Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Основные реакции нитробензоксадиазолов 10
1.1 Строение и электрофильный характер динитробензоксадиазолов 10
1.2 Способы получения нитропроизводных бензофуразана 1.2.1 Замыкание фуразанового цикла и введение нитрогруппы в шестичленное кольцо бензофуразана 13
1.2.2 Методы восстановления экзоциклического атома кислорода фуроксанового цикла 14
1.3 Взаимодействие нитробензоксадиазолов с нуклеофилами 19
1.3.1 Образование анионных -комплексов 19
1.3.2 Реакции нуклеофильного замещения 21
1.3.3 Образование спироциклических комплексов Мейзенгеймера 26
1.4 Перициклическая активность динитробензоксадиазолов 27
1.4.1 Реакции [4+2] циклоприсоединения в ряду динитробензоксадиазолов 27
1.4.2 Реакции 1,3-циклоприсоединения в ряду динитробензоксадиазолов 31
1.5 Перегруппировки бензофуроксанов 35
1.5.1 1,3-N-оксидная перегруппировка 35
1.5.2 Перегруппировка Боултона-Катрицкого 37
1.6 Заключение 40
Глава 2 Свойства нитробензоксадиазолов 41
2.1 Взаимодействие суперэлектрофильных нитробензоксадиазолов с нейтральными С-нуклеофилами 41
2.1.1 Реакции динитрохлорбензофуразана (DNBZ-Cl) и динитрохлорбензофуроксана (DNBF-Cl) с 1,3,5-триметоксибензолом 41
2.1.2 Реакции DNBZ-Cl и DNBF-Cl с индолами 42
2.1.3 Реакции DNBZ-Cl и DNBF-Cl с пирролами 44
2.1.4 Реакции DNBZ-Cl и DNBF-Cl с фульвеном 47
2.1.5 Заключение 47
2.2 Реакции циклоприсоединения к 7-замещенным нитробензоксадиазолам... 48
2.2.1 Реакции циклоприсоединения к 4,6-динитро-7-(2,4,6 триметоксифенил)-2,1,3-бензоксадиазолу и его N-оксиду 49
2.2.1.1 Реакции Дильса-Альдера с нормальными электронными
требованиями 49
2.2.1.2 Реакции Дильса-Альдера с обращенными электронными требованиями 50
2.2.1.3 Реакци 1,3-циклоприсоединения 51
2.2.2 Реакции циклоприсоединения к 4,6-динитро-7-(индолил)-2,1,3 бензоксадиазолам и их N-оксидам 57
2.2.2.1 Реакции Дильса-Альдера 57
2.2.2.2 Реакци 1,3-циклоприсоединения 58
2.2.3 Реакции циклоприсоединения к 4,6-динитро-7-(пирролил)-2,1,3 бензоксадиазолам и их N-оксидам 62
2.2.3.1 Реакции Дильса-Альдера 62
2.2.3.2 Реакци 1,3-циклоприсоединения
2.2.4 Реакции циклоприсоединения к фульвеновому производному 63
2.2.5 Взаимодействие производных [3]дендралена с нитробензофуроксанами 2.2.5.1 Взаимодействие этоксидендралена с 4,6-динитробензофуроксаном 66
2.2.5.2 Взаимодействие этоксидендралена с 4-нитробензодифуроксаном 70
2.2.5.3 Взаимодействие фенилдендралена с 4-нитробензодифуроксаном 73
2.2.6 Заключение 77
2.3 Исследование биологической активности производных нитробензоксадиазола 78
2.4 Заключение 84
Глава 3 Экспериментальная часть 85
3.1 Синтез 4- и 7-замещенных производных динитробензоксадиазола 88
3.2 Синтез 5,9a-динитро-5а,6,9,9а-тетрагидро-6,9-метанонафто[1,2-с][1,2,5]оксадиазолов 92
3.3 Синтез 7-этокси-5-нитро-4-(2,4,6-триметоксифенил)-6,7-дигидро-5aH-[1,2,5]оксадиазоло[3,4-h][2,1]бензоксазин 9-оксидов 95
3.4 Синтез 7-метил-5-нитро[1,2,5]оксадиазоло[3,4-е]изоиндолов 96
3.5 Синтез [3]дендраленов и продуктов их взаимодействия с суперэлектрофилами 103 Выводы 107
Список литературы
- Взаимодействие нитробензоксадиазолов с нуклеофилами
- Реакции DNBZ-Cl и DNBF-Cl с пирролами
- Реакции циклоприсоединения к 4,6-динитро-7-(пирролил)-2,1,3 бензоксадиазолам и их N-оксидам
- Синтез 7-метил-5-нитро[1,2,5]оксадиазоло[3,4-е]изоиндолов
Введение к работе
Актуальность проблемы. Термин «суперэлектрофил», введенный в 1980-х годах по отношению к 4,6-динитро-2Д,3-бензоксадиазол-1-оксиду 1а (динитробензофуроксану, DNBF), в настоящее время стал общепринятым для
широкого ряда нейтральных гетероароматических структур,
I 2 количественное увеличение электрофильности которых
І2'0
приводит к качественному изменению их реакционной
способности. Известно, что одним из факторов, ответственных за
q N- -
2 1 основе динитробензоксадиазолов 1а,Ь, является низкая
+ ароматичность шестичленного карбоцикла. Вследствие этого
aY-N-0 DNBF кратные связи молекулы могут вступать в реакции
U JL In UlNDAi
циклоприсоединения типа Дильса-Альдера как с нормальными, так и с обращенными электронными требованиями (соответственно, НЭТ и ОЭТ). Введение в молекулу суперэлектрофила атома хлора в качестве хорошей уходящей группы позволяет ему вступать в реакции SNAr-SEAr даже со слабыми нейтральными С-нуклеофилами, образуя диарилы с внутримолекулярным переносом заряда. В результате развития методологии С-нуклеофильных взаимодействий, включающих как реакции нуклеофильного замещения, так и реакции полярного присоединения (по Михаэлю) и циклоприсоединения (по Дильсу-Альдеру), суперэлектрофилы за последние два десятилетия превратились из интересного объекта физико-химических исследований кинетики и термодинамики анионных -комплексов в перспективный класс органических реагентов, способных к образованию принципиально новых карбо- и гетероциклических структур. Дополнительным мотивом, побуждающим специалистов в области органического синтеза и медицинской химии к поиску новых методов структурной модификации нитробензоксадиазолов, является их высокая биологическая активность, связанная, прежде всего, со способностью быть экзогенными источниками оксида азота (II) -мультимодального регулятора физиологических и патологических процессов в организме человека.
Целью работы являлось исследование процессов, лежащих на стыке ароматического нуклеофильного замещения, циклоприсоединения и а-комплексообразования нейтральных гетероароматических суперэлектрофилов: динитробензофуроксана, динитробензофуразана и нитробензодифуроксана. Для достижения этой цели нами решались следующие экспериментальные задачи:
-
Синтез и исследование новых диарилов, включающих электронодонорный и суперэлектрофильный фрагменты.
-
Исследование регио- и стереоселективности реакций [4+2] присоединения с прямыми и обращенными электронными требованиями, а также реакций [3+2] циклоприсоединения к диарилам.
-
Изучение стереохимии и механизма взаимодействия нитробензофуроксанов с -избыточными производными [3]дендралена.
Научная новизна. Разработан метод препаративного синтеза и разделения полярных - и -пирролилпроизводных 4,6-динитробензоксадиазола и его N-оксида.
Впервые осуществлены реакции 1,3-циклоприсоединения к производным динитробензоксадиазола. Увеличена селективность [3+2], [4+2] и [2+4] циклоприсоединения к динитробензофуроксанам и динитробензофуразанам диполей, диенов и -избыточных алкенов путем введения объемного электронодонорного заместителя в 7 положение. Доказано методом ЯМР-спектроскопии и РСА, что присоединение в таком случае протекает исключительно по связи С(4)=С(5).
Выявлена зависимость как механизма взаимодействия [3]дендраленов с производными нитробензоксадиазола, так и структуры образующихся продуктов от разности индексов глобальной электрофильности реагентов (), рассчитанных в приближениях DFT по схеме Парра.
Практическая значимость результатов диссертационного исследования состоит в том, что экспериментально обнаружена NO-донорная активность 18 впервые синтезированных веществ. Выделен и охарактеризован наиболее активный индуктор NO, на порядок более эффективный, чем известные препараты сравнения. Выявлены ДНК-протекторный эффект и отсутствие неспецифической токсичности ряда синтезированных в ходе выполнения работы соединений.
Апробация работы. Основные результаты диссертации доложены на VIII и X Ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр ЮНЦ РАН (Ростов-на-Дону, 2012, 2014), XVI Молодежной школе-конференции по органической химии (Пятигорск, 2013), Втором междисциплинарном симпозиуме по медицинской, органической и биологической химии-2015 (Крым, Новый Свет, 2015), Международном конгрессе по гетероциклической химии «KOST-2015» (Москва, 2015).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 15 публикациях, включая 5 статей в отечественных и зарубежных научных журналах, входящих в перечень рецензируемых научных изданий ВАК, и 10 тезисов докладов на российских и международных конференциях.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Объем работы – 117 страниц, включая 21 рисунок, 81 схему и 8 таблиц. Библиография насчитывает 152 ссылки.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 14-13-00103).
Взаимодействие нитробензоксадиазолов с нуклеофилами
Фуразан 1b представляет собой пятичленный ароматический гетероцикл, состоящий из двух атомов углерода, двух атомов азотов и атома кислорода или, по номенклатуре ИЮПАК, 1,2,5-оксадиазол. Фуроксан является N-оксидом фуразана или 1,2,5-оксадиазол-2-оксидом 1a. Динитробензоксадиазолы 2 называют также 4,6-динитробензофуроксаном (DNBF) или 4,6-динитро-2,1,3-бензоксадиазол-1-оксидом (2а) и 4,6-динитробензофуразаном (DNBZ) или 4,6-динитро-2,1,3-бензоксадиазолом (2b), Нумерация положений представлена на схеме 1. Схема 1
1. Анализ литературных данных показывает, что производных динитробензофуразана остаётся существенно недооценённой и малоизученной по сравнению с производными динитробензофуроксана. На наш взгляд, это связано лишь с трудностями препаративного синтеза динитрохлорбензофуразана. В связи с этим, в данном литературном обзоре кратко представлены основные методы получения динитробензофуразанов.
2. Наиболее интересными химическими свойствами нитробензоксадиазолов, по мнению автора, являются взаимодействия с нуклеофилами, приводящие к продуктам замещения либо образованию устойчивых -комплексов, а также перициклическая активность данных соединений, поскольку именно сочетание указанных свойств позволяет характеризовать нитробензоксадиазолы как суперэлектрофильные соединения [8, 12].
Строение фуроксанового цикла оставалось предметом споров, не утихавших до прямого определения строения – с помощью рентгеноструктурного анализа в 1960-х годах [13, 14].
Отдельные фуроксаны были синтезированы еще до однозначного определения строения и даже до того, как стало известно о самом существовании этого типа соединений. Например, Кекуле в 1857 г. при бромировании гремучей ртути выделил дибромфуроксан и принял его за дибромнитроацетонитрил [13]. Начало развития химии фуроксанов относят к 1880-м годам, когда стали появляться первые общие методы их синтеза, делавшие соединения доступными для исследования [13, 15].
Весьма привлекательными в последние десятилетия стали структуры с аннелированным к фуроксановому циклу бензольным кольцом – бензофуроксаны (схема 2). Важной деталью структуры бензофуроксана 3a является значительное укорочение связей b (1.347 ) и d (1.337 ) по сравнению с остальными связями С-С бензольного кольца (1.416-1.441 ). Это свидетельствует о значительной хиноидности его строения. Для бензофуроксанов характерны свойства ароматических соединений [13]. Схема 2
Динитробензофуроксан 2а и динитробензофуразан 2Ь являются суперэлектрофильными соединениями [7, 11, 13].
Существуют экспериментальные методы количественного определения электрофильности нитроаренов, связанные с их способностью присоединять нуклеофилы с образованием Н-комплексов. Так, положение равновесия образования анионных Н-аддуктов (термодинамическая электрофильность) определяют с использованием в качестве стандартного нуклеофила воду (при 25 С). В этом случае тестом положения равновесия является показатель кислотности ріГа Н20. Следует отметить, что нитроарены с ріГа Н20 7.5-8.0, названные суперэлектрофилами, способны образовывать Н -комплексы с чрезвычайно слабыми С-нуклеофилами, такими как полигидрокси- и полиалкоксибензолы или -избыточные ароматические гетероциклы (индолы, пирролы, фураны, тиофены и др.), причём в отсутствие какого-либо основания [11].
Традиционно в качестве эталона сравнения в химии анионных а-комплексов используют 1,3,5-тринитробензол. Значение рКа в водном растворе 4,6-динитробензофуроксана 2а равно 3.75 [17] (смотри 1.3.1), 4,6-динитробензофуразана 2Ь - 3.92 [12], а величина рКа для раствора 1,3,5-тринитробензола 4 составляет 13.43 [17]. В терминах относительной устойчивости это соответствует в 106 раз большей устойчивости анионных -комплексов динитробензофуроксана 2а, по сравнению с аналогичными -комплексами тринитробензола 4 (схема 3):
Нейтральная молекула 4,6-динитробензофуроксана 2а более электрофильна, чем такой сильный электрофил, как катион п-нитрофенилдиазония [18].
Необычайно высокая электрофильность динитротробензоксазолов 2 объясняется особенностями их строения. Во-первых, оксазольный фрагмент является высоко электронодефицитным, а бензольное кольцо как DNBF, так и DNBZ, помимо этого, еще и активировано двумя нитрогруппами. Во-вторых, даже незамещенный бензофуроксан За, обладает «хиноидностью» строения, а динитробензофуроксан 2а является значительно менее ароматической системой, чем тринитробензол. Поэтому нарушение цепи сопряжения при образовании анионных а-комплексов для DNBF является значительно менее дестабилизирующим фактором [19, 20]. Свидетельством низкой ароматичности бензоксадиазолов также является их способность вступать в реакции Дильса-Альдера (в качестве диенов и диенофилов) [11, 21, 22].
Реакции DNBZ-Cl и DNBF-Cl с пирролами
На основе этих данных были сделаны следующие выводы. В случае перегруппировки Боултона-Катрицкого должна получиться совершенно идентичная молекула, следовательно, переход от исходного соединения к конечному является вырожденным процессом. Сам же переход должен сопровождаться довольно большими перемещениями атомов. Так, атомы кислорода и «фуразановый» атом азота должны переместиться на 0,6 – 0,7 . Эти перемещения достаточно велики, чтобы сделать маловероятным переход (по крайней мере, быстрый) между двумя совершенно одинаковыми значительно стабилизированными структурами.
Одна из причин стимулирующего действия заместителя в 5 положении заключается, по-видимому, в стерическом влиянии («стерическом давлении» [72]) на нитрогруппу, которая в результате выходит из плоскости бензольного кольца, теряя, в той или иной степени, энергию сопряжения с ним. После перегруппировки новая нитрогруппа имеет возможность принять компланарное расположение и восстановить энергетические потери некомпланарной нитрогруппы [71].
Второй «движущей силой» перегруппировки, как уже отмечалось, является электронное влияние 5-заместителя. Электронодонорные заместители после перегруппировки получают возможность максимального сопряжения с нитрогруппой, находящейся теперь в пара 40 положении и полностью копланарной. Немаловажную роль, очевидно, играют и другие факторы, в частности природа растворителя [31]. Среди бензофуроксанов для нас особый интерес представляет 4,6-динитро-7-хлорбензофуроксан 10а, который может быть получен несколькими путями (схема 56):
Как видно из схемы, получение сопровождается перегруппировкой Боултона-Катрицкого. Так, при термолизе азида пикрилхлорида образующийся 4,6-динитро-5-хлорбензофуроксан 150 в условиях реакции перегруппировывается в 4,6-динитро-7-хлорбензофуроксан 10a [31] как и в случае однореакторного нитрования 5-хлорбензофуроксана 145 до 4,6-динитро-7-хлорбензофуроксана 10a [24].
Наиболее перспективными направлениями в химии нейтральных гетероароматических суперэлектрофилов нам представляются реакции, приводящие к формированию новых углерод-углеродных о-связей и, следовательно, к образованию новых углеродных «скелетов». К таким реакциям относятся взаимодействия со слабыми нейтральными карбо- и гетероциклическими С-нуклеофилами и реакции [3+2] и [4+2] циклоприсоединения. Исследованию этих реакций, а также их сочетанию и взаимовлиянию посвящена представляемая диссертационная работа.
Использование хлорпроизводных типа 10a и 10b, несущих хорошую уходящую группу, позволило ранее синтезировать первые биполярные спироциклические -комплексы [37, 50, 74], -комплексы с контактным переносом заряда [75] и СТ-комплексы с переносом заряда через систему сопряженных связей [30, 45, 46], включающие DNBF и DNBZ в качестве электроноакцепторного фрагмента. В данном разделе представлено исследование нуклеофильного замещения, в результате которого формируются новые углерод-углеродные связи с динитробензоксадиазолами.
Динитрохлорбензоксадиазолы 10a и 10b при нагревании в хлороформе с эквивалентным количеством 1,3,5-триметоксибензола 151 вступают в SNAr-SEAr взаимодействие с образованием диарилов 153a и 153b (схема 57). Интермедиатом этих реакций является биполярный -комплекс Мейзенгеймера-Уэланда 152. Подтверждением этого может служить экспериментально доказанное образование подобного интермедиата при взаимодействии DNBF 1 и 1,3,5-три(N-пиперидил)бензола [47, см. 1.3.2]. замещенных нитробензоксадиазолов 153 в сравнении с DNBF 2а и DNBZ 2Ь были проведены9 квантово-химические DFT расчеты в базисе B3LYP/6-31G [76]. Предсказать механизмы электрофильных/нуклеофильных взаимодействий (включая реакции полярного циклоприсоединения) можно, используя индексы глобальной электрофильности (со), предложенные Парром [77]. Для их расчета используют энергии высшей занятой (н) и низшей свободной (ь) орбиталей молекулы в основном электронном состоянии (формулы 1-3):
Индексы реакционной способности (ИРС) Фукуи [77], рассчитанные для DNBF 2а и DNBZ 2Ь, показали высокое значение индекса глобальной электрофильности (5.469 эВ и 4.883 эВ соответственно). Введение триметоксифенильного фрагмента в 7 положение привело к ожидаемому, но незначительному, понижению электрофильности диарилов 153а и 153Ь (4.474 эВ и 4.399 эВ соответственно). Из этого следует, что молекулы типа 153а и 153Ь могут, так же, как и 2а и 2Ь, вступать в реакции полярного циклоприсоединения в качестве электрофильных алкенов, диенов и диполярофилов.
Реакции динитрохлорбензофуразана 10а и динитрохлорбензофуроксана 10Ь с производными индола приводят к образованию дигетарилов с внутримолекулярным переносом заряда [30]. При взаимодействии эквивалентных количеств бензоксадиазолов 10 и 1,2-диметилиндола 154 в хлороформе при комнатной температуре с высоким выходом образуются окрашенные в интенсивные зеленый (а) и синий (Ь) цвета дигетарилы 156 (схема 58) [78].
Реакции циклоприсоединения к 4,6-динитро-7-(пирролил)-2,1,3 бензоксадиазолам и их N-оксидам
Мы исследовали взаимодействие менее реакционноспособного (вследствие замены электронодонорной этокси-группы на фенил) фенилдендралена 199 с нитробензодифуроксаном 200. Меньшая разница глобальных электрофильностей (Аш = 3.44 эВ) коррелирует с меньшей перициклической реакционной способностью фенилдендралена 199. По данным DFT расчетов, в фенилдендралене 199 диэдральный угол С(1)С(2)С(3)С(6) составляет 168 , а угол С(4)С(5)С(3)С(6) равен 78 [104].
При взаимодействии избытка фенилдендралена 199 с нитробензодифуроксаном 200 в безводном хлористом метилене быстро образуется маслянистая, склонная к деградации смесь продуктов циклоприсоединения 212 и 213, которая, после обработки ЕЮН, превращается в стабильные высокоплавкие кристаллы, представляющие собой смесь диастереомеров 214 и 215 (схема 80). Диастереомер 215 хорошо растворяется в хлороформе, в отличие от диастереомера 214, что и позволило их препаративно разделить и исследовать [104].
Строение диастереомерных продуктов 214 и 215 было однозначно доказано методом ЯМР Н и 13С, а также корреляционной спектроскопией Н COSY, Н NOESY, JH-13C HMQC и JH-13C НМВС. Характеристичным для двух соединений является сигнал единственного протона Н(10а) бензодифуроксанового фрагмента, который за счет спин-спинового взаимодействия с соседними диастереотопными метиленовыми протонами Н(10) имеет характерную мультиплетную структуру – дублет дублетов для изомера 214 и дублет для изомера 215. Тот факт, что H(10a) в спектре соединения 215 проявляется в виде дублета, может быть объяснен малой величиной вицинальной константы спин-спинового взаимодействия, обусловленной, по-видимому, близким к 90 диэдральным углом между связью С(10а)-H и одной из связей С(10)-Н. Отнесение диастереомеров 214 и 215 к эндо- и экзо-изомерам было сделано по результатам экспериментов 1H-1H NOESY на основании наличия (для изомера 214) или отсутствия (для изомера 215) корреляций орто-протонов фенильного заместителя с протоном H(10a) бензодифуроксанового фрагмента [104].
По данным квантово-химических DFT-расчетов, взаимодействие фенилдендралена 199 с нитробензодифуроксаном 200 также протекает через образование стереохимически (конформационно) нежесткого -комплекса15, из двух стабильных конформеров которого получаются (в результате внутримолекулярной циклизации) два разных диастереомера. Оба образуются с выигрышем: 28.4 ккал/моль для эндо-циклоприсоединения 214 и 25.1 ккал/моль для экзо-циклоприсоединения 215. Незначительная энергетическая разница между циклоаддуктами (3.3 ккал/моль в пользу эндо-аддукта при расчетах в газовой фазе и 1.2 ккал/моль при расчетах в растворителе) приводит к тому, что в ходе реакции оба изомера
Его два разных устойчивых конформера образуются при вращениях вокруг формально ординарных связей С-С (показаны на структуре 211). образуются с препаративно сопоставимыми выходами. На рисунке 18 показано строение обоих диастереомеров по данным РСА [104].
Диастереоизомер 215 кристаллизуется в виде рацемического конгломерата (механической смеси гомохиральных кристаллов) с двумя независимыми молекулами. Конфигурация асимметрических центров С(6В), С(7) и С(ЮА) в обоих молекулах совпадает и отвечает S , R и S , соответственно. Более того, для двух независимых молекул наблюдается лишь незначительное различие геометрических параметров в кето-енольном фрагменте, тогда как основные длины связей, валентные углы и торсионные углы фактически идентичны. Диэдральный угол между С-Н связями вицинальных протонов Н(10) и Н(10а) составляет 99 в одной из молекул и 109 в другой молекуле 215, что хорошо коррелирует с данными ЯМР спектроскопии и объясняет малую константу спин-спинового взаимодействия между этими протонами [104].
В рацемическом кристалле диастереомера 214 конфигурация асимметрических центров С(6В), С(7), С(ЮА) одинакова. Несмотря на различия в конфигурации центров в соединениях 214 и 215 и, следовательно, различия во взаимном расположении фенильного заместителя и нитро-группы [торсионный угол N(7)C(6B)C(7)C(11) равен 47.8 и 168.2 , соответственно], конформации шестичленных циклов и взаимный разворот фуроксановых колец (10.5 ) в данных системах почти одинаковы. Так, конформация С(6В)С(10А)С(10В)С(ЗА)С(ЗВ)С(6А) цикла в молекуле 215 - конверт с отклонением атома С(6В) на 0.6 А, а цикл С(6В)С(10А)С(10В)С(ЗА)С(ЗВ)С(6А) в молекуле 214 характеризуется конформацией софы с отклонением атомов С(10А) и С(10В) на -0.3 и 0.72 А, соответственно. Более того, диастереомеры 214 и 215 представлены одним и тем же таутомером, в котором атом водорода локализован при атоме О(9) [104].
Следует отметить, что конфигурация асимметрических центров в экзо-изомере 215 ответственна за образование внутримолекулярного контакта между фенильным заместителем и бис-фуроксановым кольцом с кратчайшими расстояниями С(16)...С(10В) и С(ЗА)...С(11), равными 3.040(2) и 3.250(3) А. Хотя указанное расстояние существенно меньше суммы ван-дер-ваальсовых радиусов атома углерода, одно лишь относительное геометрическое расположение фрагментов не может служить убедительным критерием наличия взаимодействия между ними, что, в частности, было продемонстрировано ранее на примере [2.2]парациклофана [107]. Именно поэтому были проведены квантово-химические расчеты (B3LYP/6-31G ) для структуры 215 и последующий топологический анализ функции распределения электронной плотности в рамках модели AIM [109]. Согласно полученным данным, в изолированной молекуле 215 расстояние между указанными циклами остается фактически тем же, что в кристалле. В частности, расстояние С(16)...С(10В) равно 2.998 А, что указывает на хорошее воспроизведение расчетами структурных данных для кристалла и, соответственно, надежность выводов расчетов об электронном строении [104]. Для функции электронной плотности в области указанного контакта была обнаружена критическая точка (3,-1) и связевый путь между атомами С(16) и С(ЮВ). Другими словами, в диастереомере 215 наблюдается связывающее взаимодействие между фенильным и фуроксановым фрагментами, которое, в свою очередь, обуславливая появление дополнительного перехода и соответственный перенос заряда, может проявляется и в оптических свойствах соединения 215 [104]. Энергия данного взаимодействия, оцененная на основе корреляции Эспинозы-Лекомта [110-112], составляет 2.3 ккал/моль. Проведенный AIM-анализ также показал, что в области слабых связывающих взаимодействий были обнаружены критические точки (3,-1), характерные для укороченного контакта
С(16)...С(10В) [р(гс) = 1.09-10"2 а.е., V2p(rc) = 3.22-10"2 а.е.]16 в одной из независимых молекул 215, и близкие по величине слабые связывающие взаимодействия С(6)-С(14) С(16)...С(10В) [р(гс) =1.12-10"2 а.е., V2p(rc) = 3.33-10"2 а.е.] для другой независимой молекулы 215 [104]. Образование стабильных -комплексов с внутримолекулярным переносом через пространство было также зафиксировано нами ранее для производных динитробензофуроксана [113].
Сравнение данных РСА показывает, что исследуемые системы отличает большая прочность внутримолекулярной водородной связи и/или выравненность связей в кето-енольных фрагментах (схема 81, таблица 5) [104]. р(гс) - электронная плотность, V2p(rc) - лапласиан электронной плотности. Схема d5 H d6
Синтез 7-метил-5-нитро[1,2,5]оксадиазоло[3,4-е]изоиндолов
Процессы взаимодействия оксида азота с активными формами кислорода отличаются высокой сложностью, что иногда порождает противоречивость результатов соответствующих экспериментов. С одной стороны, реагируя с супероксид-анион-радикалом, оксид азота образует пероксинитрит-ион, превосходящий по токсичности обоих предшественников [140]. С другой стороны в литературе описан целый ряд феноменов, связанных с инактивацией гидроксильных радикалов при взаимодействии с NO. В определенных концентрациях генераторы оксида азота способны снижать интенсивность как перекисного окисления липидов [141, 142], так и повреждение ДНК продуктами реакции Фентона [143]. Как видно на рисунке 20, вещество 159a способно защищать ДНК от активных форм кислорода (АФК), генерируемых при обработке клеток биосеносора диоксидином. Протекторный эффект исследованного соединения проявляется в диапазоне концентраций от 0.01 до 100 мкг/мл. При этом эффекты всех исследованных доз статистически значимо не отличаются [79]. Отметим, что отсутствие выраженных зависимостей эффекта от дозы характерно для протекторной активности многих антиоксидантов [144]. Это, по-видимому, связано с нелинейным характером кинетики свободно-радикальных реакций [145]. При исследовании способности бензофуроксанов защищать ДНК от действия ближнего ультрафиолета мы также наблюдали плато, падение активности с увеличением дозы и другие проявления нелинейности [146]. Максимальный протекторный эффект составляет 51.8 %, что по порядку величин близко к показателю, полученному в сходной экспериментальной модели для токоферола (32.6 %) и тролокса [147].
Классический генератор оксида азота нитроглицерин проявляет ДНК-протекторный эффект лишь в концентрации 100 мкг/мл. Данный эффект по-видимому связан именно с генерацией оксида азота. Известно, что многоатомные спирты теоретически способны защищать ДНК [148], однако глицерин в исследованном диапазоне концентраций не дает статистически значимой протекторной активности (данные не приводятся).
Таким образом, можно предположить, что 159a является генератором оксида азота, а не супероксидного анион-радикала. В противном случае, при совместном воздействии диоксидина и 159a генотоксический эффект оставался бы неизменным или усиливался [79].
Препаративные методы функционализации динитробензофуроксана и динитробензофуразана путем нуклеофильного ароматического замещения и полярного циклоприсоединения позволяют синтезировать новые скаффолды с четырьмя точками диверсификации (наличие-отсутствие оксидного кислорода, характер -избыточного гетероцикла, заместители в его ядре и при атоме азота, аннелирование дигидропиррольного фрагмента), являющиеся потенциальными экзогенными источниками NO. Производным динитробензофуроксана свойственна 1,3-N-оксидная таутомерия, возможно облегчающая генерирование оксида азота. Использование генно-инженерных Lux-биосенсоров на основе E. coli является эффективным инструментом скрининга in vivo больших массивов потенциальных NO-доноров, а также методом определения их токсичности и ДНК-протекторной активности [79, 117]. Глава 3. Экспериментальная часть
Спектры ЯМР 1Н и 13С соединений 159а, 165Ь, 173а, 173а и 173Ь зарегистрированы Г.С. Бородкиным (Лаборатория ЯМР ЦКП «Молекулярная спектроскопия» ЮФУ) на спектрометре «Bruker AVANCE III 600» (1Н - 600 МГц, 13С - 151 МГц), спектры ЯМР остальных соединений зарегистрированы А.В. Ткачук и О.Н. Буровым (Учебно-научная лаборатория резонансной спектроскопии кафедры химии природных и высокомолекулярных соединений ЮФУ) на спектрометре «Bruker DPX-250» (1Н - 250 МГц, 13С - 63 МГц), внутренний стандарт ТМС. Отнесение сигналов проведены с помощью методов двумерной спектроскопии COSY, NOESY, НМВС и HMQC.
Масс-спектры высокого разрешения зарегистрированы О.А. Чижовым (ИОХ РАН) на приборе Bruker micrOTOF II методом электрораспылительной ионизации (ESI). Измерения выполнены на положительных (напряжение на капилляре - 4500 V) или отрицательных (напряжение на капилляре 3200 V) ионах. Диапазон сканирования масс — m/z 50 — 3000 D.
Электронные спектры поглощения регистрировались А.С. Чепрасовым (ЮФУ) на спектрофотометре Varian Сагу 50 (25 С, С = 4-10"5 М), длина оптического пути 1 см.
Рентгеноструктурное исследование. Набор экспериментальных данных для соединений 156b, 159а , 159b, 165b, 173а,а , 179b, 186Ь, 203, 214, 215 получен на автоматическом дифрактометре Apex II [графитовый монохроматор, (СuK) 1.54178 А (для соединения 203) и АоК) 0.71073 А (для остальных соединений), -сканирование], основные кристаллографические данные приведены в сводных таблицах 7, 8. Эмпирический учет поглощения и коррекция систематических ошибок выполнены по программе SADABS. Структуры расшифрованы прямым методом и уточнены полно-матричным МНК по F2hkl с анизотропными тепловыми параметрами для всех неводородных атомов. Положения атомов водорода (за исключением атомов групп ОН) рассчитаны геометрически и уточнены по модели "наездник". Расшифровка и уточнение проведены с использованием пакета программ SHELX версии 2009-9.13.37. Анализ разностного Фурье синтеза остаточной электронной плотности для соединений 173а,а в области фуроксанового цикла показал наличие разу порядочения, отвечающего суперпозиции двух изомеров. Координаты и заселенности атомов N(1), N(3), 0(2), 0(1) основного изомера и N(l ), N(3 ), 0(2 ), 0(1 ) минорного изомера уточняли свободно, принимая при этом параметры анизотропных атомных смещений равными друг другу для каждой из пар атомов. В результате подобного уточнения заселенности для основного (173а ) и минорного (173а) изомера оказались равными 0.767(2) и 0.233(2). Анализ разностных синтезов электронной плотности в соединении 179Ь показал, что атомы 5-членного цикла разупорядочены по двум положениям с заселенностями 0.846(4) и 0.154(4)) и отвечают