Реакции о- и п-м етиленхинонов с азотсодержащими гетероциклами



Дата15.06.2016
өлшемі265 Kb.
#136762
түріАвтореферат
На правах рукописи

Сидорина Наталья Евгеньевна

Реакции о- и п-метиленхинонов с азотсодержащими гетероциклами

специальность 02.00.03 – Органическая химия




АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени

кандидата химических наук

САМАРА – 2006

Работа выполнена на кафедре органической химии

ГОУ ВПО “Самарский государственный университет”


Научные руководители:

доктор химических наук, профессор




Пурыгин Пётр Петрович




кандидат химических наук, доцент

Осянин Виталий Александрович









Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор




Моисеев Игорь Константинович










доктор химических наук, профессор




Уломский Евгений Нарциссович







Ведущая организация:

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского

Защита состоится 19 декабря 2006 г. в 13 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.217.05 при Самарском государственном техническом университете по адресу Самара, Молодогвардейская 244, ауд.200.


Отзывы и замечания на автореферат в 2 экз., заверенные печатью, просим направлять по адресу 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244, СамГТУ, Главный корпус. Ученому секретарю диссертационного совета Д 212.217.05 Саркисовой В.С.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Самарского государственного технического университета

Автореферат разослан 17 ноября 2006.

Учёный секретарь диссертационного совета

к.х.н., доцент Саркисова В.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



Актуальность работы. Метиленхиноны реакционноспособные интермедиаты, участвующие в большом числе химических и биологических процессов, таких как синтез фенолформальдегидных полимеров, биосинтез лигнина и лигнополисахаридов в растениях, меланопротеинов у млекопитающих и склеротина у насекомых, ингибирование ферментов, биодеградация фенолов. Считается, что метиленхиноны играют важную роль в метаболизме ряда лекарственных препаратов и некоторых витаминов.

В организме метиленхиноны в основном образуются ферментативно из полифенольных соединений, поступающих с растительной пищей. Вследствие высокой реакционной способности, они реагируют с различными нуклеофилами, в том числе с азотсодержащими соединениями, которые в своей структуре содержат фрагменты 1Н-азолов (имидазола, бензимидазола), индолов, пуриновых и пиримидиновых оснований. Кроме того, многие лекарственные препараты являются производными вышеперечисленных соединений и могут вступать во взаимодействие с метиленхинонами.

Метиленхиноны являются ценными исходными соединениями в синтезе конденсированных гетероциклических систем, однако, возможность подобного их использования изучена недостаточно.

Выраженная биологическая активность и потенциальные возможности использования метиленхинонов в построении конденсированных систем определяют актуальность исследования.



Цель и задачи исследования. Целью работы было систематическое изучение реакций гидроксибензиловых спиртов как предшественников метиленхинонов с широким рядом азотсодержащих гетероциклов.

В соответствии с поставленной целью решались следующие основные задачи:

– исследование конденсации о- и п-гидроксибензиловых спиртов с различными 1Н-азолами и определение влияния заместителей в молекулах гетероциклов и гидроксибензиловых спиртов на протекание реакции;

– изучение превращений индолов под действием гидроксибензиловых спиртов;

– разработать метод синтеза новых три(тетра)циклических систем с мостиковым атомом азота.

Научная новизна. Систематически исследовано взаимодействие различных о- и п-гидроксибензиловых спиртов с рядом 1Н-азолов, различающихся по основности. Установлено, что выходы 1Н-азолилалкилфенолов выше в случае спиртов, содержащих электроноакцепторные заместители; 1Н-азолы, имеющие низкое значение pKa основания и небольшой заряд на пиридиниевом атоме азоте, не вступают в реакцию конденсации; алкилирование 1,2,4-триазола и бензотриазола протекает по атому N(1).

При взаимодействии индолов с гидроксибензиловыми спиртами определено, что основными продуктами являются ациклические 1Н-индолилметилфенолы. Установлены закономерности фрагментации в условиях диссоциативной ионизации.

Разработан общий подход к синтезу новых бензаннелированных гетероциклических систем на основе имидазола и урацила: 5Н-имидазо[2,1-b][1,3]бензоксазина, 9Н-имидазо[5,1-b][1,3]бензоксазина и 1,5-дигидро-2Н-хромено[2,3-d]пиримидин-2,4(3Н)дионов.

Предложен новый способ синтеза труднодоступной гетероциклической системы 12Н-бензимидазо[2,1-b][1,3]бензоксазина на основе 2-хлорбензимидазола или 2-метилмеркаптобензимидазола и салициловых спиртов. Достоинствами этого подхода являются простота проведения реакций и высокие выходы продуктов.


Практическая значимость работы:


– конденсацией различных азолов с о- или п-гидроксибензиловыми спиртами разработан удобный в препаративном отношении метод синтеза неизвестных ранее производных 1Н-азол-1-илалкилфенолов;

– гидроксиметилированием адамантилфенолов синтезированы новые 1-адамантилзамещённые гидроксибензиловые спирты, являющиеся предшественниками соответствующих о-метиленхинонов.

– найдены соединения (производные 5Н-имидазо[2,1-b][1,3]бензоксазина и 1,5-дигидро-2Н-хромено[2,3-d]пиримидин-2,4(3Н)диона), подавляющие репродукцию вируса натуральной оспы.

На защиту выносятся следующие положения:

– методы синтеза 1Н-азол-1-илалкилфенолов на основе одностадийной конденсации азолов с о- и п-гидроксибензиловыми спиртами в расплаве или растворе;

– закономерности химического поведения индолов в реакциях с гидроксибензиловыми спиртами;

– синтез имидазолсодержащих конденсированных систем на основе галогенимидазолов и бензимидазолов, а также 2-метилмеркаптобензимидазола и салициловых спиртов;



Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на конференциях: III Всероссийская конференция «Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий» (Томск, 2004 г.), VIII Молодежная научная школа-конференция по органической химии (Казань, 2005 г.), Международная конференция по органической химии «Органическая химия от Бутлерова и Бейльштейна до современности» (Санкт-Петербург, 2006 г.), Международная научная конференция «Химия, химическая технология и биотехнология на рубеже тысячелетий» (Томск, 2006 г.), XIX Международная научно-техническая конференция «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии» (Уфа, 2006 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 4 научных статьях и 7 тезисах докладов.

Объём и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на ___ страницах машинописного текста, включает введение, три главы: I. Обзор литературы (посвящён реакциям о- и п-метиленхинонов с различными нуклеофильными агентами); II. Обсуждение экспериментальных результатов; III. Экспериментальная часть; выводы; список литературы ( 253 наименования ), приложение. Работа содержит 22 таблицы и 6 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Исследования в работе проводились в двух направлениях: конденсация 1Н-азолов и индолов под действием гидроксибензиловых спиртов (предшественников метиленхинонов) с образованием ациклических продуктов и построение конденсированных систем на основе о-метиленхинонов и азотсодержащих гетероциклов.

В качестве исходных соединений были использованы алкил-, арил-, галогензамещённые имидазолы и бензимидазолы, алкилзамещённые индолы, 6-хлорурацил, 1,2,4-триазол, 1,2,3-бензотриазол, 3,5-диметилпиразол, а также гидроксибензиловые спирты.

Известно, что адамантильный заместитель является фармакофорной группировкой, и многие производные адамантана применяются в качестве лекарственных препаратов.

Ранее неизвестные адамантилзамещённые гидроксибензиловые спирты синтезированы гидроксиметилированием адамантилфенолов 1a-c при кипячении с избытком параформа в бензоле в присутствии борной кислоты в качестве катализатора:






Гидроксибензиловые спирты являются источниками метиленхинонов, которые могут быть генерированы из них термически, фотохимически, под действием кислот, оснований и окислителей. Для генерирования метиленхинонов кроме спиртов могут быть использованы 4H-бензо[1,3,2]диоксаборинины, галогенметил-, тиометил-, алкоксиметилфенолы, аминометилфенолы и четвертичные аммонийные соли на их основе, однако, в ряде случаев гидроксибензиловые спирты более доступны и обладают большей устойчивостью по сравнению с другими предшественниками.

1. 1Н-Азолы в реакциях с гидроксибензиловыми спиртами
Нами исследовано взаимодействие между o- и n-гидроксибензиловыми спиртами и рядом 1Н-азолов в расплаве при 160-165ºС и при кипячении в среде ДМФА. В качестве азолов выбран ряд соединений, сильно различающихся по основности и нуклеофильности. Несмотря на значительное различие в значениях pKa основания, большинство использованных гетероциклов легко реагирует с гидроксибензиловыми спиртами. Метиленхинон генерируется in situ термически из спиртов, содержащих как донорные, так и акцепторные заместители:




Во время реакции молекулы азолов обеспечивают низкую стационарную концентрацию метиленхинонов, что препятствует их олигомеризации и приводит к высокому выходу продуктов N-бензилирования.

В пользу того, что в качестве интермедиатов образуются метиленхиноны, а не гидроксибензильный карбокатион, свидетельствует тот факт, что многочасовое нагревание имидазола и анисового спирта, как в среде ДМФА, так и без растворителя, не приводит к образованию 1-(4-метоксибензил)-1Н-имидазола. Кроме того, м-гидроксибензиловый спирт не вступает в реакцию конденсации с образованием соответствующих 3-(1Н-азол-1-илметил)фенолов.

На основе имидазолов синтезирован следующий ряд 2- и 4-(имидазол-1-илалкил)фенолов:





3. R1=OH: R4=NO2 (а) (76%); R4=Br (b) (70%); R4=NO2, R6=CH3 (с) (78%);

R3=OH: R2=OCH3 (d) (68%); R5=R6=CH3 (e) (70%); R2=OCH3, R4=Br, R7=R8=Ph (f) (65%)

Везде неуказанные Н.


Соединение 3a получено встречным синтезом из бис(имидазол-1-ил)сульфоксида и 2-гидроксиметил-4-нитрофенола в среде кипящего ТГФ. Процесс также протекает через образование о-метиленхинона, который в данном случае генерируется при значительно более низкой температуре.

Вследствие таутомерии при алкилировании 4(5)-замещенных имидазолов возможно образование двух продуктов, соотношение которых определяется условиями реакции, электронными и стерическими эффектами заместителя, природой алкилирующего агента, растворителя. Cтерический фактор всегда благоприятствует образованию 1,4-изомера. Что касается электронного эффекта заместителя в имидазольном кольце, то в нейтральной среде в случае механизма SE2′ электронодонорные группы в положении 4(5) способствуют образованию продуктов 1,4-алкилирования, а акцепторные – 1,5.

При алкилировании 4(5)-нитроимидазола, 4(5)-фенилимидазола и 4(5)-(1-ада-мантил)имидазола гидроксибензиловыми спиртами были выделены 1,4-изомеры:



3: R1=OH, X=NO2 (g) (65%), R1=OH, R3=NO2, X=Ph (h) (78%), R3=OH, X=Ad (i) (61%)

Везде неуказанные Н.


Данные факты объясняются следующим образом: в случае 4(5)-фенилимидазола в равновесной смеси преобладает 4-фенилимидазол, так как фенильная группа является акцепторной, и, в итоге, более удаленный атом азота оказывается более основным. С другой стороны, акцепторные свойства фенильной группы и ее значительный стерический эффект делают минорный 5-фенилимидазол более реакционноспособным, и в итоге основным продуктом оказывается 1,4-дизамещенный имидазол.

В 4(5)-нитроимидазоле равновесие сдвинуто в сторону 4-таутомера в значительно большей степени, чем в случае 4(5)-фенилимидазола, но при использовании стерически объемного гидроксибензилового спирта в качестве алкилирующего агента наблюдается образование 1,4-изомера из более реакционноспособного 5-нитроимидазола. В случае 4(5)-(1-адамантил)имидазола стерический фактор превалирует и образуется исключительно 1,4-изомер.

При взаимодействии 4(5)-метилимидазола с ванилиновым спиртом образуются фенолы 3j и 3k примерно в равном соотношении, что объясняется одинаковым влиянием стерического и электронного эффектов, которые действуют в противоположных направлениях:

Термическая нестабильность 2-гидрокси-5-метоксибензилового спирта не позволяет использовать его в качестве предшественника соответствующего метиленхинона. Вместе с тем, генерирование метиленхинонов, содержащих электронодонорные группы, возможно при более низкой температуре из четвертичных аммониевых солей:





3: R1=H, R2=OCH3 (l), (74%); R1=OCH3, R2=CHO (m), (76%)
Соединения, содержащие фрагмент бензилбензимидазолов, представляют интерес благодаря разнообразной биологической активности и применению в качестве лекарственных препаратов. В связи с этим нами проведён синтез ряда 1Н-бензимидазол-1-илалкилфенолов, содержащих различные электронодонорные и электроноакцепторные заместители; выход составил 69-89%.



4. R1=OH: Х=CF3 (a); R4=Br, Х=CF3 (b); R4=NO2, Х=CH3 (c)

R4=NO2, Х=н-C3H7 (d); R4=NO2, Х=C2H5 (e); Y=Z=CH3 (f);

R4=Br, Y=R9=CH3 (g); R4=NO2, Y+Z= OCH2CH2O (h)

R3=OH: R2=CHO (i); R5=CH3; Х=CH3 (j); R2=OCH3, Х=CH3 (k). Везде неуказанные Н.
При проведении реакции между стерически затрудненным 2-(1-адамантил)бензимидазолом, а также 2,4,5-трифенилимидазолом и салициловым спиртом из реакционной массы были выделены только исходные азолы.

Несмотря на возможность образования 5,12-дигидробензимидазо[2,1-b]хиназолина (из 2-аминобензимидазола) и 6Н,13Н-бензимидазо[2,1-c][1,4]бензоксазепина (из 2-гидроксиметилбензимидазола) в исследованных условиях данные продукты не были получены; реакции останавливаются на стадии образования соответствующих фенолов:





4. Х=CH2OH (l) (68%); R=Br, Х=CH2OH (m) (73%); Х=NH2 (n) (66%); R=Br, Х=NH2 (o) (70%)
Реакции 2-аминобензимидазола и салициловых спиртов протекают по эндоциклическому атому азота, а не экзоциклической аминогруппе, что подтверждается данными спектра ЯМР 1Н: протоны бензольного кольца гетероциклического остатка проявляются в виде несимметричного мультиплета в области 7.54-7.96 м. д. В ИК спектрах присутствуют полосы поглощения групп NH и ОН, ассоциированных водородными связями в области 3200-2200 см-1.

Конденсация 3,5-диметилпиразола с салициловым спиртом и в расплаве, и при кипячении в ДМФА даёт сложную смесь продуктов, разделить которую не удалось, но при нагревании с иодидом (2-гидрокси-5-метоксибензил)триметиламмония (более реакционноспособным предшественником о-метиленхинона) в среде водного ацетонитрила был получен 2-(3,5-диметил-1Н-пиразол-1-илметил)-4-метоксифенол () с выходом 45%:



Взаимодействие 1,2,4-триазола с гидроксибензиловыми спиртами может приводить к образованию продуктов N(1)- и N(4)-алкилирования. В первом случае в спектре ЯМР 1Н протоны при атомах углерода триазольного фрагмента вследствие отсутствия симметрии должны проявляться в виде двух синглетов, тогда как во втором случае – в виде одного синглета. Данные спектров ЯМР 1Н выделенных продуктов свидетельствуют об образовании продуктов алкилирования молекулы 1,2,4-триазола по первому атому азота: сигналы HTr-3 проявляются в виде синглетов в области 7.80-8.26 м. д., а HTr-5 при 8.37-8.62 м. д.:





6: R1=OH: R4=Br (a) 74%; R4=NO2 (b) 78%; R4=NO2, R5=CH3 (c) 74%;

R3=OH: R5=CH3 (d) 69%; R2=OCH3 (e) 64%; R2=CHO (f) 72%. Везде неуказанные Н.
В реакции 3,5-дибром-1,2,4-триазола с о-метиленхинонами потенциально возможно образование гетероциклических систем 9Н-[1,2,4]триазоло[5,1-b][1,3]бензоксазина или 5Н-[1,2,4]триазоло[3,4-d][1,3]бензоксазина, однако реакция (2-гидрокси-5-метоксибензил)триметиламмония и 3,5-дибром-1,2,4-триазола приводит к образованию ациклического продукта вследствие недостаточной подвижности атома галогена в исходном азоле:

В последнее время 1Н-1,2,3-бензотриазол-1-илалкилфенолы находят все более широкое применение в синтетической органической химии, в частности, в синтезе о-алкил- и о-аминометилфенолов, 1,1-бис(2-гидроксиарил)алканов, каликсаренов, хроманов и др. В связи с этим осуществлён синтез ряда замещённых бензотриазолилалкилфенолов из гидроксибензиловых спиртов и бензотриазола. В случае незамещенного бензотриазола ароматические протоны проявляются в виде двух симметричных относительно центра мультиплетов. Замещение по положению 2 не нарушает симметрии и не изменяет спектр в области ароматических протонов. В случае соединений 7a-j наличие сложных мультиплетов в области 6.90-7.47 м. д. свидетельствует о протекании N(1)-алкилирования:





7: R1=OH: R4=NO2 (a) 81%; R4=NO2, R5=CH3 (b) 78%; R4=Br (c) 70%; R2=NO2, R5=CH3 (d) 80%;

R3=OH: R5=CH3 (e) 74%; R2=OCH3 (f) 64%; R2=OCH3, R4=Br (g) 69%; R2=OCH3, R5=CH3 (h) 69%;

R2=NO2 (i); R2=CHO (j) 79%. Везде неуказанные Н.


2-(1Н-1,2,3-Бензотриазол-1-илметил)-4-метоксифенол (7k) получен взаимодействием 1,2,3-бензотриазола с иодидом (2-гидрокси-5-метокси-бензил)триметиламмония при нагревании в среде ДМФА:

Изученные соединения характеризуются достаточно интенсивными пиками молекулярных ионов. Основными направлениями масс-спектрометрического распада бензотриазолилалкилфенолов являются бензильный разрыв с образованием резонансно стабилизированных ионов и фенольный распад, заключающийся в элиминировании из молекулярного иона частиц НСО· и СО. Следует отметить, что во всех случаях бензильный распад доминирует над фенольным. Характерной особенностью масс-спектрометрического поведения 1Н-1,2,3-бензотриазол-1-илалкилфенолов является то, что осколочные ионы, образовавшиеся в результате «фенольного» распада, далее элиминируют молекулу N2 и превращаются в молекулярный ион карбазола (m/z 167). Общая схема фрагментации бензотриазолилалкилфенолов приведена на примере соединений 7а,с:


R = Br, NO2


При действии на этанольный раствор ряда 1,2,3-бензотриазол-1-илметилфенолов раствором диазометана в диэтиловом эфире с высоким выходом протекает О-метилирование фенольной гидроксильной группы.

Метод получения 1Н-азолилметилфенолов конденсацией в расплаве имеет ряд преимуществ: продукты образуются с высоким выходом, не требуют очистки колоночной хроматографией, в ходе реакции не используется растворитель, метод легко масштабируется. В случае высокоплавких гетероциклов реакцию можно проводить в среде кипящего ДМФА, а увеличение полярности растворителя (использование формамида) в ряде случаев позволяет проводить процесс уже при 70 ºС.

Однако ряд азолов, имеющих малое значение pKa основания и небольшой отрицательный заряд на пиридиниевом атоме азота (4,5-дицианоимидазол, диметиловый эфир имидазол-4,5-дикарбоновой кислоты, 2-бензоилимидазол), не вступает в реакцию с гидроксибензиловыми спиртами.

2. Взаимодействие индолов с гидроксибензиловыми спиртами
Соединения с фрагментом индола имеют важное значение для живых организмов. В связи с этим исследованы пути превращения индолов под действием гидроксибензиловых спиртов. Исходные 2-адамантилиндолы получены по методу Бишлера из бромметил-1-адамантилкетона и анилинов. Синтез 1Н-индолилметилфенолов проводили двумя способами: эквимолярную смесь реагентов нагревали без растворителя при 160-170С в течение 20 мин, либо кипятили в течение 6 ч в среде ДМФА. После очистки колоночной хроматографией выход продуктов составил 20–70%.


8. R4=OH: (a) 35%; R3=F (b) 22%; R2=I, R6=Br (c) 40%; R1=Ad (d) 28%;

R1=Ad, R6=Br (e) 37%; R1=Ad, R6=NO2 (f) 41%; R1=Ad, R2=CH3 (g) 36%;



R5=OH: R1=Ad (h) 32%; R1=Ad, R6=CHO (i) 70%;

R1=Ad, R2=CH3 (j) 31%; R1=Ad, R3=CH3 (k) 42%. Везде неуказанные Н.


В обоих случаях (и при конденсации без растворителя, и при кипячении в ДМФА) из гидроксибензилового спирта генерируется метиленхинон, который атакуется молекулой индола с образованием продуктов С-алкилирования по третьему положению. Возможное образование циклической системы 5а,6,10b,11-тетрагидрохромено[2,3-b]индола в условиях термического генерирования метиленхинонов отмечено не было.

Данные спектров ИК и ЯМР 1Н соединений 8a-j подтверждают наличие в молекулах групп OH и NH. Величина химического сдвига для протонов метиленового звена в соединениях 8a-j находится в области 4.00-4.29 м. д. Если бы протекало алкилирование по атому N, то сигнал протонов данной группировки находился области 5.3-5.6 м. д.

Для скатола, реакция также первоначально идет по третьему положению с образованием 3,3-диалкил-3Н-индолиевого иона, а затем происходит миграция заместителя во второе положение (перегруппировка Планше). При взаимодействии скатола и 2-гидрокси-5-нитробензилового спирта наряду с продуктом С(2)-алкилирования (9b) был выделен и продукт алкилирования по атому азота ():



9: R=H (a) (30%), R=NO2 (b) (34%)
Реакция между 3,3'-бисиндолом и 5-бромсалициловым спиртом (при эквимолярном соотношении реагентов) даёт продукт моноалкилирования по второму положению – 4-бром-2-[(3-1Н-индол-3-ил)-1Н-индол-3-илметил]фенол (9d):


Типичная схема фрагментации 1H-индол-3-илметилфенолов при ионизации электронным ударом может быть представлена на примере 4-бром-2-[(2-(1-адамантил)-1-Н-индол-3-ил)метил]фенола (8e). Для подобного рода соединений преобладающим направлением распада является бензильный разрыв, однако, соответствующие пики в масс-спектре отсутствуют. Поэтому, скорее всего, сначала происходит перегруппировка молекулярного иона в циклическую структуру и далее основным путем распада является ретрореакция Дильса-Альдера:




3. Синтез 5Н-имидазо[2,1-b][1,3]бензоксазинов и

12Н-бензимидазо[2,1-b][1,3]бензоксазинов
При наличии подходящего заместителя в молекуле азола в α-положении к NH-группе возможно протекание внутримолекулярной гетероциклизации 1H-азол-1-илал-килфенолов. Нами исследована реакция 2-галогеназолов с о-гидроксибензиловыми спиртами. При взаимодействии 2-бром-4,5-дифенилимидазола и салициловых спиртов получена неизвестная ранее гетероциклическая система 5Н-имидазо[2,1-b][1,2]бензоксазина, а в случае 2-хлорбензимидазола синтезирована родоначальная структура ряда 12Н-бензимидазо[2,1-b][1,3]бензоксазина.

Для синтеза 5Н-имидазо[2,1-b][1,3]бензоксазинов и 12Н-бензимидазо[2,1-b][1,3]бензоксазинов использовали конденсацию в расплаве при температуре 170 ºС. Выход соединений 10a-h составляет 74 - 88%.





10: R1=R2=R3=R4=H (а), R1=CH3, R3=t-Bu (b); R2=NO2 (c),

R2=NO2, R4=CH3 (d); R1=NO2, R4=CH3 (e); R2=Br (f);

R2=COCH3 (g); R1=Ad, R2=CH3 (h). Везде неуказанные Н.


10: R1=R2=R3=R4=H (i); R2=NO2 (j); R2=NO2, R3=CH3 (k); R2=Ad (l); R1=Ad, R3=CH3 (m).

Везде неуказанные Н.


Процесс предположительно протекает как ступенчатое циклоприсоединение, идущее через цвиттер-ионный интермедиат (11), образующийся в результате атаки метиленхинона молекулой 2-бром-4,5-дифенилимидазола; последующая внутримолекулярная циклизация и отщепление бромоводорода приводят к образованию 2,3-дифенил-5Н-имидазо[2,1-b][1,3]бензоксазина (10а):


Высокая лабильность связи C–Cl по отношению к нуклеофильным агентам приводит к тому, что в результате сплавления 5,6-динитро-2-хлорбензимидазола с салициловым спиртом образуется сложная смесь продуктов, индивидуальные компоненты из которой выделить не удалось. Тем не менее, при кипячении исходных соединений в среде ДМФА соответствующий 8,9-динитро-12Н-бензимидазо[2,1-b][1,3]бензоксазин (10n) получен с выходом 68%:

Соединения 10a-n устойчивы к кислотному и щелочному гидролизу; гетероциклическая система имидазо[2,1-b][1,3]бензоксазина не раскрывается под действием аммиака, гидразина, HBr, HI. Несмотря на то, что при окислении в имидазо[2,1-b][1,3]бензоксазинах метиленовой группы в карбонильную должна образовываться единая сопряженная система, многочасовое кипячение с избытком SeO2 в диоксане не приводит к соответствующим 5-оксоимидазо[2,1-b][1,3]бензоксазинам.

В нейтральных условиях для 1-замещенных азолов характерно алкилирование по пиридиниевому атому азота, однако в случае имидазо[2,1-b][1,3]бензоксазинов реакция протекает только под действием сильных алкилирующих агентов, в частности, тетрафторбората триэтилоксония:


10: X=Y=Ph, R2=NO2 (o), X=Y=Ph, R2=NO2, R3=CH3 (p),

X=Y=Ph, R1=NO2, R3=CH3 (q), X+Y=(CH)4, R2=NO2, R3=CH3 (r)

Везде неуказанные Н.
В случае амина (10s), полученного восстановлением соответствующего нитросоединения (10с) оловом в соляной кислоте, действие избытка ацилирующего или алкилирующего агента не приводит к кватернизации по пиридиниевому атому азота. Реакция протекает исключительно по аминогруппе:


Рентгеноструктурное исследование монокристалла 7-нитро-2,3-дифенил-5Н-имидазо[2,1-b][1,3]бензоксазина показало, что имидазо[2,1-b][1,3]бензоксазиновый цикл имеет практически плоское строение, несмотря на то, что в цикл включен атом углерода в sp3-гибридном состоянии; максимальное отклонение значения торсионного угла от значения для идеально плоской структуры составляет 3.87º. Фенильная группа C(11)...C(16) практически компланарна с имидазо[2,1-b][1,3]бензоксазиновым циклом, торсионный угол C(3)-C(2)-C(11)-C(16) 178.71º. Плоскость фенильной группы С(17)...С(22) составляет с плоскостью имидазо[2,1-b][1,3]бензоксазинового цикла двугранный угол 112.28º, что свидетельствует об отсутствии сопряжения. Молекулы в кристалле образуют стопки вдоль кристаллографического направления (0 0 1), а внутри каждой стопки молекулы ориентированы между собой “голова к хвосту”.

Для 5Н-имидазо[2,1-b][1,3]бензоксазинов и 12Н-бензимидазо[2,1-b][1,3]бензокс-азинов 10a-q характерно наличие в спектрах ЯМР 1Н сигналов протонов метиленовых и метиновых звеньев в области 4.90–6.01 м. д., сигналы ароматических протонов проявляются при 6.97-8.49 м. д. В ИК спектрах отсутствуют полосы поглощения, отвечающие наличию групп ОН и NH, что подтверждает циклическую структуру соединений.

Бензоксазины характеризуются интенсивными пиками молекулярных ионов. В случае незамещённого 12Н-бензимидазо[2,1-b][1,3]бензоксазина (10i) наиболее интенсивный пик отвечает потере атома водорода из молекулярного иона, что объясняется образованием единой цепи сопряжения:




  1. Взаимодействие 2-метилмеркаптобензимидазола

с гидроксибензиловыми спиртами
Известно, что метилмеркаптогруппа во 2-ом положении бензимидазола, так же как и атомы галогенов, может замещаться под действием различных нуклеофилов. Нами проведена реакция между 2-метилмеркаптобензимидазолом и рядом гидроксибензиловых спиртов. В случае салициловых спиртов протекает циклизация в 12H-бензимидазо[2,1-b][1,3]бензоксазины; n-гидроксибензиловые спирты реагируют с образованием ациклических продуктов:



12: R4=H (a) 64%, R4=Br (b) 56%, R4=NO2 (c), R4=COCH3 (d) 74%,

R3=OH (e) 67%, R2=CHO, R3=OH (f) 69%. Везде неуказанные Н.

При взаимодействии 2-метилмеркаптобензимидазола и 5-бромсалицилового спирта из реакционной массы кроме соединения 12b были выделены 4-бром-2-[(2-метилтио-1Н-бензимидазол-1-ил)метил]фенол (12g) и 1,3-бис(5-бром-2-гидроксибензил)-1,3-дигидро-2H-бензимидазол-2-он (12h):

Бензимидазолон (12h) образуется при атаке метиленхинона по пиридиниевому атому азота в молекуле бензимидазолилметилфенола (12g), что приводит к иммониевому иону (13). Последующее присоединение гидроксид-иона дает аддукт 14, который стабилизируется за счет отщепления молекулы метилмеркаптана:



В реакции меркаптобензимидазола с 2-гидроксиметил-4-нитрофенолом в среде ДМФА был выделен только продукт N-алкилирования ─ 1-(2-гидрокси-5-нитробензил)-1,3-дигидро-2Н-бензимидазол-2-тион (15а):



Наличие двух реакционных центров в молекуле меркаптобензимидазола позволяет предположить протекание реакции, как по атому азота, так и серы. В ИК спектре соединения 15а проявляется интенсивная полоса поглощения в области 1200 см-1, отвечающая группе C=S. Кроме того, величина химического сдвига для протонов метиленового звена (5.47 м. д.) имеет типичное значение для фрагмента >N-CH2-Ar. Высокая степень разделения заряда в о-метиленхиноне, обусловленная вкладом биполярной структуры (16) делает его достаточно жёсткой кислотой, и согласно принципу Пирсона он координируется по месту с наибольшей электронной плотностью – атому азота.





5. Синтез 9Н-имидазо[5,1-b][1,3]бензоксазинов
Разнообразная биологическая активность многих производных имидазолов и бензоксазинов побуждает к синтезу конденсированных гетероциклов, включающих одновременно оба подобных фрагмента.

При взаимодействии 4-иод-2-метил-5-нитроимидазола с салициловыми спиртами осуществлён синтез новой гетероциклической системы ─ 9Н-имидазо[5,1-b][1,3]бенз-оксазина:







СH3 (c): 2.36 м. д. (a) и 2.40 м. д. (b)

CH2 (c): 5.26 м. д. (a) и 5.44 м .д. (b)

H-8 (c): 7.33 м. д. (a) и 7.38 м. д. (b)

H-5 (д): 7.60 м. д. (a) и 7.87 м. д. (b)

H-6 (д): 7.67 м. д. (a) и 8.01 м. д. (b)



17: R=Br (a) 66%, R=NO2 (b) 51%

В ИК спектрах соединений 17a,b отсутствуют полосы поглощения, отвечающие наличию групп OH и NH. Соединения характеризуются интенсивными пиками молекулярных ионов; основным направлением распада является превращение в катион 1,3-бензоксазиния, дальнейший распад которого реализуется по двум направлениям - потеря нитрильной группы или заместителя в бензольном кольце:



2,5-Дибром-4-нитроимидазол реагирует с 4-бром-2-гидроксиметилфенолом с образованием смеси 3,7-дибром-2-нитро-5Н-имидазо[2,1-b][1,3]бензоксазина (18a) и 1,7-дибром-3-нитро-9Н-имидазо[5,1-b][1,3]бензоксазина (18b):



В ИК спектре соединений 18a,b отсутствуют полосы, отвечающие поглощению групп NH и OH, что подтверждает образование циклической структуры. В спектре ЯМР 1Н имеются сигналы протонов метиленового звена (5.20 и 5.24 м. д.), а также сигналы ароматических протонов (7.34-7.74 м. д.); в спектре ЯМР 13С имеется набор близкорасположенных сигналов, отвечающих продуктам 18a,b. Вид кластера молекулярного иона свидетельствует о наличии двух атомов брома в молекуле.



6. Синтез 1,5-дигидро-2Н-хромено[2,3-d]пиримидин-2,4(3Н)дионов
5-Деаза-10-оксафлавины встречаются в природе в качестве структурного фрагмента в ряде коэнзимов и проявляют широкий спектр биологического действия. Для синтеза 1,5-дигидро-5-деаза-10-оксафлавинов (1,5-дигидро-2Н-[2,3-d]пиримидин-2,4(3Н)дионов) эквимолярную смесь о-гидроксибензиловых спиртов и 6-хлорурацила нагревали в среде ДМФА и после очистки перекристаллизацией из этанола или ДМФА получали хроматографически однородные продукты с выходами 45-82%.



19: R1=R2=H (a), R1=Br (b), R1=NO2 (c), R1=NO2, R2=CH3 (d), R1=COCH3 (e)

Первоначально о-метиленхинон алкилирует хлорурацил по атому С-5, а затем происходит внутримолекулярная циклизация и одновременное отщепление молекулы хлороводорода, и образуется 1,5-дигидро-2Н-[2,3-d]пиримидин-2,4(3Н)дион. Следует отметить, что п-гидроксибензиловый спирт не вступает в реакцию с 6-хлорурацилом; незамещённый урацил также не реагирует с салициловым спиртом.

В ИК спектрах соединений 19a-e присутствуют интенсивные полосы поглощения, отвечающие колебаниям ассоциированных водородными связями NH-групп (3400-2700 см-1) и карбонильных групп (1728-1710 и 1655 см-1). В спектрах ЯМР 1Н протоны метиленового звена проявляются в области 3.52-3.63 м. д., а протоны при атомах азота - в виде двух уширенных синглетов в области 11 и 12 м. д.

Типичный путь распада подобных соединений при ионизации электронным ударом представлен на примере 7-бром-1,5-дигидро-2Н-хромено[2,3-d]пиримидин-2,4(3Н)-диона (19b):



Главное направление фрагментации – отщепление атома водорода метиленового звена, приводящее к образованию единой сопряжённой системы, и последующий ретродиеновый распад кольца с отщеплением изоциановой кислоты. Большинство интенсивных пиков осколочных ионов отвечают последующему распаду осколков, образующихся путем ретродиенового распада. Соединения характеризуются интенсивными пиками молекулярных ионов и, в целом, низкой селективностью фрагментации.

Под действием брома в уксусной кислоте 1,5-дигидро-2Н-хромено[2,3-d] пиримидин-2,4(3Н)-дионы легко подвергаются ароматизации в 2Н-хромено[2,3-d]пиримидин-2,4(3Н)-дионы:



20: R=Br (a), R=NO2 (b)

Изучение активности синтезированных соединений по отношению

к вирусу натуральной оспы


Образцы полученных в данной работе соединений были исследованы на противовирусную активность в ГНЦ ВБ “Вектор” (г. Кольцово, Новосибирская обл.). Вирусингибирующее действие оценивалось на культурах клеток Vero по отношению к вирусу осповакцины (Variola Vaccinia), штамм ЛИВП, применяемый для вакцинации населения. Испытания показали, что 2-(1-адамантил)-12Н-бензимидазо[2,1-b][1,3]бензоксазин (10l), 5-метил-9-нитро-2,3-дифенил-5Н-имидазо[2,1-b][1,3]бензоксазин (10e) и 7-бром-1,5-дигидро-2Н-хромено[2,3-d]пиримидин-2,4(3Н)-дион (19b) проявляют умеренную активность против вируса натуральной оспы в сочетании с низкой токсичностью.

Соединение

TC50

μг/мл


IC50

μг/мл

Соединение


TC50

μг/мл


IC50

μг/мл




12.9

24.2



>100

92



7.1

2.29



70

4.20



>100

100



-

90



ВЫВОДЫ



1. На основе конденсации различных 1Н-азолов и о- и п-гидроксибензиловых спиртов синтезирован широкий ряд 1Н-азол-1-илалкилфенолов установлены некоторые закономерности и определены границы применимости.

2. Определены направления превращения индолов в реакциях с гидроксибензиловыми спиртами. В условиях термического генерирования метиленхинонов образуются термодинамически более устойчивые ациклические 1Н-индолилметилфенолы.
3. Разработан препаративный метод синтеза производных новых гетероароматических систем с мостиковым атомом азота - 5Н-имидазо[2,1-b][1,3]бензоксазина и 9Н-имидазо[5,1-b][1,3]бензоксазина, основанный на одностадийной конденсации галогенимидазолов и салициловых спиртов.
4. Предложен новый способ получения труднодоступной гетероциклической системы 12Н-бензимидазо[2,1-b][1,3]бензоксазина из 2-хлор- или 2-метилмеркаптобензимидазола и салициловых спиртов, отличающийся высокими выходами продуктов и доступностью исходных реагентов.
5. Взаимодействием 6-хлорурацила и салициловых спиртов осуществлён синтез новых производных 1,5-дигидро-2Н-хромено[2,3-d]пиримидин-2,4(3Н)-дионов, которые под действием брома в уксусной кислоте подвергаются ароматизации в 2Н-хромено[2,3-d]пиримидин-2,4(3Н)-дионы.
6. Изучение биологической активности синтезированных веществ выявило соединения в рядах 5Н-имидазо[2,1-b][1,3]бензоксазинов, 12Н-бензимидазо[2,1-b][1,3]бензоксазинов и 1,5-дигидро-2Н-хромено[2,3-d]пиримидин-2,4(3Н)дионов, обладающие умеренной активностью против вируса натуральной оспы.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Н.Е. Сидорина, В.А. Осянин. Новый подход к синтезу имидазо[2,1-b][1,3]бензоксазинов. // Химия гетероцикл. соединений. 2005. № 9. С. 1406-1407.

2. В.А. Осянин, Н.Е. Сидорина. Синтез имидазо[2,1-b][1,3]бензоксазинов на основе 2-галогенимидазол и салициловых спиртов // Изв. ВУЗов. Химия и хим. технология. 2005. Т. 48. № 10. С. 83-85.

3. Н.Е. Сидорина, В.А. Осянин. Синтез некоторых адамантилзамещённых 2-гидроксибензиловых спиртов и 12Н-имидазо[2,1-b][1,3]бензоксазинов на их основе. // Изв. ВУЗов. Химия и хим. технология. 2006. Т. 49. № 6. С. 91-93.

4. В.А. Осянин, Н.Е. Сидорина. Синтез новой гетероциклической системы имидазо[5,1-b][1,3]бензоксазина. // Химия гетероцикл. соединений. 2006. Рег. Номер 33П-06. Принята к печати.

5. Н.Е. Сидорина, В.А. Осянин. Конденсация 1,2,4-триазолов с о- и п-гидроксибензиловыми спиртами. // Материалы Межд. конф. по органической химии “Органическая химия от Бутлерова и Бейльштейна до современности”. Тезисы доклада. Санкт-Петербург. 2006. С. 345.

6. В.А. Осянин, Н.Е. Сидорина, М.А. Пименова. Исследование взаимодействия индолов с салициловыми спиртами. // Материалы Межд. конф. по органической химии “Органическая химия от Бутлерова и Бейльштейна до современности”. Тезисы доклада. Санкт-Петербург. 2006. С. 321.

7. В.А. Осянин, Н.Е. Сидорина, Е.Л. Голуб. Препаративный способ получения 1,5-дигидро-5-деаза-10-оксафлавинов. // Материалы IV Межд. конф. “Химия, химическая технология и биотехнология на рубеже тысячелетий”. Тезисы доклада. Томск. 2006. С.277-278.

8. В.А. Осянин, Н.Е. Сидорина, Д.В. Дошкин. 2-Метилтиобензимидазол в синтезе 12Н-бензимидазо[2,1-b][1,3]бензоксазинов. // Материалы XIX Межд. конф. “Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии”. Тезисы доклада. Уфа. 2006. 36-38.

9. В.А. Осянин, Н.Е. Сидорина. Взаимодействие некоторых замещённых гидроксибензиловых спиртов с имидазолом // Естествознание и гуманизм. Сборник научных работ. Т. 1. № 1. Томск. 2004. С. 49.

10. Н.Е. Сидорина, В.А. Осянин, П.П. Пурыгин. Гидроксиметилирование адамантилфенолов. // Материалы III Всерос. конф. “Химия и химическая технология на рубеже тысячелетий”. Тезисы доклада. Томск. 2004. С. 87-88.

11. Н.Е. Сидорина, В.А. Осянин. Взаимодействие 2-галогенимидазолов с некоторыми нитросалициловыми спиртами. // Материалы VIII Молодежной научной школы-конференции по органической химии. Тезисы доклада. Казань. 2005. С. 307.

Размножено в соответствии с решением диссертационного совета



Д 212.217.05

от 31.10.2006 № 12 в количестве 108 экз.

Достарыңызбен бөлісу:




©dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет