Автореферат и диссертация по фармакологии (15.00.02) на тему:Синтез биологически активных соединений на основе взаимодействия 1,2,4-трикарбонильных и 1,3,4,6-тетракарбонильных систем с O,N- и N,N-бинуклеофилами

На правах рукописи

ГГБ ОД

1 5 ¡¡;0/} №

Широнина Татьяна Михайловна

СИНТЕЗ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ОСНОВЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ 1,2,4-ТРИКАРБОНИЛЬНЫХ И 1,3 Д6-ТЕТР АКАРБОНИЛЬНЫХ СИСТЕМ С О,К- И НИ-БИНУКЛЕОФИЛАМИ

15,00.02 - фармацевтическая химия и фармакогнозия

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата фармацевтических наук

ПЕРМЬ 2002

Работа выполнена на кафедре аналитической химии Пермской государственной фармацевтической академии.

Научный руководитель: доктор фармацевтических наук Козьминых E.H.

Научный консультант: кандидат химических наук Игидов Н.М.

Официальные оппоненты: доктор фармацевтических наук, профессор Коркодинова ДМ.

доктор фармацевтических наук, Михайловский А.Г.

Ведущая организация: ГУЛ МЗ РФ Пермское НПО «Биомед», г. Пермь

Защита состоится 14 июня 2002 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 208.068.01 при Пермской государственной фармацевтической академии по адресу: 614930, г. Пермь, ГСП-277, ул. Ленина, 48.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермской государственной фармацевтической академии.

Автореферат разослан "/3 " мая 2002 г.

Ученый секретарь диссертационного совета у % МетелеваЕ.В.

Актуальность проблемы. Одной из важнейших задач фармацевтической и органической химии является поиск новых реакционноспособных синтонов, которые дают возможность получать новые биологически активные вещества и модифицировать структуру природных соединений. Исследования последних десятилетий показали, что 1,2,4-трикарбонильные и 1,3,4,6-тетракарбонильные соединения (ПСС), являются перспективными субстратами для конструирования разнообразных гетероциклических систем. Среди окса- и аза-гетероциклов обнаружены соединения, обладающие прсгги-вомикробной, противоопухолевой, противовирусной, противовоспалительной, анальге-тической, противосудорожной и другими видами биологической активности при низкой токсичности. Вместе с тем, наличие нескольких реакционноспособных карбонильных групп позволяет осуществлять реакции перечисленных поликарбонильных систем с бинуклеофильными реагентами, приводящие к новым биологически активным веществам.

Представители 1,2,4-трикарбонильных соединений - ацилпировиноградные кислоты и их нециклические производные - эфиры, амиды - имеют в своей структуре три сближенных карбонильных звена, образующих р-дикетонный фрагмент и звено а-оксокислот. Ближайшие циклические производные ацилпировиноградных кислот - 2,3-дигидрофуран-2,3-дионы — содержат только кетовинильный фрагмент и лактонное звено. Большими функциональными возможностями обладают ТКС за счет наличия двух Р-диоксо- и одного а-оксофрагмента,

ТКС существуют в растворах, по крайней мере, в трех таутомерных формах -дикетонной, кетоенольной и кольчатой 3-оксофурановой. В отличие от ацилпировиноградных кислот, имеющих три электрофилъных центра, ТКС содержат четыре элекгро-филъных центра в цепной форме и три электронодефицитных центра в кольчатой форме. Реакции ТКС с бинуклеофилами исследованы недостаточно, и их изучение, а также исследование биологической активности продуктов нуклеофильных реакций является актуальным.

Цель работы. Целью настоящего исследования является получение новых биологически активных азотсодержащих карбонильных соединений на основе взаимодействия некоторых 1,2,4-трикарбонильных и 1,3,4,6-тетракарбонильных систем с ОД- и МД-бинуклеофилами, а также выявление взаимосвязи строения полученных веществ с их биологической активностью.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи.

1. Сравнительное изучение взаимодействия 1,2,4-трикарбонильных и 1,3,4,6-тетракарбонильных соединений с некоторыми ОД- и МД-бинуклеофилами: гидро-ксиламином и производными гидразина.

2. Установление строения и изучение свойств продуктов реакций 1,2,4-три-карбонильных и 1,3,4,6-тетракарбонильных систем с бинуклеофилами - производных оксокиелот и азотсодержащих гетероциклов - разнообразных азолов и азинов.

3. Исследование биологической активности полученных производных оксокислот, а также производных изоксазола, пиразола, пиридазина и пиперазина и выявление взаимосвязи строения синтезированных веществ с биологической активностью.

Научная новизна.

1. Установлено, что реакции ацилпировиноградных кислот и их амидов с гидразином, арилгидразинами, гидразидами карбоновых кислот и гидразонами кетонов приводит к образованию производных пиразол-3-карбоновой кислоты и 2-гидразино-замещенных 4-оксо-2-бугеновых кислот.

2. Обнаружено, что 1,3,4,6-тетракарбонильные соединения взаимодействуют с гидро-ксиламином, образуя замещенные 3-(3'-изоксазолил)изоксазолы, с гидразином и фенилгидразином - 3-(3'-пиразолил)пиразолы, с гидразидами карбоновых кислот -

1-ацилпроизводные З-бензоилацетил-5-фенилпиразола, с гидразонами кетонов — 1,6-дюамещенные 4-гидрокси-3-диаршшетиленгвдразино-2,5-гексадиен-1,6-дионы3 с 1,2-диаминоэтаном - 2,3-бис-(ацщшетилен)пиперазины.

3. Разработаны препаративные способы синтеза 2-гидразинозамещенных 4-оксо-2-бутеновых кислот, 2,4-динитрофенилгидразидов ароилпировиноградных кислот, 3-(3'-пиразолнл)пиразолов и ацилпиперазинов.

4. На основании данных ИК, ЯМР ^Н, ^С спектроскопии и масс-спекгрометрии выявлены особенности строения полученных соединений.

5. Среди испытанных соединений обнаружены вещества, обладающие противомик-робной, противоопухолевой, анти-ВИЧ, анальгегической, противовоспалительной активностью, а также фунгицидным и инсектицидным действием.

Практическая значимость. В ходе исследования разработаны и усовершенствованы методы получения более 80 соединений. Выявлено 73 соединения, обладающие бактериостатической активностью по отношению к штаммам золотистого стафилококка и кишечной палочки. Среди них также обнаружены вещества, проявляющие противоопухолевую, ттк-ВИЧ, анальгетическую, противовоспалительную активностью. Установлено, что гидразид 5-/я/>е/и-бутилпиразол-3-карбоновой кислоты обладает слабой инсектицидной и фунгицидной активностью. 2,3-Бис-(я-толуоилметилен)пиперазин, обладающий анальгегической активностью, и 2,4-дишпрофенилгидразид бензоилпиро-виноградной кислоты, обладающий противостафилококковой активностью, рекомендованы для дальнейшего углубленного исследования. У некоторых рядов соединений выявлена взаимосвязь строения с биологической активностью, что может быть использовано в дальнейшем поиске эффективных лекарственных препаратов и биологически активных субстанций.

Апробация работы. Результаты исследований были представлены и обсуждались на итоговых научных конференциях профессорско-преподавательского состава Пермской государственной фармацевтической академии в 1998-2001 гг., на региональной конференции молодых ученых "Современные проблемы экологии, микробиологии и иммунологии" (г. Пермь, 1999), на конференции молодых ученых "Органическая химия в XX веке" (г. Звенигород 2000), на молодежной научной школе по органической химии (г. Екатеринбург, 2000), на международной конференции "Перспективы развития естественных наук в высшей школе" (г. Пермь, 2001), на молодежной научной школе-конференции "Актуальные проблемы органической химии (г. Новосибирск, 2001).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 3 статьи и 17 тезисов докладов.

Объем и структура диссертации. Содержание работы изложено на 166 страницах машинописного текста и состоит из введения, 4 глав и выводов. Список литературы включает 149 работ отечественных и зарубежных авторов. Диссертация содержит 26 таблиц, 10 рисунков, 20 схем.

На защиту выносятся:

1. Результаты исследования взаимодействия 1,2,4-трикарбонильных и 1,3,4,6-тетракарбонильных соединений с гидроксиламином, гидразином и его производными: арилгидразинами, гидразидами карбоновых кислот, гидразонами кетонов, а также с 1,2-диаминоэтаном.

2. Установление структуры полученных соединений на основании данных ИК, ЯМР 1н, «С спектроскопии и масс-спектрометрии.

3. Результаты биологических испытаний синтезированных соединений на противо-микробную, противоопухолевую, анти -ВИЧ, противовоспалительную, анальгетическую активность, а также инсектицидное и фунгицидное действие. Выявление качественной взаимосвязи строения и биологического действия. Перспективные для дальнейших биологических исследований соединения.

Основное содержание работы 1. Взаимодействие 1,6-дизамещенных 3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионов с

гидроксиламином

Известно, что такие 1,2,4-трикарбонильные соединения, как ацилпировино-градные кислоты легко реагируют с гидроксиламином, образуя замещенные изоксазол-3-карбоновые кислоты. Реакции 1,3,4,6-тетракарбонилъных соединений с гидроксиламином ранее не изучались. Нами исследовано взаимодействие 1,6-дизамещенных 1,3,4,6-тетракетонов (1а-г) с гидрохлоридом гидроксиламина. В результате реакции выделены 5,5-дизамещенные 3-(3'-изоксазолил)изоксазолы(2а-г) (схема 1) [1,8].

Схема 1

Я = (СН3)3С (1а, 2а), СбН5 (16, 26), ФСЮбЩ (1в, 2в), а-нафтил (1г, 2г) Строение полученных соединений (2а-г) установлено на основании спектральных данных: ПК, ПМР и масс. Так, в масс-спектрах соединений (2) присутствуют пики молекулярных ионов, а также фрагментные ионы с массовым числом т/2 Уг М1+. Отсутствие в масс-спектрах ионов К-СЫЧ1*" и И-ОМ-кО1' свидетельствует о том, что соединения не могут иметь регаонзомерную структуру 5-(5'-изоксазолил)изоксазолов (3).

Отметим, что 1,6-дизамещенные 1,3,4,6-тетракегоны (1) в растворах существуют в равновесной смеси, по крайней мере, трех таутомерных форм (1 А), (1В) и (1С), из которых количественно преобладает диоксодиенольная таутомерная форма (1В) и, в зависимости от характера заместителя И, кольчатая 3-оксофурановая форма (1С) [10,13].

По-видимому, взаимодействие 1,6-дизамещенных 1,3,4,6-гексантетраонов (1) с гидроксиламином осуществляется за счет атаки олекгрофилыгого центра С3(4)=0 линейной формы тетракетона (1В) аминогруппой гидроксиламина с последующей гетеро-циклизацией в бис-изоксазолы (2).

2. Взаимодействие 1,2,4-трикарбонильных и 1,3,4,6-тетракарбонилы1Ы1 систем с гидразином и арилгидразинами Известно, что ароилпировиноградные кислоты взаимодействуют с гидразином и замещенными гидразинами с образованием производных пиразол-3-карбоновой кислоты. Реакции пивалоилпировиноградной кислоты и ее производных с гидразинами ранее не были изучены.

Пивалоилпировиноградная кислота (4), существующая в растворе в виде смеси дикетонной (4А) и кетоенольной (4В) форм, взаимодействует с гидразингидратом или гидрохлоридом гидразина с образованием гидразида 5-/я/?етп-бутилпиразол-3-карбоновой кислоты (5) (схема 2) [3].

К = СН2СбН5 (7а), 4-СН3СбН4 (76), 4-СНзОСбЩ (7в)

1-Фенил-5-тргт71-бугилпиразол-3-1сар6оновую кислоту (6) удалось выделить в результате реакции пивалоилпировиноградной кислоты (4) с фенилгидразином (схема 2) [3]. Установлено, что при взаимодействии пивалоилпирувамидов (7а-в) с гидразином в мягких условиях образуется также гидразид (5).

В отличие от пивалоилпировиноградной кислоты (4), пивалоилпирувамиды (7) реагируют с фенилгидразином с образованием не производных пиразола, а оксопроиз-водных пиридазина (8) и (9) (схема 3). Так, в результате реакции ариламидов пивалоилпировиноградной кислоты (7) с фенилгидразином выделен 6-трет-бутл-б-гидрокси-1-фенилтетрагидропиридазин-3,4-дион (8). В отличие от предыдущей реакции кратковременное кипячение бензиламида пивалоилпировиноградной кислоты (7) с фенилгидразином приводит к образованию 3-бензилимино-6-тяре/и-бутил-2-фенил-2,3-дигидропиридазин-4-(1#)-она (9) (схема 3).

Схема 3

9

Реакции ацилпировиноградных кислот и их производных с 2,4-дшштро-фенидгидразином ранее не были изучены.

Нами установлено, что ацилпировиноградкые кислоты (10а-к) в мягких условиях реагируют с 2,4-динитрофенилгидразином с образованием 4-замещенных 2-(2',4'-динитрофенил)гидразино-4-оксо-2-бутеновых кислот (Па-к) с выходами 36-93% (схема 4) [9,12,14,16,19].

Я = (СН3)3С (10а, 11а), С6Н5 (106, 116), 4-СН3СбН4(10в, 11в), 2,4,6-(СН3)3СбН2 (Юг, 11г), 3,4-(СН30)2С6Н3 (10д, 11д), 4-ВгСбН4 (10е, Не), 4-С1С6Н4 (Юж, 11ж), 4-РСбН4 (Юз, 11з), 4-НОС6Н4 (10и> 11и)> а-нафтил (Юк, 11к)

Судя по ИК спектрам, соединения (11а-к) в кристаллах существуют в форме енгидразинокислот (11 А). Об этом, в частности, свидетельствует низкая частота валентных колебаний карбонила карбоксильной группы с ВМВС >К-Н ...0=С< и низкая частота валентных колебаний кетонного карбонила, вовлеченного в ВМВС. В спектрах ПМР соединений (11а-к) имеется синглет группы СН2 и сигналы группы >1Н звена ди-нитрофенилгидразина, соответствующие таутомерным формам (11В) и (11С).

5-Арил-2,3-дигидрофуран-2,3-дионы (12а-в), которые являются лактонами у-енольной формы ароилпировиноградных кислот, в отличие от самих кислот, реагирующих по а-карбонильной группе, легко взаимодействует с 2,4-динитро-фенилгидразином, образуя 2,4-дадаитрофенилгидразиды ароилпировиноградных кислот (13а-в) (схема 5) [16,19].

О

+ оги—^ №шнг"

О

12а-в

13В

N0^

Ш-в

Я= С6Н5 (12а, 13а), 4-СН3С6Н4 (126, 136),4-С1СбН4 (12в, 13в) Гидразиды (13а-в) в твердом состоянии существуют в кетоенольной форме (13В). Судя по спектрам ПМР, в растворах соединений (13а-в) присутствуют две тау-томерные формы: р-дикегонная (13А) и кетоенольная (13В).

Ранее было установлено, что некоторые замещенные по концевым положениям цепи 1,3,4,6-тетракетоны реагируют с гидразином, фенилгидразином и п-нитрофенилгидразином, образуя как симметричные шомерные по межкольчатой связи С(3)-С(3'), так и не симметричные бис-пиразолы. В отдельных случаях выделяли также моноциклические продукты - 3-ацилпиразолы или смеси соединений. Строение большинства пиразолов было установлено без применения спектральных методов. Отсутствие хемоселективности не позволяло ранее использовать эти реакции для препаративного синтеза производных пиразола.

Нами изучены реакции 1,6-дизамещённых 3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионов (1а-з) с гидразингидратом или гидрохлоридом гидразина. Кратковременное кипячение смеси реагентов приводит вне зависимости от их соотношения к селективному образованию 5,5-дизамещённых 3-(3'-пиразолил)пиразолов (14а-з) (схема 6) [1,2,4,5,17].

Схема 6

"н" 14а-з у К

1а-з Н

Я = СН3 (1д, 14д), (СН3)3С (1а, 14а), С6Н5 (16, 146), 4-СН3С6Н4 (1е, 14е), 2,4-(СНз^СбНз (1ж, 14ж), 4-С1СбН4 (1в, 14в), 4-РСбН4 (1з, 14з), а-нафтил (1г, 14г)

При действии двукратного избытка фенилгидразина на 1,6-дизамещеннные 1,3,4,6-гексантетраоны (1а-з) в аналогичных условиях приводит к гетероциклизации с образованием 1,Г-дифенил-3-(3'-пиразолил)1шразолов (15а-з). Однако, в случае реакции 1,6-дифенил-3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-диона (16) с фенилгидразином были выделены два продукта. На основании спектральных данных им придана структура 1,Г,5,5'-тетрафенил-3-(3'-пиразолил)пиразола (156) и 1,5-дифенил-З-бензоилацегил-пиразола (166) (схема 7) [1,2,4,5,17].

1:2 t

C6HsNHNH2

-н2о

1:1 _

h5C¿^N4N

15a-j "R

CeHs

H5C,

>

(R-СДО

la-i

HSC6.

>

H5Cf^'NvN;

166 Ox o ti

CeHs 16A

№5

16В

11 = СН3 (1д, 15д), (СН3)3С (1а, 15а), СбН5 (16, 156, 166), 4-СН3С6Н4 (1е, 15е), 2,4-(СН3)2С6Н3 (1ж, 15ж), 4-С1СбН4 (1в, 15в), 4-РС6Н4 (1з, 15з), а-нафтил (1г, 15г)

В масс-спектре пиразолилпиразолов (15а-з) имеются максимальные по интенсивности пики молекулярных ионов, а также сигналы осколочных ионов пиразольных фрагментов

В ИК спектре моно-пиразола (166) присутствует широкая низкочастотная полоса, соответствующая валентным колебаниям карбонильных групп р-дикетоиного звена, что свидетельствует о наличии в твёрдом состоянии ОЯ-хелатного цикла с ВМВС (форма 16В). Вместе с тем, в спектре ПМР соединения (166) присутствует как кетоенольная форма (16В), так и (5-дикетонный таутомер (16А), содержание которого составляет 22%.

По-видимому, взаимодействие 1,6-дизамещённых 3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,б-дионов (1) с гидразином и фенилгидразином протекает с первоначальным присоединением последних по енолизованной карбонильной группе С3(4)=0. В дальнейшем, образующийся моноенгидразинокарбонильный интермедиат, гетероцик-лизуется в соответствующее 3-ацилпроизводное пиразола (16), а в присутствии избытка гидразина - с образованием бис-пиразола (15). Отметим, что реакция тетракеггонов (1) с фенилгидразином протекает региоселективно.

3. Взаимодействие 1,2,4-трикарбонильных и 1,3,4,6-тетракарбонильных систем с гидразидами карбоновых кислот

Реакции ацилпировиноградных кислот и их амидов с гидразидами карбоновых кислот ранее практически не были изучены. Среди других производных ароил-пировиноградных кислот исследованы реакции 5-арил-2,3-дигидрофуран-2,3-дионов с гидразидами карбоновых кислот. Известно, что продукты этих реакций - замещенные гидразиды ароилпировиноградных кислот - являются биологически активными веществами и обладают противомикробной, противовоспалительной и анальгетической активностью. В связи с этим актуальным являлось изучение биологической активности продуктов превращения ацилпировиноградных кислот при действии гидразидов.

Нами установлено, что в результате реакции пивалоилпировиноградной кислоты (4) с гидразидами ароматических карбоновых кислот и фенилуксусной кисло-

ты образуются 2-ацилгидразино-5,5-диметш1-4-оксо-2-гексеновые кислоты (17а-ж) (схема 8) [11].

Схема 8

R = С6Н5 (17а), СН2СбН5 (176), СбН5-ОСН2 (17в), 4-СН3СбН4 (17г), 4-СН3ОС6Н4(17д), 4-К02СбН4(17е), 3-N02C6H4 (17ж)

В кристаллах соединения (17а-ж) существуют в цепной енгидразиноформе (17А), стабилизированной ВМВС -N-H ...0=С<. В спектрах ПМР соединений (17а-ж), кроме формы (17А), имеются еще два таутомера - количественно преобладающая цепная форма (17В) и кольчатая форма замещенных 5-гидроксипиразолин-З-карбоновых кислот (17С).

Кратковременное кипячение пивалоилпировиноградной кислоты (4) с изопро-пилиденгидразидом 4-нитробензойной кислоты в этаноле дает 4-нитрофенил-2-гидразино-5,5-диметил-4-оксо-2-гексеновую кислоту (17е), аналогичную продукту реакции кислоты (4) с гидразидом и-нитробензойной кислоты.

В результате взаимодействия пивалоилпировиноградной кислоты (4) с гидразидом уксусной кислоты удается выделить другой продукт - 4-ацетилгидразон 2-ацетил-б-т/><;»г-бутил-2,5-дигвдропиридалин-3,4-дион (18) (схема 9).

Схема 9

'"Тг"-^" XX*

4 ¿О СНз 18

В масс-спектре соединения (18) отсутствует пик фрагментного иона М - С02Н14 (m/z 221), что позволяет отвергнуть структуру карбоновой кислоты (R = СН3) (17). Со спиртовым раствором хлорида железа (Ш) соединение (18) не дает окрашивания.

Реакция амидов пивалоилпировиноградной кислоты (7) с гидразидами карбо-новых кислот приводит к продуктам замещения по карбонильной группе - амидам 2-ацилгидразино-5,5-диметил-4-оксо-2-гексеновых кислот (19а-п), которые в растворах находятся в двух таутомерных формах (19А) и (19В) (схема 10) [6,18].

19А

19В

19а-п

х>

Я1 = СН2СбН5 (7а-ж), 4-СН3ОС6Н4 (7з-л), " ^ (7м-п), И2 = СН3 (19м), СР3 (19а), СбН5 (196), -СЩОЩСбЩ (19в), 4-СНзСбН4 (19г,

Я:

О-

« (19е, 19к, 19о), (19ж, 19л, 19м)

19з),4-СН3ОСбН4(19д, 19и, 19н),

Реакции ТКС с гидразидами карбоновых кислот ранее не изучались. В связи с тем, что продукты реакций 1,3,4,6-тетракетонов с производными гидразина являются биологически активными соединениями, нами изучено взаимодействие 1,6-дифенил-3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,б-диона (16) с гидразидами карбоновых кислот. Реакция протекает при длительном кипячении смеси реагентов с образованием промежуточных ацилгидразонов (А) и (В), которые при дегидратации гетероциклизуются с образованием 1-ацил-3-бензоилацетил-5-фенилпиразолов (20а-д) (схема 11).

Схема 11

Н5С,

М1МГ:

^Н.

о о

н5с,.

кмнсоя

и и

о ютсок

н5с(.

-що

н5с,.

Иа-д

н'

2(Ш

Я = СН3 (20а), С6Н5СН2 (206), С6Н5 (20в), 4-СН3С&Н4 (20г), 4-СН3ОС6Н4 (20д) В кристаллах соединения (20а-д) существуют в форме (200), стабилизированной ВМВС -0Н,..0=С< В растворах отмечено появление второй таутомерной формы (20С) в количестве 20%.

в

1«

4. Взаимодействие пивалоилпировииоградной кислоты и 1,6-дифенил-3,4-дигвдрокси-2,4-гексадиен-1,6-диона с гидразонамв кетонов

При кратковременном кипячении пивалоилпировииоградной кислоты (4) с гидразонами кетонов образуются 5,5-диметил-2-илиденгидразино-4-оксо-2-гексеновые кислоты (21а-д) (схема 12) [15].

Схема 12

Аг1 = Аг2 = С6Н5 (21а), Аг1 = СбН5, Аг2 = 4-СН3С6Н4 (216), Ат* = С6Н5, Аг2 = 4-BrCgH4 (21 в), R = H (21г), Вг (21д)

Соединения (21а-д) в кристаллическом состоянии существуют в цепной енгид-разиноформе (21 А), стабилизированной ВМВС -NH.. ,0=С<.

Установлено, что реакция 1,6-дизамещенных 1,3,4,6-тетракетонов (1а-е) с гидразонами кетонов приводит к образованию 1,6-дизамещенных 4-гидрокси-З-диарилметиленгидразино-2,5-гексадиен-1,6-дионов (22а-е) (схема 13) [4,7].

Схема 13

R = СН3 (1а, 22а), С2Н5 (16, 226), (СН3)3С (1в, 22в), С5Н5 (1г-е, 22г-е), R1 = СН3 (22д), С6Н5 (22а-г, 22е), R2 = СбН5 (22а-г), 4-К02СбЩ (22д), 4-ВгСбН4 (22е)

Судя по спектральным данным соединения (22а-е) существуют в трех тауто-мерных формах - двух гидразонных (22А), (22С) и одной енгидразинокарбонильной (22В).

5. Взаимодействие пивалоилпировиноградной кислоты и некоторых 1,3,4,6-тетракарбонильных соединений с 1,2-диаминоэтаном

Близкими аналогами гидразина и его производных являются реагенты, в которых азотистые гетерофункции разделены метиленовой цепочкой. Одним из таких распространенных реагентов является 1,2-диаминоэтан (этилендиамин). Нами изучено взаимодействие последнего с три- и тетракарбонильными соединениями.

Известно, что при взаимодействии ароштировиноградных кислот и их эфиров с 1,2-диаминоэтаном образуются замещенные пиперазин-2-оны, которые проявляют выраженное противовоспалительное и анальгегическое действие. Среди таких оксо-производных пиперазина было ранее предложено эффективное лекарственное средство - мефепирон.

Реакция пивалоилпировиноградной кислоты (4) с 1,2-диаминоэтаном приводит к образованию N-2-аминоэтиламида пивалоилпировиноградной кислоты (24), а в случае метилового эфира пивалоилпировиноградной кислоты (23) с 1,2-диаминоэтаном получен циклический продукт - З-пивалоилметиленпиперазин-2-он (25) (схема 14).

Схема 14

r = н (4), сн3 (23)

-СН3ОН

h2n NHj

(r=ch3)

(R-H) ^ (снзЬС^^Х^^га,

О... J) Н 24

С(СНз)з

25

Ввести в структуру пиперазина два ароилметиленовых фрагмента удалось за счет реакции 1,6-дизамещенных 1,3,4,6-гексантетраонов (1а-д) с 1,2-диаминоэтаном. В результате выделены (2),(2)-2,3-бис-(аципметилен)пиперазины(2ба-д) (схема 15) [20].

Схема 15

О 26а-д

R = (СН3)3С (1а, 26а), СбН5 (16, 266), 4-СН3С6Н4 (1в, 26в), 4-СН3ОС6Н4 (1г,26г),4-С1С6Н4(1д,26д)

Функционализованные ТКС, содержащие сложноэфирную и амидную группы, например, 3,4-дигидрокси-2-карбамоил-б-оксо-б-фенил-2,4-гексадиеновая кислота (27)

взаимодействует с 1,2-диаминоэтаном с образованием З-бензоилметиленпиперазин-2-она (28), который бьш идентифицирован сравнением с известным соединением, полученным реакцией 5-фенил-2,3-дигидрофуран-2,3-диона (12) или метилового эфира бен-зоилпировиноградной кислоты (29) с 1,2-диаминоэтаном (схема 16).

Схема 16

н5'

IhCt

Структура полученного соединения доказана с помощью спектральных методов анализа.

Таким образом, нами подробно изучены реакции 1,2,4-трикарбонильных и 1,3,4,6-тетракарбонильных систем с О,К- и некоторыми >},>Г-бинуклеофилами и показано, что исследования в этом направлении являются актуальными и перспективными.

Выражаем благодарность зав. кафедрой аналитической химии ПГФА проф. Козьминых В.О. за участие в совместной работе и консультации.

6. Биологическая активность синтезированных соединений

Фармакологическому скринингу были подвергнуты 73 соединения на наличие противомикробной, противоопухолевой, анти-ВЯЧ-акгивности, противовоспалительной, анальгетической, а также инсектицидное и фунгицидное действие.

Была исследована острая токсичность у многих синтезированных соединений. Она находится в пределах от 500 до 1 ООО мг/кг и выше при внутрибрюшинном введении. Например, токсичность определена 2,3-бис-(и-толуоилметилен)пиперазина (2бв) при внутрибрюшинном введении. ЛД50 соединения (2бв) составляет более 1500 мг/кг. Согласно классификации токсичности по Измерову соединение (26в) относится к V классу соединений, то есть к практически не токсичным веществам.

Противомикробная активность исследована у 73 соединений.

В результате проведенных исследований было установлено, что большинство из тестируемых соединений активны по отношению к штаммам золотистого стафилококка (диапазон МИК от 3,9 до 1000 мкг/мл) и к штаммам кишечной палочки (диапазон МИК от 15,6 до 1000 мкг/мл) (таблица 1). Противомикробную активность полученных соединений сравнивали с активностью антибактериальных препаратов - флумеквина, оксолиниевой и налидиксовой кислот.

Таблица 1

— " ■ синтезированных соединений

Соединение МИК, мкг/мл МИК, мкг/мл

Staphylococcus Escherichia coli

aureus Р-209 М17

116 125 500

11в 250 250

Пг 15,6 31

11ж 125 250

11и 31 62,5

11к 250 250

13а 3,9 15,6

136 125 125

13в 15,6 62,5

17а 500 500

19а 500 500

19е 500 500

21а 250 250

21г 250 250

21д 500 500

25 62 125

266 500 500

28 250 500

Оксолиниевая 12,5 - > 256 0,5 - 16

кислота*

Налидиксовая 12,5->256 0,5-8

кислота*

Флумеквин* 12,5->256 0,5 -> 16

* Указаны пределы колебаний МИК

В ходе исследования установлено, что производные 2-(2',4'-динитрофенил)гидразино-4-оксо-2-бутеновых кислот (11а-к) проявляют средневыра-женную активность (МИК 15,6-1000 мкг/мл). 2,4-Динитрофенилгидразиды ароилпиро-виноградных кислот (13а-в) активны по отношению к штаммам кишечной палочки (МИК 3,9-125 мкг/мл) и золотистого стафилококка (МИК 15,6-125 мкг/мл). 2,4-Динитрофенипгидразид бензоилпировиноградной кислоты (13а) является высокоактивным веществом (МИК 3,9-15,6 мкг/мл) и введение заместителей в бензольное кольцо кислоты снижает активность.

Исследования противоопухолевой активности проводились в Национальном Институте США по изучению рака (National Cancer Institute, Bethesda, Maryland). Испытания проводились на 10 экспериментальных культурах опухолей: гемобласгоза, рака лёгких, рака толстого кишечника, рака центральной нервной системы, меланомы, рака яичников, рака почек, рака простаты, рака молочной железы и лимфомы, а также на пяти клеточных культурах лимфомы человека, две из которых были получены от .ВЯТ-инфицированных больных. Получены результаты исследования противоопухолевой активности десяти соединений: 26, 5, 116, 14в. 14д, 14е, 156, 15в, 16в, 22г. В результате испытаний была обнаружена выраженная противолейкемическая активность у 5,5'-бис-(о, и-диметилфенил)-3 -(З'-пиразо лил)пиразола (14д).

Исследования анти-ВИЧ-активности проводились в Национальном Институте США по изучению рака. Исследование соединений по отношению к вирусу иммунодефицита человека (ВИЧ) направлено на выявление его биологического действия на любой стадии репродуктивного цикла вируса. Получены результаты исследования ан-тп-ВИЧ активности шести соединений: 5, 116, 14в, 14е, 156, 15в, которые оказались мало активными.

Противовоспалительное действие изучали на каррагениновой модели воспаления. Сравнивали эффект с ортофеном в дозе 10 мг/кг (таблица 2).

Ранее было показано, что 3-(4-метилбензоилметилен)-2-пиперазинон под условным названием мефепирон проявляет противовоспалительную и анальгетическую активность при низкой токсичности (ЛД50 для мышей при пероральном введении составляет 7600 мг/кг (6080^-9500 мг/кг). Полученный нами 3-пивалоил-метиленпиперазин-2-он (25) оказался менее активным, чем мефепирон.

Таблица 2

Соединение (препарат сравнения) Острая токсичность (ЛД50. мг/кг) Противовоспалительное действие, карраге-ниновая модель

Доза, мг/кг Торможение отека, %

25 >1000 50 22,40*

26а >1000 50 24,00

266 >1000 50 22,70

26в >15 00 50 42,90*

26г >1000 50 28,80*

26д >1000 50 3,60

Ортофен 380 10 52,9

* Достоверен противовоспалительный эффект (2),(2)-2,3-Бис-(ацилметилен)пиперазины (26а-д) также, как пиперазин-2-оны проявляют противовоспалительное действие. Наличие н-толильной группы в ацильном фрагменте повышает активность, в то время как, трет-бутил-, фенил- и п-метоксифенил- замещенные соединения (26) обладают умеренной активностью. Введение атома галогена в структуру бензольного кольца соединений (26) резко снижает активность. Таким образом, соединения, содержащие элекгроноакцепгорную группу, обладают меньшей активностью, чем соединения с электронодонорными группами.

Апалъгетическую активность соединений изучали на беспородных белых мышах по методике термического раздражения "горячая пластинка". Сравнивали эффект с анальгином.

Таблица 3

Соединение Острая Анальгетическое действие, метод

(препарат токсичность "горячей пластинки"

сравнения) (ЛД50, мг/кг) Доза, Время оборонитель-

мг/кг ного рефлекса, сек.

25 >1000 50 20,70±0,49*

26а >1000 50 22,10+1,58

266 >1000 50 22,7+0,62

26в >1500 50 31,60±1,81*

26г >1000 50 25,00+1,17*

26д >1000 50 23,40±0,48

Анальгин 2900 50 16,40±3,00

* Достоверен анальгетический эффект

Из таблицы видно, что (21),(2)-2,3-бис-(ацилметилен)пиперазины (26а-д) проявляют анальгетическую активность. Введение толильной группы повышает активность, по сравнению с другими радикалами. 2,3-Бис-(и-толуоилметилен)пиперазин (26в) можно рекомендовать для дальнейшего углубленного исследования анальгетиче-ской активности.

Фунгицидную и инсектицидную активность определяли в исследовательском центре Наруто (Naruto Research Center, Otsuka Chemical Company), Япония.

На фунгицидную и инсектицидную активность было исследовано соединение -гидразид 5-ирет-бутилпиразол-З-карбоновой кислот (5).

Фунгицидная активность была испытана по отношению к следующим грибковым культурам: рисовый вредитель, мучнистая роса, серая плесень, фузариум, фитофтора картофеля.

Инсектицидную активность изучали по отношению к гусеницам, корневым червям южной пшеницы, зеленой тли на персике и черной фасоли и членистоногим -вредителям: двупятнистому клещу.

Исследования показали, что гидразид 5-т/к?от-бутилпиразол-3-карбоновой кислоты (5) обладает слабой фунгицидной и инсектицидной активностью.

Выводы

1. Установлено, что ацилпировиноградные кислоты и их амиды взаимодействуют с гидразином, арилгидразинами, гидразидами карбоновых кислот или гидразонами кетонов, образуя производные пиразол-3-карбоновой кислоты или 2-гидразинозамещенные 4-оксо-2-бутеновые кислоты.

2. Обнаружено, что в результате реакции 1,3,4,6-тетракетонов с гидроксиламином образуются 3-(3'-изоксазолил)изоксазолы, с гидразином и фенилгидразином - 3-(3'-пиразолил)пиразолы, с гидразидами карбоновых кислот - 1-ацилпроизводные 3-бензоилацетил-5-фенилпиразола, с гидразонами кетонов - 1,6-дизамещенные 4-гидрокси-3-диарилметиленгидразино-2,5-гексадиен-1,6-дионы, с 1,2-диаминоэтаном - 2,3-бис-(ацилметилен)пиперазины.

3. Разработаны способы получения 2-гидразинопроизводных 4-оксо-2-бутеновых кислот, 2,4-динитрофенилгидразидов ароилпировиноградных кислот, 3-(3'-пиразолил)пиразолов и ацилпиперазинов.

4. Синтезировано 81 соединение, не описанное ранее в литературе. Среди синтезированных соединений выявлены вещества, обладающие противомикробной, противоопухолевой, анти-ВИЧ, анальгетической, противовоспалительной активностью, а также вещества с фунгицидным и инсектицидным действием.

5. Для углубленных биологических исследований рекомендованы 2,3-бис-(и-толуоилметилен)пиперазин, обладающий анальгетической активностью, и 2,4-динитрофенилгидразид бензоилпировиноградной кислоты, обладающий противо-стафилококковой активностью.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах

1. Софьина O.A. Взаимодействие 1,3,4,6-тетракарбонильных соединений с 1,4-0,N- и 1,4-ГЯ,К-бинуклеофилами / Софьина O.A., Игидов Н.М., Широнина Т.М. // Мол. науч. шк. по орган, химии: Сб. тез. стенд, и плен. докл. - Екатеринбург, 1998. - С. 77-73.

2. Широнина Т.М. Реакции 1,3,4,6-тетракарбонипьных соединений с гидразинами / Широнина Т.М.. Игидов Н.М., Козьминых E.H. // Мол. науч. шк. по орган, химии: Сб. тез. стенд, и плен. докл. - Екатеринбург, 1998. - С. 79.

3. Козьминых E.H. Изучение строения продуктов взаимодействия амидов ароилпировиноградных кислот с гидразинами / Козьминых E.H., Игидов Н.М., Широнина Т.М. // 80 лег фармац. образованию и науке на Урале: Итоги и перспективы. - Пермь, 1998. - С. 55-56.

4. Широнина Т.М. Реакции 1,3,4,6-тетракарбонильных соединений с гидразинами / Широнина Т.М.. Игидов Н.М., Касаткина Ю.С. // 80 лег фармац. образованию и науке на Урале: Итоги и перспективы. -Пермь, 1998. - С. 60-61.

5. Софьина O.A. Взаимодействие 2,2,9,9-тетрамстил-3,5,6,8-тетраоксодекана с аминами и функционализованными гидразинами в синтезе цепных и кольчатых производных пивалоилпиру-вамидов и гвдразидов, обладающих противомикробной активностью / Софьина O.A., Игидов Н.М., Широнина Т.М, // Совр. пробл. экол., микробиол. и иммунол.: Мат. регион, конф. мол. учён. -Пермь, 1999.-С. 104-105.

6. Игидов Н.М. Синтез биологически активных цепных и кольчатых производных пива-лоиллирувамидов и гвдразидов / Игидов Н.М., Софьина O.A., Широнина Т.М. // Орган, синтез и комбинат, химия: Междунар. науч. конф.: Тез. докл. - М., 1999. - № П-78. - С. 106.

7. Игвдов Н.М. Хемоселективные реакции NH-нуклеофилов с 1,3,4,6-тетракарбонилъными соединениями и оксосисгемами, содержащими активированные кратные

связи, в синтезе биологически активных веществ / Игидов Н.М., Козьминых E.H., Широнина Т.М. // Фармация в XXI веке: Инновации и традиции. - СПб., 1999. - С. 17-18.

8. Харитонов A.B. Взаимодействие 1,3,4,6-тетракегонов с гидроксиламином / Харитонов A.B., Широнина Т.М.. Козьминых E.H. // Актуал. пробл. совр. мед.: Мат. междунар. науч. студ. конф. - Минск, 1999.-httpi/Aww/.sno.msini.isinsk.by/coaf/n'Pg^ö.fati!;.

9. Широнина Т.М. Синтез биологически активных гидразонов на основе взаимодействия ароилпировиноградных кислот с 2,4-динитрофенилгидразином / Широнина Т.М.. Козьминых E H., Игидов Н.М. // Фармац. наука и практика: Тез. науч.-пракг. конф., посвящ. ХХ-летию фармац. фак. КГМА. - Кемерово, 1999. - С. 164-165.

10. Игидов Н.М. 1,3,4,6-Тегракарбонильные соединения. 3. Синтез, особенности строения и противомикробная активность 1,6-дгарил-3,4-дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионов / Игидов Н.М., Козьминых E.H., Широнина Т.М. // Химия гегероцикл. соедин. - 1999. - X» 11. - С. 1466-

11. Игидов Н.М. Взаимодействие пивалоилпировиноградной кислоты с гидразидами кар-боновых кислот / Игидов Н.М., Широнина Т.М.. Козьминых E.H. // Актуал. пробл. фармац. науки и образования: Итоги и перспективы: Мат. юбил. межвуз. науч.-практ. конф. проф.-препод, состава, посвящ. 40 вып. провизоров заоч. обучения Перм. гос. фармац. акад. - Пермь / ПГФА, 2000. -

12. Широнина Т.М. Синтез и строение 2-{2,4-динтрофенил)гидразонов ациляировино-градных кислот / Широнина Т.М.. Козьминых Е.Н., Игидов Н.М. // Актуал. пробл. фармац. науки и образ.: Итога и перспективы: Мат. юбил. межвуз. науч.-пракг. конф. проф.-препод. состава, посвящ. 40 вып. провизоров заоч. обучения Перм. гос. фармац. акад. - Пермь / ПГФА 2000. - С. 85.

13. Трапезникова КН. Структурные особенности тетракарбонильных систем с максимально сближенными а- и р-диоксофрагмгнтами / Трапезникова Н.Н, Софьина О.А., Широнина Т.М. // Мол, науч. шк. по орган, химии: Тез. плен, и стенд, докл. - Екатеринбург, 2000. - С. 60.

14. Ш^ргтиня Т,м Биологически активные 2-(2,4-динигрофенил)гндразоны ацшширо-виноградных кислот: синтез и строение / Широнина Т.М.. Козьминых Е.Н., Березина Е.С. // Орган, химия в XX веке: Тез. докл. участн. шк. -М., 2000. - С. 106.

15. Широнина Т.М. Синтез, строение и биологическая активность продуктов взаимодействия пивалоилпировиноградных кислот с гидразонами кетонов / Широнина Т.М.. Козьминых В.О., Игидов Н.М. // Актуал. пробл. орган, химии. -Новосибирск, 2001. - С. 327-328.

арил-2,3-дигидро-2,3-фурандионов с 2,4-динитрофенилгидразином / Широнина Т.М.. Козьминых E.H., Игидов Н.М. / Перм. фармац. акад. - Деп. в ВИНИТИ 15.05.01, № 1252 // Химия: РЖ (Орг. химия)-2001 г.-№21.-С.30.-Реф. 01.21-19Ж: 179 Деп.

17. Широнина Т.М. 1,3,4,6-Тегракарбонильные соединения. 4. 3,4-Дигидрокси-2,4-гексадиен-1,6-дионов с гидразином и арил-гадразинами. / Широнина Т.М.. Игидов Н.М., Козьминых E.H. // Жури, орган, химии. 2001. -Т. 37, - вып. 10. - С. 1555-1563.

18. Широнина Т.М. Взаимодействие амидов пивалоилпировиноградной кислоты с гидра-звдами карбоновых кислот / Широнина Т.М.. Березина Е.С., Козьминых E.H. // Актуал. пробл. фармац. науки и образования: Итоги и перспективы. - Пермь, 2001. - С. 71-72.

19. Широнина Т.М. Взаимодействие ацилпировинограддых кислот и их производных - 5-арил-2,3-дигидро-2,3-фурандионов с 2,4-динитрофенилгидразином / Широнина Т.М.. Козьминых E.H., Игидов Н.М. //Перспекг. разв. естеств. наук в высш. шк. — Пермь, 2001.-Т.1. - С. 145-149.

20. Широнина Т.М. Синтез биологически активных ацилметиленпиперазинонов / Широнина Т.М.. Игидов Н.М., Козьминых E.H. // Мол. учен. Волго-Урал. per. на рубеже век. - Уфа,

1475.

С. 45.

16.

2001. Т.1.-С. 221-222.