CC BY
83
УДК 547.46'052
П. А. Гуревич, И. Н. Бардасов, Д. Л. Михайлов, А. Н. Лыщиков,
Л. Ф. Саттарова, Н. Г. Могильный, Б. П. Струнин
СИНТЕЗ ОКСИРАНОВ И ЦИКЛОПРОПАНОВ НА ОСНОВЕ АРИЛИДЕНПРОИЗВОДНЫХ ДИМЕРА
МАЛОНОНИТРИЛА И ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ В БЕНЗОЛЬНОМ КОЛЬЦЕ
НА БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ
Ключевые слова: циклопропаны, оксираны, малононитрил, биологическая активность, нитрилы.
Проведено изучение влияния заместителей в бензольном кольце на биологическую активность оксиранов и циклопропанов на основе арилиденпроизводных димера малононитрила.
Keywords: Cyclopropanes, Oxiranes, Malononitrile, Biological Activity, Nitriles.
Researched substitutuents effect on the benzene ring to the biological activity of oxiranes and cyclopropanes based on the arylidene derivatives of malononitrile dimer.
Цианозамещенные циклопропаны и оксираны являются перспективными с синтетической точки зрения исследовательскими объектами. Сочетание напряжённого трёхчленного цикла и карбонитрильной группы создаёт предпосылки для протекания каскадных процессов циклизации, что может привести к уникальным гетероциклическим соединениям сложного функционального окружения. Анализ литературных данных показывает, что часто цианозамещенные представители циклопропанового и оксиранового ряда являются прекурсорами биологически активных соединений [13]. Научным коллективом ФГБОУ ВПО «Чувашский государственный университет имени И.Н.Ульянова» ранее были опубликованы работы по синтезу оксира-нов и циклопропанов на основе арилиденпроизводных димера малононитрила [4-6] и изучению их биологической активности [6]. В качестве объектов изучения нами были выбраны незамещённые в бензольном кольце 2-амино-6-фенил-4-(дицианометилен)-3 -
азабицикло[3.1.0]гекс-2-ен-1,5-дикарбонитрил (2а) и 2-[амино(3-фенил-2-цианооксиран-2-ил)метилен]малононитрил (3а). В результате проведенных исследований была выявлена антибактериальная активность по отношению к Streptococcus spp.
Цель дальнейших исследований - изучение влияния заместителей в бензольном кольце циклопро-пановых и оксирановых производных (1) и (2) на их антимикробную активность.
В ходе выполнения работы методы синтеза соединений 2а-в и 3а, б, г были усовершенствованы с целью повышения выходов, уменьшения количества и стоимости реагентов. Так, для получения циклопропанов 2 был разработан однореакторный процесс, что позволило избежать предварительного выделения мо-ноброммалононитрила. В синтезе оксиранов 3 уксусный ангидрид был заменён на более доступную уксусную кислоту и предложено использовать в качестве эпоксидирующего реагента гидроперит. Строение со-
единений 2а-в и 3а, б, г подтверждается методами ИК, ЯМР 1Н-спектроскопии и масс-спектрометрии.
Экспериментальная химическая часть
Контроль за ходом реакций и чистотой синтезированных веществ осуществляли методом ТСХ на пластинках «8ііио1 иУ-254», проявитель - УФ облучение, пары йода, термическое разложение. ИК-спектры снимали на приборе ИК-Фурье-спектрометре ФСМ-1202 в тонком слое (суспензия в вазелиновом масле). Спектры ЯМР 1Н регистрировали на спектрометре Вгикег БИХ-500, рабочая частота 500.13 МГц, растворитель - ДМСО-с(6, внутренний стандарт - ТМС. Масс-спектры получены на приборе Ріп^ал МАТЖС08 50 (электронный удар 70 эВ).
2-Амино-6-фенил-4-(дицианометилен)-3-азабицикло[3.1.0]гекс-2-ен-1,5-дикарбо-нитрил (2а). К раствору 1.32 г (0.01 моль) малонодинитрила в 20 мл смеси этанол-вода в соотношении 1:1 в течение 20 минут по каплям прибавляли 1.6 г (0.01 моль) брома. Полученный раствор моноброммало-нонитрила порциями при перемешивании приливали к суспензии 2.20 г (0,01 моль) 2-амино-4-фенилбута-1,3-диен-1,1,3-трикарбонитрила (1а) в 40 мл этанола в течение 10 мин. Реакционную массу перемешивали 1 ч при температуре 450С. После окончания реакции (ТСХ) смесь охлаждали до комнатной температуры, осадок отфильтровывали, промывали 10 мл этанола, сушили в вакуум эксикаторе. Выход 2.44 г (86%), т.пл. 220-2210С (разл.) [6].
Соединения (2б, в) получали аналогично.
2-Амино-6-(4-фторфенил)-4-(дициано-метилен)-3-азабицикло[3.1.0]гекс-2-ен-1,5-дикар-бонитрил (2б). Выход 80%, т.пл. 251-2520С (разл.). ИК спектр, V, см-1: 3362, 3259 (N42), 3067 (С-Н), 2253, 2217 (С^). Спектр ЯМР 1Н, 5, м.д.: 4.37 с (1Н, СН), 7.45 т, 7.55-7.58 м (4Н, С6Н4), 10.24 с, 10.53 с (2Н, NH2). Масс-спектр, ш/і (/о1н., %): 302 (40) [М]+. Найдено, %: С 63.54; Н 2.38; N 27.75. С16Н7Р^. Вычислено, %: С 63.58; Н 2.33; N 27.80.
2-Амино-6-(3-бромфенил)-4-(дицианометилен)-3-азабицикло[3.1.0]гекс-2-ен-
1,5-дикарбонитрил (2в). Выход 84%, т.пл. 245-
2490С (разл.). ИК спектр, V, см 1 3435 (ИИг), 2975 (С— Н), 2235, 2218 (С^Ы). Спектр ЯМР 1Н, 5, м.д.: 4.36 с (1Н, СН), 7.52-7.56 м, 7.75 с (4Н, С6Н4), 10.19 с, 10.54 с (2Н, ЫН2). Масс-спектр, ш/2 (/отн., %): 362 (10) [М]+. Найдено. %: С 53.01; Н 1.94; Вг 22.00; N 23.04. Вычислено, %: С 52.91; Н 1.94; Вг 22.00; N 23.14.
2-[Амино(3-фенил-2-цианооксиран-2-ил)метилен]малононитрил (3а). а) К суспензии 2.2г (0.01 моль) соединения (1а) в 10 мл уксусной кислоты добавляли 5 мл 30% перекиси водорода, реакционную массу кипятили при интенсивном перемешивании на магнитной мешалке до окончания реакции (ТСХ). Раствор охлаждали до комнатной температуры и добавляли трёхкратный избыток воды. Выделившийся осадок отфильтровывали и промывали небольшим количеством изопропилового спирта. Фильтрат экстрагировали бензолом, водный слой отбрасывали, а из органического слоя высаживали дополнительную порцию вещества гексаном. Перекристаллизовывали из изопропилового спирта. Выход 2.18 г (86%), т. пл. 167-168 0С (разл.) [6].
б) К суспензии 2.2 г (0.01 моль) соединения (1а) в 10 мл уксусной кислоты, нагретой до температуры кипения, при интенсивном перемешивании на магнитной мешалке небольшими порциями добавляли 5 г предварительно измельченного гидроперита с содержанием перекиси водорода 35 %. После протекания реакции (ТСХ) раствор охлаждали до комнатной температуры и добавляли трёхкратный избыток воды. Выделившийся осадок отфильтровывали и промывали небольшим количеством изопропилового спирта. Фильтрат экстрагировали бензолом, водный слой отбрасывали, а из органического слоя высаживали дополнительную порцию вещества гексаном. Перекристаллизовывали из изопропилового спирта. Выход 1.91 г (81%), т. пл. 167-1680С (разл.) [6].
Соединения (3б,г) получали аналогично.
2-{Амино[3-(4-фторфенил)-2-цианооксиран-2-ил]метилен}малононитрил (3б). Выход 95%, т.пл. 198-200°С (разл.). ИК спектр, V, см-1: 3421 (ЫН2), 2229, 2210 (СЫ). Спектр ЯМР 1Н, 5, м.д.: 5.14 с (1Н, СН), 7.38 т, 7.52-7.56 (4Н С6Н4), 9.37 с, 9.51 с (2Н, ЫН2). Масс-спектр, ш/2 (1отн, %): 254 (25) [М]+. Найдено, %: С 61.46; Н 2.82; N 21.96. С13Н7РЫ40. Вычислено, %: С 61.42; Н 2.78; N 22.04.
2-{Амино[3-(4-метилфенил)-2-цианооксиран-2-ил]метилен}малононитрил (3г). Выход 76%, т. пл.193-1960С (разл.) ИК спектр, V, см-1: 3300 (КН2), 2218, 2235 (СМ). Спектр ЯМР 1Н, 5, м.д.: 5.05 с (1Н, СН)7.31-7.38 (4Н, С6Н4), 9.34 с, 9.51 с (2Н, NH2), 2,35 с (3Н, СН3). Масс-спектр, ш/2 (1отн, %): 250 (25) [М]+. Найдено, %: С 67.39; Н 4.03; N 22.19; О 6.39. С-иНю^О. Вычислено, %: С 67.19; Н 4.03; N 22.39; О 6.39.
Испытания биологической активности
Изучение биологической активности проведено совместно с сотрудниками кафедры органической химии КНИТУ и ООО «Поливит», где такие исследования проводятся в течение длительного времени [7].
Биологические испытания препаратов осуществляется в Краснодарском научно - исследовательском ветеринарном институте (КНИВИ) на наиболее значимых для ветеринарии штаммах микроорганизмов.
Для первоначального скрининга были взяты образцы 2а и 3а в концентрации 1%, исследование проводилось на культурах: Streptococcus spp., Staphylococcus aureus, Escherichia coli и грибах рода Candida методом лунок.
Метод лунок. Стерильным пробочным сверлом из агаровой пластины вырезают диски диаметром 10 мм, получая три симметрично расположенных отверстия. Диски извлекают стерильной иголкой из пластины и выбрасывают, а в отверстия вносят по 100 мкл доз жидкости, содержащей исследованный препарат. После внесения жидкости в лунки чашки переносят в холодильник при 10 0С и спустя 10 часов переносят в термостат при температуре 28 0С на 3-4 суток.
Зона подавления роста микроорганизмов свидетельствует о бактерицидных свойствах препарата. Результаты испытаний приведены в табл. 1. Как следует из табл.1 соединения 2а и 3а не проявляют достаточной активности, что не позволяет рекомендовать их для практического использования. Предварительные результаты по изучению антимикробной активности соединений 2б, 2в, 3б и 3г оказались более обнадёживающими. Поэтому изучение их биоцидных свойств производили методом последовательных разведений с определением минимальной подавляющей концентрации.
В табл.2 представлены результаты изучения антимикробной активности соединений 2б, 2в, 3б, 3г, выполненные совместно с Краснодарским научно - исследовательским ветеринарным институтом на полевых штаммах микроорганизмов, выделенных в хозяйствах Краснодарского края.
Таблица 1 - Задержка роста суточной культуры бактерий (в мм)
Соединение Рас- тво- ри- тель Задержка роста суточной культуры, мм
Esche richia coli Strepto- coccus aureus Candi- da
2-Амино-6- фенил-4- (дицианомети- лен)-3- азабицик- ло[3.1.0]гекс-2- ен-1,5- дикарбо- нитрил 2а ДМС О He подав дав- ляет 11 He подавляет
2-[Амино(3- фенил-2- цианооксиран- 2- ил)метилен]ма лононитрил 3а ДМС О He подав дав- ляет 11 He подавляет
Таблица 2 - Определение минимальной подавляющей концентрации
Проведённый скрининг биологической активности синтезированных соединений показал, что они проявляют как антибактериальную, так и антимикробную активность.
Тестирование, осуществлённое методом последовательных разведений, показало, что наибольшую активность в концентрации 31 мкг/мл против Candida проявляет соединение 3б по сравнению с эталоном - фуразолидоном - 73 мкг/мл.
Минимальная подавляющая концентрация соединения 2б в отношении Streptococcus spp. составила 16 мкг/мл по сравнению с эталоном -22 мкг/мл.
Более высокую активность 47 мкг/мл в отношении Streptococcus aureus по сравнению с фуразо-лидоном (83 мкг/мл) проявляет соединение 3г.
При исследовании активности соединений 3б и 3г в отношении Escherichia coli оказалось, что они проявляют большую бактерицидность (58 и 53 мкг/мл, соответственно) по сравнению с фуразоли-доном 62 мкг/мл.
Pseudomonas aeroginosa соединения (3б и 3г) подавляют несколько сильнее, чем эталон (68 мкг/мл); соединения (2б и 2в) при этом малоактивны.
Таким образом, 2-Амино-6-(4-фторфенил)-4-(дицианометилен)-3 -азабицикло [3.1.0]гекс-2-ен-
1,5-дикарбонитрил, 2 - Амино -6-(3 -бромфенил)-4-
(дицианометилен)-3-азабицикло[3.1.0]гекс-2-ен-1,5-дикарбонитрил, 2-{Амино[3-(4-фторфенил)-2-
цианооксиран-2-ил]метилен}малононитрил, 2-
{ Амино [3 -(4-метилфенил)-2-цианооксиран-2-ил]метилен}малононитрил проявляют заметную антимикробную активность и могут быть рекомендованы для дальнейшего изучения с целью разработки препаратов для ветеринарной медицины, обладающих биоцидной активностью в отношении грамотрицательных и грамположительных бактерий, а также микроскопических грибов рода Candida.
Выводы
1. Соединения 2-Амино-6-(4-фторфенил)-4-
(дицианометилен)-3-азабицикло[3.1.0]гекс-2-ен-1,5-дикарбонитрил, 2-Амино-6-(3-бромфенил)-4-
(дицианометилен)-3-азабицикло[3.1.0]гекс-2-ен-1,5-дикарбонитрил, 2-{Амино[3-(4-фторфенил)-2-
цианооксиран-2 -ил] метилен } малононитрил, 2 -
{Амино [3 -(4-метилфенил)-2-цианооксиран-2-ил]метилен}малононитрил проявляют достаточно широкий спектр актимикробной активности.
2. При благоприятных тосикологических
характеристиках 2-Амино-6-(4-фторфенил)-4-
(дицианометилен)-3 -азабицикло [3.1.0] гекс-2-ен-1,5-дикарбонитрил, 2-Амино-6-(3 -бромфенил)-4-
(дицианометилен)-3 -азабицикло [3.1.0]гекс-2-ен-1,5-дикарбонитрил, 2-{Амино[3-(4-фторфенил)-2-
цианооксиран-2-ил]метилен}малононитрил, 2-
{ Амино [3 -(4-метилфенил)-2-цианооксиран-2-ил]метилен}малононитрил могут найти применение в качестве фармакологичких субстанций для изготовления противомикробных препаратов.
Исследование выполнено в рамках госкон-тракта № 16.740.11.0335 «Изучение путей раскрытия трехчленного цикла электронодефицитных циклопропанов под действием нуклеофильных реа-
Соедине- ние Рас- твори- тель Минимальная подавляющая концентрация МПК, мкг/мл
« S К * о с S .5 s £ Streptococcus Л1ІГ01ІЧ Escherichia coli Proteus miralilis Streptococcus spp Candida
2-Амино-6-(4-фторфе-нил)-4-(дициано-метилен)- 3- азабицик- ло[3.1.0]ге кс-2-ен- 1,5- дикарбо-нитрил 2б ДМСО 220 250 160 172 16 21
2-Амино-6-(3-бромфе-нил)-4-(дициано-метилен)- 3- азабицик- ло[3.1.0]ге кс-2-ен- 1,5- дикарбо-нитрил 2в ДМСО 98 115 98 24 44 44
2- {Ами- но[3-(4- фторфе- нил)-2- цианоок- сиран-2- ил] метиле н}малоно нитрил 3б ДМСО 60 109 58 26 32 31
2- { Ами-но[3-(4-метилфе-нил)-2-цианоок-сиран-2-ил] метиле н} малоно нитрил 3г ДМСО 62 47 53 98 37 61
Фуразо- лидон (эталон) 68 83 62 51 22 28
гентов для выявления новых подходов к синтезу гетероциклических систем» (ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 20092013 гг.).
Литература
1. Peretto, I. Synthesis and Biological Activity of Flurbiprofen Analogues as Selective Inhibitors of P-Amyloid1-42 Secretion [текст] / Peretto I., Radaelli S., Parini C., Zandi M., Raveglia L.F., Dondio G., Fontanella L., Misiano P., Bigogno Ch., Rizzi A., Riccardi B. et al. // J. Med. Chem. - 2005. - Vol. 48, № 18. -P. 5705-5720.
2. Nagumo, Y. Structure-activity relationships of epolactaene derivatives: structural requirements for inhibition of Hsp60 chaperone activity [текст] / Nagumo Y., Kakeya H., Yamagu-chi J., Uno T., Shoji M., Hayashi Y., Osada Hir. // Bioorg. & Med. Chem. Lett. - 2004. - Vol. 14, - № 17. - P. 4425 - 4430.
3. Dini, C. Synthesis of a Dihydroxythiophene Analogue of Catechosporines [текст] / Dini C.; Aszodi J. // Bioorg. & Med. Chem. Lett., - 2000. - Vol. 10. - № 4. - P. 349 - 352.
4. Голубев, Р.В. Взаимодействие моноброммалононитрила с 2-амино-4-арилбута-1,3-диен-1,1,3-трикарбонитрилами
[текст] / Голубев Р.В., Алексеева А.Ю., Бардасов И.Н., Каюков Я.С., Ершов О.В., Насакин О.Е. // Журнал орга-нич. химии. - 2011. - Т. 47. - Вып. 3. - С.370-372.
5. Голубев, Р.В. Синтез эпоксидированных бензилиден-производных димера малононитрила [текст] / Голубев Р.В., Беликов М.Ю., Бардасов И.Н., Ершов О.В., Насакин О.Е. // Журнал органич. химии. - 2010. - Т46. - Вып. 12 С. - С. 1868-1869.
6. Бардасов, И.Н. Синтез и биологическая активность оксиранов и циклопропанов на основе арилиденпроиз-водных димера малононитрила [текст] / Бардасов И.Н., Голубев Р.В., Алексеева А.Ю., Беликов М.Ю., Саттарова Л.Ф., Струнин Б.П., Антипов В.А., Гуревич П.А. // Вестник Казанского технологического университета. - 2010.
- №9. - С .116-119.
7. Струнин, Б.П. Изучение биологической активности политрила [текст] / Б.П. Струнин, Л.Ф. Саттарова, Л.К. Шарипова, Н.А. Фролова, С.Ю. Гармонов, А.Ф. Исмаги-лова, П.А. Гуревич // Вестник Казанского технол. ун-та.
- 2007. - № 2. - С. 34-45.
© П. А. Гуревич - д-р хим. наук, проф. каф. органической химии КНИТУ; И. Н. Бардасов - канд. хим. наук, ст. препод. каф. общей, неорганической и аналитической химии Чувашского госуд. университета им. И.Н.Ульянова, [email protected]; А. Н. Лыщиков - д-р хим. наук, проф., зав. каф. общей неорганической и аналитической химии Чувашского госуд. университета им. И.Н.Ульянова; Д. Л. Михайлов - студ. Чувашского госуд. университета им. И.Н.Ульянова; Л. Ф. Саттарова - канд. хим. наук, ст. науч. сотр. ООО «Поливит» г. Уфа; Н. Г. Могильный - асп. Краснодарского научно - исследовательского ветеринарного института (КНИВИ); Б. П. Струнин - д-р техн. наук, проф. каф. ОПП КНИТУ.
