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ardp.19662990703

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W.Schade und A. Rieche
Synthetische Senfolbildner, VII I)
Untermchungen sum Wmkungsmechanismus dsr Z-Thion.tetrnhydro-l,3,5-thiadiaEine
Ans dem Hygiene-htitut und dem h t i t u t ftir Technische Chemie
der Friedrich-Schiller-Universit(lt Jena
(Eingegangen am 11. Oktober 1966)
Ee wird der Wirkungsmeohanismus der 2-Thion-tetrahydro-l,3,6-thiediazine
diskutiert. An Hand mikrobiologiecher Vergleichstesta wird nechgewiesen,
deB die antimikrobielle Wirkung dieeer Verbindungen euf deren Zerfd i n
Ieothiooyanete zuriickzuftihmn iet.
In frtiheren Arbeitenz) wurde iiber die gute bakteriostatische und fungistatische
Wirkung der 2-Thion-tetr~hy~o-l,3,6-thiadia~e
(I)berichtet ; es erhebt sich nun
die Rage nach dem Zusammenhang zwiachen Konstitution und Wirkung.
Da die 2-Thion-tetrahydro-l,S,5-t~adia~neDithiocarbamidsaurederivate sind, SOUzuniichst auf deren Wirkungsmechanismua,
der bereits eeit liingerer Zeit Cegenstand eingehender Untersuchungen ist, eingegangen werden.
:g2:;l
Ha
I
Es sind dabei verschiedene Schliisse beziiglich des wirksamen Prinzips sowie des
Wirkungsmechanismmgezogen worden. So wurde die Bildung von Thiuramsulfiden,
Isothiocyanaten, Thioharnstoffen, Sohwefelwasserstoff und Schwefelkohlenstofffiir
die Wirkung der Dithiocarbamidsaurederivatein Betracht gezogen3).Klopphg und
van &r Kerk kamen ouf Grund der unterschiedlichen Wirkungsspektren zu einer
Einteilung in verschiedene Klassen4). Dialkyldithiocarbamate (11) und Tetraaky~thiuramdisulfide (111) werden ah Verbindungen mit hrtiar gebundenem
N-Atom in einer Grnppe zusammengefafit.
)[email protected]
1)
Me0
)E-s-s - E k
NP
VI. Mitt.: D. Martin, 0.W d i h h , W . 8 h d e und P . Venker, Mber. dtsch. Akad. Wiss. Berlin
6,620 (1964).
A . Rieche, ff. Hilgckrg, A . Martini, 0.Nejerlly und J . 8ch-?egel,Arch. Pharmaz. 293,967 (1960);
A. Rieche, D. Martin und W . &ha&, Arch. Pharmaz. 296, 770 (1963); D. Martin. ,,Synthetiaahe SenfiSlbildner mit bakterizider, fungizider, nntritiver und daa Wachstum von Viren
hemmender Wirkung." B.-B. dtsch. A k d . W h . Berlin, Kl. f. Chem. Geol. Biol. Nr. 7 (1962).
8 ) J . B. HwejaZZ, ,,F'rinoiplee of fungicidal action." Chronice Botanic8 Co. Waltham, Mass. 279 p.
(1966); R. W.Barrat und J . U.Hors/dl, Connecticut agric. Exp. Stat., New Haven, Bull. 508,
1 (1947); 8. Rich und J . U. Howfall, Connecticut agric. Exp. Stat., New Haven, Bull.639, 1
(1961); H.L.KZ6pping und ff. J. M. wander Kerk, Recueil Trev. chim. Pays-Baa70,917,949
2)
(1961).
4)
ff. J . M . uan &r Kerk und H . L.KEpping, Recueil Trav. chim. Pap-Bas 71, 1179 (1962).
Archiv der
Pharrnazie
Schade'mnd Rieche
690
Ihre antimikrobielle Wirkung wird a d das Vorliegen einer Ionenstruktur zuriickgefuhrt, wobei folgende mesomere Grenzzustiinde diskutiert werden :
A
B
C
Als wesentlich fiir die Wirksamkeit wird die Struktur C angesehen, welche sich
entsprechend dem Elektronendruck, den die Reste R auf die ) N 4 ( = S ) S e . - G ~ p pierung amiiben, mehr oder weniger leicht bildet. Im Falle der Tetraalkylthiuramdisulfide kommt diese Ionenstruktur durch Redox-Prozesse zustande, wobei eine
Aufspaltung des Molekiils in zwei Mol Dialkyldithiocarbamat erfolgt6).
In einer zweiten Gruppe werden Dithiocarbamidsiiurederivateaufgefiihrt, welche ein sekundar gebundenes N-Atom enthdten und infolgedessen unter Abspaltung
von Isothiocyanaten zerfallen konnen, was als wirksames Prinzip betrachtet wird.
DaB die Verbindungen dieser beiden Gruppen tatsiichlich nach verschiedenen Mechanismen wirkaam werden, zeigen Stoffwechseluntersuchungen an Mikroorganismen, bei denen Dialkyldithiocarbamate und Monoalkyldithiocarbamatein unterschiedlicher Weise in den Stoffwechsel einbezogen wurdens).
hat'man zu beriicksichtigen, daB
Bei den 2-Thion-tetrahydro-l,3,5-thiadiazinen
sich diese Verbindungen infolge ihrer cyclischen Struktur wesentlich von den vorher
genannten Dithiocarbamidsiiurederivatenunterscheiden. Die ,\N--C( =S)Se -Gmppierung liegt bei den %Thion-tetrahydro-l,3,6-thiadiazinen ah Bestandteil eines
heterocyclischen Ringsystems vor, man kann diese Verbindungen also nicht ohne
Annahme einer Ringspaltung in eine der beiden oben angefiihrten Gruppen einordnen. Bereits van der Kerk kam zu der Auffassung, daB das 2-Thion-3,5-dimethyltetrahydro-1,3,5-thiadiazinin wiihiger Losung unter Abspaltung von Formaldehyd
zum N-Methyldithiocarbamidsiiureesterhydrolysiert wird, welcher dann unter Abspaltung von Methylisothiocyanat zerfiillt7). Dieser Zerfd des 2-Thion-3,S-dimethyl-tetrahydro-l,3,5-thiadiazins
wurde von G o h e yr spektralphotometrisch nachgewiesen und fur die antimikrobielle Wirkung dieser Verbindung verantwortlich
gemacht*). Es besteht allerdings auch die Moglichkeit, daB die \N-C(=S)SeGruppierung innerhalb des intakten Ringsystems wirksam ist. Folgende. Fragen
wiiren also zu kliiren :
6,
C . 9. Prickett und 0.D. Johnatm, Biochim. et Biophys. Acta 12,542 (1963).
') A . K . S i j p t ei j n , K . Kaalander und Q. J . 111. van der Kerk, Biochim. biophysica Acta (Amster-
dam) 62,687 (1962).
') G. J . M . van der Kerk, Meded. Landbouwhogeschool en Opzoekingsstaa. Staat
(1956).
8)
J . Gokeep, Acta chem. s a n d . 18, 1341 (1964).
Gent 21, 306
299. Bd.
69 1
SyntMRtiSche Senfolbildner,VII
issap
1. 1st die )N-C(=S)Se-Gruppierung innerhalb des intakten Ringsystems
wirksam ?
2. Welche Spaltprodukte treten beim Zerfall der2-Thion-tetrahydrq-l,3,5thiadiazine a d ?
3. Welchem Spaltprodukt ist die mikrobiologische Wirkung der 2-Thion-tetrahydro-l,3,5-thiadiazine zuzuordnen!
Zur Klarung der ersten Frage wurde die antimikrobielle Wirksamkeit des
2-Thion-3-ben~yl-5-carboxymethyl-tetrahydro-l,3,5-thiadiazins
(I R- C6H6- CQ- ;
R'=CH,-COOH) mit der verschiedener Verbindungen verglichen, welche ebenfalla
eine cyclisch gebundene >N-C( =S)Se-Gruppierung im Molektil enthalten, deren
Ringsystem jedoch wesentlich hydrolysebestandiger ist. So sind das 2-Thion-3benzyl-4-oxo-tetrahydro-1,3,5-thiazin
(IV) und das 2-Thion-3-benzyl-thiazolidon-4
(V) im Gegensatz zu den 2-Thion-tetrahydro-l,3,5-thiadiazinengegen verdiinnte
Mineralsawen besttindig. Erst im stark alkalischen lldilieu erfolgt zuniichst eine
Ringaufspaltung an der Amidbindung unter Bildung von Dithiocarbamidsaurecarboxyalkylestern, welche dann bei langerer Einwirkung von Alkali in Isothiocyanate und MercaptosaurenzerfallenQ)10). Daa 2-Thion-3-benzyl-thiazolidon-5
(VI),
besitzt eine mhydridartige Struktur und wird durch alkoholische Salzsaure oder
Natriumalkoholatsowie durch kochendes Wasser zu a-Aminosauren hydrolysiertll)..
Die Hydrolpebedingungen sind also auch bei dieser Verbindung schiirfer als bei
den 2-Thion-tetrahydro-l,3,5-thiadiazinen.
SchlieDlich wurden mit dem 2-Thion3-benzyl-4-methyl-thiezolin (VII) und dem 2-Thion-3-benzyl-thiazolidin (VIII),
zwei Verbindungen zum Vergleich herangezogen, die sowohl im sauren ah auch i n
alkalischen Milieu sehr hydrolysebestiindig sind12)13).
S=&
Hz
IV
s=c&=0
S=Cf'CHa
C~HSCH~-N-C!=O
CaH$Ha-&EHa
8
CsH&Hz-I$---dH2
VI
V
C d 4 i C.S=C/$H
H a - L -CH,
VIJ
s=Q:
C8H6CH2-N
XI?
Die Verbindungen I V und VII zeigten im mikrobiologischen Test keinerlei antimikrobielle Wirkung (Tab. 1); ebenso erwiesen sich Verbindung VI und VIII ah
unwirksamll). Demgegenuber zeigte Verbindung V eine Wirkung, die jedoch geringer als die des 2-Thion-3-benzyl-5-carboxy-tetrahydro-l,3,5-thiadia~~
war
*) R. Dehbry, R . Damiena und R.tYey'eyden-Penne,C. R. hebd. Seances A
d . Sci. 242.1482 (1956).
(1909).
K.
F. Sinclai~,J. h e r . chem. SOC.78,6189 (1956); A . H..
Cook und 8. F. Cox, J. chem. SOC.(London) 1949, 2337.
la)B. (koth und B. Holmberg, Ber. dtsch. chem. Ges. 56, 289 (1923).
la) WiU. Ber. dtsch. chem. Oes. 16, 346 (1882).
lo)B. Hoolmberg, J. prakt. Chem. 79, 261
11) 0.
Bradsher, F . C . Brown und E .
592
Schade und Rieche
Archiv der
Pharmazie
(Tab. 1).Ah Ursache der antikkrobiellen Wirkung von Verbindung V wird eine
Abspaltung von Benzylisothiocyanat angenommenld).
Als Testerpbnis wurde diejenige Verdiinnungsstufe angegeben, bei der gerade erstes
Keimwwhstum auftrat.
Aus diesen Ergebnissen kann man schlieben, daD der ) N 4 ( =S)Se-Gruppierung innerhalb eines stabilen Ringsystems keine antimikrobielle Wirkung zukommt.
Man kann also bei der Untersuchung des Wirkungsmechanismus der 2-Thion-tetrahydro-l13,5-thiadiazinedavon ausgehen, daD zunachst eine Ringaufspaltung erfolgt
und den Zersetzungsprodukten die Wirkung zuzuschreiben ist.
Es wurde deshalb die Zersetzung der 2-Thion-tetrahydro-l,3,5-thiadiazine
unter
etwa gleichartigen Bedingungen, wie sie beim mikrobiologischen Test vorliegen,
papierchromatographisch untersuchtl). Aus den Ergebnissen dieser Untersuchungen
wurde folgendes Zersetzungsschema abgeleitet :
Y.van o h Kerk, H.C. uanOe. B.de Vrieo und A . K.Sijpesteijn, Meded. Landbouwhogeschool en Opzoekingastes, Gteet Cent 18,402 (1953) C. A. 48, 318 (1954).
14) 6.J .
290. Bd.
lesM
Die im Schema unterstrichenen Verbindungen wurden papierchromatographch
identifiziert ;Isothiocyanat, Formaldehyd und Schwefelkohlenstoffwurden in Form
ihrer Umsetzungsprodukte nachgewiesen.
Zur Klarung der Frage, welchem dieaer Spaltprodukte die antimikrobielle Wir-
kung der 2-Thion-tetrahydro-l,3,5-thiadiazinezuzuordnen ist, wurden die Zersetzungsprodnkk in gleicher Weise wie die 2-Thion-tetrahydro-l,3,6-thiadiazine
im
Plattenverdiinnungstst gepriift.Ah Beispiel soll daa 2-Thion-Sbenzyl-5-j3-hydroxyathyl-tetrahydro-l,3,5-thiadiazin
(I R=C,,H,CH,; R’=CH&X&OH) mit den entaprechenden Zersetzungsprodukten angefiihrt werden.
Tebelle 2
Plattenverdiinnungeteet
St.aureus
E.coli
Substanz
__-_
S.B.611
.
1
Tr.menta-
Bac.
subtilia
C. albicans
PPhsteS
2-Thion-3-benzyl-6-8-h~
droxyathyl-tetrahydro1,3,6-thiadiazin
Benzylieothiocyanat
/?-Hydroxyiithylammonium-benzyldithiocarb-8t
1 : 60OOO 1 : 60000 1 :100000 1:MH)o00 1 :Mw)ooo
1 : 60000 1 : 100Ooo 1 : 100000 1 : m o o 0 1:lMill.
1 :6 0 W
1 : 60000
Formaldehyd
1 :1000
Athanolamin
1 : 1000
Bemylamin
B~~l-8-h~h~iith~ltllioh8rnatoff
1 : 1000
1 : 60000 1 :1ooo00 1:Mx)o00 1:lMill.
1 : 10000
1 :6 0 W
1 : 60000 1 : 6000
1 : lo00
1 : 1000
1 : lo00
1 : lo00
1 : 1000
1 : lo00
1 : 6000
1:6o00
1 :1000
1 : lo00
1: lo00
1 :1000
Sohwefelwaaeemtoff und Schwefelkohlenstoff d e n infolge ihrer Fluchtigkeit im
Plattenverdtirmungstest nicht getestet.
Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, daS von den verschiedenen Zersetzungsprodukten
nur dem Formaldehyd, dem j3-Hydroxylthylammonium-benzyldithiocarbamatund
dem Benzylisothiocyanat eine dem 2-Thion-3-benzyl-5-/?-hydroxyathyl-tetzahydrolY3,5-thiadiazinvergleichbare Wirkung zukommt. Vergleicht man jedoch die Wirkungaspektren von Formaldehyd und 2-Thion-tetrahydro-1,3,5-thiadiazin,so
ergeben sich klare Unterschiede im Wirkungsgrad gegentiber Hefen und Pilzen.
Dagegen zeigen die Wirkungsapektren des 2-Thion-tetrahydro-l,3,5-thiadiazinsY
des
Benzylisothiocyanats und des beneyldithiocarbamidauren Sabes weitgehende
Obereinstimmung.
Um zu priifen, ob die Wirkung des dithiocarbamidssuren Salzes als Eigenwirkung
oder ale Folge des Oberganges in Isothiocyanat aufzufassen ist, und um die Wirkung der fltichtigen Spaltprodukte der 2-Thion-tetrahydro-l,3,5-thiadiazine
zu
Archiv 299, Band, Heft 7
38
Pharmazfe
Archiv der
8cl)ade und Rieche
594
untarsuohen, d e n diese Verbindungen im
geprtift. ENzeigte sich, daD
nur daa 2 - T h i o n - ~ b e ~ l - 6 - ~ - h y ~ o x y i i t h y l - t e ~ ,3,6-thiadiazin,
ahy~o-l
daa B-Hydroxyathylsmmoni~-ben~l~thiooarbamat,
das $enzyliaothiooyanat und der
F o r d d e h y d wirksam sind, wobei sich der Formaldehyd wiederum in Wirkungsgrad und Wirkungsspektrum von den anderen Verbindungen unterscheidet (Tab. 3).
Tsbelle 3
aaetest
Gleringste Konzentration, welche vollstlindige
. .
Substam
Wachstumhemmung verureacht (mglml)
8t. aweus
s. 0 . 5 1 1 Bac. subtilis C. albicans
1
-
2-!J!hi011-3-h~~l-5-&hsdroxy~thyl-tetrahydro-l,3,8-thisdieein
fl-H~dro~&th~honium.
beneyldithiocesbamat
Bernylieothiooyantbt
Formaldehyd
Sohdelkohlenstoff
Sohwefelwamerntoff
Athanolamin
Bensylamin
0,25
0,28
0.25
0,125
0,125
i
'
0,12
0,06
j >1
096
>I
0.5
>1
>1
>1
1
>1
>1
>1
>1
j
>1
>1
>1
>1
Die Ergebnisse dieser Teste berechtigen zu der Aussage, daD die Wirkung der
2-Thion-tetrehy~o-l,3,6-thiadiazineale auch die ihrer Zerfallsprodukte, der dithiocarbamidsauren Salze, auf einem Obergang in Isothiocyanate beruht.
Ah weiterer Beweis dieser Aussage wurden die 2-Thion-tetrahydro-l,Sy5-thiaaiazine beziiglich Wirkungsgrad und Wirkungsspektrum mit einigen Substanzen
verglichen, von denen eine Isothiocyanat-Abspaltung bekannt ist. Benzylammonium-benzyldithiocarbamat, ~lium-benzyldithiocarbamat, N-Beneyl-thiocarbamidsiiure-0-p-chlorphenylester,N-Benzyldithiocarbamidsiiure-S-benzylesterund
Dibenzylthiuramdisulfid stimmten sowohl im Gastest ah auch im Plattenverdiinnungstest in ihrer Wirkung mit den 2-Thion-3-benzyl-tetrahydro-l,3,5-thiadiazinen
und dem Benzylisothiocyanat weitgehend iiberein (Tab. 4). Betrachtet man dagegen ganz iihnlich gebaute Verbindungen wie Natrium-dibenzyldithiocarbamat,
N,N-Dibenzylthiocarbamidsiiure-0-phenyleNter
und N,N-Dibenzyldithiocarbamidsmure-S-phenylester, die infolge ihres tertiliren N-Atoms kein Benzylisothiocyanat
abspalten ktinnen, so ergibt sich, daD me sowohl im Gastest als auch im Plattenverdunnungstast keinerlei Wirkung besiteen (Tab. 4).
a#.Bd.
696
Synthetiecilc Senfolbddwr, V I I
1
W
Substam
.
_ _ _-
E.coli
.
-.
St. ewew
8. Q. 611
.
__
2-Thion-3-hy1-6-wberboxymethyl-tetrmhy&oly3,6-thidi~
1 :60000 1 : 60Ooo
2-Thion-3-beazyl-6-(3-hydrO~iith~l-tehehyd~1:60o00 1:6Oo00
1,3,6-thiadiazin
Benzylammoniumbenzyldithiomrbemat
1:60OOO 1:60OOO
Keliumbenz~ldithiooerbemat
1:60o00 1:6O000
[email protected]
1 :60000 1 :60000
N-Reneyldithiooarbemideiiure-€3-benzylester
1 :60000 1: 100o00
Dibenzylthiursmdisulfid
1 : 1oOOO 1:M)OOO
Benzylisothioayenet
1:60o00 1 :100Ooo
Netrium-dibenzyl-dithio1:M)o
1: lo00
oarbemet
N,N-DibemylthioWbamideiure-0-phenyleeter 1:1o00
1:lOOO
N,N-Mhyldithioaarb1:lOoo
1 :1000
amidsiim-S-phenylsgter
-
Bac.
subtilie
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Tr.mentaC. slbiaaxu
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1 :100o00 1 :m
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1 :100000 1 : 600000 1:lrn.
1:6o00
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1:1000
1 :1000
1:lOoo
1: lo00
1 :lo00
1:lOoo
Es ist bekannt, daB Isothiocyanate mit Aminen und SH-gruppenhaltigen Verbindungenreagieren.Bei Zusatz derartiger Substanzen zurTestlosungisothiocyanatabspaltender Verbindungen mii0te also deren antimikrobielle Wirkung aufgehoben
werden. Deshalb wurde der Einflul3 von Benzylaminund Cystein auf die antimikrobielle Wirksamkeit von Benzylisothiocyanat, 2-Thion-3-benzyl-5-carboxymethyltetrahydro-lY3,6-thiadiazin
und anderen isothiocyanat-abspaltenden Verbindungen
im Gastest untersucht. Wie erwartet, wurde die Wirkung in allen Fallen weitgehend
aufgehoben.
hnaahrift: Prof. Dr. A. Eieohe, Berlin-Adlerehof. An der Rridower Chauasee.
[Ph 2401
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