Изотиоцианаты

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

Общая формула изотиоцианатов

Реакционная способность

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

R-N=C=S + NuH ${\displaystyle \to }$ 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 тиоамиды, такое присоединение протекает как при взаимодействии изотиоцианатов с карбанионами (реактивы Гриньяра, карбанионы β-дикарбонильных соединений и т. п.):

R-N=C=S + R¹MgX ${\displaystyle \to }$ R-NH-C(=S)R¹ ,

так и в условиях реакции фриделя-Крафтса:

R-N=C=S + ArH ${\displaystyle \to }$ R-NH-C(=S)Ar

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

R-N=C=S + R¹COXH ${\displaystyle \to }$ R-NH-C(=S)XCOR¹

R-NH-C(=S)XCOR¹ ${\displaystyle \to }$ 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 ${\displaystyle \to }$ R-N=C=O + HgS

Синтез

Большинство синтезов изотиоцианатов исходит 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]:

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

RNHC(=S)S^- + COCl₂ ${\displaystyle \to }$ RNHC(=S)SCOCl + Cl^-

RNHC(=S)SCOCl ${\displaystyle \to }$ R-N=C=S + COS + HCl

либо гипохлоритов:

RNHC(=S)S^-H+ 4 NaClO + 2 NaOH ${\displaystyle \to }$ 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 ${\displaystyle \to }$ R-NHС(=S)Cl + HCl

R-NHС(=S)Cl ${\displaystyle \to }$ 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⁺ ${\displaystyle \to }$ R-N=C=S + RNH₃⁺

Нахождение в природе и биологическая активность

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

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

1. isothiocyanates // IUPAC Gold Book  (неопр.). Дата обращения: 20 мая 2011. Архивировано 11 августа 2011 года.
2. F. B. Dains, R. Q. Brewster, C. P. Olander. Phenyl isothiocyanate // Журнал Org. Synth.. — 1941. — Вып. 1. — С. 447. Архивировано 14 января 2011 года.
3. Maurice L. Moore, Frank S. Crossley. Methyl isothiocyanate. Organic Syntheses, Coll. Vol. 3, p.599 (1955); Vol. 21, p.81 (1941).  (неопр.) Дата обращения: 19 декабря 2011. Архивировано из оригинала 25 октября 2007 года.
4. G. Malcolm Dyson. p-Chlorophenyl isothiocyanate. Organic Syntheses, Coll. Vol. 1, p.165 (1941); Vol. 6, p.18 (1926).  (неопр.) Дата обращения: 19 декабря 2011. Архивировано из оригинала 22 октября 2012 года.
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. — PMC 124299.
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.