CC BY
5
СИНТЕЗ И ПРОТИВОМИКРОБНАЯ АКТИВНОСТЬ
^-(ИНДОЛИЛ)ТРИФТОРАЦЕТАМИДОВ
И.С. Степаненко1, С.А. Ямашкин2*, А.И. Котькин2, М.А. Юровская3
(1 ФГБОУ ВО Мордо вский государственный университет им. Н. П. Огарева; 2ФГБОУ ВО Мордовский государственный педагогический институт им. М. Е. Евсевьева; 3ФГБОУ ВО Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; е-mail: yamashk@yandex.ru)
Разработан метод синтеза ^-(индолил)трифторацетамидов из 2,3-диметил-, 1,2,3-триметил-7-аминоиндолов и этилового эфира трифторуксусной кислоты. Полученные соединения, подвергнутые скринингу на антимикробную активность по отношению к стандартным штаммам Staphylococcus aureus 29213, Escherichia coli 25922, Pseudomonas aeruginosa 27853, Streptococcus pyogenes 1238, Klebsiella pneumoniae 9172, показали противомикробную активность, сравнимую с широко применяемым в клинике антимикробным препаратом - диоксидином.
Ключевые слова: реакция гетероароматических аминов с этиловым эфиром трифторуксусной кислоты, синтез Ж-(индолил)-2,2,2-трифторацетамидов, противомикробная активность Ж-(индолил)трифторацетамидов.
Замещенные аминоиндолы с аминогруппой в бензольном кольце известны как исходные соединения для получения индолиламидов, индо-лиленаминокетонов, пирролоиндолов и пирроло-хинолонов [1, 2]. Многие из перечисленных соединений проявляют биологическую активность разных типов [3-5]. У индолиламидов, пирро-лохинолонов на основе замещенных 4,7-амино-индолов и трифторацетоуксусного эфира обнаружена достаточно высокая противомикробная активность [6, 7]. В связи с этим представлялось интересным изучение реакции 2,3-диметил- и 1,2,3-триметил-7-аминоиндолов (1, 2) с этиловым эфиром трифторуксусной кислоты в целях разработки метода синтеза соответствующих индолил-трифторацетамидов и их лабораторное исследование на антимикробную активность.
Мы установили, что при нагревании аминоин-долов 1 и 2 с избытком этилового эфира трифтор-
уксусной кислоты в бензоле в присутствии каталитического количества ледяной уксусной кислоты образуются соединения, которым согласно данным масс-спектральных исследований (УФ, ЯМР 1Н) приписаны структуры 3, 4 (схема 1).
По данным квантово-химических расчетов величин зарядов в атомных единицах заряда (а. е. з.), проведеных методом функционала плотности (ЭРТ) при использовании гибридного функционала БЗЬУР и базисного набора 6-3Ш, на атомах азота аминогруппы в аминоиндолах 1 и 2 (-0,797 а.е.з. для соединения 1 и -0,799 а.е.з. для соединения 2) следовало ожидать, что их поведение в реакции трифторацетилирования будет одинаковым. Однако образование амида 4 по сравнению с соединением 3 в одних и тех же условиях протекает труднее, что выражается в более длительном времени протекания реакции (20-30 и 40-50 ч для соединений 3 и 4 соответственно).
С х е м а 1
Вероятно, это связано с пространственными затруднениями, создаваемыми ^-метильной группой пиррольного кольца индола. При проведении хроматографического контроля за ходом реакции обнаружены две формы соединений 3 и 4 - карбонильная (а) и енольная (Ь), имеющие разные значения Я^.
В отличие от УФ-спектров исходных соединений 1 и 2, содержащих по два максимума поглощения (227, 275 и 232, 285 нм для аминов 1
и 2 соответственно), в УФ-спектрах полученных соединений 3 и 4 в этаноле проявляются три полосы поглощения со значениями ^макс, равными 212, 230, 298 нм для амида 3 и 212пл (плечо), 232, 290 нм для амида 4. Появление дополнительной полосы или плеча (212 нм) объясняется наличием в молекуле амидной группы, а смещение максимума п-п-переходов в длинноволновую область связано с удлинением цепи сопряжения в молекуле амида.
С х е м а 2
Структуру соединений 3 и 4 подтверждают также данные спектров ЯМР 1Н. Существенное различие спектров в ДМСО-^ полу-
ченных амидов 3, 4 и аминоиндолов 1, 2 заключается в отсутствии сигнала протонов группы НИ2 в области 4.75 или 4.67 м.д. и наличии сигнала атома водорода ^-Н с химическим сдвигом 10.91 м.д. (для 3а), 11.31 м.д. (для 4а), а также протона группы О-Н с химическим сдвигом 7.36 м.д. (для 4Ь). Сигналы атомов водорода группы 2,3-СН3 проявляются в спектрах в виде двух сильнопольных синглетов, протоны АВС-системы бензольного кольца дают два дублета и триплет. В спектрах ЯМР 1Н присутствуют также синглетные сигналы 1-Н (для 3)
и 1-СН3 (для 4).
3 1
Анализ спектральных данных ЯМР Н показал, что в растворе ДМСО-^ существует форма а соединения 3, а для структуры 4 обнаружена смесь таутомеров Ь и а в соотношении 3:1 (согласно интегральной интенсивности характеристичных сигналов протонов). Повышению стабильности енольной формы Ь для соединения 4 способствует наличие метильной группы у пир-рольного атома азота.
Дополнительную информацию о строении амидов 3 и 4 дают масс-спектральные исследования. Изучаемые соединения в условиях электронной ионизации довольно стабильны, о чем свидетельствует наличие пиков молекулярных ионов с максимальной интенсивностью. Индолиламиды 3 и 4 в условиях регистрации масс-спектров, вероятно, находятся в двух таутомерных формах -карбонильной (а) и енольной (Ь). Первоначально молекулярные ионы Ф1, Ф2 каждой из этих форм, как это характерно для полиметилиндолов [8-10], элиминируют либо атом водорода, либо метиль-
ный радикал, превращаясь в ионы Ф6, Ф7, Ф8, Ф9 (схема 2).
Третье направление распада молекулярных ионов - образование фрагментных ионов Ф3, Ф4 за счет отщепления радикала F3CCO от карбонильной (а) формы амида. Образование трифторацетильного фрагмента подтверждается также наличием в спектре сигналов ионов с m/z, равным 69 и 28, отвечающих конечным продуктам распада F3CCO. Дальнейшее превращение продуктов элиминирования Н и СН3, а именно ионов Ф6, Ф7, Ф8, Ф9, протекает по двум направлениям - с образованием фрагментов либо Ф10, Ф11, Ф13, Ф14, либо Ф12, Ф15. Фрагментные ионы Ф10, Ф11, Ф13, Ф14 возникают из ионов Ф6, Ф7, Ф8, Ф9 в форме а в результате отщепления молекулы трифторметана; фрагментные ионы Ф12, Ф15 возникают из Ф6 Ф8 в форме b за счет потери молекулы воды.
Существенное различие в масс-спектральном распаде амидов 3 и 4 заключается в отсутствии фрагментных ионов, получающихся из Ф7 и Ф9 в результате отщепления молекулы воды. Это свидетельствует в пользу того, что в образовании Н2О в случае амида 3 участвует ОН-группа и атом водорода, связанный с атомом азота пиррольного фрагмента енольной формы b.
Обнаружено еще одно различие в поведении амидов 3 и 4 в условиях электронной ионизации. Так, в масс-спектре соединения 4 наблюдается интенсивный (24,52%) сигнал фрагмент-ного иона Ф5 (m/z = 214), образование которого, предположительно, обусловлено элиминированием радикала [H3C-N=C-CH3]'. Такая фрагментация пиррольного кольца полиметили-рованной индольной системы раннее не была описана.
Значения величин МПК в мкг/мл для соединений 3 и 4 и диоксидина в отношении
тест-штаммов микроорганизмов
Тип тест-штамма исследуемого микроорганизма Соединение, МПК в мкг/мл
3 4 Диоксидин [11]
S. aureus 29213 31,3 62,3 125,0-1000,0
S. pyogenes 1238 31,3 31,3 -
E. coli 25922 125,0 125,0 8,0-250,0
P. aeruginosa 27853 125,0 125,0 125,0-1000,0
K. pneumoniae 9172 более 250,0 125,0 8,0-250,0
У индолиламидов 3 и 4, подвергнутых скринингу, обнаружена противомикробная активность. Результаты исследований в виде значений минимальных подавляющих концентраций (МПК) приведены в таблице.
Как видно из таблицы, для соединения 3 в отношении грамположительных тест-штаммов исследуемых микроорганизмов S. aureus 29213 и S. pyogenes 1238 величина МПК составила 31,3 мкг/мл. В отношении грамотрицательных штаммов амид 3 также был эффективен. При этом рост E. coli 25922 и P. aeruginosa 27853 подавлялся в концентрации 125 мкг/мл, за исключением K. ртишотае 9172, для которого величина МПК составила более 250 мкг/мл. Соединение 4 проявило наибольшую противомикробную активность в отношении грамположительных тест-штаммов и так же, как амид 3, подавляло рост S. pyogenes 1238 при концентрации в бульоне Мюллера-Хинтона (МХБ), равной 31,3 мкг/мл. Однако для S. aureus 29213 величина МПК исследуемого соединения 4 была несколько выше и составила 62,3 мкг/мл. В отношении грамотрицательных тест-штаммов соединение 4 проявило сходную активность. Так, для E. coli 25922 и P. aeruginosa 27853 его величина МПК составила 125 мкг/мл, но в отличие от амида 3, соединение 4 в концентрации 125 мкг/мл активно подавляло рост тест-штамма K. pneuшoniaе 9172. Выявленная противомикробная активность исследованных соединений не только не уступает, но и превосходит аналогичную активность препарата сравнения диоксидина, который способен подавлять рост грамположительных штаммов представителей рода Staphylococcus (в диапазоне кон -центраций 125-1000 мкг/мл) и рода Streptococcus (в диапазоне концентраций 64-1000 мкг/мл. По антимикробной активности в отношении грам-отрицательных тест-штаммов изученные соединения также не уступают препарату сравнения (таблица).
Экспериментальная часть
Спектры ЯМР 1Н записаны на мультиядер-ном спектрометре ядерного магнитного резонанса «Joel JNM-ECX400» (400 МГц) в ДМСО-аб. Электронные спектры получены на приборе «LEKI SS2109UV» в этаноле. Масс-спектры зарегистрированы на масс-спектрометре «Finnigan MAT INC0S-50» с прямым вводом образца в ионный источник при энергии ионизации 70 эВ. Элементный анализ проводили на элементном
анализаторе «vario MICRO cube». Названия аминам и амидам даны по правилам компьютерной программы ACD/LABS IUPAC Name Generator. Структурные формулы соединений нарисованы в компьютерной программе ISIS Draw 2,4. Для расчета эффективных зарядов на атомах азота (в а.е.з.) в аминах 1 и 2 использовали метод функционала плотности с гибридным функционалом B3LYP [12] и базисным набором 6-31G [13], расчеты осуществлялись в программном пакете Orca [14].
Очистку продуктов реакции проводили методом колоночной хроматографии. В качестве сорбента использовали оксид алюминия (нейтральный, I и II ст. акт. по Брокману). Контроль за ходом реакций, чистотой полученных соединений, определение Rf осуществляли с помощью ТСХ на пластинках Silufol UV-254 (система указана кон -кретно для каждого соединения в методике эксперимента).
N -(2,3-Диметил-1# - индол-7-ил)-2,2,2-трифторацетамид (3). К раствору 0,32 г (2 ммоль) 7-амино-2,3-диметилиндола (1) в 150 мл абсолютного бензола добавляли 5 мл (42 ммоль) этилового эфира трифторуксусной кислоты, каталитическое количество ледяной уксусной кислоты и кипятили до исчезновения исходного амина (хроматографический контроль). По окончании реакции (30 ч кипячения) из реакционной смеси досуха отгоняли бензол, избыток эфира и следы уксусной кислоты. Твердый остаток растворяли в хлороформе и пропускали через слой оксида алюминия. Выход индолилтрифторацетами-да 57%, Тпл. = 119-121 оС, Rf = 0,12; 0,83 (бензол : этилацетат 5:1). Найдено, %: C 56,03; Н 4,19; М 256 (масс-спектрометрически). C12HnF3N2O. Вычислено, %: C 56,25; Н 4,33; М 256. Спектр УФ (этанол) Хмакс (lg в): 212 (4,47), 231 (4,37), 298 (3,95) нм; спектр ЯМР ХН (ДМСО-а6): 2.12 (3Н, с, 3-СН3), 2.30 (3Н, с, 2-СН3), 6.92 (1Н, т, J = 7,8 Гц, Н-5), 7.00 (1Н, д, J = 7,8 Гц, Н-6), 7.27 (1Н, д, J = 7,8 Гц, Н-4) 10,57 (1Н, с, Н-1), 10.91 (1Н, с, Н-N) м.д. Масс-спектр m/z (% к J^): 256 (100), 255 (34,13), 241 (10,61), 237 (15,882с), 223 (10,81), 185 (5,61), 159 (7,71), 69 (7,11), 28 (7,41), 18 (17,22).
^(1,2,3-Триметил-1#- индол-7-ил)-2,2,2-трифторацетамид (4). Получают аналогично из 0,35 г (2 ммоль) 7-амино-1,2,3-триметилиндола (2), но для окончания реакции реакционную смесь нагревают в течение 50 ч. Полученный амид очищают на колонке с окисью алюминия в системе
хлороформ : петролейный эфир = 5:1. Выход 65%, Тпл. = 126-128 оС, Rf = 0,21; 0.87 (бензол : этилацетат = 5:1). Найдено, %: C 57,32; Н 4,70; M 270 (масс-спектрометрически). C13H13F3N2O. Вычислено, %: C 57.48, Н 4.85; M 270. Спектр УФ (этанол) Хмакс (lg в)): 212пл (4,40), 232 (4,73), 290 (4,15) нм, спектр ЯМР 1Н (ДМСО-а6) тауто-мерной формы а: 2.18 (3Н, с, 3-СН3), 2.30 (3Н, с, 2-СН3), 3.69 (3Н, с, 1-СН3), 6.88 (1Н, д, J = 8,0 Гц, Н-6), 6.99 (1Н, т, J =3 8,0 Гц, Н-5), 7.42 (1Н, д, J = 8,0 Гц, Н-4), 11.35 (1Н, С, Н-N) м.д.; таутомерной формы b: 2.18 (3Н, с, 3-СН3), 2.31 (3Н, с, 2-СН3), 3.94 (3Н, с, 1-СН3), 6.99 (1Н, т, J = 8,0 Гц, Н-5), 7.17 (1Н, д, J = 8,0 Гц, Н-6), 7.36 (1Н, с, Н-О), 7.42 (1Н, д, J = 8,0 Гц, Н-4) м.д. Соотношение таутомерной формы а и тау-томерной формы b, согласно интегральной интенсивности характеристичних сигналов протонов в спектре составляет 1:3. Масс-спектр m/z (% к J^): 270 (100), 269 (18,62), 255 (16,52), 239 (6,71)), 214 (24,52), 201 (8,00), 199 (15,02), 185 (6,51), 184 (10,31), 183 (8,81), 173 (43,74), 69 (10,51), 28 (10,71).
Антибактериальная активность N-(2,3-диметил-1Н-индол-7-ил)- и N-(1,2,3-триметил-1Н-индол-7-ил)-2,2,2-трифторацетамидов (3, 4).
При проведении микробиологического эксперимента исследуемые соединения использовали в виде раствора (в качестве растворителя применяли «Димексид» для приготовления растворов наружного применения, производство ОАО «Марбиофарм). В качестве тест-штаммов микроорганизмов при изучении противоми-кробной активности соединений 3 и 4 использовали 5 музейных штаммов: Staphylococcus aureus 29213 АТСС, Escherichia coli 25922 АТСС, Pseudomonas aeruginosa 27853 АТСС, Streptococcus pyogenes 1238 АТСС и Klebsiella pneumoniae 9172 АТСС. Штаммы, использованные в работе, получены из коллекции музея живых культур ФГУН «ГИСК им. Л. А. Тарасевича». Определение антимикробной активности амидов 3 и 4 проводили методом серийных разведений в бульоне Мюллера-Хинтона (макрометод «пробирочный») (МУК 4.2.1980-04) [15]. В качестве препарата сравнения использовали противоми-кробный препарат диоксидин (производное ди-N-оксихиноксалина) с высокой химиотерапев-тической активностью, широко применяемый в лечебной практике.
Конфликта интересов нет.
Дополнительных материалов нет.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ямашкин С.А., Позднякова О.В., Юровская М.А. // Вестн. Моск. ун-та. 2014. Сер. 2. Химия. Т. 55. № 1. C. 36.
2. Ямашкин С.А., Жукова Н.В., Романова И.С. // ХГС. 2008. № 7. С. 991.
3. КадималиевД.А., Степаненко И.С., Надежина О.С., Ямашкин С.А. // Микология и фитопаталогия. 2014. Т. 48. Вып. 5. C. 309.
4. Степаненко И.С., Котькин А.И., Ямашкин С.А. // Проблемы медицинской микологии. 2015. Т. 17. № 3. С. 135.
5. Kay C. W. M., Mennenga B., Gorisch He., Bittl R. // J. Biological Chemistry. 2006. Vol. 281. N 3. Р. 1470.
6. Степаненко И.С., Котькин А.И., Ямашкин С.А. // Фундаментальные исследования. 2013. № 8. C. 1406.
7. Алямкина Е.А., Степаненко И.С., Ямашкин С.А.,
Юровская М.А. // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. 2016. Т. 57. № 6. С. 410.
8. Хмельницкий Р.А. // ХГС. 1974. № 3. С. 291.
9. Терентьев П.Б. Масс-спектрометрия в органической химии. М., 1979. С. 115.
10. Лебедев А.Т. Масс-спектрометрия в органической химии. М., 2010. С. 269.
11. Падейская Е.Н. // Инфекции и антимикробная терапия. 2001. Т. 3. № 5. С. 105.
12. Stephens P.J., Devlin F.J., Chablowski C.F., Frisch M.J. // J. Phys. Chem. 1994. Vol. 98. P. 11623.
13. Hehre W.J., DitchfieldR., Pople J.A. // J. Chem. Phys. 1972. Vol. 56. Р. 2257.
14. Neese F. // Mol. Sci. 2012. Vol. 2. N 1. P. 73.
15. Определение чувствительности микроорганизмов к антибактериальным препаратам (Методические указания МУК 4.2.1890-04). Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2004. Т. 6. № 4.
Поступила в редакцию 10.11.2018 Получена после доработки 12.02.2019 Принята к публикации 14.02.2019
SYNTHESIS AND ANTIMICROBIAL ACTIVITY OF N-(INDOLYL) TRIFLUOROACETAMIDES
I.S. Stepanenko1, S.A. Yamashkin2*, A.I. Kot'kin2, M.A. Yurovskaya3
(1N.P. Ogarev's Mordovia State University, Saransk, Russia;1 Mordovian State Pedagogical Institute, Saransk, Russia; Department of Organic Chemistry by LomonosovMoscow State University, Moscow, Russia; *e-mail: yamashk@yandex.ru)
Based on 2, 3-dimethyl-, 1, 2, 3-trimethyl-7-aminoindoles and ethyl ester of trifluoroacetic acid, a method for the synthesis of the corresponding trifluoroacetamides has been developed. The obtained compounds were screened for antimicrobial activity in relation to the standard strains of the Staphylococcus aureus 29213, Escherichia coli 25922, Pseudomonas aeruginosa 27853, Streptococcus pyogenes 1238, Klebsiella pneumoniae 9172 and they showed antimicrobial activity comparable to the widely used in the clinic antimicrobial drug - dioksidin.
Key words: The reaction of heteroaromatic amines with ethyl ether of trifluoroacetic acid, the synthesis of N-(indolyl)-2,2,2-trifluoroacetamides, antimicrobial activity of N-(indolyl) trifluoroacetamides.
Сведения об авторах: Степаненко Ирина Семеновна - доцент кафедры иммунологии, микробиологии и вирусологии медицинского института Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева, канд. мед. наук, доцент (ymahkina@mail.ru); Ямашкин Семен Александрович - профессор кафедры химии, технологии и методик обучения естественно-технологического факультета Мордовского государственного педагогического института им. М.Е. Евсевьева, докт. хим. наук (yamashk@yandex.ru); Котькин Алексей Иванович - ст. преподаватель кафедры химии, технологии и методик обучения естественно-технологического факультета Мордовского государственного педагогического института им. М.Е. Евсевьева (19alek-sey90@mail.ru), Юровская Марина Абрамовна - вед. науч. сотр. кафедры органической химии химического факультета МГУ, докт. хим. наук, профессор (ymar@org.chem.msu.ru).
