Синтез, строение и биологическая активность 4-арилзамещенных 1,4-диоксо-1-этокси-2-алкенолятов натрия Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 547-31/-39 + 547-316

DOI: 10.17122/bcj-2018-3-13-16

Е. А. Кунавина (к.х.н., доц.) 1а, А. Н. Сизенцов (к.б.н., доц.) 1б, Т. В. Левенец (к.х.н., преп.) 1а, Е. В. Саликова (магистрант) 1а, Д. С. Королькова (студ.) 1б, В. О. Козьминых (д.х.н., проф.) 2

СИНТЕЗ, СТРОЕНИЕ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ 4-АРИЛЗАМЕЩЕННЫХ 1,4-ДИОКСО-1-ЭТОКСИ-2-АЛКЕНОЛЯТОВ НАТРИЯ

1 Оренбургский государственный университет, а кафедра химии, б кафедра биохимии и микробиологии 460018, г. Оренбург, пр. Победы, д. 13; тел. (3532) 372485, e-mail: [email protected], [email protected] 2 Пермский государственный гуманитарно-педагогический университет, кафедра химии 614990, г. Пермь, ул. Сибирская, д. 24; тел. (342) 2386378, e-mail: [email protected]

E. A. Kunavina 1, А. N. Sizentsov 1, T. V. Levenets 1, Е. V. Salikova 1, D. S. Korolkova 1, V. O. Kozminykh 2

SYNTHESIS, STRUCTURE AND BIOLOGICAL ACTIVITY

OF SUBSTITUTED SODIUM 4-ARYL-1,4-DIOXO-1-ETHOXY-2-ALKENOLATES

1 Orenburg State University 460018, Orenburg, 13, Pobedy Pr.; ph. (3532) 372485, e-mail: [email protected]

2 Perm State Humanitarian Pedagogical University 614990, Perm, Sibirskaya Str, 24, Bld. 4; ph. (342) 2386378, e-mail: [email protected]

Конденсацией Клайзена арилметилкетонов с диэтилоксалатом в среде неполярных растворителей синтезированы 4-арилзамещенные 1,4-ди-оксо-1-этокси-2-бутен-2-оляты натрия. Строение полученных соединений подтверждено методами ИК и ЯМР 1Н спектроскопии и масс-спектрометрии. Изучена антимикробная активность синтезированных соединений. Оценка ингибирующего влияния проведена с использованием метода агаровых лунок. Выявлено выраженное бактерицидное действие 4-(4'-нитрофе-нил)-1,4-диоксо- 1-этокси-2-бутен-2-олята натрия в отношении E. coli и Bacillus subtilis.

Ключевые слова: антимикробная активность; арилметилкетоны; конденсация Клайзена; оксо-еноляты натрия; спектральный анализ.

Синтез новых веществ с широким спектром биологической активности представляется актуальным 1 2. Имеющиеся сведения 3-5 о проявлении противомикробного действия соединений, полученных в результате оксалильной конденсации Клайзена, и продуктов их превращений позволяют продолжить исследования в этом направлении.

С целью получения потенциально биологически активных веществ, нами осуществлен синтез 4-арилзамещенных 1,4-диоксо-1-эток-Дата поступления 29.05.18

4-Arylsubstituted of 1,4-dioxo-1-ethoxy-2-butene-2-olates of sodium are synthesized by Claisen condensation of arylmethylketones with diethyloxalate in a nonpolar solvent. The structure of obtained compounds is confirmed by IR and NMR 1H spectroscopy and mass-spectrometry. The antimicrobial activity of synthesized compounds is studied. Evaluation of the inhibitory effect is carried out using the method of agar wells. The expressed bactericidal effect of 4-(4'-nitrophenyl)-1,4-dioxo-1-ethoxy-2-butene-2-sodium-2-olate on E. coli and Bacillus subtilis is revealed.

Key words: antimicrobial activity; arylmethylketones; Claisen condensation; sodium oxoenolates; spectral analysis.

си-2-алкенолятов натрия конденсацией арилметилкетонов с диэтилоксалатом в присутствии натрия в качестве конденсирующего агента в среде бензола или толуола при соотношении исходных реагентов 1:1:1 ^хема 1) 6.

O Na

R.___,CH3 С.Н,О 11 [бензол, толу

Y + 2 5 ОС2Н5—i7771"

O O - С2Н5ОН

R= 4'-BrC6H4 (1a), 4'-NO2C6H4 (16) Схема 1

В табл. 1 приведены физико-химические свойства синтезированных оксоенолятов натрия (1а, 16).

Таблица 1

Характеристики 4-(4-бромфенил)-1,4-диоксо-1-этокси-2-бутен-2-олята натрия (1а) и 4-(4'-нитрофенил)-1,4-диоксо-1-этокси-2-бутен-2-олята натрия (1б)

Соединение R Т. пл., °C Выход, % Брутто-формула (мол. масса)

O С2Н5

O O w Na

1а 4'-BrC6H4 21 5-222 85 C12H1öBrNa04 (321.10)

1б 4'-NO2C6H4 245-250 (разл.) 81 C12H1öNNa О6 (287.20)

Полученные соединения 1а и 16 представляют собой желтые или желто-оранжевые кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде, диметилсульфоксиде, трудно растворимые в этаноле, бензоле, хлороформе.

Структура полученных соединений подтверждена с привлечением спектральных методов анализа.

Согласно данным спектрального анализа (ИК и ЯМР спектроскопии) доказано существование 4-арил-1,4-диоксо-1-этокси-2-бу-тен-2-олятов натрия в виде двух возможных (Z)- и (Е)-изомерных форм.

Следующим этапом экспериментальной работы являлось изучение антимикробной активности синтезируемых соединений. В качестве биологических объектов нами использовались клинические изоляты бактериальных штаммов: Bacillus subtilis 534 — грамположи-тельная, спорообразующая аэробная почвенная бактерия; Escherichia coli M17 — грамот-рицательная палочка, ни спор, ни капсул не образует; Staphylococcus aureus P-209 — грам-положительная кокковая форма микроорганизмов. Оценку ингибирующего действия проводили с использованием метода агаровых лунок (данный метод относится к диффузионным методам исследования).

В качестве тестового вещества с выраженной бактерицидной активностью нами использовался фурацилин.

Обобщая и интерпретируя полученные в ходе выполнения экспериментов данные, следует отметить, что наиболее выраженным бактерицидным действием в отношении E.coli и Bacillus subtilis обладает 4-(4'-нитрофенил)-

1,4-диоксо-1-этокси-2-бутен-2-олят натрия (16), имеющий практически идентичные зоны подавления роста в одномолярных концентрациях, сопоставимые с ингибирующим действием фурацилина в концентрации 0.063М. Однако следует отметить, что по мере снижения уровня концентрации исследуемого соединения регистрируется усиление его биологического действия в отношении данных микроорганизмов, что, на наш взгляд, может быть связано с увеличением проникающей способности 4-(4'-нитрофенил)-1,4-диоксо-1-этокси-2-бутен-2-олята натрия через защитные оболочки клеток с последующим воздействием на органеллы. При этом S. aureus проявляют видовую устойчивость к ингибирую-щему действию данного соединения.

Аналогичная картина биологического действия в отношении E.coli и Bacillus subtilis регистрируется у 4-(4'-бромфенил)-1,4-диоксо-1-этокси-2-бутен-2-олята натрия (1а). Однако, в данном случае выраженность биологического действия, скорее всего, связана с воздействием на поверхностные структуры клеток, так как по мере снижения уровня концентрации исследуемого соединения регистрируется ослабление ин-гибируещего действия на тест-организмы.

Экспериментальная часть

ИК спектры полученных соединений записаны на спектрофотометре «Инфралюм ФТ-02» в пасте твердого вещества в вазелиновом масле. Спектры ЯМР соединений получены на приборе «MERCURYplus-300» (300.05 МГц) в растворе диметилсульфоксида, внутренний стандарт — ТМС. Масс-спектр соединения 1а записан на квадрупольно-времяпролетном масс-спектрометре сверхвысокого разрешения maXis impact HD, Bruker Daltonik GmbH (ЦКП «САОС», ИОС УрО РАН). Положительные ионы регистрировали в режиме электрораспылительной ионизации (ESI) в диапазоне масс 50— 1300 Da. Образцы, растворенные в ДМСО, и разбавленные ацетонитрилом (соотношение ДМСО/MeCN = 1:90), вводили шприцевым насосом при скорости потока 240 мкл/ч.

Индивидуальность полученных веществ подтверждали методом ТСХ на пластинках Silufol UV-254 в системе бензол-эфир-ацетон, 10:9:1 или ацетон-гексан 2:3, хроматограммы проявляли парами иода. Исходные реактивы перед использованием очищали перегонкой.

Синтез 4-арил-1,4-диоксо-1-этокси-2-6у-тен-2-олятов натрия 1.

Общая методика. К смеси 25 ммоль соответствующих арилметилкетонов (4-бромацето-

фенона и 4-нитроацетофенона), 3.65 г (25 ммоль) диэтилоксалата и 50—100 мл бензола или толуола добавляли при перемешивании небольшими порциями 0.58 г (25 ммоль) натрия. Смесь реагентов кипятили 1.5—2 ч (контроль ТСХ), осадок отфильтровывали, полученные оксоеноляты промывали эфиром. Получили целевые натриевые еноляты 1а и 16.

4-(4'-Бромфенил)-1,4-диоксо-1-этокси-2-6утен-2-олят натрия (1а)

о о \ + /'

N3 тв.

ДМСО-й.

Н' ^Г" ОС2Н5

.'о

Ъ, 75%

Е, 25 %

С6Н4, 1-изомер) 7.69 д (2Н, С2'Н, С6'Н в С6Н4, Е-изомер), 7.76 д (2Н, С2'Н, С6'Н в С6Н4, Z-изомер). Найдено: ш/г 320.9734 [М+], 321.9767 [М+Н]+. Вычислено для С12Н10БгКа04+: 321.0992.

4-(4'-Нитрофенил)-1,4-диоксо-1-этокси-2-6утен-2-олят натрия (16)

O2N

O2N

02У

о о \+/

N3

ОС2Н5

N3

Ъ, 69%

Е, 31%

Выход: 6.82 г, 85%. Т. пл. 215-222 оС. ИК спектр, V, см-1 (тв.): 1735 V (С(1)=0, Е-изо-мер), 1711 V (С(1)=0, 1-изомер), 1627 V (С(4)=0), V (С(2)=С(3)), V (С=С, Аг), 1588 (С=С, Аг, Е-изомер), 1567 V (С=С, Аг, г-изо-мер), 1522 (С=С, Аг), 1475 5Й5(СН3), 1438 (С=С, Аг), 1381 8,(СН3, 1-изомер), 1368 5,;(СН3, Е-изомер), 1255 vÍK(С—0—С, 1-изо-мер), 1213 ^(С-О-С, Е-изомер), 1178 8Маят(0-С2Нъ), 1104 8плоские(СН, Аг, Е-изо-мер), 1074 8„лоские (СН, Аг, 1-изомер), 1023 ^(С-О-С, Е-изомер), 1009 ^(С-0-С, 1-изомер), 948, 875, 841 V скелетные(С-С), 759 8НепЛ0С(С-Н, Аг), 680, 663, 646, 627, 552 (С-Бг, Е-изомер), 513 V (С-Бг, 1-изомер). Спектр ЯМР *Н, 8, м.д. (ДМС0-ё6): 1.25 т (3Н, С00СН2СН3, 3 7.2 Гц, Е-изомер, 25 %), 1.27 т (3Н, С00СН2СНд, 3 7.1 Гц, 1-изомер, 75%), 4.12 кв (2Н, С00СШСН3, 3 7.2 Гц, Е-изомер), 4.15 кв (2Н, С00СН2СН3, 3 7.3 Гц, 1-изомер), 5.31 с (1Н, С3Н, Е-изомер), 6.30 с (1Н, С3Н, 1-изомер), 7.54 д (2Н, С3'Н, С5'Н в С6Н4, Е-изомер), 7.62 д (2Н, С3'Н, С5'Н в

Выход: 5.85 г, 81%. Т. пл. 245-250 (разл.) оС. ИК спектр, V, см-1 (тв.): 1735 V (С(1)=0, Е-изомер 1715 V (С(1)=0, 1-изомер), 1634 V (С(4)=0), V (С(2)=С(3)), 1596 V (С=С, Аг), 1524 V (С=С, Аг), 1508 V (С=С, Аг), 1419, 1395, 1349, 1318. Спектр ЯМР *Н, 8, м.д. (ДМС0-а6): 1.21 т (3Н, С00СН2СН3, 3 7.2 Гц, Е-изомер, 31%), 1.29 т (3Н, С00СН2СН3, 3 6.9 Гц, 1-изомер, 69%), 4.01 кв (2Н, С00СН^СН3, 3 7.2 Гц, Е-изомер), 4.15 кв (2Н, С00СН^СН3, 3 7.3 Гц, 1-изомер), 5.39 с (1Н, С3Н, Е-изомер), 6.35 с (1Н, С3Н, 1-изо-мер), 7.97 д (2Н, С2'Н, С6'Н в С6Н4, Е-изомер), 8.03 д (2Н, С2'Н, С6'Н в С6Н4, 1-изомер) 8.21 д (2Н, С3'Н, С5'Н в С6Н4, Е-изомер), 8.29 д (2Н, С3'Н, С5'Н в С6Н4, г-изомер).

Методика определения антимикробной активности. Мясо-пептонный агар в чашке Петри засеивали тест-организмом сплошным «газоном». При помощи пробочного сверла (диаметром 8 мм) вырезали агаровые лунки в количестве 7 штук на одной чашке Петри, в которые вносили исследуемые концентрации веществ для оценки их ингибирующего действия. Чашки помещали в термостат на 24 ч

Таблица 2

Изучение биологической активности исследуемых соединений

Исследуемые соединения Е. соИ М1 7

1 Моль 0.5 Моль 0.25 Моль 0.125 Моль 0.063 Моль

С12Н1оВгЫэО4 13.00±4.36 8.10+4.67* 5.67+2.96** - -

С^НюЫЫаОб 14.67+0.33*** 15.33+1.20* 17.00+1.53 13.33+1.76 13.33+1.75

Фурацилин 21.00±0.58 21.67+1.20 20.33+1.21 17.00+1.53 14.67+0.88

В. БиЬйНз 534

С12НюВгЫаО4 13.30+2.19* 9.80 +2.67** 6.90+2.33** 5.30+0.67*** -

С^НюЫЫаОб 14.33±1.33** 15.67+2.19* 16.00+1.53 15.67+2.19 11.67+0.33***

Фурацилин 25.33+2.33 25.00+2.52 21.33+1.86 21.33+1.33 21.00+1.00

Б. вигеив Р-209

С12НюВгЫаО4 18.70+3.38 13.70+1.86** 5.70+2.84** - -

С^НюЫЫаОб 18.67+1.67* 18.67+0.67* 17.33 +1.20* 18.33+0.88 14.00+1.00

Фурацилин 30.00+3.00 27.33+2.33 25.67+1.76 22.33+1.86 18.67+1.76

Примечание: *Р < 0.05, **Р < 0.01, ***Р < 0.001 (расчет t критерия Стьюдента по отношению к фурацилину)

при температуре 37 0С, с последующим учетом роста и визуальной оценки влияния исследуемого соединения на рост и морфологию тест организма. Степень чувствительности микроба к исследуемому веществу определяли по шири-

Литература

1. Григорьева О.Б., Голованов A.A., Бекин В.В., Земцова М.Н. Использование системного подхода при исследовании веществ с потенциальной биологической активностью // Баш. хим. ж.- 2012.- Т.19, №5.- С.37-42.

2. Григорьева С.С., Чичуа В.Т., Деветьяров Д.А., Кумсков М.И. Выбор оптимального описания структуры молекулы в задаче структура-активность для заданной биологической активности // Вестник Московского университета. Серия 2: Химия.- 2007.- Т.48, №5.- С.305-307.

3. Перевалов С.Г., Бургарт Я.В., Салоутин В.И., Чупахин О.Н. (Гет)ароилпировиноградные кислоты и их производные как перспективные «строительные блоки» для органического синтеза // Успехи химии.- 2001.- Т.70, №11.-С. 1039-1058.

4. Козьминых В.О., Козьминых Е.Н. Синтез, строение и биологическая активность ацилпиро-виноградных кислот и их 2-иминопроизводных: Обзор // Хим.-фарм. журнал.- 2004.- Т.38, №2.- С.10-20.

5. Левенец Т.В., Сизенцов А.Н., Козьминых В.О. Синтез, строение и противомикробная активность 3-арилгидразоно-2, 4-диоксогексановых кислот // Приволжский химико-технологический вестник.- 2016.- №1(1).- С.31-36.

6. Кунавина Е.А., Козьминых В.О. Синтез, строение три- и тетракарбонильных соединений, реакции с нуклеофильными реагентами и комп-лексообразование с солями металлов // Естественные и математические науки в современном мире: Матер. XXIV междунар. науч.-практ. конф.- Новосибирск: Изд. «Си-бАК», 2014.- №11(23).- С.167-178.

не задержки роста, выражаемой в миллиметрах или по концентрации вещества в том последнем разведении, которое еще в состоянии задерживать рост микробов (табл. 2).

References

1. Grigor'eva O.B., Golovanov A.A., Bekin V.V., Zemtsova M.N. Ispol' zovaniye sistemnogo podkhoda pri issledovanii veshchestv s potentsial'noy biologicheskoy aktivnost' yu [Investigation of the compounds with potentional biologically activity by systemsapproach]. Bashkirskii khimicheskii zhurnal [Bashkir Chemical Journal], 2012, vol.19, no.5, pp.37-42.

2. Grigor'eva S.S., Chichua V.T., Devet'yarov D.A., Kumskov M.I. Vybor optimal'nogo opisaniya struktury molekuly v zadache struktura-aktivnost dlya zadannoi biologicheskoi aktivnosti [Selection of optimal description of molecules pattern for given bioactivity in structure-property problem]. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 2: Khimiya [Bulletin of Moscow University. Series 2: Chemistry], 2007, vol.48, no.5, pp.305-307.

3. Perevalov S.G., Burgart Ya.V., Saloutin V.I., Chupakhin O.N. [(Het)aroylpyruvic acids and their derivatives as promising building blocks for organic synthesis]. Russian Chemical Reviews, 2001, vol.70, no. 11, pp.921-938. doi: 10.1070/ RC2001v070n11ABEH000685.

4. Kozminykh V.O., Kozminykh E.N. [Synthesis, structure, and biological activity of acylpyruvic acids and related 2-imino derivatives (a review)] Pharmaceutical Chemistry Journal, 2004, vol.38, no.2, pp.67-77. doi: 10.1023/ B:PHAC.0000032482.69814.90.

5. Levenets T.V., Sizentsov A.N., Kozminykh V.O. Sintez, stroenie i protivomikrobnaya aktivnost 3-arilgidrazono-2,4-dioksogeksanovykh kislot [Synthesis, structure and antimicrobial activity of 3-aryl-hydrazono-2,4-dioxohexanoic acids]. Privolzhskii khimiko-tekhnologicheskii vestnik [Privolzhsky chemical-technological bulletin], 2016, no.1(1), pp.31-36.

6. Kunavina E.A., Kozminykh V.O. Sintez, stroeniye tri- i tetrakarbonil'nykh soyedineniy, reaktsii s nukleofil'nymi reagentami i kompleksoobra-zovaniye s solyami metallov [Synthesis, structure of three- and tetracarbonyl compounds, reactions with nucleophilic reagents and complexation with metal salts]. Estestvennye i matema-ticheskie nauki v sovremennom mire. Mater. XXIV mezhdunar. nauch.-prakt. konf. no.11(23). [XXIV International scientific and practical conference «Natural and mathematical sciences in the contemporary world»]. Novosibirsk, Sibak Publ., 2014, no.11(23), pp.167-178.