Исследование производных 8-аминохинолина методом хроматомасс-спектрометрии Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 547.831.6 + 543.51

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОИЗВОДНЫХ 8-АМИНОХИНОЛИНА МЕТОДОМ ХРОМАТОМАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ

Д.Г. Ким, Е.В. Бердникова, Т.В. Мосунова

Методом хроматомасс-спектрометрии установлено, что

8-аллиламинохинолин и 8-диаллиламинохинолин при нагревании претерпевают амино-перегруппировку Кляйзена с образованием 7-аллил-8-аминохинолина и 7-аллил-8-аллиламинохинолина соответственно. В масс-спектрах производных 8-аминохинолина имеются пики соответствующие молекулярному иону, хинолину и 8-аминохинолину.

Ключевые слова: 8-аминохинолинн, 8-аллиламинохинолин, 8-диаллил-аминохинолин, 8-ацетиламинохинолин, 8-аллилацетиламинохинолин, 2-метил-2,3-дигидро-Ш-пирроло[3,2^]хинолин, хроматомасс-спектрометрия, перегруппировка Кляйзена.

Введение

Производные 8-аминохинолина обладают противомалярийной, антимикробной, цитотоксиче-ской активностью [1-3]. В литературе имеются данные о синтезах производных 8-аминохинолина и их спектрах ЯМР. В то же время практически отсутствуют сведения об их масс-спектрах. В базе данных NIST имеется лишь масс-спектр 8-аминохинолина (1).

Целью данной работы является исследование 8-аллиламинохинолина (2), 8-диаллиламинохинолина (3), 8-ацетиламинохинолина (4), 8-аллилацетиламинохинолина (5), и 2-метил-2,3-дигидро-1#-пирроло[3,2-й]хинолина (6) методом хроматомасс-спектрометрии (ХМС).

Обсуждение результатов

Ранее [4] было показано, что 8-аминохинолин (1) реагирует с аллилбромидом в присутствии щелочи с образованием смеси 8-аллиламинохинолина (2) (М=184) и 8-диаллиламинохинолина (3) (М=224). В настоящей работе эта смесь была исследована методом ХМС. На хроматограмме имеются 2 пика с m/z 184 и 2 пика c m/z 224. Это обусловлено тем, что при хроматографировании (температура инжектора 200 °С) соединения 2 и 3 претерпевают частично перегруппировку Кляйзена с образованием 7-аллил-8-аминохинолина и 7-аллил-8-аллиламинохинолина соответственно (схема 1).

Схема 1. Аллилирование 8-аминохинолина

Известно, что N-метиланилин имеет меньшую температуру кипения, чем 2-метиланилин [5]. Это позволило нам предположить, что аллил 2 и диаллил 3 будут иметь меньшую температуру кипения, чем соответствующие продукты перегруппировки, т. е. меньшее время удерживания на хроматограмме.

В масс-спектре аллиламина 2 (рис. 1, таблица) имеется пик молекулярного иона (М=184) и пики, соответствующие элиминированию нейтральных молекул этена, этана, пропена, аллена и радикалов метила, винила и аллила. Максимальным является пик [M-CH3] с m/z 169, соответствующий элиминированию метильного радикала и образованию ароматического катиона пирази-нохинолиния А. Пик с m/z 156 соответствует элиминированию молекулы этилена с образованием катион-радикала дигидроимидазо[5,4,3-т/]хинолиния B, который в свою очередь при элиминировании атома водорода образует катион имидазохинолиния B1, а при элиминировании молекулы водорода - катион-радикал имидазохинолиния B2. При элиминировании винильного радикала образуется катион дигидроимидазо[5,4,3-т/]хинолиния B3. Пики с m/z 142, 143 и 144 соответствуют элиминированию пропена, аллил-радикала и аллена и образованием катион-радикала[1,2]азетино[4,3,2-т/]хинолиния, катиона 1Н-[1,2]азетино[4,3,2-т/]хинолиния и катион-радикала 8-аминохинолина соответственно (схема 2).

I, % 600000

129

500000

400000

300000

200000

100000

41

51 63

78 89

m/z—>

I- 1 ' 1 1 I 11 1 11 I 40 60 80

102

.33

116

Т

156

142

184

ш

87 199

X

100 120 140 160 180 200 Рис. 1. Масс-спектр 8-аллилаинохинолина

Данные масс-спектров исследованных соединений

Соединение Характеристики ионов: m/z (I, %)

2 (C12H12N2) 184 [M]+ (53), 183 [M-H]+ (28), 181 (8), 170 (13), 169 [M-CH3]+ (100), 168 (25), 167 (8), 157 (30), 156 [M-C2H4]+ (33), 155 (28), 154 (15), 144 [M-C3H4]+ (9), 143 [M-C3H5]+ (10), 142 [M-C3H6]+ (13), 130 (18), 129 [M-C3H5N]+ (90), 128 (25), 117 (8), 116 (15), 103 (8), 102 (19), 101 (11), 89 (11), 78 (10), 77 (9), 76 (8), 75 (8), 63 (9), 51 (9)

3 (C15H16N2) 224 [M]+ (10), 184 (14), 183 [M-C3H5]+ (100), 181 (13), 168 (15), 167 (8) 166 (9), 156 (9), 155 (10), 144 [C^N^f (8), 129 [C^Nf (21), 128 (11), 102 (10), 101 (6)

4 (C11H10N2O) 186 [M]+ (23), 183 (11), 171 [M-CH3]+ (22), 145 (11), 144 [C9H8N2]+ (100), 129 [C9H7N]+ (5), 117 (18), 116 (12), 101 (5), 90 (6), 89 (9), 63 (5), 43 (7)

5 (C14H14N2O) 226 [M]+ (< 5), 211 [M-CH3]+ (< 5), 184 (15), 183 [M-C2H3O]+ (100), 181 (10), 169 (25), 168 (19), 167 (31), 166 (7), 156 (11), 155 (14), 154 (11), 153 (9), 144 [C9H8N2]+ (9), 142 (8), 130 (6), 129 [C9H7N]+ (34), 128 (12), 117 (5), 116 (6), 102 (11), 101 (8), 89 (5), 77 (6), 43 (12)

6 (C12H12N2) 184 [M]+ (14), 183 [M-H]+ (100), 181 (12), 168 [M-CH4]+ (12), 166 (6), 156 [M-C2H4]+ (7), 155 (8), 154 (15), 144 [M-C3H4]+ (7), 129 [M-C3H5N]+ (14), 128 (9), 102 (5), 91 (14)

Пики с интенсивностью менее 5 % не учитывались.

Схема 2. Основные процессы фрагментации 8-аллиламинохинолина

В масс-спектре 8-диаллиламинохинолина (рис. 2), в отличие от спектра 8-аминохинолина, максимальным является пик с m/z 183, соответствующий элиминированию аллильного радикала и образованию катиона 1-аллил[1,2]азетино[4,3,2-7/]хинолиния (схема 3), а пик [M-CH3] с m/z 209 составляет менее 5 %.

/, %

2000000

1Ö3

1500000

1000000

500000

щ/2 — >

129

102

41

51 63 Л

11 91

117

I I I1 i I |''| 1 ) I I"1, I |"'| , |"|' , 1 'I11! , ["'I- I |"1' | r"b I 40 60 80 100 120 140 160 180

Рис. 2. Масс-спектр 8-диаллиламинохинолина

¡•I i .....il . i I

168

144

i.

18

224

200

Ml

220

m/z 183

m/z 224

m/z 224

m/z 209

Схема 3. Основные процессы фрагментации 8-диаллиламинохинолина

8-Ацетиламинохинолин (4) получен ацетилированием 8-аминохинолина уксусным ангидридом. В масс-спектре ацетиламина 4 (рис. 3) максимальным является пик с m/z 144, соответствующий катион-радикалу 8-аминохинолина и образующийся при элиминировании кетена. Имеются пики, соответствующие элиминированию метильного радикала (m/z 171) и азиридинона (m/z 129) (схема 4).

/, %

200000

150000

100000

50000

О

144

117

43

89

51

63

75

- , |**i i ''I "i1 ¡ 1' i ■ ■ ■■!■■ t

101

129

'i I, Д

186

171

155

i

195 209 224

T—i—1—i—1—i—i—1—]—I—г

miz—> 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

Рис. 3. Масс-спектр 8-ацетиламинохинолина

-CHc

- с2н2о

Схема 4. Основные процессы фрагментации 8-ацетиламинохинолина

N

NHc

m/z 144

J

8-Аллилацетиламинохинолин (5) получен взаимодействием 8-ацетиламинохинолина с ал-лилбромидом в ДМСО в присутствии щелочи. В масс-спектре его (рис. 4), в отличие от исходного 8-ацетиламинохинолина 4, более выгодным является элиминирование ацетильного радикала, а соответствующий пик является максимальным (m/z 183). В масс-спектре нами не обнаружен пик с m/z 186, соответствующий элиминированию аллильного радикала (схема 5). Следует отметить, что в отличие от аллила 2, при исследовании аллиламина 5 методом ХМС не происходит перегруппировки Кляйзена.

m

I, % 900000 800000 700000 600000 500000 400000 300000 200000 100000 О

/z—>

д

103

129

43 102

51 63 7,7 89 I 116

t-r

40

Т 60

■'г, А Д., А ■

т

167

15

18

80 100 120 140 160 Рис. 4. Масс-спектр 8-аллилацетиламинохинолина

180

.Т.

200

220

О. ^N

m/z 226

- C5H7NO

m/z 226

HN-

m/z 211

m/z 129

m/z 183

Схема 5. Основные процессы фрагментации 8-аллилацетиламинохинолина

2-Метил-2,3-дигидро-1#-пирроло[3,2-й]хинолин (6) образуется при действии 15 % соляной кислоты на соединение 5. По-видимому, вначале происходит гидролиз с образованием 8-аллиламинохинолина, который в кислой среде претерпевает перегруппировку Гофмана-Марциуса [6] с образованием 7-аллил-8-аминохинолина, и который внутримолекулярно циклизу-ется с образованием конечного продукта 6 (схема 6). Указанная цепь превращений является примером домино-реакции в органическом синтезе [7].

Ac'

.N,

N

ч

H3O

H

Схема 6. Образование 2-метил-2,3-дигидро-1Н-пирроло[3,2-/]хинолина

В масс-спектре (рис. 5) пирролохинолина 6 максимальным является пик [М-Н]+, что обусловлено легкостью отрыва пиррольного атома водорода.

I, %

2500000

2000000

1500000

1000000

500000

1113

65

91

129

168

I. .У д[ 1

Т— I i 1

102 Ц\

m/z~> 50 100 150 200

Рис. 5. Масс-спектр 2-метил-2,3-дигидро-1Н-пирроло[3,2-А]хинолина

Экспериментальная часть

Масс-спектры электронного удара сняты на хроматомасс-спектрометре ГХ/МС-ЭВМ фирмы Hewlet Packard, газовый хроматограф HP-5890, серия II, масс-селективный детектор MSD-5972 при энергии ионизации 70 эВ. 8-Аминохинолин является продажным реактивом и использовался без перекристаллизации.

8-Аллиламинохинолин и 8-диаллиламинохинолин. Аллилирование 8-аминохинолина ал-лилбромидом проводится в изопропиловом спирте в присутствии изопропилата натрия при кипячении с обратным холодильником в течение 4 ч. Спирт отгоняют, а остаток обрабатывают ди-хлорметаном и исследуют методом ХМС.

8-Ацетиламинохинолин. В 5 мл уксусного ангидрида растворяют 1,44 г (10 ммоль) 8-аминохинолина и нагревают на водяной бане в течение 2 ч. Затем добавляют холодную воду, выпавший осадок отделяют и экстрагируют дихлорметаном. Выход 65 %.

8-Аллилацетиламинохинолин. Получают по методу [4] взаимодействием 8-ацетиламинохинолина с аллилбромидом в ДМСО в присутствии щелочи.

2-Метил-2,3-дигидро-1#-пирроло[3,2-й]хинолин. Получают по методу [4] действием 15%-ной соляной кислоты на 8-аллилацетиламинохинолин.

Заключение

Найдено, что 8-аллиламинохинолин и 8-диаллиламинохинолин при исследовании методом ХМС претерпевают амино-перегруппировку Кляйзена с образованием 7-аллил-8-аминохинолина и 7-аллил-8-аллиламинохинолина соответственно. Фрагментация 8-аллиламинохинолина протекает с разрывами связей C-N и C-C аллильной группы. В масс-спектрах всех исследуемых соединений имеются пики, соответствующие молекулярному иону, хинолину и 8-аминохинолину.

Литература

1. Comprehensive review on synthetic approach for antimalarial agents / A. Kumar, D. Paliwal, D. Saini et al. // European Journal of Medicinal Chemistry. - 2014. - V. 85. - P. 147-178.

2. Synthesis, antimalarial, antileishmanial, antimicrobial, cytotoxicity, and methemoglobin (MetHB) formation activities of new 8-quinolinamines / K. Kaur, S.R. Patel, P. Patil et al. // Bioorganic & Medicinal Chemistry. - 2007. - V. 15. - P. 915-930.

3. Солдатенков, А.Т. Основы органической химии лекарственных средств / А.Т. Солдатенков, Н.М. Колядина, И.В. Шендрик. - М.: Мир, 2003. - 192 с.

4. Синтез и гетероциклизация аллильных производных 8-аминохинолина / Д.В. Воробьев, Ю.В. Тихонова, Д.Г. Ким, А.В. Белик // Химия гетероцикл. соед. - 1997. - № 6. - С. 781-784.

5. Свойства органических соединений. Справочник / под ред. А.А. Потехина. - Л.: Химия, 1984. - 520 с.

6. Ли, Дж.Дж. Именные реакции. Механизмы органических реакций / Дж.Дж. Ли. - М.: Бином, 2006. - 456 с.

7. Титце, Л. Домино-реакции в органическом синтезе / Л. Титце, Г. Браше, К. Герикс. - М.: Бином, 2010. - 671 с.

Ким Дмитрий Гымнанович - доктор химических наук, профессор, кафедра органической химии, химический факультет, Южно-Уральский государственный университет. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76. E-mail: [email protected]

Бердникова Елена Владимировна - аспирант кафедры органической химии, химический факультет, Южно-Уральский государственный университет. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76. E-mail: [email protected]

Мосунова Татьяна Владимировна - кандидат химических наук, доцент, кафедра экологии и природопользования, химический факультет, Южно-Уральский государственный университет. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76. E-mail: [email protected]

Поступила в редакцию 2 декабря 2014 г

Bulletin of the South Ural State University

Series "Chemistry" _2015, vol. 7, no. 1, pp. 12-19

STUDY OF 8-AMINOQUINOLINE DERIVATIVES BY GAS CHROMATOGRAPHY-MASS SPECTROMETRY

D.G. Kim, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, [email protected]

E.V. Berdnikova, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, [email protected]

T.V. Mosunova, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, [email protected]

Chromatography-mass spectrometry method has revealed that under heating 8-allylaminoquinoline and 8-diallylaminoquinoline undergo amino-Claisen rearrangement to form 7-allyl-8-aminoquinoline and 7-allyl-8-allylaminoquinoline, respectively. The mass spectra of 8-aminoquinoline derivatives have peaks corresponding to the molecular ion, quinoline and 8-aminoquinoline.

Keywords: 8-aminoquinoline, 8-allylaminoquinoline, 8-diallylaminoquinoline, 8-acetylaminoquinoline, 8-allylacetylaminoquinoline, 2-methyl-2,3-dihydro-1H-pyrrolo[3,2-h]quinoline, GC-MS, Claisen rearrangement.

References

1. Kumar A., Paliwal D., Saini D., Thakur A., Aggarwal S., Kaushik D. A Comprehensive Review on Synthetic Approach for Antimalarial Agents. European Journal of Medicinal Chemistry, 2014, vol. 85, pp. 147-178.

2. Kaur K., Patel S.R., Patil P., Jain M., Khan S.I., Jacob M.R., Ganesan S., Tekwanib B.L., Jaina R. Synthesis, Antimalarial, Antileishmanial, Antimicrobial, Cytotoxicity, and Methemoglobin (MetHB) Formation Activities of New 8-Quinolinamines. Bioorganic & Medicinal Chemistry, 2007, vol. 15, pp. 915-930.

3. Soldatenkov A.T., Kolyadina N.M., Shendrik I.V. Osnovy organicheskoy khimii lekarstvennykh sredstv [Fundamentals of Organic Chemistry Drugs]. Moscow, World, 2003. 192 p.

4. Vorob'ev D.V., Tikhonova Yu.V., Kim D.G., Belik A.V. Synthesis and Heterocyclization Allyl Derivatives of 8-Aminoquinoline [Sintez i geterotsiklizatsiya allil'nykh proizvodnykh 8-amino-khinolina]. Khim. Geterotsikl. Soedin, 1997, no. 6, pp. 781-784.

5. Potekhin A.A. Svoystva organicheskikh soedineniy. Spravochnik [Properties of Organic Compounds. Directory]. Leningrad, Khimiya, 1984. 520 p.

6. Li J.J. Imennye reaktsii. Mekhanismy organicheskikh reaktsiy [Named Reaction. Mechanisms of Organic Reactions]. Moscow, Binom, 2006. 456 p.

7. Tittse L., Brashe G., Geriks K. Domino-reaktsii v organicheskom sinteze [Domino Reactions in Organic Synthesis]. Moscow, Binom, 2010. 671 p.

Received 2 December 2014