CC BY
7Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского Серия «Биология, химия». Том 25 (64). 2012. № 4. С. 271-278.
УДК 615.22:547.785.5
ПРИМЕНЕНИЕ АМИНОКИСЛОТ В ГЕТЕРОЦИКЛИЗАЦИИ 7,8-ДИФУНКЦИОНАЛЬНО ЗАМЕЩЕННЫХ ТЕОФИЛЛИНОВ ДО ПРОИЗВОДНЫХ ИМИДАЗО(1,2-Р)ТЕОФИЛЛИНОВ
Повстяной М.В.1, Федоренко А.М.2, Повстяной В.М.1, Лебедева И.А.1
1Херсонский национальный технический университет, Херсон, Украина
2Таврический национальный университет имени В.И. Вернадского, Симферополь, Украина
E-mail: povst@inbox.ru
Показана принципиальная возможность моновариантной гетероциклизации 7-кетоарил-8-бромтеофиллинов под действием аминокислот до производных имидазо(1,2-1)теофиллина, содержащих аминокислотный заместитель в имидазольном фрагменте молекулы.
Ключевые слова: синтез, гетероциклизация 7,8-дизамещенных теофиллина, аминокислоты и их алкилэфиры, гидразины и гидразоны.
ВВЕДЕНИЕ
Представители пуринсодержащих гетероциклических систем, являясь потенциальными носителями различных видов биологической активности, широко используются в поиске новых медицинских препаратов. Анализ литературных данных гетероциклических структур, содержащих имидазольный или пуриновый цикл, позволяет сделать вывод о том, что степень физиологической активности и её направленость, в значительной мере определяются как природой аннелированного гетероцикла, так и характером заместителей в их молекуле [1].
Настоящая работа является продолжением исследования гетероциклизующей способности 7,8-дифункциональнозамещенных теофиллина под действием различных типов нуклеофилов [2-4]. Целью работы является установление направления реакции взаимодействия 7-Р-кетоарил-8-бромтеофиллинов с аминокислотами или их соответсвующими алкилэфирами и получение на их основе новых соединений, содержащих в своей структуре природный пуриновый алкалоид. Ранее было установлено, что производные N-замещенных имидазо(1,2-£)теофиллинов проявляют высокую биологическую активность [1]. С целью расширения круга исследуемых объектов, на примере трициклической имидазо(1,2-£)пуриновой системы, мы разработали способ введения в структуру данного трицикла алкилэфирные аминокислотные группировки, которые представляют интерес с фармакологической точки зрения и тем самым открывают новые перспективы на расширение спектра их биологической активности.
Для проведения биологического скрининга требуется большой ряд родственных соединений с разнообразными по природе и количеству заместителей в базовой
структуре. Это в свою очередь обуславливает необходимость разработок упрощенных способов их синтеза. Наиболее перспективными в этом плане становятся одностадийные регионаправленные методы синтеза аннелированных азоло(азино)пуринових систем.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Спектры ПМР сняты на спектрометре "Вгикег" WH-90 в ДМСО-<!6, внутренний стандарт ТМС. Масс-спектры регистрировали на масс-спектрометре 'Тт^ап HSQ-30", при непосредственном вводе образца в источник ионов с энергией ионизации 70эВ.
7- Р-Кетоарил-8-бромтеофиллины (2а—g) получали по методам [1].
Общая методика получения замещенных имидазо[1,2-Г]теофиллинов (4а-: 5а,Ь; 6а-е; 7а-с; 8а-е; 9а-е; 10а,Ь.).
А. Смесь 0,01 моль 7-Р-Кетоарил-8-бромтеофиллины (2а-g) и 0,012 моль соответствующей аминокислоты в 50 мл. низших спиртов (метанол, этанол, пропанол-2 или бутанол-1) нагревали в автоклаве 8-10 часов при температуре 180-190°С в случае для 2(а-с) и а-, Р-аминокислот (аминоуксусная, 3-аминопропановая); при 160-170°С для 2(а,Ь,: и у-,е- аминокислот (4-аминобутановая, 6-аминогексановая); при 150-160°С для 2(а, Ь, с, : g) и ароматических и жирноароматических аминокислот (4-аминобензойная; 4-метиленаминобензойная; 4-аминофенилуксусная). После охлаждения осадок образцов 4(а-Г); 5(а, Ь); 6(а-е); 7(а-с); 8(а-е); 9(а-е) отфильтровывали, промывали водой и небольшим количеством ацетона и сушили ( характеристики веществ приведены в табл. 1).
Б. Раствор 0,01 моль исходного кетотеофиллина 2(а, с, : и 1,65 г (0,01моль этилового эфира 4-аминобензойной кислоты в 50 мл этанола нагревали 6-8 часов в автоклаве при 160°С, обрабатывали как описано в методике А. Выход образцов 8(Ь,^е) составил 70-75% и с одинаковыми константами соотвествующих образцов, полученных по методу А.
Гидразиды кислот замещенных имидазо[1,2: ]теофиллинов ( 11а,Ь).
К раствору 0,005 моля эфира трицикла (6^7а) в 30мл этанола прбавляли 0,01 моля гидразингидрата, перемешивали 0,5ч при 20-25°С, затем кипятили 1,5-2 часа. Реакционную смесь охлаждали до 3-5°С, выпавший осадок гидразида (11 а,Ь) отфильтровывали, промывали водой и сушили (характеристики веществ приведены в табл. 1).
Гидразон (12а) получен при нагревании гидразида (11а) с бензальдегидом в среде ледяной уксусной кислоты.
1-Карбоксиметил-2-фенилимидазо[1,2-Г]теофиллин (13а) получен кислотным гидролизом сложного эфира (4а) в водно-спиртовой среде.
1-Метил-2-фенилимидазо[1,2-Г] теофиллин (14а).
А. Получали декарбоксилированием кислоты (13а) путем нагревания её выше температуры плавления. Выход (14а) составил 40% , т. пл. 232-234°С (из этанола).
Б. Смесь из 1,9 г (0,005 моль) 7-фенацил-8-бромтеофиллина (2а) и 10 мл 25% водного раствора метиламина в 10 мл этанола нагревали в автоклаве 8 часов при температуре 170-180°С. После охлаждения осадок (14а) отфилтровывали, промывали водой, перекристаллизовывали из спирта (т. пл. 235-236°С). Выход
(14а) составил 77%. При смешивании образцы, полученные по методу А и Б, не давали депрессии температур плавления.
Таблица 1
Структурные и брутто формулы, температуры плавления, проценты выхода и
содержания азота впервые синтезированных соединений
№ Z R R1 Alk Ч г 1 н ч о _ * л т Найдено N % Брутто формула Вычислен о N. %
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
4- a -Ш2- H ^^ CHз 250252 63 19.15 ^1^04 19.07
-Ь -СН2- H C6H5 C2H5 180182 67 18.25 18.37
-с -CH2- H C6H4CHз-n CHз 247248 65 18.20 18.32
-СН- H C6H4CHз-n C2H5 165166 62 17.69 C2oH2lN5O4 17.72
-е -СНГ H С6Н4ОСН3-П CHз 193194 58 17.60 C19H19N5O5 17.63
-СНГ H С6Н4ОСН3-п C2H5 184185 64 17.25 C2oH2lN5O5 17.03
5- a (ВД2- H C6H5 CHз 153154 65 18.39 Cl9Hl9N5O4 18.37
-Ь (ВД2- H C6H5 C2H5 118120 69 17.78 C2oH2lN5O4 17.72
6- a (ВДз- H с6н5 Шз 150152 71 17.83 C2oH2lN5O4 17.72
-Ь (ВДз- H C6H5 C2H5 116117 68 17.10 17.11
-c (ВДз- H C6H5 CзH7 105106 58 16.49 C22H25N5O4 16.55
-d (ВДз- H C6H4CHз-n CHз 147148 72 17.23 17.11
-е (ВД3- CHз C6H4CHз-n CHз 114115 67 16.63 C22H25N5O4 16.55
7- a (ВД5- H C6H5 Шз 122124 59 16.72 C22H25N5O4 16.55
-Ь (ВД5- H C6H5 C2H5 90-92 52 16.31 C2зH27N5O4 16.01
-c ть- H C6H4CHз-n CHз 105106 55 15.95 C2зH27N5O4 16.01
8- a -Р^ H C6H5 CHз 240241 73 16.53 C2зHl9N5O4 16.47
-Ь -Р^ H C6H5 C2H5 255256 69 16.31 C24H2lN5O4 16.20
Продолжение таблицы 1
№ Ъ я Я1 А1к Т. пл., °С л т Найдено N % Брутто формула Вычислено N %
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-с -РИ- Н СбН5 С4Н9-п 193195 56 15.03 С26Н25К504 14.86
-а -РИ- СН3 С6Н5 С2Н5 250252 70 15.27 С25Н23К504 15.32
-е -РИ- СН3 С6Н4СН3-П С2Н5 230232 73 14.95 С26Н25К504 14.86
9-а -РИ-СН2- Н С6Н40СН3-п СН3 245247 74 14.93 С25Н23К505 14.80
-Ь -РИ-СН2- Н С6Н40СН3-п С2Н5 210212 69 14.47 С26Н25К505 14.37
-с -РИ-СН2- Н СбН4Б-п СН3 145147 65 16.31 С24Н21К504 Б 16.18
-а -РИ-СН2- С2Н 5 СбН5 СН3 260262 69 15.01 С26Н25К504 14.86
-е -РИ-СН2- С2Н 5 С6Н5 С2Н5 237239 63 14.54 С27Н22К504 14.43
10- а -СН2-РИ- Н С6Н4СН3-П СН3 247248 77 15.27 С25Н23К504 15.32
-Ь -СН2-РИ- Н С6Н4СН3-П С2Н5 217218 72 14.93 С26Н25К504 14.86
11- а -(СН2)5- Н С6Н5 КЖН2 145147 81 22.53 С21Н25К703 22.43
-Ь -(СН2)з- Н С6Н4СН3-П КЖН2 138139 83 24.05 ^^N703 23.96
12- а -(СН2)5- Н С6Н5 230232 79 20.37 С28Н29К703 20.18
13- а -СН3 Н С6Н5 Н 253257 65 20.03 С!7Н15К504 19.83
14- а -СН2- Н С6Н5 - 235236 43 22.13 С!6Н15К502 21.94
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Авторами впервые изучено взаимодействие 7-Р-кетоарил-8-бромтеофиллинов с различным типом аминокислот или их соответствующими алкилэфирами. В качестве исходного продукта применялась калиевая или натриевая соль 8-бромтеофиллина 1(а, Ь), которая легко алкилируется различными а-бромкетонами с образованием перспективных и реакционоспособных билдинг-блоков (2а^ ) (схема 1), открывающих широкие возможности для получения ряда конденсированных гетероциклических систем со структурным фрагментом природного пуринового алкалоида теофиллина.
Р
^ч^М К(Ма)
I />-Вг
О
Вг
I а,Ь
2 а-д
2 а: Р=Н, Р1=С6Н5; Ь: Р=СН3, Р1=С6Н5; с: Р=С2Н5, Р1=С6Н5; с1: Р=Н, Р1=С6Н4ОН3-п; е: Р=СН3, Р1=С6Н4СН3-п; ^ РР=Н, Р1=С6Н4ОСН3-п; д: Р=Н, Р1=С6Н4Р-п.
Схема 1
Вследствие наличия в исходных (2а^) нескольких реакционных центров, оказалось возможным проведение реакций не только характерных для этих группировок, но и осуществление процессов приводящих к внутримолекулярной гетероциклизации путем аннелирования к теофиллиновому остову новых гетероциклов с образованием конденсированных имидазо(1,3-тиазоло-; 1,3-оксазоло-; 1,2,4-триазино-)-[1,2-£]теофиллинов [1, 4-6]. Возможности структурной модификации имидазотеофиллинов, путем широкого варьирования заместителей в их молекуле, существенно расширены за счет привлечения неиспользуемых ранее в этой области исследования различных типов аминокислот или их соответствующих алкилэфиров.
Реакцию гетерилкетонов (2а^) с аминокислотами проводили в среде низших органических спиртов (метанол, этанол, пропанол-2) в запаянной ампуле (или автоклаве) и определенным температурным режимом. Температура проведения процесса зависит от природы исходной аминокислоты. Было установлено, что для а- и Р-аминокислот жирного ряда (аминоуксусная, 3-аминопропионовая) оптимальный температурный режим составляет 180-190°С , для у- и е-аминокислот (4-аминобутановая, 6-аминогексановая) - 160-170°С и для представителей аминокислот ароматического и жирноароматического ряда (4-аминобензойная, 4-метиленаминобензойная и 4-аминофенилуксусная ) - 150-160°С. В этом случае, в результате последовательно протекающих реакций нуклеофильного замещения атома брома и процессом внутримолекулярного отщепления молекулы воды, приводит к формированию имидазольного кольца и синтезу неописанных в литературе новых производных трициклической гетеросистемы, содержащей структурный фрагмент природного пуринового алкалоида и аннелированный имидазольный цикл с сложноэфирным аминокислотным заместителем (4а-£; 5а,Ь; 6а-е; 7а-с; 8а-е; 9а-е; 10а,Ь; схема 2).
Схема 2
Необходимо отметить что, несмотря на применение в качестве исходных нуклеофильных компонентов соответствующих аминокислот, в конечных продуктах реакций, практически в каждом случае, выделены сложные эфиры соответствующих аминокислот. Структура алкилэфирной группы зависит от природы спирта, используемого в процессе в качестве реакционной среды. Применение в исследуемой конденсации в качестве исходного нуклеофильного компонента сложных эфиров аминокислот приводит к синтезу идентичных конечных веществ, что и в случае использования соответствующей аминокислоты. Такой результат позволяет сделать вывод о том, что в стадии нуклеофильного замещения атома брома в исходных гетерилкетонах (2а^) принимает участие предварительно этерифицированная аминокислота. Этот вывод подтверждается тем фактом, что провести процесс циклизации теофиллинкетонов (2а^) под действием аминокислот в условиях, исключающих предварительную стадию этерификации исходной аминокислоты, нам не удалось.
При исследовании оптимальных температурных параметров проведения процесса гетероциклизации было установлено, что при определенных температурах в технической смеси конечных продуктов присутствуют другие вещества, в частности, производные трициклической системы с карбоксильной группой (13а) или с радикалом, образовавшимся после декарбоксилирования исходной аминокислоты (14а). В результате проведенных исследований были выявлены
оптимальные температурные режимы реакции циклизации гетерилкетонов (2a-g) под действием аминокислот в спиртовых средах, при которых выход целевых продуктов составил 65-85%.
Структура целевых теофиллинсодержащих трициклов подтверждена данными ПМР- и масс-спектроскопии, встречным синтезом, а также путем функционализации их в другие продукты. Спектры Н ЯМР соединений (4а-1; 5a,b; 6a-e; 7a-c; 8a-e; 9a-e; 10a-b) характеризуются следующими сигналами : двумя N-СНз ( 3.1-3.6 м.д.) теофиллинового фрагмента, протоном группы -СН= (7.1-7.65 м.д.) имидазольного цикла, ароматическими протонами фенильного ядра (7.0-7.6 м.д.); алифатическими протонами аминокислотного радикала (1.65-2.90 м.д.), группой -ОСНз в области (3.35-3.85 м.д.), протонами -СНз радикала (1.05-1.20 м.д.), протонами -СН группы (4.05-4.3 м.д.). Наличие кислоты в неочищенных конечных продуктах подтверждается присутствием сигнала кислотной -ОН группы (11.80-12.75 м.д.).
В масс-спектрах полученных замещенных трициклов фиксируется пик молекулярного иона (М) с массовым числом, соответствующим молекулярным массам соединений. Брутто-состав М подтвержден съемкой спектров МСВР. Все рассматриваемые соединения имеют селективный спектр (S=4,6) и высокие Шм, что характерно для конденсированных ароматических соединений [7].
Целевые эфирсодержащие имидазолтеофиллины (6а; 7с) легко образуют соответствующие гетерилгидразиды (11 а,Ь). Из последних, при кипячении их с эквимолярным количеством арилальдегида в среде ледяной уксусной кислоты, синтезированы гидразоны (12a). При кислотном гидролизе гетерилэфиры образуют соответствующие кислоты (13а), которые при нагревании выше точки их плавления подвергаются декарбоксилированию с образованием продуктов (14а).
ВЫВОДЫ
1. В результате изучения химических свойств 7,8-дифукциональнозамещенных теофиллина предложен простой метод синтеза трициклической системы на остове пуринового алкалоида.
2. Показаны широкие возможности варьирования природой заместителей в базовой структуре молекулы, что необходимо для фармакологического скринингового поиска биологически активных веществ.
Список литературы
1. Исследования в ряду имидазола LIII. Синтез и фармакологическое действие производных (1,2-1)ксантина / П.М. Кочергин, В.И. Линенко, А.А. Ткаченко, Б.А. [и др.] // Хим.-фарм. журнал. -1971. - № 2. - C. 22-26.
2. Синтез 1,2,3,4-тетрагидро-3-оксо-1,2,4-триазиноимидазольных систем / М.В. Повстяной, П.М. Кочергин, Е.В. Логачев, Э.Я. Якубовский, А.В. Акимов // ХГС. - 1976. - № 6. - С. 1424-1425.
3. Ochiai E. Synthese von Thiazolo-purin-derivater / E. Ochiai // Ber. - 1936. - Vol. 69. - P. 1650-1655.
4. Юрченко М.И. Исследования в ряду имидазола LXXVII. Действие а-галогенальдегидов и их ацеталей на 8-тиопроизводные пурина и терфиллина / М.И. Юрченко, Б.В. Курмаз, П.М. Кочергин // ХГС. - 1972. - № 7. - C. 996-998.
5. Синтез и свойства оксазоло(3,2- 1)ксантина / С.Н. Гармаш, Б.А. Прийменко, Н.А. Клюев [и др.] // ХГС. - 1988. - № 4. - С. 534-537.
6. Повстяной М.В. Одностадшний синтез 1,4-дипдропохщних аз.-триазино(3,4-Г)ксантину / М.В. Повстяной, А.В. Акимов, П.М Кочергин // Укр. xiM. журнал. - 1974. - Том 11, Вип. 2. -С. 215-216.
7. Полякова А.А. Масс-спектрометрия в органической химии. / А.А. Полякова, Р.А. Хмельницкий -Л.: Химия, 1992. - 368 с.
Повстяной М.В. Застосування амшокислот в гетероцикизацИ 7,8^функщонально замщених теофтшш до похвдних iмiдазо(1,2-f)теофiлiнiв / М.В. Повстяной, О.М. Федоренко, В.М. Повстяной, 1.О. Лебедева // Вчеш записки Тавршського нацюнального ушверситету iM. В.1. Вернадського. Сeрiя „Бюлопя, xiмiя". - 2012. - Т. 25 (64), № 4. - С. 271-278. Показана принцитальна можливють MOHOBapiaHTHOï гетероциклiзацiï 7-кетоарiл-8-бромтеофiлiнiв тд дieю амiнокислот до похiдних iмiдазо(1,2-f)теофiлiна, утримуючих амiнокислотний замiнник у iмiдазольному фрагментi молекули.
Ключовi слова: синтез, гетероцик^защя 7,8- дизамiщенних теофiлiну, амшокислоти та ïx алкiлестери, гiдразиди та пдразони.
Povstyanoy M. The use of amino acids in the heterocyclization of 7,8-difunctional substituted theophylline to imidazo (1,2-f) theophylline / M. Povstyanoy, A. Fedorenko, V. Povstyanoy, I. Lebedeva
// Scientific Notes of Taurida V.Vernadsky National University. - Series: Biology, chemistry. - 2012. -Vol. 25 (64), No. 4. - P. 271-278.
The principal possibility of univariant heterocyclization ketoaril 7-8-bromotheophylline under the influence of amino acids to the imidazo (1,2-f) theophylline-containing amino substituent in the imidazole moiety. Keywords: synthesis, heterocyclization, amino acids, theophylline, alkyl esters, hydrazones derived.
Поступила в редакцию 28.11.2012 г.
