 45 (4). P. 1036 -1042. DOI: 10.1021/ja01657a024.
* Расчеты выполнены магистрантом А.С. Королевым
REFERENCES
1. Mathew V., Keshvayya J., Vaidya V.P., Giles D. // Eur. J. Med. Chem. 2007. V. 42. P. 823. D01:10.1016/j.ejmech.2006.12.010.
2. Zhang Q., Pan J., Zhang R. L., Wang Q. // Pharmazie. 2005. V. 60. P. 378-382.
3. Mishra Geeta, Singh Arvind K., Jyoti Kshtiz. // International Journal of ChemTech Research. 2011. V. 3. N 3. P. 1380-1393.
4. Gadad A.K., Noolvi M.N., Karpoormath R.V. // Bio-organic & medicinal chemistry. 2004 V. 12. N 21. P. 56515659. doi:10.1016/j.bmc.2004.07.060
5. Stolle R., Fehrebach K. // J. Prak. Chem. 1929. Bd.122. S. 289-318.
6. Danilova E.A., Melenchuk T.V., Melekhonova E.E., Tyutina M.A., Islyaikin M.K. // Macroheterocycles. 2009. V. 2. N 3. P. 246-250 (in Russian).
7. Danilova E.A., Melenchuk T.V., Trukhina O.N., Islyaikin M.K. // Macroheterocycles. 2010. V. 3. N 1. P. 68-81 (in Russian).
9. Fromm E. // Ann. der Chemie. 1923. V. 433. N 1. P. 1-17. DOI: 10.1002/jlac.19234330102.
10. Busch M., Holzmann Her. // Ber. 1901. V. 34. N 1. S.320-345. DOI: 10.1002/cber. 19010340152
11. Busch M., Schmidt R. // J. Prak. Chem. 1931. 130. S. 342346.
12. Kahlan M. Abbas Al-Shammary. // J. Al-Nahrain University. 2012. V. 15. N 3. P. 49-54.
13. Бутина Ю.В., Данилова Е.А., Кудаярова Т.В. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2015. Т. 58. Вып. 12. С. 14-17.
14. Корнилаева Ю.А. Синтез оснований Шиффа и моделирование реакции их получения. Дисс ... к. х. н. Уфа: УГНТУ. 2009. 168 с.
15. Степанов Б.И. Введение в химию и технологию органических красителей. М.: Химия. 1984. 592 с.
16. Granovsky A.A. PC GAMESS version 7.1.E (Firefly), build number 5190. http:classic.chem.msu.su/gran/gamess/index.html.
17. Журко Г.А. http:www.chemcraftprog.com.
18. Кувшинова С.А., Бурмистров В.А., Новиков И.В., Литов К.М., Александрийский В.В., Койфман О.И // ЖОрХ. 2014. Т. 50. № 5. С.631-636.
19. Данилова Е.А., Меленчук Т.В., Исляйкин М.К., Колесников Н.А. Патент РФ № 2313523. 2007.
20. Данилова Е.А. Синтез, особенности строения и свойства замещенных тиадиазолов и азолсодержащих макрогете-роциклических соединений различного строения. Дис. ... д.х.н. Иваново: ИГХТУ. 2011. 372 с.
21. Гордон А., Форд Р. Спутник химика. М.: Мир. 1976. 447 с.
8. Guha P.C. // J. Am. Chem. Soc. 1923. V. 45 (4). P.1036 -1042. DOI: 10.1021/ja01657a024
9. Fromm E. // Ann. der Chemie. 1923. V. 433. N 1. P. 1-17. DOI: 10.1002/jlac.19234330102
10. Busch M., Holzmann Her. // Ber. 1901. V. 34. N 1. S.320-345. DOI: 10.1002/cber. 19010340152
11. Busch M., Schmidt R. // J. Prak. Chem. 1931. 130. S. 342- 346.
12. Kahlan M. Abbas Al-Shammary. // J. Al-Nahrain University. 2012. V. 15. N 3. P. 49-54.
13. Butina Yu.V., Danilova E.A., Kudayarova T.V. // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 20015. V. 58. N 12. P. 14-17 (in Russian).
14. Kornilayeva Yu.A. Synthesis of Schiff bases and modeling of the reaction of their obtaining. Candidate dissertation for chemical sciences. Ufa: USPTU. 2009. 168 p (in Russian).
15. Stepanov B.I. Introduction to the chemistry and technology of organic dyes. M.: Khimiya. 1984. 592 p.
16. Granovsky A.A. PC GAMESS version 7.1.E (Firefly), build number 5190. http:classic.chem.msu.su/gran/gamess/index.html.
17. Zhurko GA. http:www.chemcraftprog.com.
18. Kuvshinova S.A., Burmistrov V.A., Novikov I.V., Litov K.M., Aleksandriyskiy V.V., Koifman O.I. // Rus. J. Org. Chem. 2014. V. 50. N 5. P.615-620. DOI: 10.1134/S1070428014050017.
19. Danilova E.A., Melenchuk T.V., Islyaikin M.K., Kolesnikov N.A. RF Patent № 2313523. 2007.
20. Danilova E.A. Synthesis, structure peculiarities and properties of substituted thiadiazole and azolcontained macroheterocyclic compounds of different structure. Doctor dissertation for chemical sciences. Ivanovo. ISUCT. 2011. 372 p. (in Russian).
21. Gordon A., Ford R. Satellite of chemist. M.: Mir. 1976. 447 p. (in Russian).
Поступила в редакцию 15.02.2016 Принята к опублиеованию 13.05.2016
Received 15.02.2016 Accepted 13.05.2016
