Sübstitüe propandioik asid tiyosemikarbazidleri ile bunlardan türeyen Bis(triazolintiyonil) Alkanlar`ın sentezi ve spektral verileri

Abstract

ÖZET Kimya literatüründe 1,4-disübstitüe tiyosemikarbazidler ve bunlardan türeyen heterosikliklere çok eski yıllardan beri oldukça geniş yer verilmesi yanında bu yapıların çeşitli biyolojik aktivitelere sahip olmaları bizi bu konuyla ilgilenmeye yöneltmiştir. Bunun yanı sıra monokarboksilli asidlerden türeyen 1 -açil-4-sübstitüe tiyosemikarbazidler ve bunlardan kazanılan heterosiklik yapıların çokluğuna karşın dikarboksilli asidlerden yola çıkılarak hazırlanmış bis(tiyosemikarbazid)lerin ve bunların siklizasyon ürünlerinin pek fazla olmaması da bizi bu çalışmaya yönlendir miştir. Ayrıca, alkiliden parçası ile birbirine bağlanmış iki triazol halkası taşıyan yapıların, diğer tek halkalılara oranla iki kez aktif olabileceklerinin ve yeni aktivite lerin ortaya çıkabileceğinin belirtilmesi de bizi, literatüre yeni bis türevler kazandır maya yönelten etkenlerden biri olmuş ve sonuçta daha önce bu alanda kullanılma mış bir madde olan mono(l-metilpropil)malonildihidrazinin başlangıç maddesi olarak seçilmesine karar verilmiştir. İki bölümden oluşan çalışmamızın birinci bölümünde, mono(l-metilpropil)ma- lonildihidrazinin çeşitli alkil/aril isotiyosiyanatlarla reaksiyonundan mono(l-metil- propil)malonilbis(4-alkil/ariltiyosemikarbazid) genel yapısında on madde sentezlen miş ve I-X kodları ile gösterilen bu maddelerin yapıları elementel analiz, UV.IR, 1H-NMR ve Mass spektroskopik yöntemleriyle aydınlatılmıştır. Alifatik artık taşıyan l-VI maddelerinin UV spektrumlarında biri 205 nm, diğeri 245-248 nm'lerde olmak üzere iki absorpsiyon maksimumu gözlenmiş ve bunlardan ilkinin malonik asid artığını, ikincisinin ise NHNHCSNH grubunu kara kterize ettiği belirlenmiştir. Aromatik artık taşıyan VII-X maddelerinde 205,225-235 ve 255-265 nm'lerde olmak üzere maksimum absorpsiyon sayısı üçe çıkmış, bu sonuncu band aromatik halkanın bağlı bulunduğu N 4 heteroatomu üzerindeki ortaklanmamış n elektronların halkanın n elektron mezomerisine katılmasından kaynaklanmıştır. KBr içinde alınan İR spektrumlarında NH gerilme titreşimlerine ait biri, 3325- 3250 cm-1, diğeri, 3210-3160 cm-1 bölgelerinde iki bandın gözlenmiş olması, sekonder karboksamid ve sekonder tiyoamid NH'larının I-X maddelerinde H-bağı-368- yapmış olduğunu düşündürtmüş (bu NH'lar bağ yapmamış halde iken 3460 cnrr1'den daha büyük frekanslarda absorpsiyon yapar), ancak maddelerin gerek kloroform, gerekse karbon tetraklorürde hemen hemen hiç çözünmemeleri nedeniyle bu bağın türü (intermoleküler ya da intramoleküler) belirlenememiştir. Bununla birlikte literatür verilerinin de bağ yapmış NH'lar için bizim değerlerimize yakın değerler vermelerine de dayanılarak I-X maddelerinde H-bağı durumunun bulunduğu kabul edilmiştir. Beyaz renkli, suda çözünmeyen ve net erime derecelerine sahip bulunan I- X maddelerinin kimyasal reaksiyonlara yatkınlıkları da incelenmiş ve bu amaçla bir dizi işlem yapılarak şu sonuçlara varılmıştır: Maddelerin, NH grupları nedeniyle asetillenebilecekleri düşünülmüş ve pro totip olarak alınan madde IV asetik anhidrid aşırısı ile reaksiyona sokulmuştur; ancak herhangi bir asetillenme gerçekleşmemiş, bunun yerine çeşitli literatürlerde de belirtildiği gibi asetik anhidridin asidik özelliği nedeniyle 1, 1 -bis[5-(butil amino) - 1,3,4-tiyadiazoI-2-il]-2-metilbutan oluşmuştur. Maddelerdeki diğer bir duyarlı bölge olan CO-NH bağının hidroliz yapan ajanlar karşısındaki durumunu incelemek amacıyla madde IV, VI ve X, % 25'lik hidroklorik asid ve % 70'lik sülfürik asid ile su banyosu ısısında etkileştirilmiş; sonuçta bu koşullarda CO-NH bağının dayanıklı olduğu ve ortamda sadece reak siyona girmeden kalan IV, VI ve X maddeleriyle kısmen bunlardan asid ortamda oluşan bis(tiyadiazol)'e rastlanmıştır. Kromatogramlardaki lekelere bakılarak bu reaksiyonda ileri parçalanma ürünlerinin de az miktarda oluştuğu anlaşılmıştır. Yine maddelerdeki olası bir redüktif bölünmeye karşı IV ve VII maddeleri hidrazin hidrat ile su banyosu ısısında reaksiyona sokulmuş, İTK verilerine göre bir hidrazinolizin gerçekleşmediği, bunun yerine hidrazinin alkali etkisi ile her iki maddeden de karşı gelen 1,1 -bis(4-butil/fenil-1,2,4-triazolin-5-tiyon-3-il)-2- metilbutan'ın oluştuğu saptanmıştır. İlk bölümde yer alan I-X maddelerinin 1H-NMR spektrumları yapılarının aydınlatılmasında yardımcı olmuş ve maddelerdeki protonlar, bu protonların duru muna uygun olarak beklenen ppm'lerde sinyal vermiştir. Maddelerin kütle spekt rumları Cl yöntemi yanında El yöntemiyle de (madde II ve III hariç) alınmış, ancak ana maddelerin alifatik yapıları, fevkalade kolay ve çabuk parçalanmalarına neden olduğundan ve ayrıca spektrumların alınması sırasında büyük m/z değerlerine genellikle gidilmediğinden, kuasi moleküler iyon (MH+,CI) ya da moleküler iyon (M+,EI) pikleri hemen hemen hiç gözlenmemiş, bunların yerine ileri bölünme ürünlerine369- ait pikler literatür bilgilerine uygunluk göstererek yapıyı kanıtlamamızda yardımcı olmuştur. Çalışmamızın ikinci bölümünde, birinci bölümde elde ettiğimiz l-V ve VII-X maddeleri kullanılarak 1 1 -bis(4-alkil/aril-1,2,4-triazolin-5-tiyon-3-il)-2-metilbutan yapısındaki XI-XIX maddeleri elde edilmiştir. Beyaz renkli ve suda çözünmeyen bu maddeler gerek oluşum mekanizmaları gerekse yapılarındaki totomerizm nedeniyle diğer araştırmacılar gibi bizim de ilgimizi çekmiş, 5-konumundaki kükürdün tiyon- tiyol durumu incelenmiş, maddelerin İR spektrumlarında -SH grubu için verilen 2600-2500 cm-1 civarındaki karakteristik bandın bulunmayışı, bunun yerine 1300- 1000 cm-1 civarındaki C=S grubunun karakteristiği olan bandların varlığı katı halde tiyon formunun korunduğunu kanıtlamış, UV bulgularının da bu konudaki literatür bilgilerine uygunluğu C=S formunun baskınlığını göstermiştir. Asetik anhidridle gerçekleştirdiğimiz asetilleme reaksiyonu da, tiyon-tiyol totomerisinde tiyon formunun benimsenmesinde dolaylı olarak yardımcı olmuş ve madde XI Ve uygulanan asetilleme reaksiyonu sonucu oluşan ürün, IR spektrumunda 1720 cm-1 de C=0'ya karşılık gelen bandı vermiş, bu durum asetillenmenin gerçekleş tiğini gösterirken ayrıca 1225 cm-1 de C=S bandı da izlenmiştir. Buna dayanarak asetillenmenin 1 -konumundaki azot üzerinden gerçekleştiği, ama 5-konumundaki kükürt üzerinden asetillenmediği, dolayısıyla hakim formun C=S olduğu kabul edilmiştir. Prototip olarak seçilen madde XII ve XIV de hidrojen peroksid ile desülfüri zasyon yapılmış ve ilgili literatüre göre 1,1 - bis(4- etil/butil- 1,2,4-triazol-3-il)-2- metilbutan oluşması beklenmiş, ancak bu yapılar izole edilememiştir. Bununla birlikte ortamda baryum klorürle kükürt teşhisi yapılabilmiştir. Bu da desülfürizasyo nun yürüdüğünü kanıtlayan bir bulgu olarak kabul edilmiştir. XI-XIX maddelerinin kütle spektrumları da molekül yapılarını belirlemede yardımcı olmuş; (XIII ve XV dışındakilerde hem Cl hem El spektrumu aldırılabilmiştir). Kuasi moleküler (MH*,CI) ve moleküler (M+,EI) iyonlar maddelerin molekül ağırlık larını, dolayısıyla düşünülen yapıyı doğrulamakta önemli rol oynamış; ayrıca UV ve 1H-NMR verileri de maddelerin yapısal özelliklerine uyan değerler vermiştir. I-XIX maddelerinde antibakteryel ve antifungal etki araştırması yapılmış, madde VII ve X da S. aureus ve S.epidermidis'e karşı aktivite saptanmıştır. Bundan başka Sittingbourne Research Centre (İngiltere)'de bitkilerde büyümeyi düzenleyici, fungisid, herbisid, insektisid etki araştırması da yaptırılan maddelerden sonuçları-370- elimize ulaşanlarda belirgin bir aktivite gözlenememiş; ayrıca olası bir antikon vülsan aktivite için II, VI, VII, X, XI ve XVII maddelerinde National Institute of Neuro logical Disorders and Stroke, Bethesda, Maryland (ABD)'da kontrol yaptırılmış, ancak sonuçların olumlu olmadığı bildirilmiştir.

SUMMARY 1,4-disubstituted thiosemicarbazides and heterocycles derived from them have been the focus of interest for researchers since early times due to diverse biological activities they possess. Chemical literature comprises numerous ex amples of 1-acyl-4-substituted thiosemicarbazides and their cyclization products whereas examples of bis(thiosemicarbazides) derived from dibasic acids and their cyclic derivatives are very few. It has also been pointed out that two triazole rings linked by an alkylydene moiety might be twice as active as the compounds carrying a single triazole ring and might also show additional activities. Thus we aimed to prepare new bis derivatives and selected mono(l-methylpropyl)malonyldihyd- razine which has not been used in this field as the starting compound. In the first part of the work, ten new compounds carrying mono(1-methylpropyl)ma- lonylbis(4-alkyl/arylthiosemicarbazide) structure (l-X) were synthesized from the reaction of mono(l-methylpropyl)malonyldihydrazine and alkyl/aryl isothiocyanates. The structures of l-X were determined using elemental analysis, UV,IR,1H-NMR data and mass spectroscopy. UV spectra of compounds l-VI which bear an alkyl residue showed two maxima at 205 and 245-248 nm the first of which was attributed to the malonic acid residue and the second to the NHNHCSNH group. Three maxima at 205,225-235 and 255-265 nm were observed in the UV spectra of compounds Vll-X which bear an aromatic residue and this additional band was thought to result from the participation of the unshared n electrons of N4 atom to which the aromatic ring is attached, in the « electron mesomery of the ring. Observation of two NH stretching bands in the 3325-3250 cm-1 and 3210- 3160 cm-1 regions in the IR spectra of l-X recorded in KBr suggested that the secondary carboxamido and thioamide groups formed H-bonds (free NH absorbs at frequencies above 3460 cm-1). The type of this bond (intermolecular/intramolecu lar) could not be determined due to the insolubility of the compounds in CHCI3 and CCI4. However, comparison with literature findings which are near our values for the bonded N-H groups pointed to the presence of hydrogen bonding in compounds I- X. l-X are white compounds, have sharp melting points and are insoluble in water.-372- To determine the chemical reactivity of l-X towards various agents a series of experiments has been carried out and the following results have been obtained. It was thought that the N-H group of the compounds could be acylated and IV was chosen as a prototype and reacted with an excess of acetic anhydride. Acylation did not occur but as cited in literature 1,1-bis[5-(butylamino)-1,3,4- thiadiazole-2-yl]-2-methylbutane was obtained due to the acidic character of the reagent. To determine the susceptibility of the CONH group towards hydrolytic agents compounds IV, VI and X were heated with 25% HCI and 70% H2S04 on a water bath. Under these conditions CO-NH linkage was not broken and the reaction products were the unchanged compounds IV.VI.XI and bis(thiadiazole) which was formed in acidic medium. Chromotograms had some additional spots which showed that further decomposition products were also formed in small amounts. Compounds IV and VII were heated with hydrazine hydrate on a water bath to effect a possible reductive cleavage but the reaction did not proceed as expected and instead corresponding 1,1 -bis(4-butyl/phenyl-1,2,4-triazoline-5-thione-3- yl)-2-methylbutanes were obtained due to the alkaline effect of the reagent. 1H-NMR spectra of l-X provided supportive evidence for structure determi nation and concerned protons resonated in the expected regions. MS were run using both CI(CH4) and El (except for compounds II and III) techniques but quasi molecular (MH+) or molecular ions (M+) could not be observed in almost all cases due to facile and extensive fragmantation of the aliphatic part of the molecule. Observation of the spectra also suggested that it was not run to include high m/z values which would give the molecular weights of the compounds. However pres ence of fragment ions which were consistent with literature findings provided additional evidence for structure determination. In the second part of the study 1,1-bis(4-alkyl/aryl-1,2,4-triazoline-5- thione-3-yl)-2-methylbutanes (XI-XIX) were obtained using compounds l-V and Vll-X synthesized in the first part. XI-XIX are white compounds and are insoluble in water. The reaction mechanism involved in the formation of XI-XIX and the tautom- erism encountered in such structures attracted our interest like previous research ers and the thione-thiol tautomerism which concerns the sulphur atom at five-373- position was investigated. Absence of an absorption at about 2600 cm-1 cited for the SH group and presence of bands in the 1300-1000 cm-1 region characteristic of the C=S group in the IR spectra proved that the compounds were in thione form in the solid state. UV findings were in accordance with the literature and also showed the dominance of the C=S form. The acylation reaction carried out using acetic anhydride provided indirect evidence for us to accept the thione form as the acylation product of compound XIV showed a band at 1720 cm-1 which confirmed acylation and the C=S band at 1225 cm-1. Thus we concluded that acylation proceeded via the nitrogen at 1 position and the dominant form was the C=S form. Desulfurization was carried out in compounds XII and XIV using hydrogen peroxide but the expected structure, 1,1-bis(4-ethyl/butyl-1,2,4-triazole-3-yl)- 2-methylbutane, could not be isolated. However, sulphur was detected using BaCI2 which proved that desulfurization reaction had proceeded. MS of XI-XIX supported the proposed structures and quasi molecular (MH+,CI) and molecular ions (M+,EI) (Both CI-MS and EI-MS were run for all the compounds except for XIII and XV) confirmed the molecular weights. UVand 1H-NMR data were also consistent with the structural features of the compounds. Compounds l-XIX were investigated for antibacterial and antifungal activity and compounds VII and X were found to be active against S. aureus and S.epidermidis. I-XIX were also tested for plant growth regulating, fungicidal, herbicidal and insecticidal activity at Sittingbourne Research Centre (UK) but no remarkable activity was observed in the samples whose testing are completed to date. Compounds II, VI, VII, X, XI and XVII were also tested for anticonvulsant activity at the National Institute of Neurological Disorders and Stroke Bethesda, Maryland (USA) but no significant activity has been reported.