Курсовая работа по дисциплине " Органическая химия" Тема: Тиазол

Тиазол (1-тиа-3-азол)

Тиазол в свободном состоянии в природе не найден, однако ядро тиазола входит в состав многих природных соединений. Расщепление витамина В₁ дает производное тиазола, пенициллин является производным тиазолидина, фермент карбоксилаза также содержит тиазольный цикл. Ряд производных тиазола образует группу лекарственных препаратов – сульфатиазолов.
Тиазол подобно тиофену обладает хорошо выраженными ароматическими свойствами. Сходство тиазола с пиридином подобно сходству тиофена с бензолом. Тиазол – слабое основание, но образует соли с сильными кислотами. Реакции электрофильного замещения протекают в положения 4 и 5 только при наличии электронодонорных заместителей в кольце. Нуклеофильное замещение легче всего происходит по атому углерода С2. Из производных тиазола наиболее всего изучены 2- и 5-аминотиазолы:

Сульфамидный препарат сульфатиазол (норсульфазол) обладает сильным бактерицидным действием.

Бензотиазолы оказались важными соединениями в производстве цианиновых красителей. Цианиновые красители бензотиазольного ряда являются красителями – фотосенсибилизаторами, часто употребляемыми в цветной и инфракрасной фотографии. Действие таких фотосенсибилизаторов состоит в том, что они активируют светочувствительный слой на пленке или пластинке, делая его более чувствительным к облучению, придают пленке желтый и красный цвет[18].
3.2. Синтез некоторых 2-амино-4-метилтиазолильных
хинонов и нафтохинонов
2-Аминотиазолы известны как биологически активные вещества, соединения с широким спектром активности. Тиазолидиновый цикл лежит в основе структуры пенициллинов, молекулы витамина В₁ и кофермента кокарбоксилазы. Производные тиазола используются как пищевые вкусоароматические добавки (например, 4-Метил-5-винилтиазол применяется как мясной ароматизатор в пищевой промышленности) [1]. Производные фенилтиазола рассматриваются, как перспективный класс в качестве радиозащитных средств кроветворной ткани [2, 3, 4]. Хотя некоторые замещенные арилтиазолы обладают сравнительно высокой противолучевой активностью, но ни одно из полученных соединений не отвечает требованиям, предъявляемым к радиопротекторам практической медициной, что делает актуальным проведение дальнейших исследований в области синтеза тиазола с ароматическими заместителями.
Производные тиазола используются в промышленности для синтеза фотохромных соединений и полимеров. 2,4-Дизамещенные тиазолы, полученные ранее, обладают жидкокристаллическими свойствами и мезоморфизмом смектического типа в области 37-114°С.
С другой стороны, структуры хиноидного типа относятся к функциональным переносчикам электронов в дыхательной и фотосинтетических цепях биологических систем. Тетрагидронафталин подвергается биоокислению в хиноидную структуру, которая ответственна за снижение скорости гликолиза. Он способен связывать молекулярный кислород в мягких условиях с образованием пероксидов. Важной особенностью хиноидных соединений является специфический характер реакций и способность обменивать кольцевые заместители, не нарушая хиноидной структуры. Производные хинонов, зарекомендовавшие себя в медицинской практике для лечения и профилактики широкого спектра заболеваний, являются, как и тиазолы, объектом повышенного интереса для синтеза новых биологически активных соединений.
Для проведения синтеза нами был синтезирован 2-амино-4-метилтиазол по реакции Ганча[5] при нагревании тиомочевины с ацетилацетоном (т. пл.188° С; выход 70%). 1,4-Бензохинон получали окислением гидрохинона бромноватокислым калием в присутствии серной кислоты (т. пл. 116ºC; выход 75%.) Нафталин окисляли бихроматом калия при слабом нагревании до нафтохинона (т. пл.125° С; выход 50%). Бромированные 2,5-дибром-1,4-гидрохинон (т.пл.185ºC; выход 68%) , 2-бромнафтогидрохинон-1,4 (т.пл. 247°С; выход 47%) получали в реакции с бромводородной кислотой, а 2,3-дибром-1,4-бензохинон под действием брома в присутствии йода. Эпокcид был получен окислением нафтохинона 30% раствором пероксида водорода при нагревании до 30ºC в слабощелочной среде по Вейтсу [6]. Очищали перекристаллизацией из гексана с активированным углем (т.пл.133°С, выход 45%). 
Синтез на основе 2,5-дибром-1,4-гидрохинона (I, II); 2,3-дибром-1,4-бензохинона (III) и 2-амино-4-метилтиазола в различных количественных соотношениях осуществляли в водном растворе уксусной кислоты с добавлением этанола при охлаждении реакционной массы до 0ºС. При взаимодействии эквимольных количеств реагентов(I) выделен красно-коричневый кристаллический осадок, продукт нуклеофильного замещения брома на 2-амино-4-метилтиазолил:
2-(4-метилтиазолил-2-амидо)-5-бром-1,4-гидрохинона (т.пл. 189ºС; выход 82%; найдено N% 9,36, вычислено 9,30; найдено S% 10,64, вычислено 10,6; найдено% Вr 26,57, вычислено 26,53 )( I).
При удвоении количества тиазола в реакции (II) образовался бежевый кристаллический осадок:
2,5-ди(4-метилтиазолил-2-амидо)-1,4-гидрохинона (т.пл. 112ºС; выход 65%; найдено N% 19,01, вычислено 19,03; найдено S% 16,76, вычислено 16,77) (II).
Наличие гидроксильных групп в тиазолильном хиноне (I,II) было подтверждено: (I) образованием светло-коричневого осадка ацилированного продукта - 2-(4-метилтиазолил-2-амидо)-5-бром-1,4-диацетилгидрохинона (т.пл.90 ºС; выход 86%) вследствие ацилирования его хлористым ацетилом и коричневых кристаллов 2-(4-метилтиазолил-2-амидо)-5-бром-1,4-бензохинона (т.пл.178 ºС; выход 87%) окисленного продукта броматом калия;
(II) образованием коричневого мелкокристаллического осадка 2,5-ди(4-метилтиазолил-2-амидо)-1,4-диацетилгидрохинон ( т.пл. 190 º С, выход 78%).
С 2,3-дибром-1,4-бензохиноном получен аморфный бежевый осадок (III) 2-(4-метилтиазолил-2-амидо)-3-бром-1,4-бензохинон (т.пл.173°С; выход 79%; найдено N% 8,03, вычислено 8,05; найдено S% 9,15, вычислено 9,10; найдено Вr% 23,01, вычислено 23,02).
Синтез на основе 1,4-нафтохинона, его эпоксида и 2-амино-4-метилтиазола, проводили в ледяной уксусной кислоте при нагревали до 110° в течение 1 часа. Образовавшийся осадок фильтровали, промывали водой. В реакции с окисью нафтохинона был выделен красно-коричневого мелкодисперсный осадок 2-(4-метилтиазолил-2-амидо)-нафтохинон (т.пл.200°С, выход 89%; найдено N% 10,40, вычислено 10,37; найдено S% 11,90, вычислено 11,85 ).
С 1,4-нафтохиноном в тех же условиях образуется бежевый осадок монооксима N-(4-метилтиазолил-2-амидо)-монооксим-1,4-нафтохинон (т.пл.153° С, выход 73%; найдено N% 11,00, вычислено 11,07; найдено S% 12,60, вычислено 12,65). Механизм реакции заключается в 1,2- присоединении тиазола по карбонильной группе нафтохинона. Структура образованного соединения четко прослеживается по данным ИК спектра, показывающего связь –С=N. При удвоении количества тиазола в реакции в тех же условиях образуется диоксим N,N-ди-(4-метилтиазолил-2-амидо)-диоксим-1,4нафтохинон (т.пл. 205°С, выход 57; найдено N% 16,04, вычислено 16,00; найдено S% 18,30, вычислено 18,28). Результаты функционального анализа и анализа ИК спектров показывают, что реакция протекала по механизму 1-2, 5-6 присоединения по карбонильным группам нафтохинона. Полученные соединения растворялись в серной кислоте с образованием окрашенных соединений, что характерно для сопряженных систем.
Изменение условий проведения реакции с 1,4-нафтохиноном повлияло на строение конечного продукта 2-(4-метилтиазолил-2-амидо)-1,4-нафтогидрохинон (т.пл.128°С; выход 67%; найдено N% 10,30, вычислено 10,29; найдено S% 11,76, вычислено 11,76). В 20% уксусной кислоте при 0°С реакция протекает по механизму нуклеофильного замещения, где 2-амино-4-метилтиазол является нуклеофилом, вследствие наличия неподеленной пары электронов на атоме азота аминогруппы.
Для проведения реакции между 2-бромнафтохиноном-1,4 и 2-амино-4-метилтиазолом реагенты растворяли в предварительно высушенном толуоле и нагревали 1 час. Был получен мелкодисперсный бежевый осадок 2-(4-метилтиазолил-2-амидо)-1,4-нафтогидрохинон (т.пл. 129° С; выход 85%; найдено N% 10,30, вычислено 10,29; найдено S% 11,76, вычислено 11,76), который при дальнейшем нагревании осмолялся. При ацилировании и окислении монозамещенного продукта образовались: коричневый осадок 2-(4-метилтиазолил-2-амидо)-1,4-диацетилнафтогидрохинона (т.пл. 178°С, выход 82%) и красно-коричневые кристаллы 2-(4-метилтиазолил-2-амидо)-1,4-нафтохинона (т.пл. 201°С, выход 61%).
Как видно, 2-(4-метилтиазолил-2-амидо)-1,4-нафтогидрохинон был получен двумя способами. Синтез, проводимый в толуоле (выход 85%) позволяет получить больше продукта, чем в растворе уксусной кислоты.
Образование соединений коричневой гаммы цвета объясняется невыраженностью спектров поглощения в видимом диапазоне, составленном из перекрывающихся друг с другом спектров поглощения многих хромофоров. Кроме того, надо отметить влияние амино- и гидрокси- функций. Сопряженные двойные связи адсорбируют свет определенных длин волн, придавая продуктам коричневый цвет в видимом диапазоне.
Результаты проведенных качественных реакций, элементного анализа и данные ИКС подтверждают строение полученных соединений. В ИК спектрах, присутствуют полосы поглощения (в таблетках КВr) ν, см ‾¹: 3330, 1600, 1640
(С-N) замещен. иминогруппа; 3400 (R-NН-Аr) ароматич.амин; 2960,1490 (СН3); 1600 (С-С) бензольн.кольца; 780 (Ѕ) тиогр.; 630 (Вr).
Температуры плавления веществ определяли стандартным методом [5].