Изотиоцианаты

Изотиоцианаты — органические соединения, содержащие функциональную группу группу —N=C=S, сернистые аналоги изоцианатов R—N=C=O.

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 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

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:

хлоркарбонатов (например, этилхлоркарбоната) 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 (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

Изотиоцианаты встречаются в различных растениях, образуясь в них при гидролизе S-гликозидов — гликозинолатов, 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, противораковую и радиосенсибилизирующую.