Функционализация каликс[4]резорцинов биологически активными вторичными циклическими аминами Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

М. Н. Сайфутдинова, Е. Л. Гаврилова, П. А. Гуревич,

Б. П. Струнин, Н. Г. Могильный

ФУНКЦИОНАЛИЗАЦИЯ КАЛИКС [4]РЕЗОРЦИНОВ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ ВТОРИЧНЫМИ ЦИКЛИЧЕСКИМИ АМИНАМИ

Ключевые слова: каликс[4]резорцин, индол, индолин, морфолин, реакция Манниха, биологическая активность.

Впервые получены основания Манниха на основе каликс[4]резорцинов, несущих метильный и п-толильный радикалы по нижнему «ободу» молекулы, и гетероциклов - индола и индолина. Показано, что индол в силу своего электронного строения реагирует по атому углерода в положении 3 гетероцикла. Реакция с индолином приводит к образованию классического основания Манниха.

Keywords: calix[4]resorcin, indole, indolin, morpholine, Mannich reaction, biological activity.

For the first time the Mannich base on a basis calix[4]resorcinols bearing metyl and p-tolil radicals on lower «rim» of a molecula, and heterocycles - indole and indolin are obtained. It is shown that indole owing to the electronic constitution reacts on carbon atom in position 3 heterocycle. Reaction with indolin leads to formation of the classical Mannich base.

Исследование синтеза, структуры и превращений макроциклических полостных систем является одним из базовых направлений развития современной органической химии. Такое положение обусловлено необходимостью расширения набора сложных каркасных архитектур, выявления общих закономерностей их устойчивости, реакционной способности и молекулярного узнавания, а также развития дизайна оригинальных функционализированных производных, представляющих интерес в качестве биорегуляторов, новых типов катализаторов, селективных сорбентов молекул и ионов, сенсоров и других рецепторных систем. Каликс[4]резорцины занимают особое место в ряду полостных систем ввиду легкости их синтеза, заметной растворимости и преимущественной конформационной однородности.

Особый интерес представляют собой азотсодержащие каликс[4]резорцины, в частности, аминосодержащие. Введение аминогруппы в ка-ликс[4]резорциновую матрицу создает дополнительный центр координации, увеличивает растворимость макроциклических систем, что может оказать существенное влияние на биологическую активность. Кроме того, функционализация ка-ликс[4]резорцинов потенциальными биологически активными фрагментами может привести к созданию новых типов экстрагентов биологических молекул и лекарственных препаратов.

Существует два основных подхода к созданию функционализированной каликс[4]резорциновой матрицы: 1) синтез функционализированных ка-ликс[4]резорцинаренов конденсацией резорцина и его производных с замещенными бензальдегидами, включающими функциональные группы; 2) использование готовой каликс[4]резорциновой матрицы, как синтетической платформы, для введения функциональных групп. Мы использовали второй подход для введения азотсодержащих функциональных групп в о-положение резорцинольного ядра по реакции Манниха [1 - 4].

В качестве каликс[4]резорциновой матрицы использовали октолы 1 и 2, несущие метильный и п-

толильный радикал по нижнему «ободу» молекулы, соответственно:

1 конус 2 конус

В качестве аминоалкилирующих реагентов изучали следующие биологически активные амины -индол, индолин и морфолин. Индол служит исходным сырьем для синтеза гетероауксина, триптофана, используется в парфюмерной и фармацевтической промышленности; его производные используют в производстве биологически активных соединений (гормонов, галюциногенов) и лекарственных

средств (например, индопана, индометацина).

Биохимический аспект индолина представляет определенный интерес, поскольку в живых организмах р-электроноизбыточная система пиррола участвует в процессах, связанных с передачей нервных импульсов и деятельностью центральной нервной системы; некоторые р-электронодефецитные гетероциклы, в том числе и акридин, обладают своеобразным мутагенным действием, что предопределяет поиск среди них противоопухолевых препаратов

Морфолин широко используется в органическом синтезе. Например, как «билдинг» блок в получении антибиотика линезолида и противоракового агента веДИтЬ.

Ранее было показано [1], что каликс[4]резорцин

1 взаимодействует с морфолином по схеме реакции Манниха.

Прежде, чем приступить к синтезу, осуществили расчет токсичности и потенциальной биологической активности предполагаемых соединений 3а-б, 4а-б и 5 (схема 1).

Прогноз потенциальной биологической активности каликс[4]резорцинов 3а-б, 4а-б и 5

С использованием программного пакета PASS рассчитана потенциальная биологическая активность соединений 3а-б, 4а-б и 5 (расчеты приведены в таблице 1).

Таблица 1 - Расчет прогнозируемой биологической активности соединений 3а-б, 4а-б и 5

Pa for Activity Pi for Activity Possible activities

Соединение 3а

0,806 0,006 Kinase inhibitor

0,562 0,018 Insulinotropin antagonist

0,519 0,053 Antidiarrheal

Соединение 3б

0,779 0,008 Kinase inhibitor

0,568 0,033 Insulin growth factor agonist

0,531 0,045 Antidiarrheal

Соединение 4а

0,600 0,056 Antineurotoxic

0,599 0,056 Nerve growth factor agonist

0,480 0,100 Anti seborrheic

Соединение 4б

0,613 0,007 Octopamine antagonist

0,513 0,092 Phosphatase inhibitor

0,492 0,074 Antidyskinetic

Соединение 5

0,818 0,015 CC chemokine 2 receptor antagonist

0,808 0,012 Cardiovascular analeptic

0,720 0,080 Phosphatase inhibitor

Современная версия компьютерной системы предсказания спектра биологической активности PASS C&T (Prediction of Activity Spectra for Substances: Complex & Training) реализована в 1998 году. Она включает в себя обучающую выборку, содержащую более 30000 биологически активных веществ с известной биологической активностью, и охватывает более 400 фармакологических эффектов, механизмов действия, а также мутагенность, канце-рогенность, тератогенность и эмбриотоксичность. Показано, что средняя точность прогноза с помощью PASS C&T при скользящем контроле с поочередным исключением по одному соединению из обучающей выборки составляет около 84% [5]. Биологическая активность описывается в PASS C&T качественным образом ("да"/"нет"). Выдаваемые результаты прогноза, помимо названий активности, включают в себя оценки вероятностей наличия (Pa) и отсутствия каждой активности (Pi), имеющие значения от 0 до 1. Поскольку эти вероятности рассчитываются независимо, их сумма не равна единице.

Расчеты показали, что каликс[4]резорцины 3а-б, 4а-б и 5 не токсичны и проявляют биологическую активность в следующих областях: антисеборрей-ная, ингибирование киназы и фосфатазы, стимули-

рование трансферазы, в качестве антагониста инсу-линотропина и октапамина, антидискинетика, анти-диаретика, сердечно-сосудистого аналептика и т.д.

Синтез аминометилированных каликс[4]резорцинов 3а-б, 4а-б и 5 Схема взаимодействия каликс[4]резорцинов 1 и

2 с индолом, индолином и морфолином в условиях реакции Манниха приведена ниже.

1 (R=CH3)

2 (R=4-CH3C6H4)

3 б R=4-CH3C6H4

2 (R=4-CH3C6H4)

4 б R=4-CH3C6H4

+ 4

Несмотря на наличие в литературе обширного экспериментального материала по реакции Манни-ха, среди исследователей не существует единого мнения относительно механизма этих реакций.

Механизм реакции Манниха можно представить следующей схемой [2, 6]:

А

RH + CH2O + HN

\

Как видно, реакция Манниха может протекать, по крайней мере, по двум направлениям и обычно приводит к комплексу равновесных процессов, зависящих от природы реагентов и условий реакции, которые определяют ее путь. Однако путь А считается более предпочтительным.

Индол относится к р-избыточным гетероциклам. Это означает, что атом азота в составе гетероцикла увеличивает электронную плотность на атомах углерода как в пиррольной, так и, до некоторой степени, в бензольной части молекулы. Это приводит к тому, что в положение 3 возникает избыточная электронная плотность. Поэтому атака формальде-

4

4

+

4

R

конус

Б

гида может быть направлена именно туда, а не на атом азота, и продукты реакции должны соответствовать структуре 3а-б. Действительно в ЯМР :Н спектрах соединений 3а-б мы наблюдаем уширенный синглет в области 3.40 м. д., который соответствует метиленовым протонам группы Аг-СЩ-Аг, в области 10.00 м.д. наблюдается сигнал, относящийся к протону, стоящему при атоме азота индольного фрагмента, м-протон резорцинольного кольца соединений 3а-б проявляется в области 6.30 м.д., ме-тиновый протон группы СИ-Аг соединения 3а проявляется в виде квартета в области 4.60 м.д., а в соединении 3б - в виде синглета в области 5.60 м.д.

Анализ интегральных интенсивностей сигналов в спектрах ЯМР 1Н в совокупности с данными элементного анализа указывают на то, что в ка-ликс[4]резорциновую матрицу встают не четыре индольных фрагмента, а только два. Данные масс-спектрометрии соединений 3а-б подтверждают данное предложение. Фрагменты спектры приведены на рисунке 1.

&00 т/г

а) б)

Рис. 1 - Спектры МАЛДИ для соединений 3а (а) и 3б (б)

На схеме 1 представлено взаимодействие ка-ликс[4]резорцинов 1 и 2 с индолином. В отличие от индола индолин взаимодействует с ка-

ликс[4]резорцинами 1 и 2 по атому азота с образованием классических оснований Манниха, причем в о-положение резорцинольных колец согласно данным элементного анализа вступают 4 индолиновых фрагмента. К сожалению, нам не удалось подобрать растворители для соединений 4а-б, чтобы проанализировать их структуру методом ЯМР 1Н спектроскопии. ИК спектры приведены на рисунках 2 и 3.

При сравнении спектров соединений 4а-б со спектрами исходных каликс[4]резорцинов можно сделать вывод, что в области 1230-1020 см-1 меняется характер полос поглощения. Так, появляется интенсивная полоса, которая, согласно литературным данным [7], можно отнести к третичной аминной группе (рис. 2, 3).

Рис. 2 - ИК спектр соединения 4а

Рис. 3 - ИК спектр соединения 4б

Выделить соединение 5 в индивидуальном виде нам не удалось.

Соединения 4а-б прошли исследование антимикробной активности в Краснодарском научноисследовательском ветеринарном институте РАСХН. Результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты исследований антимикробной активности соединений 4а и 4б

Название* Культура микроорганизма, на которой проводилось испытание

Escherichia coli O15 Pseudomonas aeruginosa Kluyvera cryo-crescens Enterobacter agglomerans Proteus mirabi-lis Streptococcus Гр Е Stapfilacoccus aureus

Соединение 4а** - - - - - - -

Соединение 4б 11 9 9 - 8 8 8

Левомицетин 22 18 21 24 15 25 2б

Фуразолидон 2б 1б 18 15 19 23 20

Сульфадимезин 18 19 20 18 17 1б 22

* - образцы исследовались в концентрации 2%.

** - практически не растворим, установить точную концентрацию не представляется возможным.

Экспериментальная часть

Спектры ЯMP1Н записаны на спектрометре Bruker MSL-400 с рабочей частотой 400 MT^

ИК спектры записаны на Фурье - спектрометре Vector 22 фирмы Bruker в интервале 400-4000 см-1. Кристаллические образцы исследовались в таблетках KBr.

Mасс-спектры матрично активированной лазерной десорбции/ионизации (MAЛДИ) получены на время пролетном масс-спектрометре DYNAMO MALDI TOF фирмы "Finnigan", США.

Температуру плавления веществ определяли на нагревательном столике «Boetius».

4.6.10.12.16.18.22.24-октагидрокси-5,11,17,23-тетракис(1-Н-индол-3-илметил)-2,8,14,20-

тетраметилпентацикло [19.3.1.13,719,13115,19]октакоза-1(25),3,5,7(28),9,11,13(27),15,17,19(26),21,23-додекаен (3а)

К раствору 3.00 г (0.006 моль) каликс[4]резорцина 1 в 300 мл смеси этанол/хлористый метилен (соотношение 1:1 по объему) при перемешивании последовательно добавляли 0.90 г (0.003 моль) 40 %-ного формалина и 2.81 г (0.024 моль) индола в 15 мл хлористого метилена. Реакционную смесь выдерживали 12 часов при 780С. Растворители удаляли в вакууме водоструйного насоса (10 мм рт. ст.), выпавший осадок бежевого цвета отфильтровали. Продукт подвергали трехкратной перекристаллизации из этанола, сушили в вакууме масляного насоса (3 ч, 80-90 °С, 0.4 мм рт.ст.) до постоянного веса. Выход соединения 3а 3.08 г (64 %). Т. пл. 235°С. Спектр ЯМР'Н (СБС13) (5, м.д.): 2.15 с (12Н, СИ-СНз), 3.40 с (8И, Сар-СНгт 5.85 с (4Н, СИ), 6.15 с (4Н, м-СНаром, С6Н), 8.63 уіп.с (8Н, ОН). Масс-спектр (МАЬБІ-ТОЕ): вычислено [М]+ = 802,

найдено [М+№]+ ш^ = 825. Найдено (%): N 3.53. С50Н46К2О8. Вычислено (%): N 3.49.

4.6.10.12.16.18.22.24-октагидрокси-5,11,17,23-

тетракис(1-Н-индол-3-илметил)-2,8,14,20-тетра(4-

метил)фенилпентацикло [19.3.1.13,719,13115,19]октакоза-1(25),3,5,7(28),9,11,13(27),15,17,19(26),21,23-додекаен (3б)

В условиях, аналогичных предыдущему синтезу, из

5.00 г (0.006 моль) каликс [4] резорцина 2 в 1600 мл смеси этанол/хлористый метилен (соотношение 1:1 по объему),

0.90 г (0.024 моль) 19%-ного формалина и 2.81 г (0.024 моль) индола в 15 мл хлористого метилена выделили соединение 3б с выходом 3.75г (46 %). Т. пл. 262°С. Спектр ЯМР'Н (СБС13) (5, м.д.): 2.20 с (12Н, Саром-СНз), 3.40 с (8И, Сар-СН2-С), 5.70 с (4Н, СИ), 6.32 с (4Н, м-СНаром, С6Н), 6.29 д"(8Н, м-СНаром, С6Н4), 6.55 д (о-СН^м С6Н4), 6.95 уш.с (8Н, ОН). Масс-спектр (МАЬБІ-ТОЕ): вычислено [М]+ ш/7 = 1106, найдено [М+№]+ ш^ = 1129. Найдено (%): N 2.45. С74Н62N2О8. Вычислено (%): N 2.53.

4.6.10.12.16.18.22.24-октагидрокси-5,11,17,23-тетракис(2,3-дигидро-1-Н-индол-3-илметил)-2,8,14,20-тетраметилпентацикло [19.3.1.13,71913115,19]октакоза-

1(25),3,5,7(28),9,11,13(27),15,17,19(26),21,23-додекаен (4а)

К раствору 3.00 г (0.006 моль) каликс[4]резорцина 1 в 300 мл смеси этанол/хлористый метилен (соотношение 1:1 по объему) при перемешивании последовательно добав-

ляли 0.90 г (0.030 моль) 19%-ного формалина и 2.86 г (0.024 моль) индолина. Реакционную смесь выдерживали 12 часов при 780С. Растворители удаляли в вакууме водоструйного насоса (10 мм рт. ст.), выпавший осадок бежевого цвета отфильтровали. Продукт подвергали трехкратной перекристаллизации из этанола, сушили в вакууме масляного насоса (3 ч, 80-90°С, 0.4 мм рт.ст.) до постоянного веса. Выход соединения 4а 3.93г (61%). Т. пл. 236°С (разл). ИК-спектр (KBr), v/см-1: 1607 (С=Саром), 3396 ((СИ2-М(Саром)2), ОН). Найдено (%): N 5.23. C68H68N4O8. Вычислено (%): N 5.24.

4,6,10,12,16,18,22,24-октагидрокси-5,11,17,23-тетракис(2,3-дигидро-1-Н-индол-3-илметил)-2,8,14,20-тетра(4-метил)фенилпентацикло [19.3.1.1371913115,19]октакоза-1(25),3,5,7(28),9,11,13(27),15,17,19(26),21,23-додекаен (4б)

В условиях, аналогичных предыдущему синтезу, из

5.00 г (0.006 моль) каликс [4]резорцина 2 в 1600 мл смеси этанол/хлористый метилен (соотношение 1:1 по объему),

0.90.г (0.030 моль) 19%-ного формалина и 2.86 г (0.024 моль) индолина выделили соединение 4б с выходом 6.43 г (78%). Т. пл. 146°С (разл). ИК-спектр (KBr), v/см-1: 1603 (С=Саром), 3441 ((СН2-НСаром)2), ОН). Найдено (%): N 5.00-5.05. С92Н8фЫ"4О8. Вычислено (%): N 4.08.

Литература

1. Y. Matsushita, Tetrahedron Lett., 34, 46, 7433 - 7436 (1993)

2. Вагапова, Л.И. Синтез и свойства ка-ликс[4]резорциновых оснований Манниха, содержащих на верхнем ободе молекулы ацетальные (альдегидные) группы: дис.... канд. хим. нау: 02.00.03 // Казань: ИОФХ им. А.Е. Арбузова. - 2009. - 161 с.

3. Н.И. Шаталова, Вестник Казанского технологического университета, 3-4, 41 - 43 (2007)

4. М.Н. Сайфутдинова, Вестник Казанского технологического университета, 11, 127 - 129 (2011)

5. В.В. Поройков, Азотистые гетероциклы и алкалоиды, 1, 123 - 129 (2001)

6. С. Mannich, Ber, 53, 1368 - 1371 (1920)

7. Казицына, Л.А. Применение УФ-, ИК- и ЯМР- спектроскопии в органической химии / Л. А. Казицына, Н. Б. Куплетская. // М.: ВШ. - 1971. - 263 с.

© М. Н. Сайфутдинова - асс. каф. органической химии КНИТУ; Е. Л. Гаврилова - д-р хим. наук, проф. каф. органической химии КНИТУ, [email protected]; П. А. Гуревич - д-р хим. наук, проф. той же кафедры, [email protected]; Б. П. Струнин - д-р техн. наук, проф. каф. оборудования пищевых производств КНИТУ; Н. Г. Могильный - науч. сотр. Краснодарского научно-исслед. ветеринарного института РАСХН.