Изотиоцианаты

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Общая формула изотиоцианатов

Изотиоцианаты (горчичные масла) — органические соединения, содержащие функциональную группу группу —N=C=S, сернистые аналоги изоцианатов R—N=C=O[1].

Реакционная способность[править | править код]

Изотиоцианаты, подобно изоцианатам, являются гетерокумуленами с электрофильным центром на атоме углерода и для них типичны реакции присоединения нуклеофилов:

R-N=C=S + NuH R-NH-C(=S)Nu
(Nu = OR, OAr, SH, SR, NH2, NR1R2, RNHNH2, RH=NNH2, CN)

При взаимодействии изотиоцианатов со спиртами и фенолами образуются тиокарбаматы, с тиолами — дитиокарбаматы, с аминами — N,N'-дизамещенные тиомочевины, с гидразинами — тиосемикарбазиды, с и гидразонами альдегидов — тиосемикарбазоны.

При взаимодействии с C-нуклеофилами изотиоцианаты образуют вторичные амиды, такое присоединение протекает как при взаимодействии изотиоцианатов с карбанионами (реактивы Гриньяра, карбанионы β-дикарбонильных соединений и т. п.):

R-N=C=S + R1MgX R-NH-C(=S)R1 ,

так и в условиях реакции фриделя-Крафтса:

R-N=C=S + ArH R-NH-C(=S)Ar

Изотиоцианаты присоединяются к карбоновым и тиокарбоновым кислотам, от образующихся нестабильных промежуточных соединений затем отщепляется сероуглерод или сероокись углерода, что также ведет к образованию вторичных амидов:

R-N=C=S + R1COXH R-NH-C(=S)XCOR1
R-NH-C(=S)XCOR1 R-NHCOR1 + CSX
(X = O, S)

Изотиоцианаты восстанавливаются боргидридом натрия до вторичных тиоформамидов RNHC(S)H, алюмогидридом лития — до соответствующих метиламинов RNHCH3, цинком в соляной кислоте — до первичных аминов RNH2.

Под действием оксида ртути изотиоцианаты образуют изоцианаты:

R-N=C=S + HgO R-N=C=O + HgS

Гуанидин изотиоцианат (гуанидин тиоцианат) используется в биохимии и молекулярной биологии как сильный хаотропный, а также депротеинизирующий агент. При выделении нуклеиновых кислот из биологических тканей помимо функции лизиса клеток, подавляет активность нуклеаз (РНКаз, ДНКаз), разрушающих нуклеиновые кислоты, а также высвобождает нуклеиновые кислоты из нуклеопротеидных комплексов, оставляя белки в органической фазе, а нуклеиновые кислоты в водной.

Синтез[править | править код]

Большинство синтезов изотиоцианатов исходят из первичных аминов и сероуглерода.

Одним из наиболее распространенных лабораторных методов синтеза является образование дитиокарбаматов при взаимодействии первичных аминов с сероуглеродом в присутствии оснований и дальнейшим разложении дитиокарбаматов под действием различных агентов, например, солей тяжелых металлов (например, нитрата свинца[2]:

Synthesis phenylisothiocyanate 1.svg

хлоркарбонатов (например, этилхлоркарбоната[3]) или фосгена:

RNHC(=S)S- + COCl2 RNHC(=S)SCOCl + Cl-
RNHC(=S)SCOCl R-N=C=S + COS + HCl

либо гипохлоритов:

RNHC(=S)S-H+ 4 NaClO + 2 NaOH R-N=C=S + Na2SO4 + 4 NaCl + H2O

Другим широко применяемым методом синтеза изотиоцианатов является взаимодействие первичных аминов с тиофосгеном[4] (получаемым, в свою очередь, хлорированием сероуглерода):

R-NH2 + CSCl2 R-NHС(=S)Cl + HCl
R-NHС(=S)Cl R-N=C=S + HCl

Изотиоцианаты могут также быть синтезированы отщеплением аминов от N,N'-дизамещенных тиомочевин при обработке фосфорным ангидридом или сильными кислотами:

RNHCSNHR + H+ R-N=C=S + RNH3+

Нахождение в природе и биологическая активность[править | править код]

Изотиоцианаты встречаются в различных растениях, образуясь в них при гидролизе S-гликозидов — гликозинолатов, катализируемом ферментом мирозиназой:

Myrosinase general mechanism.png

В растениях семейства капустных — различных сортах капусты, хрене, семенах черной горчицы — содержится гликозилат синигрин (R = -CH2CH=CH2), образующий при гидролизе аллилизотиоцианат, обуславливающий жгучий вкус горчицы и хрена.

Некоторые изотиоцианаты растительного происхождения являются биологически активными соединениями. Так, например, сульфорафан, в экспериментальных моделях проявляет широкий спектр активности — включая антибактериальную[5], противораковую и радиосенсибилизирующую[6].

Примечания[править | править код]

  1. isothiocyanates // IUPAC Gold Book
  2. F. B. Dains, R. Q. Brewster, C. P. Olander. Phenyl isothiocyanate // Журнал Org. Synth.. — 1941. — Вып. 1. — С. 447.
  3. Maurice L. Moore, Frank S. Crossley. Methyl isothiocyanate. Organic Syntheses, Coll. Vol. 3, p.599 (1955); Vol. 21, p.81 (1941).
  4. G. Malcolm Dyson. p-Chlorophenyl isothiocyanate. Organic Syntheses, Coll. Vol. 1, p.165 (1941); Vol. 6, p.18 (1926).
  5. Fahey JW; Haristoy X; Dolan PM; Kensler, TW; Scholtus, I; Stephenson, KK; Talalay, P; Lozniewski, A. Sulforaphane inhibits extracellular, intracellular, and antibiotic-resistant strains of Helicobacter pylori and prevents benzo[a]pyrene-induced stomach tumors (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America : journal. — 2002. — May (vol. 99, no. 11). — P. 7610—7615. — DOI:10.1073/pnas.112203099. — PMID 12032331.
  6. Sawai, Yasushi; Hiroaki Murata, Motoyuki Horii, Kazutaka Koto, Takaaki Matsui, Naoyuki Horie, Yoshiro Tsuji, Eishi Ashihara, Taira Maekawa, Toshikazu Kubo, Shinji Fushiki. Effectiveness of sulforaphane as a radiosensitizer for murine osteosarcoma cells (англ.) // Oncology reports (англ.) : journal. — 2013. — March (vol. 29, no. 3). — P. 941—945. — ISSN 1791-2431. — DOI:10.3892/or.2012.2195.