Синтез 2-(6h-индоло[2,3-b] хиноксалин-6-ил)-1-фенилэтанона и особенности его взаимодействия с некоторыми азотистыми основаниями Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 547.794.3

СИНТЕЗ 2-(6Н-ИНДОЛО [2,3-B] ХИНОКСАЛИН-6-ИЛ)-1-ФЕНИЛЭТАНОНА И ОСОБЕННОСТИ ЕГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С НЕКОТОРЫМИ АЗОТИСТЫМИ ОСНОВАНИЯМИ*

© 2017 Т. Н. Кудрявцева1, П. И. Сысоев2,И. Б. Кометиани3, Р.С.А. Рида 4, Л. Г. Климова5

1 канд хим. наук, ст. научный сотрудник кафедры химии, руководитель НИЛ органического синтеза

e-mail: [email protected] 2канд. хим. наук, ст. препод. кафедры химии e-mail: [email protected] 3канд. биол. наук, зав. кафедрой химии e-mail: [email protected] 4магистрант кафедры химии e-mail: [email protected]

Курский государственный университет

5 канд. мед наук, доцент кафедры микробиологии e-mail: [email protected]

Курский государственный медицинский университет

Осуществлен синтез 2-(6Н-индоло [2,3-Ь]хиноксалин-6-ил)-1 -фенилэтанона,

исследованы его реакции с некоторыми азотистыми основаниями, а также биологическая активность продуктов этих реакций.

Ключевые слова: 6Н-индол[2,3-Ь]хиноксалин, фенацилбромид, алкилирование, азотистые основания, биологическая активность

Известно, что патогенные микроорганизмы, возбудители опасных заболеваний человека и животных, со временем приобретают резистентность к антибактериальным препаратам, применяемым в медицинской практике. Поэтому проблема поиска новых антибактериальных препаратов до сих пор остается важной задачей. Производные 6Н-индол[2,3-Ь]хиноксалина в настоящее время активно изучаются в качестве биологически активных соединений. В этом ряду найдены соединения, обладающие антибактериальным, противогрибковым, противоопухолевым действием, основанным на их способности к интеркаляции в молекулы ДНК.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (проект № 4.9516.2017/БЧ).

Соединения этого ряда известны как антибактериальные, противогрибковые, противоопухолевые средства, антидепрессанты, противовоспалительные агенты [Пат. 2369609 РФ 2009; Abu-Hashem 2015; Avula и соавт. 2013; Shibinskaya и соавт. 2010].

В продолжение наших исследований по поиску и синтезу биологически активных соединений в ряду 6Н-индол[2,3-Ь]хиноксалина нами продолжен поиск новых соединений в этом ряду.

Одним из способов функционализации 6Н-индол[2,3-Ь]хиноксалина является его алкилирование, например, эфирами монохлоруксусной кислоты [Пат. 2369609 РФ; Кометиани и соавт. 2013]. В качестве эффективного алкилирующего агента может быть использован фенацилбромид [Тарасова и соавт. 1983].

Можно предположить, что, используя реакцию алкилирования 6Н-индол[2,3-Ь]хиноксалина фенацилбромидом и последующие химические превращения продукта этой реакции, можно получить новый ряд биологически активных соединений.

Реакция между 6Н-индоло[2,3-б]хиноксалином (ИХ) и фенацилбромидом (ФАБ) относится к реакциям нуклеофильного замещения при sp3-гибридизованном атоме углерода. Для проведения таких реакций традиционно используются полярные апротонные растворители, такие как К,К-диметилформамид (ДМФА), диметилсульфоксид (ДМСО), ацетон, диоксан, тетрагидрофуран и т.д. [Райхардт 1991].

Поэтому для получения целевого продукта - 2-(6Н-индоло[2,3-Ь]хиноксалин-6-ил)-1-фенилэтанона было необходимо подобрать наиболее подходящий растворитель, позволяющий осуществить синтез кетона с максимальным выходом. Реакцию осуществляли при мольном соотнощении ИХ: ФАБ, равном 1:1 (схема 1).

С целью выбора оптимальных условий проведения реакции мы использовали в качестве растворителей ДМФА, ацетон и ДМСО - полярные апротонные растворители, отличающиеся температурами кипения и полярностью.

Установлено, что в отсутствие нагревания реакция практически не протекает в течение продолжительного времени во всех исследованных нами растворителях.

Поэтому далее реакцию вели при нагревании. В случае ацетона реакционную смесь кипятили, в случае ДМФА и ДМСО температуру реакционной смеси поддерживали в интервале 60-100 оС.

Ход реакции контролировали методом ТСХ. В хроматограммах реакционных смесей наблюдали постепенное исчезновение пятна, соответствующего исходному ИХ, и появление пятна, соответствующего продукту реакции.

По окончании реакции реакционную массу выливали в воду для отделения неорганических солей, органический осадок отфильтровывали и сушили.

Нами обнаружено, что с наибольшей скоростью и максимальным выходом (более 90%) реакция между ИХ и ФАБ протекает в ДМСО уже при 60-70°С. В этом случае всего

(1)

через 30 мин обнаруживаются лишь следы исходного ИХ, а заканчивается процесс примерно за 3 часа.

Реакция ИХ с ФАБ в ацетоне протекает значительно медленнее, чем в ДМСО, не менее 8 часов. В ДМФА реакция протекает быстрее, чем в ацетоне, но несколько медленнее, чем в ДМСО.

Полученные нами результаты хорошо коррелируют с характеристиками используемых нами растворителей [Райхардт 1991]: наилучшие результаты были достигнуты при использовании наиболее полярного из исследованных нами растворителей - ДМСО.

Продукт реакции - 2-(6Н-индоло[2,3-Ь]хиноксалин-6-ил)-1-фенилэтанон представляет собой кристаллическое вещество оранжевого (желто-оранжевого) цвета с температурой плавления 226-227 С0; он хорошо растворим в ДМФА, ДМСО, умеренно растворим в ацетоне, плохо растворяется в спирте и углеводородных растворителях. В его масс-спектре присутствует пик со значением m/z, равным 338, что соответствует молекулярной массе целевого кетона, рассчитанной для брутто-формулы C22Hi5N3O.

В ИК-спектре продукта реакции появляется интенсивная полоса поглощения в области 1695 см-1, соответствующая колебаниям карбонильной группы.

Нами были исследованы несколько реакций 2-(6Н-индоло[2,3-Ь]хиноксалин-6-ил)-1-фенилэтанона с азотосодержащими нуклеофилами. Установлено, что 2-(6Н-индоло[2,3-Ь]хиноксалин-6-ил)-1-фенилэтанон в исследованных нами условиях (нагревание с ароматическими аминами в присутствии кислого катализатора в среде этанола и ДМСО) не образует основания Шиффа с анилином и такими активными ароматическими аминами, как п-толуидин и п-фторанилин. Поэтому мы исследовали взаимодействие 2-(6Н-индоло[2,3-Ь]хиноксалин-6-ил)-1-фенилэтанон с гидразином, как более сильным нуклеофилом по сравнению с ароматическими аминами.

Известно, что гидразоны традиционно получают взаимодействием гидразина с карбонильными соединениями в условиях кислого катализа в спиртовой среде. Мы кипятили смесь 2-(6Н-индоло[2,3-Ь]хиноксалин-6-ил)-1-фенилэтанона с 20% избытком гидразингидрата в этаноле в присутствии HCl. По окончании реакции этанол отгоняли на роторном испарителе, остаток высушивали. Продукт реакции анализировали методом хромато-масс-спектрометрии.

Найдено, что в техническом (неочищенном) продукте присутствует примесь исходного кетона (М+, m/z 338). Целевое соединение 6-(2-гидразоно-2-фенилэтил)-6Н-индоло[2,3-Ь]хиноксалин присутствует в смеси в виде двух изомеров (E и Z) в примерно равных соотношениях, в масс-спектрах которых присутствуют пики молекулярных ионов М+ со значением m/z, равным 352 (схема 2):

(2)

где R: NH2 ,-NH-C—NH2 -NH-C—NH2

II

2 ,

II

О

s

Помимо целевого гидразона в смеси присутствовала примесь продукта, в масс-спектре которого присутствует пик молекулярного иона М+ с m/z 671. Можно предположить, что этот продукт образуется при взаимодействии кетона с гидразином в мольном соотношении 2:1 и представляет собой 1-(2-(6Н-индоло[2,3-Ь]хиноксалин-6-ил)-1-фенилэтилиден)-2-(2-(6Н-индоло[2,3-Ь]хиноксалин-6-ил)-1-фенилэтилиден)гидразин; строение одного из его изомеров можно описать формулой

Нами установлено, что смесь его изомеров образуется при проведении реакции 2-(6Н-индоло[2,3-Ь]хиноксалин-6-ил)-1-фенилэтанона с гидрохлоридом гидразина в пиридине.

Теоретически таких изомеров может существовать четыре: (1Е-2Е, 12-22, 1Е-22, 12-2Е). Действительно, методом хромато-масс-спектрометрии в смеси обнаруживаются 4 изомера, которым соответствуют пики молекулярных ионов М+ с м/7 671. Суммарный выход этих соединений, по данным хромато-масс-спектрометрии, составляет около 95%, причем значительно преобладают два изомера, на долю которых приходится 35 и 49%.

Нами была сделана попытка осуществить синтез 6-(2-гидразоно-2-фенилэтил)-6Н-индоло[2,3-Ь]хиноксалина через стадию образования 2-[2,3-б]хиноксалин-6-ил-1-фенил-этантиоата по следующей схеме (4):

Однако значительно повысить выход гидразона таким путем не удалось.

Поскольку нами достаточно успешно был осуществлен синтез гидразона 2-(6Н-индоло[2,3-Ь]хиноксалин-6-ил)-1-фенилэтанона, мы предположили, что полученный нами кетон может вступить в реакцию и с другими азотистыми основаниями или соединениями, имеющими активную группу КН2, например с аминами, семикарбазидом и

(3)

(4)

тиосемикарбазидом. Семикарбазон 2-(6Н-индоло[2,3-Ь]хиноксалин-6-ил)-1-фенилэтанона был получен с выходом около 60% в среде этанола.

Было обнаружено, что 2-(6Н-индоло[2,3-Ь]хиноксалин-6-ил)-1-фенилэтанон хорошо взаимодействует с тиосемикарбазидом, причем реакция в среде этанола протекает с более высоким выходом, а продукт реакции получается более чистым, чем в среде ДМСО.

Как и следовало ожидать, тиосемикарбазон получается в виде двух изомеров, что хорошо видно как на хроматографической пластине, так и в хроматограмме, полученной методом ВЭЖХ.

Структура полученного тиосемикарбазона подтверждена методом ИК-спектроскопии и хромато-масс-спектрометрии. В масс-спектре полученного соединения присутствует пик молекулярного иона с m/z 410 что соответствует молекулярной массе тиосемикарбазона. Причем в хроматограмме образца, полученной методом ВЭЖХ, присутствуют два пика, которым соответствуют одинаковые значения m/z для молекулярных ионов, что подтверждает наличие двух изомеров (Е,2)-2-(2- (6Н-индол [2,3-Ь] хиноксалин-6-ил) -1-фенилэтилиден) гидразин-1-карботиоамида .

Поскольку полученные нами производные 6Н-индоло[2,3-Ь]хиноксалина содержат в молекулах фармакофорные структурные фрагменты, представляло интерес оценить их потенциальную биологическую активность. Для оценки биологической активности синтезированных нами соединений использовали веб-ресурс PASS Online PASS (Prediction of Activity Spectra for Substances), позволяющий анализировать зависимость «структура-активность» [Филимонов 2014].

В программе PASS биологическая активность описывается качественно ("активное" Ра или "неактивное" Р^. Имеются сведения о том, что средняя точность прогноза составляет свыше 85% [23].

Основные сведения о потенциальной биологической активности синтезированных нами соединений представлены в таблице.

Прогноз биологической активности синтезированных соединений,

Соединение Pa Pi Активность

О га/ 0,617 0,048 антиишемическая, церебральная

Ö

rrÖ^ 0,831 0,004 для лечения болезни Альцгеймера

S=J О 0,825 0,005 для лечения нейродегенеративных заболеваний

HüN-NS-V О 0,507 0,038 ингибитор триметиламин-оксид альдолазы

rvijP счх О ^ 0,618 0,016 ингибитор триметиламин-оксид альдолазы

0,640 0,104 лечение фобических расстройств

0,566 0,035 ингибитор Гастрина

^ N Sft Н ) N—N=/ h2n Д о 0,677 0,004 противоопухолевое действие (меланома)

0,541 0,004 противоопухолевое действие (рак мозга)

0,547 0,014 антимикобактериальная активность

Для (B,Z)-2-(2-(6H-индол [2,3-b] хиноксалин-6-ил)-1-фенилэтилиден) гидразин-1-карботиоамида была выявлена незначительная антибактериальная активностьпо отношению к ряду тест-штаммов микроорганизмов (E. Coli, Ps. Aeruginosa, Pr. Vulgaeis, S. aureus, B. subtilis, Candida albicans).

Таким образом, можно заключить, что полученные нами соединения представляют интерес для дальнейших исследований в качестве потенциальных лекарственных препаратов.

Библиографический список

Кометиани И. Б., Кобыльской С. Г., Кудрявцева Т. Н. Аммонолиз бутил-2-(6Н-индоло[2,3^]хиноксалинил)ацетата аминополиолами // Ученые записки. Электронный научный журнал Курского государственного университета. 2013. № 3 (27). Т. 2. URL: http://www.scientific-notes.ru/pdf/032-015.pdf (дата обращения 11.02.2017).

Пат. 2369609 РФ. МПК C07D 487/04,(2006.01), A61K 31/4985,(2006.01) ,A61P 25/00 (2006.01),A61P37/00,(2006.01) Алкилзамещенные индолхиноксалины / Я.Бергман, Р.Энгквист, Б. Гердин, И. Килстром, У. Бьерклунд. Патентообладатель: ОКСИФАРМА АБ (SE). Дата публикации заявки. 27.07.2008, опуб.10.10.2009 -Бюллетень № 28.

Райхардт К. Растворители и эффекты среды в органической химии. М.: Мир, 1991. С. 24-73.

Тарасова Н.И., Лавренова Г.И., Загнитько О.П., Петрова Е.Н., Степанов В.М. Реакция а-химотрипсина с окрашенным фенацилбромидом - а-бром-4-амино-3-нитроацетофеноном // Биорганическая химия. 1983. Т. 9. № 4. С. 478-485

Филимонов Д.А., Лагунин А.А., Глориозова Т.А. Рудик А.В., Дружиловский Д.С., Погодин П.В., Поройков В.В. Предсказание спектров биологической активности органических соединений с помощью веб-ресурса PASS Online // Химия гетероциклических соединений. 2014. № 3. С. 483-499

Abu-Hashem A. A., Synthesis, "Reactions and Biological Activity of Quinoxaline Derivatives" // American Journal of Organic Chemistry. 2015. Vol. 5(1). P. 14-56.

Avula S., Komsani J.R., Koppireddi S., Yadla R., Rao A.K., Kotamraju K.S. Synthesis and cytotoxicity of novel 6H-indolo[2,3-b]quinoxaline Derivatives // Med. Chem Res. 2013. Vol. 22. P. 3712-3718.

Shibinskaya M. O., Lyakhov S.A., Mazepa A.V., Andronati S.A., Turov A.V., Zholobak N.M., Spivak N.Ya. Synthesis, cytotoxicity, antiviral activity and interferon inducing ability of 6-(2-aminoethyl)-6H-indolo[2,3-b]quinoxalines // European Journal of Medicinal Chemistry. 2010. Vol. 45. P. 1237-1243.