Размещено на http://www.allbest.ru

Національний університет „Львівська політехніка”

Журахівська Леся Романівна

УДК 547.655.6

СИНТЕЗ ТА БІОЛОГІЧНА АКТИВНІСТЬ НОВИХ 1,4-БЕНЗО- і 1,4-НАФТОХІНОНІВ З АМІНОКИСЛОТНИМИ ТА ГЕТЕРОЦИКЛІЧНИМИ ФРАГМЕНТАМИ

02.00.03- органічна хімія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата хімічних наук

Львів-2004 Размещено на http://www.allbest.ru

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі технології біологічно активних сполук, фармації та біотехнології Національного університету „Львівська політехніка” Міністерства освіти та науки України

Науковий керівник:

доктор хімічних наук, професор

НОВІКОВ Володимир Павлович,

Національний університет „Львівська політехніка”, завідувач кафедри технології біологічно активних сполук, фармації та біотехнології

Офіційні опоненти:

доктор хімічних наук, професор

Грищук Богдан Дмитрович,

Тернопільський національний педагогічний університет ім. Володимира Гнатюка, завідувач кафедри хімії

кандидат хімічних наук, доцент

ТОЛКАЧОВА Наталія Василівна,

Таврійський національний університет ім. В.І. Вернадського, доцент кафедри органічної хімії, м. Сімферополь

Провідна установа:

Інститут органічної хімії НАН України, відділ механізмів органічних реакцій, м. Київ

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного університету „Львівська політехніка” (79013, м. Львів, вул. Професорська, 1).

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д 35.052.01 Скорохода В.Й.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Постійна і підвищена зацікавленість до похідних 1,4-нафтохінону викликана їх високою реакційної здатністю і можливістю синтезу на їх основі нових різноманітних сполук з широким спектром біологічної активності. синтез амінокислотний хінон гетероциклічний

Перспективним напрямком з цієї точки зору є дослідження хімічних, фізико-хімічних і біологічних властивостей та спрямований синтез на основі амінокислотних похідних 1,4-нафтохінону нових гетероциклічних сполук. Існує також достатня кількість питань хімії амінокислотовмісних 1,4-нафтохінонів, що потребує подальшого поглибленого вивчення.

Дуже привабливим є поєднання хіноїдного та гетероциклічного фрагментів в одній молекулі. У зв'язку з особливою цінністю нафтохінонів, імідазолів і кумаринів безумовний інтерес викликають дослідження із синтезу сполук, що містять одночасно імідазольні та кумаринові цикли і хіноїдну систему зв'язків.

Безумовно, актуальною є розробка методу побудови спряженого з хіноїдним фрагментом одного чи декількох гетероциклічних кілець, що призведе до нових гетероциклічних сполук - потенційних біологічно активних речовин.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами. Дана робота є частиною фундаментальних досліджень кафедри технології біологічно активних сполук, фармації та біотехнології Національного університету „Львівська політехніка” (№ держреєстрації 0100U000518, 0104U002315), а також виконана відповідно з державними науково-технічними програмами 03.06 „Нові екологічно безпечні лікувальні засоби”, 7.03.01 „Нові речовини та матеріали малотонажного хімічного виробництва”, 1.02 „Створення, вивчення та впровадження в практику охорони здоров'я України гостро необхідних лікарських засобів”, держбюджетної теми ДБ/28 „Пестицид”, що є підтвердженням актуальності та перспективності даних досліджень.

Мета та завдання дослідження. Метою даної роботи є синтез нових амінокислотних похідних 1,4-нафтохінону і одержання на їх основі нових гетероциклічних хінонів та пошук серед них ефективних біологічно активних сполук.

Для досягнення цієї мети були поставленні наступні завдання:

· розробити зручну препаративну методику селективного синтезу амінокислотних похідних 1,4-бензохінону;

· встановити закономірності і оптимальні умови перебігу взаємодії амінокислот з 2,3-дихлор-1,4-нафтохіноном;

· розробити спрямований синтез нових гетероциклічних хінонів зі спряженими гетеро- та хіноїдними фрагментами;

· оптимізувати умови гетероциклізації амінобутанокислотного залишку в 1,4-нафтохінонах;

· розробити спрямовану схему синтезу нафтохінонів з імідазольними та кисневмісними гетероциклічними фрагментами;

· вивчити фізико-хімічні характеристики синтезованих сполук;

· провести біологічний та фармакологічний скринінг синтезованих у роботі нових речовин;

· визначити токсичність найбільш перспективних з практичної точки зору речовин.

Об'єктами дослідження були реакції нуклеофільного заміщення атома хлору в 1,4-бензо- і 1,4-нафтохінонах на амінокислотний залишок, процеси утворення піролідонового, пірольного і піроліндольного гетероциклів, взаємодія 2,3-дихлор-1,4-нафтохінона з етерами імідазолу, реакції етерифікації, елімінування, термолізу, гідролізу і метанолізу.

Предметом дослідження стали 2,3-ди- і 2,3,4,5-тетрахлор-1,4-бензохінони, 2,3-дихлор-1,4-нафтохінон і їх амінокислотні похідні, як синтони для подальшого синтезу нових гетероциклічних біологічно активних сполук.

Методи дослідження - органічний синтез, тонкошарова хроматографія, елементний аналіз, спектральні методи (ЯМР- , ІЧ- і мас-спектроскопії), біологічний та фармакологічний скринінг, токсикологічні випробування.

Наукова новизна одержаних результатів:

· оптимізовано умови реакції заміщення атома хлору в хлорозаміщених 1,4-бензо- і 1,4-нафтохінонах;

· встановлено умови напряму гідролізу і метанолізу ціаногрупи у 2,5-ди-R-аміно-3-хлор-6-ціано-1,4-бензохінонах;

· оптимізовано метод синтезу 2-R-аміно-3-хлор-1,4-нафтохінонів;

· модифіковано нафтохіноновий краун-етер проліном;

· оптимізовано умови гетероциклізації амінобутанокислотного залишку до піролідонового фрагмента у бензо- і нафтохінонах;

· синтезовано нові хінони нового типу - 1,2-дигідро-3Н-піроло [1,2-а](бензо[f])індол-4,9-діони і їх 3-метилкарбоксизаміщені зі спряженими гетероциклічними фрагментами;

· вперше одержані похідні 2-кумаринімідазол-3-хлор-1,4-нафтохінону, що одночасно містять послідовно з'єднані гетероцикли;

· вивчені ІЧ-, ЯМР- та мас-спектри нових синтезованих сполук ;

· для групи синтезованих речовин вивчена біологічна активність і встановлено зв'язок між будовою досліджуваної сполуки і силою активності.

Практичне значення отриманих результатів. Представлений у даній дисертаційній роботі експериментальний матеріал є новим у галузі синтезу 2,3-ди- і 2,3,4,5-тетразаміщених 1,4-нафтохінону і гетероциклічних похідних на їх основі.

Проведено систематичне дослідження фізико-хімічних властивостей синтезованих сполук, що важливо як для теорії так і для практики органічного синтезу.

Виявлено цілий ряд перспективних з точки зору практичного застосування нових малотоксичних біологічно активних сполук, що проявляють протигіпоксичну, протиішемічну, антимікробну, рістрегулюючу активності і блокують Н₃-рецептори.

Фрагменти роботи впроваджено в навчальний та науковий процеси Інституту біології тварин УААН, Національного університету „Львівська політехніка”, Львівського національного університету ім. Івана Франка, наукових дослідженнях відділення ФХ ТГК ІФХ НАН України, (акти впровадження від 25.11.2003р., 2.09.2004р., 14.09.2004р. та 27.10.2004р. відповідно)

Особистий внесок здобувача полягає у детальній обробці поставлених завдань, виконанні аналітичного огляду наукової літератури за темою дисертації, плануванні і проведенні експериментів, інтерпретації спектральних даних, встановленні будови синтезованих сполук, формулюванні основних положень і висновків дисертаційної роботи.

Постановка завдання і обговорення результатів проведенні з науковим керівником проф. В.П.Новіковим.

Автор висловлює щиру подяку проф. Ж.-Ч. Шварцу (Centre Paul Broca de. l'INSEPM, Франція) за допомогу при проведенні токсикологічних досліджень і випробувань на антигістамінну активність, проф. Р.Ганелліну і В.Тертюку (Department of Chemistry, University College London, Англія) за консультування і виконання деяких спектральних досліджень розділу роботи по синтезу імідазольних похідних, проф. Г.І.Степанюку (Вінницький національний медичний університет ім. М.І. Пирогова) при визначенні протигіпоксичної та протиішемічної дії синтезованих сполук, ас. О.З.Комаровській за проведення скринінгу на антимікробну і рістрегулюючу активності та доц. Л.П.Слесарчук за визначення елементного складу нових синтезованих речовин (Національний університет „Львівська політехніка”).

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались на науково-технічних конференціях Національного університету „Львівська політехніка” у 1995-2003 роках, XVII Українській конференції з органічної хімії (Харків, 1995р.), ХІХ Українській конференції з органічної хімії (Львів, 2001р.), Міжнародній науково-практичній конференції „Нові технології одержання і застосування БАС” (Алушта, 2002р.), Всеукраїнській науково-практичній конференції (Київ, 2003р.), розширеному засіданні кафедри технології біологічно активних сполук, фармації та біотехнології Національного університету „Львівська політехніка”(Львів, 2003 р).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 15 наукових робіт, з яких 9 статей у наукових фахових виданнях і 6 тез доповідей наукових конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з переліку умовних скорочень, вступу, літературного огляду (розділ 1), обговорення отриманих результатів (розділи 2,3), біологічних випробувань (розділ 4), експериментальної частини (розділ 5), висновків, списку цитованої літератури, що містить 156 посилань та додатків. Матеріали роботи викладені на 118 сторінках машинописного тексту, ілюстровані 16 таблицями, 23 рисунками і 3 схемами.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обговорюються актуальність теми, формулюються основні завдання досліджень, визначається наукова новизна і практична цінність отриманих результатів.

У першому розділі систематизовано літературні дані по методах синтезу, хімічних властивостях і шляхах практичного застосування відомих амінокислотних похідних 1,4-бензо- та 1,4-нафтохінону.

У другому розділі наведено обговорення експериментальних результатів щодо модифікації хінонів амінокислотними фрагментами.

При введенні амінокислотного фрагменту в хіноїдні молекули використовуються солі лужних металів амінокислот, що обумовлює збільшення нуклеофільності аміногрупи і сприяє здійсненню реакції нуклеофільного приєднання та заміщення на амінокислотний залишок в хіноїдному кільці. Взаємодія 1,4-бензохінону (39) з 4-амінобутановою та 3-амінопропановою кислотами (калієва сіль) в еквімолярних кількостях при стандартних умовах реакції хінонів з амінами призводить до суміші продуктів з утворенням як моно-(46), так і біспохідного (47).

Проведення взаємодії бензохінону (39) з калієвою сіллю 4-амінобутанової кислоти у водно-спиртовому розчині при 60^оС при барботуванні кисню протягом 6 год. призводить при еквімолярних кількостях реагентів до 2-(3-карбоксипропіламіно)-1,4-бензохінону (46) з виходом 64%, а при 2.2 молярному надлишку 4-амінобутанової кислоти - до 2,5-ди-(3-карбоксипропіламіно)-1,4-бензохінону (47) з виходом 56%.

Тут і надалі склад та будова усіх одержаних у роботі сполук підтверджені результатами елементного аналізу, ТШХ та спектральними даними. Так, наприклад, в ІЧ-спектрах (46, 47) спостерігаються характеристичні смуги поглинання хіноїдних карбонільних груп в межах 1680-1660 см^-1, карбонільних груп карбоксильних угруповань при 1720-1715 см^-1, -NH-фрагменту - в області 3400-3200 см^-1, а також характерне дифузне поглинання в інтервалі 3100-2900 см^-1 карбоксильної групи. Аналогічно, 2-хлор-1,4-бензохінон (45) вступає в реакцію приєднання амінобутанокислотного залишку з утворенням як основного продукту - 2-(3-карбоксипропіламіно)-3-хлор-1,4-бензохінону (48) так і слідових кількостей інших ізомерів (48а-г), яка була розділена методом препаративної хроматографії на пластинках “Silufol - UV-254”, елюент - АсОН : BuOH : Et₂O = 10 : 3 : 1. Основний продукт (48)- це яскраво-червоні кристалічні призми з R_f = 0.86.

2,3,5,6-Тетрахлор-1,4-бензохінон (хлораніл) (41) теж взаємодіє з 4-амінобутановою кислотою, але вже шляхом нуклеофільного заміщення атомів хлору у положеннях 2 і 5 на амінокислотний залишок.

Аналогічно до хлоранілу (41) в реакцію заміщення з амінокислотами вступає 2,3-дихлор-5,6-диціан-1,4-бензохінон (50), але заміною одного атома хлору і одного ціаноугруповання, які знаходяться у n-положенні по відношенню один до одного. При проведенні реакцій калієвих солей 4-амінобутанової- (51а) та 3-амінопропанової (51б) кислот з 2,3-дихлор-5,6-диціан-1,4-бензохіноном (50) в метиловому спирті у присутності метилату калію утворюються 3,6-ди-R-аміно-2-метилкарбокси-5-хлор-1,4-бензохінони (52,53) з виходами 56% і 68%, відповідно.

При проведенні реакцій у водно-спиртовому середовищі ціано-група, завдяки процесу кислотного гідролізу, гідролізується до карбоксильної з утворенням 3,6-ди-R-аміно-2-карбокси-5-хлор-1,4-бензохінонів (54,55).

Термоліз амінокислотних похідних (52-55) в ксилолі при кипінні протягом 1,5-2 год призводить до елімінування вуглекислого газу і утворення відповідних хінонів (56,57).

Цікавим було вперше дослідити перебіг взаємодії хінону (3) з аміновмісними сполуками, що містять декілька альтернативних нуклеофільних центрів. З цією метою було проведено реакції 2,3-дихлор-1,4-нафтохінону (3) з 4-амінобутановою- (51а) та 3-амінопропановою (51б) кислотами, цистеїном (58а), глутаміном (58б), етаноламіном (58в), серином (58г), аргініном (58д). Необхідно відзначити, що у стандартних умовах заміщенню атома хлору на нуклеофільний залишок в молекулі дихлорнафтохінону (3) підлягає виключно один з атомів хлору.

З метою встановлення особливостей взаємодії 2,3-дихлор-1,4-нафтохінону (3) з амінокислотами (51а,б; 58а-д), у яких є альтернативні нуклеофільні центри, ці реакції проводили в порівняльних умовах за розробленими новими препаративними методиками:

А. Еквімолярні кількості реагентів витримують в абсолютному метиловому спирті при кипінні протягом 5 годин у присутності безводного оксиду барію.

Б. Витримка еквімолярних кількостей реагентів у водно-спиртовому середовищі при 60^оС протягом 5 годин у присутності карбонату калію.

В. Суміш еквімолярних кількостей реагентів, ацетату натрію і каталітичної кількості бенз-15-краун-5 в бензолі витримують при 60^оС протягом 7-8 годин.

Встановлено, що швидкість реакції заміщення атома хлору в 2,3-дихлор-1,4-нафтохіноні (3) на амінокислотний залишок та вихід продуктів зростає в ряду:

Arg - Ser - Gln - But - Prop - Cys і в цілому спостерігається зростання швидкості реакції та виходу продуктів (59-62,64,65) зі збільшенням сили основності амінокислотних солей.

Наявність в молекулі нуклеофільного реагента інших неамінних нуклеофільних центрів суттєво не впливає на напрям взаємодії 2,3-дихлор-1,4-нафтохінону (3), за винятком цистеїну (58а), що зумовлено можливістю заміни другого атома хлору в молекулі нафтохінону (3) мякою нуклеофільною сіркою за двома запропонованими напрямами (А,Б).

Взаємодію дихлорнафтохінону (3) з цистеїном проводили в різних умовах (А- МеОН, ВаО, 60⁰С, 5год; Б - ЕtОН, К₂CO₃, 50-60⁰C, 4-5год; В - С₆Н₆, АсОNa, бенз-15-краун-5, 60⁰С, 7-8год), однак, не зважаючи на це, аналіз реакційної суміші ТШХ постійно показує наявність крім основного продукту (61) домішки гетероциклу (66) та дизаміщеного (67). Нами також показана можливість модифікації нафтохінонового краун-етеру проліновим фрагментом, що призводить до нового амінокислотовмісного гетероциклу (70).

У третьому розділі обговорюються результати досліджень стосовно пошуків шляхів синтезу нових гетероциклічних хінонів. З цією метою була розроблена цілеспрямована схема 3.1 їх одержання на основі отриманих раніше амінокислотних похідних (48,49,59).Однак, на першій стадії цієї схеми циклізація в стандартних умовах чи згідно методики Фріза веде до утворення суміші продуктів, в основному, типу (87-89) і (71-73).

У випадку використання у вищенаведеному процесі 2,5-ди-(3-карбоксипропіламіно)-3,6-дихлор-1,4-бензохінону (49) можливе також утворення продукту (88а).

Експериментальним шляхом встановлено оптимальні умови для цілеспрямованої піролідинізації хінонів (48,49,59) до 2-(2-оксо-1-піролідиніл)-3-хлор-5-R²-6-R¹-1,4-бензохінонів (71-73). ( таблиця 3.1)

Таблиця 3.1

Утворення продуктів залежно від умов проведення процесу гетероциклізації

№	Вихідна речовина	Середовище	Каталізатор	Температура, ОС	Час, год.	Продукти	Вихід, %
1	2	3	4	5	6	7	8
1	48	Ас2О	H2SO4	100	1	87 71	78 4
2	49	Ас2О	H2SO4	100	1	88 72	76 4
3	59	Ас2О	H2SO4	100	1	89 73	86 3
4	48	DMF	t-BuOK	150	0.5	осмолення	-
5	49	DMF	t-BuOK	150	0.5	осмолення	-
6	59	DMF	t-BuOK	150	0.5	осмолення	-
7	48	DMSO	KF	100	0.5	87 71	- 12
8	49	THF	NaH	60	0.5	88 72	- 10
9	59	THF	THF	60	1	89 73	- 8
10	48	Ас2О	H2SO4, HClO4	20, 110	1+3	87 71	62 14
11	49	Ас2О	H2SO4, HClO4	20, 110	1+3	88 72	56 10
12	59	Ас2О	H2SO4, HClO4	20, 110	1+3	89 73	64 15
13	48	Ас2О, о-ксилол	H2SO4	140	2	87 71	32 8
14	49	Ас2О, о-ксилол	H2SO4	140	2	88 72	28 8
15	59	Ас2О, о-ксилол	H2SO4	140	2	89 73	34 10
16	48	Ас2О	H3PO4	140	0.5	осмолення	-
17	49	Ас2О	H3PO4	140	0.5	осмолення	-
18	59	Ас2О	H3PO4	140	0.5	осмолення	-
19	48	Ас2О	HClO4	110	1	87 71	30 -
20	49	Ас2О	HClO4	110	1	88 72	26 -
21	59	Ас2О	HClO4	110	1	89 73	34 -
22	48	Ас2О	TsOH	140	1	87 71	5 74
23	49	Ас2О	TsOH	140	1	88 72	8 78
24	59	Ас2О	TsOH	140	1	89 73	6 84

Як видно з показників вищенаведеної табл. 3.1. найкращим результатом щодо утворення піролідинового циклу є проведення реакції карбоксипропіламінохінонів (48,49,59) у присутності n-толуолсульфокислоти в оцтовому ангідриді з достатньо високими виходами (74-84%), а для утворення продуктів N-ацилювання - проведення процесу в оцтовому ангідриді у присутності H₂SO₄ або HClO₄ при 100-110 ^оС протягом 1 год.

Необхідно відзначити, що застосування такої сильної кислоти по Бренстеду, як перхлоратна кислота, суттєвих змін в напрямок процесів не внесло, а застосування інших відомих підходів до гетероциклізація (DMF/t-BuOK, Ac₂O/H₂SO₄, DMSO/KF, THF/NaH, Ac₂O/H₃PO₄) також не призвело до успіху.

Наявність в ІЧ-спектрах хінонів (71-73) смуг поглинання лактонної карбонільної групи при 1670 см^-1, а в спектрах ПМР мультиплету чотирьох протонів при 2.80-2.16 м.д (-СН₂СН₂ОО), триплету двох протонів при 3.80 м.д (-NCH₂-) однозначно підтверджують їх будову.

Обробка лактонів (71-73) диметилмалонатом призводить з хорошими виходами до відповідних малонатхінонів (74-76), при гідролізі яких спочатку 1N водним розчином КОН при 20^оС з наступним підкисленням 20% HCl утворюються піролідинхіноноцтові кислоти (77-79) з виходами понад 90 %.

Наявність смуг поглинання в ІЧ-спектрах в області 3000-2500 см^-1 і 1745-1725 см^-1 підтверджує утворення карбоксильної групи в молекулах (77-79). Спектри ПМР повністю узгоджуються з запропонованою структурою. Так, наприклад, спектр 2-2-(2-оксо-1-піролідиніл)-1,4-бензохіноноцтової кислоти (77) містить сигнали при 2.64-1.92 м.д. (м,4Н,-СН ₂ СН ₂СО-), 3.92-3.60 м.д. (т.+c.,4H, NCH₂ +-CH₂COOH), 6.86-6.62 м.д. (м,2Н,хіноїд). Надалі процес утворення гетероциклічних хінонів можна скерувати двома шляхами: А - термоліз хіноноцтових кислот, який призводить до гетероциклізації з декарбоксилюванням і утворенням піролідиніндольного циклу (80-82); Б - етерифікація кислот (77,79), шляхом їх кип'ятіння у метиловому спирті у присутності каталітичної кількості n-толуолсульфокислоти протягом 3-ох годин призводить до естерів (83,84), а наступна інтрамолекулярна дегідратаційна конденсація між активною метиленовою групою та атомом кисню лактонового кільця (Py HBr Br₂, AcOH) дає змогу отримати бажані гетероциклічні хінони (85,86).

Для метил-(1,2-дигідро-3Н-пірол1,2-абензоfіндол-5,10-діон-11-форміату (85) у спектрі ПМР спостерігаються всі сигнали протонів (, м.д.): 2.90-2.38 (м, 2Н, -СН₂СН₂СН₂-), 3.10(м, 2Н, =СН₂-, =7Гц), 3.85(с, 3Н, -ОСН₃), 4.36 (м, 2Н, NСН₂-=7Гц), 7.76-7.56 (м, 2Н, аром.), 8.20-7.90 (м, 2Н, аром.).

Мас-спектр, m/е: 295 (М⁺), 263 (головний пік). В ІЧ-спектрах одержаних гетероциклів (85,86) присутні характеристичні інтенсивні смуги поглинання карбонільних груп естерного угрупування при 1725 см^-1 і 1720 см^-1 та хіноїдного кільця при 1660 і 1648 см^-1 для хінону (85) та нафтохінону (86), відповідно.

Маючи на меті поєднання в одній молекулі декількох гетероциклічних фрагментів, було розроблено синтетичну схему 3.2, основною стадією якої є реакція нуклеофільного заміщення одного з атомів хлору в молекулі 2,3-дихлор-1,4-нафтохінону (3) на імідазольні залишки з кисневмісними гетероциклами (93а-в).

Суміш імідазолу із захисною трифенілметильною групою (90), відповідного гетероциклічного спирту (54а-в) і трифенілфосфіну в тетрагідрофурані при 0^оС обробляли діетиловим естером азидодикарбоксилату (реакція Міцунобі).

Захисне трифенілметильне угруповання знімається кип'ятінням протягом 4 годин у хлоридній кислоті з утворенням необхідних похідних імідазолу (93а-в) для наступної їх взаємодії з 2,3-дихлор-1,4-нафтохіноном (3). Взаємодія останнього з естерами імідазолу (93а-в) при кипінні у бензолі протягом 4 годин у присутності прокаленого оксиду барію призводить до нуклеофільної атаки атома азоту імідазольного кільця на вуглець, зв'язаний з атомом хлору; при цьому відбувається елімінування хлороводню та утворення бажаних імідазольних похідних 1,4-нафтохінону (94-96). В їх ІЧ-спектрах присутні характеристичні смуги поглинання відповідних карбонільних груп в області 1725-1640 см^-1 , а в спектрах ПМР відповідних сигналів протонів. Так, наприклад в спектрі ПМР 2-{4-[3-(4-метил-7-кумарилоксо)метил]-1Н-імідазоліл}-3-хлор-1,4-нафтохінону (94) спостерігаються зсуви протонів, які характерні запропонованій будові: 8.40 с (1Н, імід.), 8.36-7.70 м (7Н, аром.), 6.99 с (2Н, кумаринового кільця), 6.96 с (1Н, імід.), 2.06 т(2Н, СН₂), 2.48 т (3Н, СН₃).

У четвертому розділі наведені експериментальні результати досліджень на біологічну активність синтезованих речовин.

Як видно з результатів скринінгу деякі з синтезованих хінонів (52,64,75,77) за фунгіцидною активністю знаходяться на рівні еталонів, а гетероциклічні похідні хінонів (72,78,86) навіть перевищують показники еталонів.

Піролідиніндоловмісні хінони (81,86) за бактерицидною активністю перевищують або знаходяться на рівні самого сильного еталону - юглону. Вищезгадані хінони (73,76,79,81,86), а також нафтохінони (61,62,63) не поступаються еталонам ТМТД, а деякі з них перевищують показники еталону фундазолу.

Скринінг на антимікробну дію дав змогу виявити дві дуже активні сполуки: 1,2-дигідро-3Н-піроло[1,2-а]бензо[f]індол-4,9-діон (81) і 1,2-дигідро-3-метил-карбокси-піроло[1,2-а]бензо[f]індол-4,9-діон (86) - перспективні препарати для розширених досліджень.

Практично всі синтезовані речовини можна віднести до регуляторів росту рослин. Вони або стимулюють, або інгібують ріст коріння, стеблин, листя капусти та вівса. Високу рістстимулюючу активність проявляють сполуки 2-(3-карбоксипропіламіно)-3-хлор-1,4-нафтохінон (59), 2-глутаміно-3-хлор-1,4-нафтохінон (62), 2-(1-гідроксиетиламіно)-3-хлор-1,4-нафтохінон (63), 2-серино-3-хлор-1,4-нафтохінон (65), які за показниками перевищують еталони івін та ТМТД, а рістінгібуюча активність належить сполукам - диметил[2-(2-оксо-1-піролідиніл)-1,4-нафтохіноніл]малонат (76) і 2-[2-(2-оксо-1-піролідиніл)-1,4-нафтохіноніл]оцтова кислота (79).

Імідазольні нафтохінони (94-96) були протестовані in vitro на антагонізм гістидину при Н₃-рецепторах в дослідах з частинами кори головного мозку щурів. Результати свідчать, що похідні (94-96) виявляють достатньо сильну антигістамінну активність, а особливо 2-([(4-метил-2-оксо-2Н-хромен-7-іл)окси]метил-1Н-імідазол-1-іл)-3-хлор-1,4-нафтохінон (94), що має блокуючу дію, яка наближається до рівня найсильнішого Н₃-блокатора - Thioperamide.

Калієві солі амінокислотних похідних 1,4-нафтохінону, які в своїй структурі містять амінокислотний залишок цистеїну (98), глютаміну (99) або аргініну (101), були досліджені на антигіпоксичну та протиішемічну активності. За величиною антигіпоксичного ефекту в умовах гострої експериментальної асфіксії у щурів вищезгадані солі в дозах, що дорівнюють 1% їх LD₅₀, не поступаються препарату порівняння - емоксипіну (10 мг/кг). На моделі гострої ішемії мозку у щурів, викликаної перев'язуванням обох сонних артерій, калієві солі амінокислотних похідних 1,4-нафтохінону, які містять залишки амінопропанової кислоти, глютаміну або серину, в дозах, що становлять 5% їх LD₅₀, на відміну від препарату порівняння - пірацетаму (100 мг/кг) удвічі збільшують тривалість життя піддослідних тварин.

Отримані дані з визначення їх гострої токсичності дозволяють віднести синтезовані речовини до середньо і низько токсичних, що є безпечними для теплокровних і людського організму.

П'ятий розділ містить опис методів дослідження, вихідних речовин, методик синтезу нових 1,4-бензо- і 1,4-нафтохінонів з амінокислотними та гетероциклічними фрагментами.

висновки

1. Розроблено препаративно зручні і прості методи синтезу нових амінокислотних похідних 1,4-бензо- і 1,4-нафтохінонів та шляхи цілеспрямованого одержання на їх основі нових гетероциклічних хінонів з високою і різноманітною біологічною активністю.

2. Показано, що 2,3,5,6-тетрахлор- і 2,3-дихлор-5,6-диціан-1,4-бензохінони заміщують на амінокислотний залишок два замісника, розташованих в пара положенні відносно один одного; при перебігу реакцій амінокислот з 2,3-дихлор-5,6-диціано-1,4-бензохіноном ціаногрупа, яка не замістилася амінокислотним фрагментом підпадає залежно від умов спиртолізу (MeONa, MeOH, 50^OC, 2 год.) або гідролізу (MeOH:Н₂О, Н⁺, 60^ОС, 2 год.).

3. Розроблені нові методики синтезу амінокислотних похідних на основі 2,3-дихлор-1,4-нафтохінону, що дозволило спростити процес і покращити вихід кінцевих продуктів на 15-30%. Встановлено, що швидкість реакції та вихід продуктів взаємодії 2,3-дихлор-1,4-нафтохінону з солями амінокислот зростають зі збільшенням сили основності останніх.

4. Показано, що екзоциклічна функціоналізація ендоциклічних нафтохінонових краун-етерів проліновим фрагментом призводить до нових макроциклічних амінокислотних похідних 1,4-нафтохінону.

5. Встановлено, що найкращими умовами для піролідинізації карбоксипропіламінобензо- і нафтохінонів є їх витримка в присутності TsOH, Ac₂O, 140 ^ОС , 1 год., а для утворення продуктів N-ацилювання - Ас₂О, H₂SO₄, 100 ^ОС , 1 год. або Ac₂O, HClO₄, 110 ^ОС , 1 год.

6. Розроблена синтетична схема послідовної гетероциклізації 2-(3-карбоксипропіламіно)-3-хлор-5-R²-6-R¹-1,4-хінонів, що призводить спочатку до утворення піролідинхінонів і з подальшою індолізацією веде до одержання нових гетероциклічних піролідиніндол- хінонів.

7. Розроблено новий підхід введення в молекулу нафтохінона гетероциклічних складових окремими фрагментами: реакція нуклеофільного заміщення атома хлору в 2,3-дихлор-1,4-нафтохіноні на етер, що містить одночасно два гетероциклічних фрагмента, синтезований в умовах реакції Міцунобі (PPh₃, EtO₂CN=NCO₂Et, THF, 0 ^ОС), призводить до нових нафтохінонів з імідазольними та кисневмісними гетероциклічними замісниками.

8. Виявлено нові малотоксичні речовини перспективні в плані практичного використання 1,2-дигідро-3Н-піроло[1,2-а]бензо[f]індол-4,9-діон (81) і 1,2-дигідро-3-метилкарбокси-піроло [1,2-а]бензо[f]індол-4,9-діон (86) - потребують подальшого поглибленного дослідження на антимікробну активність; 2-[2-(2-оксо-1-піролідиніл)-1,4-нафтохіноніл]оцтова кислота (79) і диметил[2-(2-оксо-1-піролідиніл)-1,4-нафтохіноніл]малонат (76) - проявили високу інгібуючу активність до росту рослин і за показниками перевищують еталони івін і ТМТД. 2-(4-[(4-Метил-2-оксо-2Н-хромен-7-іл)окси]метил-1Н-імідазол-1-іл)-3-хлор-1,4-нафтохінон (94) - проявляє антигістамінну активність блокаторів Н₃-рецепторів майже на рівні промислового лікарського препарату; калієві солі 2-(1-карбокси-2-меркаптоетиламіно)- (98) , 2-глутамінамідо- (99) і 2-аргініно-3-хлор-1,4-нафтохінону (101) - за величиною антигіпоксичного ефекту в умовах гострої асфіксії у щурів не поступаються препарату порівняння - емоксипіну; калієві солі 2-(1-карбоксиетиламіно)- (97), 2-глутамінадо- (99), 2- серино-3-хлор-1,4-нафтохінону (100) - на моделі гострої ішемії мозку у щурів, і на відміну від препарату порівняння - пірацетаму, удвічі збільшують тривалість життя піддослідних тварин; а 2-глутамінамідо-3-хлор-1,4-нафтохінону (99) - притаманна виразна стимулююча дія на мозковий кровоток, за величиною та тривалістю якої вона вдвічі перевищує ефект препарату порівняння - кавінтону.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО В ТАКИХ ПУБЛІКАЦІЯХ:

1. Кульчицька Л.Р., Кулик Т.В., Нікерясова Т.О., Картофліцька А.П. Амінокислотні похідні 1,4-бензохінону // Вісник Державного університету “Львівська політехніка”. Хімія, технологія речовин та їх застосування. - 1995. - № 285. - С. 55-57. Особистий внесок: належить синтез похідних -аміномасляної кислоти на основі 1,4-бензохінону та хлоранілу, ідентифікація одержаних сполук.

2. А.П. Картофлицкая, В.Т. Колесников, Л.Р. Кульчицкая, Н.Г. Маринцова. Эндоциклические краун-эфиры на основе 1,4-нафтохинона с серосодержащими экзоциклическими фрагментами // Журнал органической химии. - 1995. - Т. 31. - № 3. - С.394-396.

Особистий внесок: належить сульфохлорування краун-етеру та його модифікація проліновим фрагментом, ідентифікація одержаних сполук і формування висновків.

3. Костюкова С.Є., Марінцова Н.Г., Журахівська Л.Р., Федорова О.В., Комаровська О.З., Болібрух Л.Д., Губицька І.І., Картофліцька А.П. Амінопохідні 1,4-нафтохінону - сполуки з високою біологічною активністю // Вісник Державного університету “Львівська політехніка”. Хімія, технологія речовин та їх застосування. - 1999. - № 361. - С. 89-92.

Особистий внесок: належить синтез лейцинової та ізолейцинової похідних на основі 2,3-дихлоро-1,4-нафтохінону, обробка даних щодо біологічної активності синтезованих сполук.

4. Журахівська Л.Р., Губицька І.І., Федоришин О.М., Болібрух Л.Д., Новіков В.П. Синтез нових імідазольних похідних 1,4-нафтохінону // Вісник Державного університету “Львівська політехніка”. Хімія, технологія речовин та їх застосування. - 2000. - № 414. - С. 146-148.

Особистий внесок: належить опрацювання літературних джерел щодо одержання імідазольних похідних (реакція Міцунобі), синтез імідазольних похідних 1,4-нафтохінону з кисневмісними гетероциклами.

5. Марінцова Н.Г., Лубенець В.І., Журахівська Л.Р., Федорова О.В., Здирко Б.В., Новіков В.П. Синтез, антимікробна і рістрегулююча активність похідних 1,4-нафтохінону. // Фізіологічно активні речовини. - Харків: НФАУ. - 2001. - № 1(31). - С. 22-27.

Особистий внесок: належить синтез норлейцино-, метіоніно-похідних на основі 2,3-дихлоро-1,4-нафтохінону, калієвої солі 3-хлоро-1,4-нафтохіноніл-2-лейцину, участь в обробці результатів біологічної активності синтезованих сполук, участь у формуванні висновків.

6. Абдеррахім Е.І., Журахівська Л.Р., Марінцова Н.Г., Плотніков М.Ю., Здирко Б.В., Мусянович Р.Я., Новіков В.П. Синтез нових амінопохідних 1,4-нафтохінону // Вісник Державного університету “Львівська політехніка”. Хімія, технологія речовин та їх застосування. - 2001. - № 426. - С. 111-114.

Особистий внесок: належить синтез гістидинової похідної на основі 2,3-дихлоро-1,4-нафтохінону двома методами, ідентифікація одержаних сполук, інтерпретація ІЧ-спектрів.

7. Журахівська Л.Р., Абдеррахім Е.І., Федорова О.В., Новіков В.В., Губицька І.І., Болібрух Л.Д., Новіков В.П. Модифікація 2,3-дихлоро-1,4-нафтохінону азотовмісними сполуками // Вісник Державного університету “Львівська політехніка”. Хімія, технологія речовин та їх застосування. - 2001. - № 426. - С. 141-143.

Особистий внесок: належить проведення взаємодії 2,3-дихлоро-1,4-нафтохінону з цистеїном, аміноетанолом, інтерпретація ІЧ- та ПМР-спектрів одержаних сполук, участь у формуванні висновків.

8. Л.Р. Журахівська, Е.І. Абдеррахім, Н.Г. Марінцова, І.І. Губицька, Р.Я. Мусянович, В.П. Новіков. Нові гетероциклічні похідні хінонів.// Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. Хімія, технологія речовин та їх застосування. - 2002. - № 447. - С. 110-114.

Особистий внесок: належить проведення піролідиніндольної гетероциклізації 1,4-бензо- та 1,4-нафтохінонів, інтерпретація ІЧ- та ПМР-спектрів кінцевих продуктів.

9. А. Ель Ідріссі, І.О. Бринь, Н.Г. Марінцова, Л.Р. Журахівська, О.В. Федорова, В.П. Новіков. Синтез та дослідження гострої токсичності деяких амінокислотних похідних 2,3-дихлоро-1,4-нафтохінону.// Вісник Національного університету “Львівська політехніка”. Хімія, технологія речовин та їх застосування. - 2002. - № 461. - С. 218-220.

Особистий внесок: належить синтез натрієвих солей амінокислотних похідних на основі 2,3-дихлоро-1,4-нафтохінону, опрацювання даних гострої токсичності синтезованих сполук.

10. Марінцова Н.Г., Картофліцька А.П., Кульчицька Л.Р., Костюкова С.Є., Ромашко І.В. Екзоциклічна функціоналізація краун-ефірів на основі 1,4-нафтохінону амідосульфонільними та амінокислотними фрагментами // Тези доп. Укр. конф. з орг. хімії. Харків, 1995. - с. 75.

11. Новіков В.П., Лубенець В.І., Гой О.В., Здирко Б.В., Журахівська Л.Р., Марінцова Н.Г., Федорова О.В., Новіков В.В. Синтез нових біологічно активних похідних бенз-2,1,3-тіадіазолу // ХІХ українська конференція з органічної хімії. - Львів: НУ „Львівська політехніка”. - 2001. - С.234.

12. Новіков В.П., Мусянович Р.Я., Троценко С.І., Губицька І.І., Болібрух Л.Д., Журахівська Л.Р., Марінцова Н.Г. Дослідження методів синтезу сульфамідних похідних на основі 1,4-нафтохінону // ХІХ українська конференція з органічної хімії. - Львів: НУ „Львівська політехніка”. - 2001. - С. 235.

13. Абдеррахім Е.І., Журахіська Л.Р., Федорова О.В., Новіков В.В., Мусянович Р.Я., Здирко Б.В., Губицька І.І., Болібрух Л.Д., Марінцова Н.Г., Новіков В.П. Нові біологічно активні амінокислотні похідні 1,4-нафтохінону // ХІХ українська конференція з органічної хімії. - Львів: НУ „Львівська політехніка”. - 2001. - С. 236.

14. Мусянович Р.Я., Журахивска Л.Р., Ель Едрисси Абдеррахим, Федорова Е.В., Новиков В.В. и др. Синтез и биологическая активность некоторых производных 1,4-нафтохинона // Тезисы Международной научно-практической конференции „Новые технологии получения и применения БАВ”. - Алушта, 2002. - С.44-45.

15. Ель Ідріссі А., Коробов В.М., Новіков В.П., Журахівська Л.Р., Марінцова Н.Г., Федорова О.В. Дія 2-аргініно-3-хлоро-1,4-нафтохінону на еритроцитарну мембрану // Тези доповідей учасників І Всеукраїнської науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених. „Біотехнологія. Освіта. Наука.” - Київ: „Політехніка”. - 2003. - С.80.

АНОТАЦІЯ

Журахівська Л.Р. Синтез та біологічна активність нових 1,4-бензо- і 1,4-нафтохінонів з амінокислотними та гетероциклічними фрагментами. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.03 - органічна хімія. Національний університет „Львівська політехніка”, Львів, 2004.

Дисертація присвячена розробці селективних, зручних та простих методів синтезу нових амінокислотних похідних 1,4-бензо- та 1,4-нафтохінонів і одержанню на їх основі нових гетероциклічних хінонів з використанням методів тонкого органічного синтезу, сучасних фізико-хімічних досліджень, біологічного та фармакологічного скринінгу.

Встановлено закономірності і оптимальні умови перебігу взаємодії амінокислот з хінонами, розроблені нові препаративні методики синтезу амінокислотних похідних на основі 2,3,5,6-тетрахлор- та 2,3-дихлор-5,6-диціан-1,4-бензохінонів і 2,3-дихлор-1,4-нафтохінонів.

Розроблено спрямований синтез гетероциклічних хінонів зі спряженими фрагментами, оптимізовано умови внутрішньомолекулярної циклізації амінобутанокислотного залишку.

Розроблено новий підхід до спрямованого синтезу нових нафтохінонів з імідазольними та кисневмісними гетероциклічними фрагментами.

На основі біологічного скринінгу серед синтезованих сполук виявлені речовини з високою антимікробною, фунгіцидною та рістрегулюючою активностями.

На основі фармакологічних досліджень встановлено, що амінокислотні похідні 1,4-нафтохінону відносяться до низькотоксичних речовин і є носіями протигіпоксичної та протиішемічної активностей, а імідазольні похідні - антигістамінної активності

Ключові слова: амінокислоти, бензохінони, нафтохінони, краун-етери, імідазольні похідні 1,4-нафтохінонів, гетероцикли, гетероциклізація, фармакологічні дослідження, біологічний скринінг.

АННОТАЦИЯ

Журахивская Л.Р. Синтез и биологическая активность новых 1,4-бензо- и 1,4-нафтохинонов с аминокислотными и гетероцикличеискими фрагментами. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 02.00.03 - органическая химия. Национальный университет „Львовская политехника”, Львов, 2004.

Диссертация посвящена разработке селективных, удобных и простых методов синтеза новых аминокислотных производных 1,4-бензо- и 1,4-нафтохинонов и получению на их основе новых гетероциклических хинонов с использованием методов тонкого органического синтеза, современных физико-химических исследований, биологического и фармакологического скрининга.

Установлены закономерности и оптимальные условия взаимодействия аминокислот с хинонами, разработаны новые препаративные методики синтеза аминокислотных производных на основе 2,3,5,6-тетрахлор- и 2,3-дихлор-5,6-дициано-1,4-бензохинонов и 2,3-дихлор-1,4-нафтохинонов. Показано, что реакции с 2,3-дихлор-5,6-дициано-1,4-бензохиноном цианогрупа, которая не заместилась аминокислотным фрагментом в зависимости от условий подвергается спиртолизу (MeONa, MeOH, 50^оС, 2 час.) или гидролизу (MeOH, Н₂О, Н⁺, 60^оС, 2 час.)

Разработаны новые удобные препаративные методики синтеза аминокислотных производных 2,3-дихлор-1,4-нафтохинона, что позволило упростить процесс и повысить выход конечных продуктов на 15-30%, при этом скорость реакции и выход продуктов взаимодействия 2,3-дихлор-1,4-нафтохинона с аминокислотными солями увеличиваются с повышением силы основности последних.

Показано, что экзоциклическая функционализация ендоциклических нафтохиноновых краун-эфиров пролиновым фрагментом приводит к получению новых макрогетероциклических производных 1,4-нафтохинона, при этом разработаны мягкие условия введения сульфогрупы в ароматические ядра путем сульфохлорирования в хлороформе при комнатной температуре.

Разработана синтетическая схема целенаправленного синтеза новых хинонов с сопряженными гетероциклическими фрагментами. Оптимизированы условия внутреннемолекулярной циклизации аминобутанокислотного остатка - наилучшими условиями для этого процесса является выдержка реагентов в уксусном ангидриде в присутствии п-толуолсульфокислоты при 140 ^оС в течение 1 час. Начальная пиролидинизация 2-(3-карбоксипропиламино)-3-хлор-5-R²-6-R¹-1,4-хинонов приводит к получению пиролидинхинонов, а последующая индолизация ведет к получению целого ряда новых гетероциклических производных хинонов.

Разработан новый подход к направленному синтезу новых нафтохинонов с имидазольными и кислородосодержащими гетероциклическими фрагментами. Он основан на взаимодействии 2,3-дихлор-1,4-нафтохинона с эфиром, который одновременно содержит два гетероциклических фрагмента. Последний был синтезирован в условиях реакции Мицуноби в тетрагидрофуране в присутствии диэтоксиазодикарбоксилата и трифенилфосфина при 0^оС; предложен механизм образования эфиров имидазола с кислородсодержащими гетероциклическими спиртами в этих условиях. Заключительной стадией процесса является реакция нуклеофильного замещения атома хлора в молекуле 2,3-дихлор-1,4-нафтохинона на эфирный фрагмент и приводит к получению новых желаемых нафтохинонов с имидазольными и кислородосодержащими гетероциклическими заместителями.

На основе биологического скрининга среди синтезированных соединений выявлены вещества - 1,2-дигидро-3Н-пироло [1,2-а]бен-зо[f]индол-4,9-дион и 1,2-дигидро-3-метилкарбокси-пироло[1,2-а]бензо[f]индол-4,9-дион с высокой антимикробной и фунгицидной активностями; а ингибирующую активность, превышающую показатели еталонов ивин и ТМТД, проявили 2-[2-(2-оксо-1-пиролидинил)-1,4-нафтохинонил]уксусная кислота и диметил[2-(2-оксо-1-пиролидинил)-1,4-нафтохинонил]малонат.

На основе фармакологических исследований установлено, что аминокислотные производные 1,4-нафтохинона относятся к низкотоксическим веществам и являются носителями антигипоксической и антиишемической активностей, а имидазольные производные обладают антигистаминной активностью.

Ключевые слова: аминокислоты, бензохиноны, нафтохиноны, краун-эфиры, имидазольные производные 1,4-нафтохинонов, гетероциклы, гетероциклизация, фармакологические исследования, биологический скриніинг.

SUMMАRY

Zhurakhivska L.R. Synthesis and biological activity of new 1,4-benzo- and 1,4- naphthoquinones with amino acids and heterocyclic fragments. - Manuscript.

Thesis for a scientific degree of the Candidate of Chemical Sciences by speciality 02.00.03 - organic chemistry. - National University “Lviv Polytechnic”, Lviv, 2004.

The dissertation is devote to development of selective, convenient and simple methods of synthesis of new aminoacid derivatives of 1,4-benzo- and 1,4-naphthoquinones and formation on their basis of new heterocyclic quinones with using of methods of organic synthesis, modern physical and chemical researches, biological and pharmacological studies.

It was determined optimals conditions and ways of obtain of new aminoacid derivatives of 1,4-benzo- and 1,4- naphthoquinone. It was developed new preparative methods of synthesis of derivatives on the basis of 2,3,5,6-tetrachlor- and 2,3-dichlor-5,6-dicyan-1,4- benzoquinones and 2,3- dichlor-1,4- naphthoquinones.

Directed synthesis of heterocyclic quinones with conjugated hetero- and quinone fragments is developed. Conditions of heterocyclization of aminobutanoacid fragment are optimized.

The new approach is develop for directed synthesis of new naphthoquinones with imidazol and oxygencontaining fragments.

Biological investigations were found substances with high antigermic and growth regulative activities among synthesized compounds.

It's established by pharmacological researches, that aminoacid derivatives of 1,4-naphthoquinone are low-toxic compounds. They are bearers of antihypoxic, antieshemic activities. Imidazol derivatives are bearers of antihistaminic activity.

Key words: aminoacids, benzoquinones, naphthoquinones, imidazol derivatives of 1,4-naphthoquinone, heterocycles, heterocyclization, pharmacological researches, biological investigations.

Размещено на Allbest.ru