4-метокси-5-нитро-6-тиоцианопиримидин, обладающий фунгицидной активностью, и способ его получения

Формула изобретения

1. 4-Метокси-5-нитро-6-тиоцианопиримидин формулы I

2. Способ получения 4-метокси-5-нитро-6-тиоцианопиримидина, заключающийся в том, что 4-метокси-5 нитро-6-хлорпиримидин обрабатывают тиоцианатом щелочных металлов или аммония.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается соединения 4-метокси-5-нитро-6-тиоцианопиримидина формулы 1 (см на на стр.2), обладающего фунгицидной активностью,относящегося к классу 5-нитропиримидинов, и способ его получения.

Известны моноциклические пиримидины, обладающие фунгицидной активностью. Так в 1986 году японские исследователи запатентовали 4,6-диалкокси-2-алкилсульфонилпиримидины в качестве соединений, проявляющих высокую фунгицидную активность и могущих быть использованными при проведении агрохимических работ. Эти соединения имеют общую формулу Ш.

Соединения Ш не имеют тех недостатков, которые характерны для соединений общей формулы II. Однако их нельзя считать прямыми аналогами заявляемого соединения. Они не относятся к классу 5-нитропиримидинов, а также имеют заместитель во 2-м положении молекулы (Chem. Abstr. 1988, №11, 933047е).

Этот пример указывает на то, что пиримидиновый цикл является перспективным в плане поиска биологически активных соединений, однако проявление биологической активности существенным образом зависит от характера заместителей в пиримидиновом ядре и месте их расположения.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому результату являются 5-нитропиримидины, замещенные по 4-му положению алкил (диалкил) аминогруппами, а в 6-м положении молекулы, имеющие в качестве заместителя атом хлора общей формулы II.

Эти соединения также проявляют высокую фунгицидную активность, однако для них характерна высокая токсичность для теплокровных (мыши), а также не устойчивость при хранении. Поэтому эти соединения не были подвергнуты более глубокому изучению и не нашли практического применения [Pharm. Res. 135 (3), 43-47 Chem. Abstr., v. 104, 30469].

Известен способ получения 2-хлор-4-тиоциано-5-нитропиримидина взаимодействием KCNS с исходньм 2.4-дихлор-5-нитропиримидином (Chem. Abstr., v.53, 1359 с.). Реакция проводится в среде уксусной кислоты при температуре 50°С. Получают 2-хлор-4-тиоциано-5-нитропиримидин. Однако предлагаемое нами соединение невозможно получить таким образом, т.к. исходный 4-метокси-5-нитро-6-хлорпиримидин в этих условиях осмоляется, а при температуре 20°С реакция вообще не идет (Chem. Abstr., v.53, 1359 с).

Задачей изобретения является получение такого производного пиримидина, которое характеризовалось бы стабильностью при хранении, и имело бы низкую токсичность для теплокровных, и при этом сохраняло бы высокую фунгицидную активность.

Поставленная задача решается получением соединения 4-метокси-5-нитро-6-тиоцианопиримидина, обладающего фунгицидной активностью. Поставленная задача решается также способом получения 4-метокси-5-нитро-6-тиоцианопиримидина, заключающегося в том, что исходное соединение 4-метокси-5-нитро-6-хлорпиримидин обрабатывается тиоционатом щелочного металла или аммония в среде ацетона, диоксана или ацетонитрила при температуре 20-50°С.

Целевое соединение выделяется известными способами (см. Примеры).

Если в качестве исходного взять 5-нитропиримидин, замещенный по 4-му положению различными группировками, а в 6-м положении молекулы имеющие атом галогена, т.е. соединение общей формулы I, то принимая во внимание, что в этих соединениях атом галогена сохраняет свою высокую подвижность и может легко замещаться под действием различных нуклеофилов, в качестве такого был выбран тиоцианатный анион. Так как известно, что введение в молекулу соединения тиоцианатной группы часто приводит к появлению биологической активности (а.с. СССР, 552940, 1977 г.). Поэтому нами были изучены методы получения производных 5-нитропиримидина, содержащих тиоцианатную группу, а также фунгицидная активность полученных производных пиримидина [Вейганд-Хильгетаг. Методы эксперимента в органической химии. Изд. Химия, Москва, 1968, 201].

Оказалось, что наибольшую фунгицидную активность среди полученных веществ проявляет 4-метокси-5-нитро-6-тиоцианопиримидин, причем эта активность существенным образом зависит от характера заместителей и их положения в молекуле 5-нитропиримидина. Так, 2-метильный аналог заявляемого соединения, т.е. 2-метил-4-метокси-5-нитро-6-тиоцианпиримидин полностью был лишен фунгицидной активности, 4-диметиламино-5-нитро-6-тиоцианопиримидин также не обнаружил фунгицидного действия.

Установлено, что фунгицидная активность испытанных соединений в отношении мицелия гриба возбудителя ректимоза картофеля находится в пределах ошибки опыта, то есть они не активны.

Их фунгицидная активность составляет 24-25%, т.е. находится в пределах ошибки опыта. В тоже самое время активность заявляемого соединения, т.е. 4-метокси-5-нитро-6-тиоцианопиримидина в опытах на тех же штаммах грибов составило 98-100% (см. таблицу 2).

Испытания проводили в отделе 22 лаборатории 22: нач. лаб. Абеленцев В.И., Заикин В.А. и Дудников В.В. (ВНИХЗР).

Проведена оценка соединения (4-тиоциано-5-нитро-4-метоксипиримидина) в опытах in vitro на мицелии грибов: Rhizoctjnio Solani, Spaeropsis Malorum, Fusarium Sambucinum с использованием картофельно-глюкозной агаровой питательной среды. Испытуемое химическое вещество в виде раствора в ацетоне вводили в расплавленную агаровую среду при температуре 40-50°С и разливали в чашки Петри. Через 18-20 часов наносили мицелий гриба иглой в три точки агаровой пластинки. После соответствующей выдержки при температуре 20-25°С измеряли диаметр колоний гриба. По этому показателю сравнивали рост колоний в контроле, эталоне и на среде с введенном в нее соединением. Торможение роста колоний рассчитывали по формуле Эббота:

где Пк - диаметр колоний гриба в контроле,

ПО - диаметр колоний гриба в чашках, содержащих испытуемое соединение.

Результаты опыта приведены в таблице 2.

Таблица 2 Фунгицидная активность соединения в борьбе против различных возбудителей заболеваний
Химическое название соединения	Концентрация, % по действующему веществу	Подавление роста мицелия грибов, %
		Rhizoctonia Solani (ризоктониоз)	Fusarium sambucinum (фузариоз)	Spaeropsis Malorum (черный рак)
4-тиоциано-5-нитро-6-метоксипиримидин	0,003	100,0	100,0	100,0
	0,001	100,0		50,0
ТМТД (эталон)	0,003	97,0	98,0	98,0
	0,001	71,0	85,0	88,0

Пример 1. Оценка соединения в отношении возбудителей грибных болезней картофеля.

Испытание проводили методом определения контактной активности на картофельно-глюкозном агаре. Растворенное в ацетоне соединение вводили в расплавленную среду и разливали по чашкам Петри. Инокуляцию мицелием грибов 7-10-дневной культуры проводили методом укола. Чашки термостатировали 3-5 суток при 24-26°С, а затем измеряли величину роста колоний грибов, подсчитывали процент подавления роста по формуле Эббота. Результаты опыта представлены в таблице 2.

Установлена высокая биологическая активность заявляемого соединения в отношении мицелия гриба возбудителя ризоктониоза клубней картофеля, которая была выше, чем у стандартного эталона ТМТД.

Пример 2. Оценка препарата в качестве протравителя клубней картофеля в полевых условиях.

Эффективность препарата изучали методом влажного протравления клубней картофеля перед посадкой (экспозиция 3 минуты).

Учеты проводили по мере появления всходов и в период полных всходов, когда растения достигли 15-20 см высоты.

После созревания клубней картофеля сорта Раменский делали учет урожая.

Через 40 дней после уборки проводили клубневый анализ на поражение различными заболеваниями.

Результаты опыта представлены в таблице 3.

Таблица 3 Влияние протравливания препаратом на рост, развитие, урожай и биологическую эффективность в полевых условиях
Вариант опыта	Всхожесть, в %	Количество стеблей в кусте, шт.		Биологическая эффективность, в %		Средний урожай с куста, г
		1 учет	2 учет	Ризоктониоз	Парша
4-тиоциано-5-нитро-6-метотксипиридин 50% с.п.	100,0	2,93	2,93	57,0	39,7	500,0
	93,3	3,27	3,27	58,0	55,9	514,0
ТМТД (эталон)	96,7	2,85	3,20	51,6	50,4	443,8
Текто (эталон)	96,7	3,00	3,20	56,7	42,4	496,2
Контроль без обработки (развитие болезни, в %)	83,3	2,23	2,20	42,4	61.5	445,0
Примечание: Препарат 4-тиоциано-5-нитро-6-метотксипиридин изучался в концентрации 2,5 и 5,6% по препарату, текто - 2,8%.

Препарат 4-тиоциано-5-нитро-6-метотксипиридин не влиял отрицательно на рост и развитие картофеля.

По биологической эффективности и урожаю препарат в борьбе с возбудителями клубней картофеля (ризоктониз и парша) не уступал эталонам ТМТД и текто (фирма "Мерк").

Итак, в результате оценки в лабораторных и полевых опытах установлена высокая эффективность предлагаемого соединения в соотношении ризоктониоза (таблицы 2, 3) и парши обыкновенной (таблица 3).

Установлена высокая активность соединения в отношении мицелия гриба возбудителя ризоктониониоза клубней картофеля, которая была выше, чем у стандартного эталона ТМТД (таблица 2).

Препарат 4-тиоциано-5-нитро-6-метотксипиридин изучали в борьбе против ризоктониоза и парши обыкновенной в качестве протравителей клубней перед посадкой в полевых условиях.

Опыт был заложен на сорте картофеля Раменский с естественным поражением склероциями гриба ризоктонии (15-20 склероций на клубень) и язвами парши.

Клубни протравливали методом окунания в раствор препаратов (экспозиция 3 минуты).

После посадки провели 2 учета на всхожесть, 2 учета по влиянию препаратов на количество продуктивных стеблей, учет урожая, а также клубневой анализ через 40 дней после уборки урожая.

Результаты опыта представлены в таблице 4.

Таблица 4 Влияние протравливания препаратом клубней на рост, развитие, урожай и биологическую эффективность в полевых условиях
Вариант опыта	Концентрация, в % по препарату	Всхожесть, в %	Количество стеблей в кусте, шт.		Биологическая эффективность, в %		Средний урожай с куста, г.
			1	2	Ризоктониоз	Парша
			учет	учет
4-тиоциано-5-	2,5	100,0	2,93	2,93	57,0	39,7	500,0
нитро-6-метотксипиридин 50% с.п.	5,6	93,3	3,27	3,27	58,0	55,9	514,0
ТМТД (эталон)	3,5	96,7	2,85	3,20	51,6	50,4	443,8
Текто (эталон)	2,8	96,7	3,00	3,20	56,7	42,4	496,2
Контроль без обработки (развитие болезни, %)		83,3	2,23	2,20	42,4	61,5	445,0
Примечание: препарат 4-тиоциано-5-нитро-6-метотксипиридин изучался в концентрации 2,5 и 5,6% по препарату, текто - 2,8%.

Препарат 4-тиоциано-5-нитро-6-метотксипиридин не влиял отрицательно на рост и развитие картофеля.

По биологической эффективности в борьбе с ризоктониозом и паршой препарат не уступал эталонам ТМТД и текто (фирма "Мерк").

В результате увеличения ассимиляционной поверхности листьев, сохранения корневой и проводящих систем растений и в целом фитосинтетического потенциала картофеля, препарат дал возможность получить несколько более высокий урожай по сравнению с контролем и эталонами.

Пиримидины, содержащие в кольце тиоцианатную группу, описаны в литературе. Так известно, что 2,4-дихлор-5-нитропиримидин образует тиоциановое производное при его обработке тиоцианатом калия в среде уксусной кислоты при t 50°С, а 2,4-дихлор-5-нитро-6-диметиламинопиримидин при обработке тиоцианатом натрия в среде этанола образует 2-хлор-4-тиоциана-5-нитро-6-диметиламинопиримидин (Chem. Pharm. Bull., v.16, N4, p.752 (1968)).

В то же время замещение на тиоциановую группу галогена во 2-м положении молекулы пиримидина в литературе не описано. Видимо наличие заместителя во 2-м положении оказывает существенное влияние на процесс замещения. Действительно, нами установлено, что на процесс замещения существенное влияние оказывает не только характер и положение заместителей в молекуле исходного пиримидина, но и растворитель, в котором проводится реакция (см. таблицу 5).

Таблица 5 Таблица опытов
№п/п	Количество соединения III (г)	Количество KSCN (г)**	Растворитель, мл	Время реакции	Температура реакции	Выход
						г	%
1	4	2	Метанол (20)	3 часа	Кипение	2,0	44,7
2	20	10	Метанол (100)	3 часа	Кипение	12	53,6
3	0,8	0,4	Метанол (40), Ацетон (30)	4 часа	Кипение	-	-
4	1,5	0,77	Изопропанол (50)	20 мин кипения+2 часа при 20°С	Кипение 20°С	1,2	71,5
5	1,5	0,77	Диметилформамид (25)	4 часа	20°С	0,8	47,6
6	1,5	0,77	Диметилсульфоксид (25)	4 часа	20°С	Исх.	-
7	1,5	0,77	Уксусная кислота (7)	20 мин	10°С	Исх.	-
8	1,5	0.77	Уксусная кислота (7)	4 часа	20°С	Исх.	-
9	1,5	0,77	Этанол (40)	3 часа	Кипение	0,6	35,7
10	1,5	0,77	Ацетонитрил (30)	1 час	20°С	1,25	74,5
11	1,5	0,85	Ацетон (50)	2 часа	20°С*	1,05	62,5
12	1,5	0,85	Диоксан (30), вода (15)	2 часа	20°С*	1,0	59,6
* реакционная масса кратковременно (15 минут) нагревалась до кипения. ** Замена тиоцианата калия на тиоцианат натрия или аммония не оказывает существенного влияния на выход целевого продукта (колебание выхода составляет 1-2%, т.е. находится в пределах ошибки опыта).

Так в среде уксусной кислоты при t=20°С реакция между 4-метокси-5-нитро-6-хлорпиримидином и тиоцианатом калия не идет. Из реакционной массы были выделены исходные соединения. Напротив, в тех же условиях, в которых было осуществлено замещение галогена на тиоциановую группу в 2,4-дихлор-5-нитропиримидине в нашем случае наблюдалось полное осмоление реакционной массы. Аналогичная картина была зафиксирована и тогда, когда в качестве растворителя был использован ДМSO. В этаноле реакция замещения происходила, но с низкими выходами.

Наилучшие результаты были получены при проведении реакции в среде ацетона, ацетонитрила и изопропилового спирта. Здесь реакция замещения протекала при 50°С и выход целевого продукта составлял 60-70% (см таблицу и примеры синтеза).

Необходимо отметить, что в случае применения в качестве растворителей ацетона, диоксана, ацетонитрила реакция замещения шла уже при t=20°С.

Схема предлагаемого способа получения

Исходное соединение

описано в литературе (Е.С.Taylor, J.W.Barton, W.W.Paudler. Studies in purine chemistry. X. Some derivaties of 9-aminopurmes. J. Org. Chem., 1961, №12, p.4961).

Его получают действием метилата натрия на 4,6-дихлор-5-нитропиримидин в среде метанола.

Нижеследующие примеры иллюстрируют заявляемый способ получения соединения I.

4-метокси-5-нитро-6-тиоцианопиримидин (I).

Пример 1.

К раствору 1,5 г (7,9 Ммоль) 4-хлор-5-нитро-6-метоксипиримидина (III) в 30 мл ацетонитрила прибавляют 0,77 г (7,9 Ммоль) тиоцианата калия, предварительно мелко растертого, и смесь перемешивают при 20°С в течение 1 часа, после чего реакционную массу фильтруют и упаривают в вакууме. Остаток обрабатывают в экстракторе Соксклета 50 мл кипящего бензола в течение 3 часов, экстракт фильтруют и упаривают в вакууме.

Получают 1,25 г (74,5%) бледно-желтого мелкокристаллического вещества с т. пл. 51-53°С.

Найдено, %: С 33,86, H 1,96, N 26,68, S 15,46;

M212CHNOS

Вычислено, %: С 33,94, Н 1,88, N 26,43, S 15,09;

Пример 2.

К раствору 1,5 г (7,9 Ммоль) 4-хлор-5-нитро-6-метоксипиримидина (Ш) в 50 мл ацетона прибавляют 0,85 г (8,8 Ммоль) тиоцианата калия, смесь нагревают до температуры кипения и перемешивают в течение 15 минут, после чего дают ей остыть и продолжают перемешивание еще в течение 2 часов. Реакционную массу фильтруют и упаривают в вакууме. Остаток обрабатывают в экстракторе Соксклета 50 мл кипящего бензола в течение 3 часов, экстракт фильтруют и упаривают в вакууме. Получают 1,05 г (62,5%) бледно-желтого мелкокристаллического вещества с т.пл. 51-53°С.

Пример 3.

К раствору 1,5 г (7,9 Ммоль) 4-хлор-5-нитро-6-метоксипиримидина (Ш) в 30 мл диоксана прибавляют 0,85 г (8,8 Ммоль) тиоцианата калия в 15 мл воды и полученную смесь нагревают до температуры кипения и перемешивают в течение 15 минут, после чего дают ей остыть и продолжают перемешивание еще в течение 2 часов. Реакционную массу фильтруют и упаривают в вакууме. Остаток обрабатывают в экстракторе Соксклета 50 мл кипящего бензола в течение 3 часов, экстракт фильтруют и упаривают в вакууме. Получают 1,0 г (59,6%) бледно-желтого мелкокристаллического вещества с т. пл. 51-53°С.

Пример 4.

К раствору 1,5 г (7,9 Ммоль) 4-хлор-5-нитро-6-метоксипиримидина (Ш) в 50 мл изопропилового спирта прибавляют 0,9 г (9,3 Ммоль) тиоцианата калия и полученную смесь нагревают до температуры кипения и перемешивают в течение 25 минут, после чего дают ей остыть и продолжают перемешивание еще в течение 2 часов. Образующийся осадок отфильтровывают и промывают на фильтре 30 мл метанола. Фильтрат упаривают в вакууме. Остаток обрабатывают 30 мл холодной воды и получают 1,2 г (71,5%) бледно-желтого мелкокристаллического вещества с т. пл.49-51°С.

Определение LD 50.

Соединение 1.

Принимая во внимание то, что эффективность соединения I была установлена на картофеле, который используется теплокровными в качестве продукта питания, для этого соединения была определена LD50 (см. таблицу 6).

Установлено, что LD50 соединения I составляет 719 мг /кг (мыши) и, следовательно, это вещество относится к классу нетоксичных соединений для теплокровных (токсичными считаются для теплокровных вещества, имеющие LD50 500-600 мг/кг).

Определение LD50 соединения формулы 1.

LD50 определяли при однократном пероральном применении. Для этого были использованы белые беспородные мыши массой 17-19 г. Всего было использовано 42 животных. Одна доза испытывалась на 6 животных. Соединение вводили в крахмале. Выживших животных забивали через 15 суток после введения соединения I. Полученные результаты приведены в таблице 6.

Таблица 6
Доза мг/кг	Количество животных		LD50 мг/кг (по Керберу)
	Всего	Павших
1704	6	6	719
1420	6	6
1136	6	5
852	6	4
568	6	2
284	6	1
114	6	0