Примечание транскрибатора:
Были предприняты все усилия для максимально точного воспроизведения данного текста. Были внесены некоторые изменения. Они перечислены в конце текста.
Синтез 2-метил-4-селенохиназолона, 2-фенилбензоселеназола и их производных.
ДИССЕРТАЦИЯ
ПРЕДСТАВЛЕННАЯ ДЛЯ ЧАСТИЧНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ ТРЕБОВАНИЙ НА СОИСКАНИЕ СТЕПЕНИ ДОКТОРА ФИЛОСОФИИ НА ФАКУЛЬТЕТЕ ЧИСТЫХ НАУК КОЛУМБИЙСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Ю-ГУАНЬ ЧЕН, магистр искусств, НЬЮ-ЙОРК, 1922
БЛАГОДАРНОСТЬ И ПОСВЯЩЕНИЕ
Данное исследование было предпринято по предложению профессора Марстона Тейлора Богерта, чьему интересу и советам эта работа обязана всеми своими достоинствами.
Ю. Г. ЧЕН.
CONTENTS
Acknowledgment and Dedication 2 Abstract of the Dissertation 4 Purpose of the Research 5 Introduction 7 Pharmacological Review 8 Tinctorial Review 14 Experimental: 16 2-methyl-4-selenoquinazolone Four Methods of Preparation Analysis of Selenium Organic Compounds 2-phenylbenzoselenazole Mononitro Derivative Monoamino Derivative Monoacetyl Derivative Monobenzylidene Derivative An Azo Dye Dinitro Derivative Diamino Derivative Diacetyl and Dibenzylidene Derivatives Dyeing with Azo Dyes Bibliography 25 Vita 28
РЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ
1. Какова была цель работы?
Была предпринята попытка изучить органические соединения селена гетероциклического ряда в отношении тех свойств, которые открывают возможности для их использования в качестве красителей и фармацевтических препаратов.
2. Каковы были методы исследования?
(а) Был проведен обзор органических соединений селена, а их свойства были критически проанализированы в сравнении со свойствами родственных соединений.
(б) Были изучены некоторые новые гетероциклические соединения селена, а их характерные свойства были более детально исследованы в заданном направлении.
3. Насколько успешными были эти попытки?
Была проанализирована и классифицирована литература по рассматриваемым свойствам, а также получены и изучены новые органические соединения селена, которые, как ожидается, могут пролить дополнительный свет на данную проблему.
4. Какой вклад, действительно новый для химической науки, был внесен?
(а) Было показано, что вновь полученные соединения обладают выраженными красящими свойствами по сравнению с их аналогами.
(б) Было показано, что с ними химически легче работать, чем с соответствующими сернистыми соединениями.
(в) Было показано, что селен в ядре циклических соединений способствует появлению положительной окраски, по меньшей мере равной действию групп —NH— или —S—. Было показано, что селенокарбонильная группа :C:Se является более мощным хромофором, чем тиокарбонильная группа :C:S или сама карбонильная группа :C:O.
(г) Были получены два ряда азокрасителей селена, и было показано, что они обладают заметными красящими свойствами.
(д) Были получены следующие новые соединения:
2-метил-4-селенохиназолон
2-фенилбензоселеназол [A]
6-нитро-2-фенилбензоселеназол
6-амино-2-фенилбензоселеназол
6-ацетиламино-2-фенилбензоселеназол
6-бензилиденамино-2-фенилбензоселеназол
(B-нафтил)-6-азо-(2-фенилбензоселеназол)
Динитро-2-фенилбензоселеназол
Диамино-2-фенилбензоселеназол
Диацетилдиамино-2-фенилбензоселеназол
Дибензилидендиамино-2-фенилбензоселеназол
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ
С тех пор как Берцелиус опубликовал первый обзор химии селена в 1818 году (1), в этой области появилось множество статей. Помимо обзоров в химических словарях, было опубликовано несколько обзоров (2) его соединений, включая ссылки. Эти обзоры ограничиваются главным образом неорганической стороной. Попыток составить библиографию органических соединений селена до сих пор не предпринималось.
Время от времени появлялись статьи, но эта область по-прежнему остается многообещающей и таит в себе множество привлекательных возможностей.
При изучении органических записей об этом элементе, охватывающих столетие, обнаруживаются указания на ценность соединений селена для фармацевтических и красящих целей. Была предпринята попытка собрать эти разрозненные данные для критического анализа в сравнении с другими аналогами, в частности с соединениями серы, а также получить и изучить некоторые новые органические соединения, содержащие селен, с целью пролить дополнительный свет на химию таких веществ и в надежде обнаружить те из них, которые могут найти практическое применение в медицине или других областях.
Синтез 2-метил-4-селенохиназолона, 2-фенилбензоселеназола и их производных
ВВЕДЕНИЕ
Существует общее представление о селене как о сравнительно редком элементе. Мало кто осознает, что он известен уже более века и что более двадцати селеновых минералов, содержащих от одного до шестидесяти шести процентов этого металла, считаются горнодобывающими корпорациями важными. Помимо того, что селен является побочным продуктом производства серной кислоты, он также выделяется при электролитическом рафинировании меди. Спрос на этот металл настолько мал, что в Соединенных Штатах есть полдюжины компаний, готовых либо бесплатно предоставить любое разумное количество для исследовательских работ, либо продать его по себестоимости. В специальном отчете Национального исследовательского совета по селену (3) оценивается, что ежегодно можно производить не менее 300 000 фунтов без внесения существенных дополнений в существующие предприятия.
Фактически, в последние годы селен постепенно привлекает все большее внимание широкой общественности благодаря его применению в военных и других целях. В стекольной промышленности, например, он использовался в качестве обесцвечивающего агента в военный период. Было обнаружено, что он придает фиолетово-красный оттенок трубкам из пирекса после того, как они использовались для нескольких сжиганий. Окраска особенно заметна при осмотре разбитого куска. Это может найти важное место в керамической промышленности. При выключении газового освещения города на рассвете, при регулировании тяги заводских дымоходов и при регулировании скорости производства серной кислоты селеновый фотоэлемент является важным фактором экономии труда. Аналогичным образом он используется для автоматического включения и выключения светящихся буев. Он также находит применение в фотометрии, беспроводной телефонии, военной телеграфии и армейской сигнализации, а также для передачи подписей, рукописных текстов, отпечатков пальцев и изображений в целом (3) (4).
Следует также рассмотреть вопрос вулканизации каучука. Были опубликованы некоторые эксперименты, утверждающие сходство действия селена и серы на каучук (4) (5). Стоимость не должна быть запретительной, поскольку предложение можно легко увеличить, а цену снизить при наличии спроса. По личному опыту автора, при работе с газообразным селеноводородом резиновые соединения аппаратуры вскоре окрашивались в красный цвет, и через несколько часов они становились настолько ярко-красными, что посетители лаборатории полагали, что автор использует обычные красные резиновые соединения. Каучук, изменившийся таким образом, кажется более мягким и эластичным, чем исходный; это наблюдение будет изучено дополнительно.
В этой стране Национальный исследовательский совет создал специальный комитет из семи человек для исследования различных возможных применений селена и теллура.
ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИЙ ОБЗОР
Дюамель и Ребьер (6) (7) показали, что инъекция следовых количеств красного коллоидного селена кроликам регулярно увеличивала выведение мочевины. В других случаях заявлялось о получении удовлетворительных результатов, при этом в печени наблюдались некоторые поражения. Гистологические изменения, вызванные инъекциями кроликам, наиболее заметны в печени и почках. При изучении распределения коллоидных препаратов в организме животных путем инъекций Дюамель и Жуйяр (8) обнаружили, что наибольшее их количество содержится в печени. Шесть лет спустя первый из них (9) использовал аналогичный препарат, введенный животному внутривенно, и селен снова был обнаружен в печени, хотя и в меньшем количестве.
Соединения серы обладают сходным физиологическим действием. Известно, что сульфид трифенилсурьмы, или сульфоформ, (C6H5)3SbS, оказывает лечебное действие при кожных заболеваниях, поскольку он высвобождает «насцентную» серу на коже. Столь же естественно ожидать, что некоторое органическое соединение селена, высвобождающее мелкодисперсный селен, окажет лечебное влияние на организмы животных. Селенохиназолон, полученный в ходе данного исследования и более подробно описанный в другом разделе работы, обладает такой перспективой. Хинозолон имеет следующую структуру:
Эксперименты проводились в Институте Пастера в Париже под руководством М. Бореля для лечения рака у мышей. Эксперименты на людях не проводились, хотя заявлялось о результатах при использовании селенидов и их окисленных солей.
Было обнаружено, что селеновые красители обладают лечебными свойствами, хотя связь между строением этих органических красителей и их терапевтической ценностью еще не установлена. Вассерман (10) сделал несколько препаратов эозина путем азосочетания натриевого производного с селеноцианидом калия. Утверждается, что полученный таким образом красный краситель легко растворим в воде. Вассерман, Кайссер и Вассерман (11) провели с ним химиотерапевтические эксперименты на опухолях животных. Когда раствор вводили в опухоли мышей, последние краснели, что сопровождалось размягчением опухоли после третьей инъекции и полной резорбцией после десяти инъекций, если только использованная доза не была слишком велика для животного. В этом случае часто наступала смерть. В связи с этим экспериментом также сообщалось о хороших результатах на четырех различных штаммах карциномы мышей и одном штамме саркомы мышей. В последнем случае облегчение наступало быстрее, но карцинома исчезала медленнее. Позже был сделан другой препарат (12), который вводили мышам внутривенно, и он также показал хорошие результаты.
Ниже приведена структура 2-селеноцианидантрахинона—
который, как также сообщалось, имеет медицинское применение (13).
П. Эрлих и Хуго Бауэр (14) синтезировали из п,п'-диамино-дифенилметана красный краситель 3,6-диаминоселенопиронин.
Краситель был использован на мышах и вызвал выраженный отек. Токсичность как селенопиронина, так и соответствующего соединения серы сравнивалась в аналогичных условиях в одном и том же эксперименте, и было обнаружено, что селеновый краситель был токсичен в дозе 1/3000 грамма, а сернистый краситель — в дозе 1/2500 грамма на двадцать граммов веса животного.
Эта физиологическая активность была отмечена много лет назад у неорганических соединений селена, и Берцелиус (15) довольно впечатляюще описал ядовитый эффект селеноводорода: «Чтобы познакомиться с запахом этого газа, я позволил пузырьку размером не больше горошины пройти в свою ноздрю; вследствие его запаха я настолько полностью потерял обоняние на несколько часов, что не мог различить запах крепкого аммиака, даже когда его подносили к моему носу. Мое обоняние вернулось через пять или шесть часов, но началось сильное раздражение слизистой оболочки, которое сохранялось в течение двух недель». Автор работает с этим газом уже некоторое время и однажды также серьезно пострадал, причем повреждение сохранялось много дней. То, что он более ядовит, чем сероводород, хорошо известно.
Брюэр (16) показал, что при пропускании сероводорода в раствор крови в значительном количестве образуется сульфгемоглобин из-за химического действия серы и гематина. Далее он заявил, что сульфгемоглобин может быть обнаружен в крови животных при вдыхании большого количества газа. Он получил селенгемоглобин таким же образом. Шестнадцать лет спустя Кларк и Хартли также доказали, что селенгемоглобин можно получить путем пропускания селеноводорода в кровь (17). Эти эксперименты можно интерпретировать как означающие, что оксигемоглобин превращается в органический комплекс серы или селена и что перенос может быть более быстрым и мощным в случае селеноводорода.
Биологические исследования достаточно доказали, что красители ряда феназина, оксазина, тиазина, акридина оказывают вредное воздействие на простейших, особенно те красители, которые содержат замещенные аминогруппы и имеют простое строение (18). В случае тиазиновых красителей класса метиленового синего их физиологическое значение хорошо признано в их использовании в качестве слабых антисептиков и анальгетиков. Эрлих и Гуттманн (19) инициировали использование метиленового синего в качестве антипериодического средства, и его использование в этом направлении продолжается.
В области селенозиновых красителей фармакологи еще не уделяли им особого внимания из-за новизны открытия, но П. Каррер утверждает, что они бесспорно являются «витальными красителями» (20). Перспектива синтеза селенозиновых красителей и их использования в качестве лекарственных средств кажется блестящей, судя по тому факту, что они легко готовятся и способны ко многим комбинациям, особенно учитывая легкость, с которой они образуют органические комплексы с соединениями мышьяка.
Формула (I) известна как 1,3-динитробензоселенозин (21), который был получен действием пикрилхлорида на цинковую соль о-аминоселенофенола; продукт (пикриламиноселенофенол) затем обрабатывали щелочью и таким образом превращали в краситель, который при экспериментах показал заметное воздействие на простейших и бактерии.
Формула (II), известная как 3-(п-фениларсоно)-аминоселенозин, имеет красный цвет в разбавленной щелочи и зеленый в минеральной кислоте и является типичным красителем в ряду, полученном путем азосочетания селенодифениламина с соединениями мышьяка. Все они обладают такой же токсичностью, как и тиазиновые красители (20). Другие селенозины перечислены в библиографии (22).
Не менее полудюжины тиомочевин обычно используются в качестве лекарственных средств. Сама тиомочевина парализует нервные центры и коммерчески используется для фиксации фотографий и удаления пятен с негативов; тиурет, C6H7N3S2, служит заменителем йодоформа; тиосинамин-этилиодид, или тиодин, IH5C2H2NCSNHC3H5, используется для облегчения поражений центральной нервной системы; аллилтиомочевина или тиосинамин, (NH2)SC.NHCH2CH:CH2, для содействия абсорбции соединительных тканей, для лечения ожогов, келоидов, уретральных заболеваний, склеротических состояний уха (23).
Селенокарбамид и ряд его производных были получены и изучены. Один класс селеномочевин был запатентован как фармацевтические продукты компанией Chem. Fabrik von Heyden (24) и готовится действием селеноводорода на алкилцианамиды,
RNH.CHN + H2Se = RNH.CSe.NH2
Они обладают выраженной терапевтической ценностью и служат промежуточными продуктами в производстве более стабильных аддитивных соединений алкилгалогенидов. Другие карбамиды, начиная с самой селеномочевины (25) (III) и циклической мочевины (26) (IV), описаны в литературе:
Последняя, известная как этиленселеномочевина, может быть классифицирована также в группе азолов как 2-иминотетрагидроселеназол (V).
Литература по другим нормальным карбамидам приведена в библиографии (27).
Селеноантипирины, селеносахарин, селеноиндиго также были получены.
Тиофен и его производные представляют значительный терапевтический интерес. Сам тиофен оказался полезным в уменьшении выведения серной кислоты с мочой и применяется в дерматологической практике. Тиофенсульфонат натрия, тиофентетрабромид, тиофендииодид — все это лекарственные средства (23).
Ряд селенофенов зарегистрирован в литературе. Их отношение к селеназолам можно легко увидеть из следующих формул:
Селенофен
Селеназол
Диметилселенофен был получен из ацетонилацетона и пятисернистого фосфора,
Полученное таким образом соединение, как утверждается, имеет тот же запах, что и тиофен, но о его применении не упоминается (28). Селенофен был получен из сукцината натрия и трехсернистого фосфора или путем пропускания этилселенида через горячие трубки (29).
Некоторые селеназолы также находят применение в медицине. В настоящее время известно, что только изоазолы имеют физиологическое применение. Один из них был получен из селеноцианида антрахинона действием аммиака под давлением (30).
Другой тип азолов, бензоселендиазол (пиаселенол) и пять его производных, также были описаны как лекарственные средства (31). Сам диазол имеет следующую структуру,
or
Диазолы следующей структуры также известны, но данных об их физиологическом действии найдено не было (32):
Диметилселенодиазол
Дифенилселенодиазол
Сульфиды и дисульфиды обладают лечебной силой. Диметилсульфид используется для внутреннего лечения, ди-о-аминофенилдисульфид используется для внутримышечных инъекций. Диаллилсульфид также является лекарственным средством. Метилселенид оказывает некоторое воздействие на внутренние органы тела (33). Ханзлик и Тарр (34) на экспериментальной станции Американского университета показали, что ряд соединений селена действует как раздражители кожи: например, дихлордиэтилселенид, дихлорвинилселенид, трихлордиэтилселенид и селеновое горчичное масло. Первое из упомянутых оказалось столь же мощным, как и сульфид, но другие несколько уступали по своему эффекту. Диантипирилселенид является еще одним терапевтическим агентом (35).
Диселениды занимают важное место. Селенофенолы не остаются неизменными на воздухе, а всегда окисляются до диселенидов, которые могут быть снова восстановлены до селенофенолов. Пока что только диселениды антрахинона и их фенолы признаны лекарственными средствами (36).
ОБЗОР КРАСЯЩИХ СВОЙСТВ
Многие селеноорганические соединения окрашены, в то время как соответствующие производные серы бесцветны.
Фуран, бесцветная жидкость
Тиофен, бесцветная жидкость
Пиррол, бесцветная жидкость, но на воздухе становится коричневатым
Селенофен, желтая жидкость после многократной экстракции [B]
Это сближает селенофен скорее с пирролом, чем с тиофеном, но группа -NH- в молекуле пиррола является ауксохромом. Атом селена в циклическом соединении также действует как ауксохром.
Селеноантипирин (37),
образует чистые желтые кристаллы из спирта, в то время как соответствующие соединения кислорода и серы бесцветны.
Аналогично, 2-метил-4-селенохиназолон имеет темно-коричневый цвет, в то время как тиосоединение, полученное Богертом и Хэндом (38), светло-коричневое или желтое, а соответствующее кислородное соединение бесцветно или почти бесцветно.
Диэтилселенид (C2H5)2Se — это желтоватое тяжелое масло с неприятным запахом. Он легко соединяется с хлором, образуя хлорид (C2H5)2SeCl2, который окисляется азотной кислотой с образованием оксида (C2H5)2SeO (39). Диэтилсульфид — это бесцветная сиропообразная жидкость, так же как диэтиламин и диэтиловый эфир.