Содержание к диссертации
Введение
1. Способы синтеза и химические превращения енинонов (литературный обзор)
1.1. Способы синтеза 9
1.1.1. 2-Ен-4-ин-1-оны 9
1.1.2. 1-Ен-4-ин-3-оны 14
1.1.3. 4-Ен-2-ин-1-оны 20
1.2. Нуклеофильные реакции
1.2.1. Реакции кросс-сопряженных енинонов с N-, S- и C-нуклеофилами
1.2.2. Реакции линейно-сопряженных енинонов с N- и S-нуклеофилами
1.2.3. Реакции сопряженных енинонов с бинуклеофилами
1.3. Реакции циклоприсоединения 33
1.3.1. Кросс-сопряженные ениноны 34
1.3.2. Линейно-сопряженные ениноны 36
2. Результаты и их обсуждение 38
2.1. Синтез исходных соединений 38
2.1.1. Линейно-сопряженные ениноны 38
2.1.2. Кросс-сопряженные ениноны 41
2.2. Взаимодействие 1,5-дизамещенных 42 пент-2-ен-4-ин-1-онов с аминами
2.3. Взаимодействие сопряженных енинонов с гидразинами 52
2.3.1. Конденсация кросс-сопряженных пентенинонов с арилгидразинами. Синтез изоксазольных производных 4,5-дигидро-1Н-пиразола 53
2.3.2. Конденсация линейно-сопряженных пентенинонов с арилгидразинами
2.4. Синтез 1,2,3-триазольных производных халконов и азагетероциклов
2.4.1. Диполярное циклоприсоединение азид-иона к сопряженным енинонам
2.4.2. Синтез 1,2,3-триазольных производных азолов 67
2.5. Возможные пути практического использования сопряженных енинонов и гетероциклов, полученных на их основе 71 74
2.5.1. Цитотоксичность 1,2,3-триазольных производных халконов и азолов
2.5.2. Нелинейно оптические свойства 1,5-диарилпент-2-ен-4-ин-1-онов
3. Экспериментальная часть
3.1. Оборудование и реагенты 78
3.2. Синтез сопряженных енинонов 79
3.3. Взаимодействие линейно-сопряженных енинонов с аминами 3.4. Взаимодействие кросс- и сопряженных енинонов с гидразинами 115
3.5. Взаимодействие линейно- и кросс-сопряженных енинонов с азид-ионом 126
3.6. Методика изучения острой токсичности производных 1,2,3-триазола 126
3.7. Методика изучения цитотоксичности производных 1,2,3-триазола
3.7.1. Клеточные культуры 127
3.7.2. Жизнеспособность клеток (оценка цитотоксичности) 127
3.8. Методика изучения нилинейно-оптических свойств (НЛО) линейно-сопряженных енинонов 128
Выводы 129
Список использованных сокращений и обозначений 131
Список использованных источников78
- Реакции кросс-сопряженных енинонов с N-, S- и C-нуклеофилами
- Взаимодействие 1,5-дизамещенных 42 пент-2-ен-4-ин-1-онов с аминами
- Возможные пути практического использования сопряженных енинонов и гетероциклов, полученных на их основе
- Взаимодействие линейно-сопряженных енинонов с аминами 3.4. Взаимодействие кросс- и сопряженных енинонов с гидразинами
Введение к работе
Актуальность работы. Исследования в области химии халконов и ацетиленовых кетонов интенсивно ведутся во всем мире уже многие десятилетия. Пристальное внимание к этим веществам объясняется, прежде всего, их доступностью и способностью легко вступать в многочисленные химические превращения, продукты которых часто обладают полезными видами биологической активности, применяются в качестве красителей, вулканизаторов, ингибиторов коррозии, а также материалов для нелинейной оптики. Применение ,-непредельных карбонилсодержащих соединений в качестве синтонов полностью соответствует требованиям современного органического синтеза.
Большой синтетический потенциал имеют и сопряженные ениновые
(винилацетиленовые) кетоны. Наличие различных по своей химической
природе реакционных центров обеспечивает возможность
высокоэффективного синтеза на их основе сложных азотсодержащих
гетероциклических систем. Вместе с тем, полученные к настоящему моменту
результаты исследования реакции нуклеофильного присоединения и 1,3-
диполярного циклоприсоединения к сопряженным ениновым кетонам, в
значительной степени противоречивы. В частности, остались не полностью
выясненными факторы, управляющие региоселективностью таких
взаимодействий. Данные факты обусловливают важность и актуальность дальнейшего всестороннего исследования реакций сопряженных ениновых кетонов.
Работа выполнена при поддержке гранта Министерства образования и науки Российской Федерации, постановление № 220 по договору № 14.В25.31.0011.
Цель работы: разработка новых, высокоэффективных способов
синтеза и модификации практически важных азотсодержащих
гетероциклических соединений на основе реакций пент-2-ен-4-ин-1-онов, пент-1-ен-4-ин-3-онов и пент-4-ен-2-ин-1-онов.
В ходе исследования необходимо было решить следующие основные задачи:
– синтезировать представительный ряд 1,5-дизамещенных пент-2-ен-4-ин-1-онов, пент-1-ен-4-ин-3-онов и 1,5-дифенилпент-4-ен-2-ин-1-он;
– исследовать особенности взаимодействия сопряженных енинонов с гетероциклическими аминами, гидразинами и азид-ионом;
– оценить возможность применения синтезированных соединений в качестве материалов для нелинейной оптики;
– оценить цитотоксичность 1,2,3-триазольных халконов и 4,5-дигидро-1Н-пиразольных производных 1,2,3-триазола, полученных на основе линейно- и кросс-сопряженных ениновых кетонов.
Научная новизна и практическая значимость работы. Впервые показано, что нуклеофильное присоединение вторичных гетероциклических аминов в 2,3- и 4,5-положения 1,5-диарилпент-2-ен-4-ин-1-онов происходит,
как кинетически и термодинамически контролируемые процессы
соответственно. Выявлено, что направление реакции присоединения
пиперазина к 1-арил-5-фенилпент-2-ен-4-ин-1-онам определяется
электронным эффектом заместителя в арильном кольце.
Установлено, что региоселективность взаимодействия кросс-
сопряженных пентенинонов с арилгидразинами определяется
преимущественно стерической природой заместителей в положениях 1 и 5.
Впервые показано, что 1,5-дизамещенные пент-2-ен-4-ин-1-оны циклоконденсируются с гидразингидратом по циннамоильному фрагменту с образованием 3-арил-5-(2-фенилэтинил)-4,5-дигидро-1Н-пиразолов.
Реализована двустадийная циклизация 1,5-дизамещенных пент-2-ен-4-ин-1-онов и пент-1-ен-4-ин-3-онов в азолилзамещенные 1,2,3-триазолы. Тем самым показано, что ениноны могут быть использованы для эффективного синтеза биологически активных производных 1,2,3-триазола.
Для некоторых 1,5-диарилпент-2-ен-4-ин-1-онов обнаружена генерация второй оптической гармоники и таким образом показано, что данные соединения являются перспективными материалами для нелинейной оптики.
Показано, что 1-арил-3-(5-арил-1,2,3-триазол-4-ил)проп-2-ен-1-оны, 3-
арил-1-(5-фенил-1,2,3-триазол-4-ил)проп-2-ен-1-оны и 4-(1-арил-4,5-дигидро-
1H-пиразол-5-ил])-5-арил-1H-1,2,3-триазолы обладают выраженным
цитотоксическим действием по отношению к клеточной линии Jurkat (Т-
лимфобластная лейкемия).
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на всероссийской конференции с международным участием «Современные достижения химии непредельных соединений: алкинов, алкенов, аренов и гетероаренов» (Санкт-Петербург, 2014 г.), на всероссийской конференции с международным участием «Успехи синтеза и комплексообразования» (Москва, 2014 г.), зимней конференции молодых ученых по органической химии «WSOC-2016» (Москва, 2016 г.).
Публикации. Результаты исследования опубликованы в виде 7 статей в российских и международных журналах, индексируемых системами Scopus и Web of Science, а также входящих в перечень ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов, списка использованных сокращений и обозначений, списка цитируемой литературы, включающего 172 наименования. Работа изложена на 151 странице печатного текста, содержит 10 рисунков и 6 таблиц.
Реакции кросс-сопряженных енинонов с N-, S- и C-нуклеофилами
Наиболее распространенным способом синтеза кросс-сопряженных ениновых кетонов 25 являются реакции хлорангидридов ненасыщенных кислот 23 с алкинами. Здесь, как и в синтезе линейно-сопряженных енинонов 3, возможно использование реакций хлорангидридов 23 или аналогичных соединений [40-42] с различными производными ацетиленов 24b (“Path A ”), а также прямое каталитическое кросс-сочетание (“Path B "). В первом случае традиционно применяют ацетилениды натрия [43, 44], лития [45], алюминия [46], цинка [47] или меди [48], а также марганцевые производные алкинов [49], причем медные и марганцевые производные обеспечивают более высокие выходы енинонов. В качестве ацетиленовой компоненты в реакции с хлорангидридами 23 можно использовать триметилсилилзамещенные ацетилены [50–52] и диацетилены [53] (в присутствии AlCl3).
Для синтеза ацетиленовых и, в том числе, ениновых кетонов применяют сочетание алкиновых производных гипервалентного йода 26 с ненасыщенными альдегидами 27. Реакция идет при нагревании в ацетонитриле в присутствии ди-трет-бутилпероксида (DTPB), выход ениновых кетонов при этом составляет только 20-32% [54]. R2 CHO DTPB,MeCN Г R (1.2 eq.) 80C,N2,24h R Ч о Q " i D1 (i-Pr)3Si 20o/o R 4 R1 = Si( -Pr)3 (32%) А. Катрицкий показал [41], что в реакции с металлоорганическими производными фенилацетилена 24b вместо хлорангидридов карбоновых кислот можно применять 1-(1Н-бензо[d][1,2,3]триазол-1-ил)-замещенные проп-2-ен-1-оны 28. ґу\ » Z R " N THF, -78 С ph 28 X = Li, MgBr R = H, thiophen-2-yl Несмотря на свою простоту и экономичность, данная группа методов (“Path A”) на сегодняшний день практически полностью вытеснена непосредственным палладий- или медь-катализируемым кросс-сочетанием хлорангидридов 23 с терминальными ацетиленами (“Path B”). В качестве каталитических систем для этого процесса применяют Pd(PPh3)4 с добавкой ZnCl2 или ZnBr2 [55], палладий на сульфате бария в тех же условиях [56], Pd на угле [57], Pd(OAc)2 [59], Pd(PPh3)2Cl2-CuI [59], систему KF/Al2O3-Pd(PPh3)2Cl2-CuI в условиях микроволновой активации [60], наночастицы палладия, «встроенные» в полимерную матрицу поли-1,4-фениленсульфида [61], а также более сложные каталитические системы на основе палладия [62]. Реакцию ведут в толуоле [58, 62, 63] или дихлорметане [58] с добавкой амина (триэтиламин, диизопропилэтиламин), в триэтиламине [55, 56, 59], либо проводят синтез в отсутствие растворителя [60]. Взаимодействие идет в мягких условиях, обеспечивая тем самым хорошие, а иногда [55, 56, 58, 60, 62] почти количественные выходы. Данным методом получают 5-алкил-, 5-арил и 5-ферроценилзамещенные [60] пент-1-ен-4-ин-3-оны.
В качестве катализатора кросс-сочетания фенилацетилена с хлорангидридом коричной кислоты можно использовать более дешевый CuI в триэтиламине, однако выход 1,5-дифенилпент-1-ен-4-ин-3-она при этом ниже, чем при использовании палладиевых катализаторов [63–65]. Реакция может проводиться в условиях микроволнового облучения [63, 64].
Разработан ряд синтетических методов, основанных на каталитическом карбонилировании алкиновой 24 и алкеновой 29 компонент оксидом углерода(II). В эту реакцию вступают как терминальные ацетилены, так и их производные. Так, карбонилирование смеси метилдифторфенилэтинилсилана 24а со стирольным производным гипервалентного йода 29а идет при комнатной температуре в диметоксиэтане в присутствии (3-СзН5РсІСІ2)2 с добавкой тетрабутиламмонийфторида [66]. Это же производное стирола 29а также легко взаимодействует и с трибутилфенилэтинилстанатом 24Ь под действием хлорида палладия(II) в среде диметоксиэтан-вода [67]. В обоих случаях был получен 1,5-дифенилпент-1-ен-4-ин-3-он с выходом 78-79%. К тому же продукту приводит и карбонилирование -бромстирола 29Ь с трифенилэтинилиндием 24с, катализируемое Pd(PPh3)4 в ТГФ при 70С (выход 75%) [68].
В случае стирольных 29c и циклоалкенильных эфиров [69] трифторметансульфоновой кислоты, а также стирола 29а [70], карбонилирование может быть осуществлено непосредственно с терминальными алкинами 24е и 24f, минуя стадию получения их элементоорганических производных, однако выход енинонов при этом несколько снижается. Показано, что смесь -йодстирола с фенилацетиленом карбонилируется в присутствии медного катализатора (PPh3-CuI), однако помимо 1,5-дифенилпент-1-ен-4-ин-3-она в этой реакции образуется значительное количество продукта кросс-сочетания - 1,4-дифенилбут-1-ен-3-ина [71]. 1,7-Дифенилгепта-1,6-диен-4-ин-3-он получают карбонилированием смеси пропиоловой кислоты 24g с -бромстиролом 29Ь при 80С в присутствии Pd(PPh3)2Cl2-CuI в ацетонитриле с добавкой триэтиламина [72]. При этом реакция кислоты 24g сопровождается кросс-сочетанием по Соногашира и «наращиванием» дополнительной кратной связи Сб–С7.
Одним из наиболее распространенных методов синтеза кросс-сопряженных енинонов является окисление вторичных винилацетиленовых спиртов 30, получаемых в свою очередь из металлоорганических ацетиленовых производных и соответствующих ,-ненасыщенных альдегидов. Наиболее часто окисление проводят активным диоксидом марганца в дихлорметане при комнатной температуре [73-81]. Этот окислитель действует в очень мягких условиях, и в большинстве случаев обеспечивает высокие выходы. он о R1 R3 R1 R3 Хорошие результаты были получены при использовании реагента Десса Мартина (Dess-Martin periodinane, DMP) [82], системы I2–?-BuOK [83] в дихлорметане, 4-фенил-4-(1-пиперидинил)циклогексанола (РРС) в дихлорметане [53], 2-йодоксибензойной кислоты (IBX) в диметилсульфоксиде [84]. Кроме того, в качестве окислителя винилацетиленовых спиртов 30 были предложены кислород в присутствии комплексов кобальта [85-87] и фосфат-ванадат кальция [88-90], однако, выход ениновых кетонов в этом случае не превышает 65%.
В синтезе 1,5-дизамещенных пент-1-ен-4-ин-3-онов успешно применяют альдольно-кротоновую конденсацию ацетиленовых метилкетонов 31 с альдегидами 32 [91-95]. Конденсацию проводят при охлаждении в тетрагидрофуране под действием каталитической системы диэтилцинк-(ЗД-ProPhenol [91], в этаноле [93] или водно-спиртовых смесях в присутствии щелочи [30, 92]. о I - -COMe + R2CHO y- 31 32 R1 Ениновые кетоны, содержащие 4-нитрофенильную или 4-нитрофурильную группы, в условиях катализа щелочью нацело осмоляются [92]. Для получения этих соединений реакцию конденсации проводят в ледяной уксусной кислоте в присутствии конц. H2SO4. В целом для данного метода характерны те же особенности, что и в синтезе линейно-сопряженных енинонов 3.
Разработаны способы синтеза симметрично дизамещенных пент-1-ен 4-ин-З-онов на основе производных диацетиленов. Так, было показано, что при пропускании растворов 1 -(1,5-диарил(гетарил)-1,4-диин-З ил)пиперидинов 33 через колонку с нейтральным А1203 происходит перегруппировка и образование 1,5-диарил(гетарил)пент-1-ен-4-ин-3-онов с выходом 51-73% [96]. Аналогичный по строению вторичный диацетиленовый спирт 34 перегруппировывается в 1,5-дифенилпен-2-ен-4-ин-3-он под действием триэтиламина [95]. При проведении реакции в триэтиламиновом растворе образуются ениноны исключительно Е-конфигурации, в полярных апротонных растворителях (ДМФА, ДМСО) -смесь Е- и Z-изомеров с преобладанием последнего.
Взаимодействие 1,5-дизамещенных 42 пент-2-ен-4-ин-1-онов с аминами
Конденсация фенилпропиналя 3a с 4-нитроацетофеноном 4k в условиях катализа NaOH сопровождается значительным смолообразованием. Поэтому реакцию катализировали конц. Н2SO4 в среде ледяной AcOH. В этих условиях смолообразование практически не наблюдалось. 1,5-Дифенилпент-3-ен-2-ин-1-он 8 получили в результате двухстадийного синтеза. Реактив Иоцича, полученный из 1-фенилбут-1-ен-3-ина 6, вводили в реакцию со свежеперегнанным бензальдегидом. Образовавшийся карбинол 7 без выделения окисляли активным диоксидом марганца в ацетоне при комнатной температуре. Выход целевого продукта 8 в этих условиях составил 43%. I.EtMgBr, Et20(abs.) Ph ОН О 2. PhCHO Ph MnQ2 Th Ph Ph \ Синтезированные соединения представляют собой устойчивые при хранении кристаллические вещества, бесцветные или слабо окрашенные. Все полученные кетоны, по данным рентгенострукруного анализа и спектроскопии ЯМР 1Н, представляют собой индивидуальные Е-изомеры (КССВ виниленовых протонов 3J 14–16 Гц).
Результаты рентгеноструктурного анализа енинонов 5 и 8 приведены в п. 2.4.2. 2.1.2. Кросс-сопряженные ениноны
Пент-І-ен-4-ин-З-он 10а синтезировали окислением карбинола 9а активным диоксидом марганца в дихлорметане при комнатной температуре. Карбинол 9 в свою очередь получили в результате реакции акролеина с ацетиленидом лития в среде жидкого аммиака. 1.Н2С=СНСНО тт О Г И LiNH2 wr rT. 2. NH4C1 0Н Y-MnQ2 ЇЇ С2Н2 - HC=CLi »- /\ " /ї? NH3, -(45-40)С NH3,-(70-65)С СН2С12 9а 20-25С, 0.5h іиа 5-Фенилпент-1-ен-4-ин-3-он 10Ь получили, используя аналогичный подход. Фенилацетилен обрабатывали н-бутиллитием в среде ТГФ-гексан, а затем к полученному литийорганическому соединению добавляли акролеин. Образовавшийся в результате карбинол 9Ь окисляли активным диоксидом марганца в тех же условиях. 1.Н2С=СНСНО он и-BuLi NH.C1 / \ Мп02 Ph-CECH Ph-C=CLi Z- И4Ы + THF-C6H14, THF-C6H14, YK CH2C12) -78to20C -78to20C 9b 20-25C, 0.5h О " Р1Ґ 10b 1-Арил(гетарил)-5-фенилпент-1-ен-4-ин-3-оны 10c–p получили по реакции конденсации Кляйзена-Шмидта 4-фенилбут-2-ин-1-она 11 с альдегидами 12 [31, 94]. Конденсацию проводили в водно-этанольной смеси (1:1) при охлаждении до 0–5С, в присутствии NaOH в качестве катализатора. о Ph = СОМе + RCHO r R 11 12C-D NaOH, EtOH-H20, Ph P 10r-n 0-5 С 1UC P R = Ph (c), 4-MeC6H4 (d), 4-MeOC6H4 (e), 4-Me2NC6H4 (f), 2-FC6H4 (g), 3-FC6H4 (h), 4-FC6H4 (i), 4-С1С6Н4 (k), 3-BrC6H4 (1), 3-02NC6H4 (m), thiophen-2-yl (n), ()-PhCH=CH (o), ()-(fiiran-2-yl)CH=CH (p) Пентениноны 10a,b представляют собой бесцветные жидкости, пентениноны 10c-e,g-p - бесцветные или слабоокрашенные кристаллические вещества, кетон 10f - ярко-красные иглы. Кетон 10а - сильный лакриматор.
Взаимодействие 1,5-дизамещенных пент-2-ен-4-ин-1-онов с аминами Литературные сведения о реакциях енинонов 5 с 2-аминопропаном, пиперидином, морфолином и пиперазином противоречивы. Например, в работе [116] были получены аддукты морфолина и пиперидина по двойной связи. Автор [137] утверждает, что морфолин и пиперидин присоединяются по тройной связи енинонов 5, а пиперазин - по двойной (с образованием бис-аддуктов). В реакции (2)-1-фенилпент-2-ен-4-ин-1-она с 2-аминопропаном согласно данным [6] образуется смесь аддуктов по обеим кратным связям, кроме того образуется продукт изомеризации исходного соединения - (Е)-1-фенилпент-2-ен-4-ин-1-он.
Следует отметить, что эти результаты получены в несопоставимых условиях. Поэтому с целью получения сведений о региоселективности реакций линейно-сопряженных енинонов нами были подробно изучены реакции систематического ряда енинонов 5 с набором вторичных гетероциклических аминов: пиперидином 13, морфолином 14, диэтаноламином 15, пиперазином 16 и TV-бензилпиперазином 17.
Оказалось, что региоселективность присоединения вторичных аминов существенно зависит от условий проведения реакции. Взаимодействие аминов 13 и 14 с енинонами 5a,b,g,i идет при комнатной температуре в смеси ЕЮН–1,4-диоксан . Исходный енинон полностью реагирует в течение 2-4 ч, в результате чего образуются аддукты по двойной связи 18а-с, которые кристаллизуются в виде бесцветных игл при постепенном добавлении в реакционную смесь воды. 1. EtOH, 1,4-dioxane, 20-25C,2-4h XN О х R2 + С R1 5a,b,g,i N Н 2. Н20 I J - N О 13(X = CH2), ph 18 14 (X = O) 18 X = CH2, R = Ph (a); X = O, R = Ph (b), 4-MeC6H4 (с), 4-ClC6H4 (d), 4-BrC6H4 (e) Выход морфолиновых аддуктов 18b-e составляет 81-89%. Выход пиперидинового аддукта 18а 55%. Аддукты 18 по данным ЯМР !Н содержат не менее 97% и не требуют дополнительной очистки. Строение 3-замещенных 1-арил-5-фенилпент-4-ин-1-онов 18 подтверждается их спектрами. В ИК спектрах полоса валентных колебаний кето-группы наблюдается при 1688-1680 см–1 - в области, типичной для карбонильной группы, сопряженной только с арильным кольцом [119, 138]. В спектрах ЯМР !Н присутствуют сигналы диастереотопных Н2С2 (около 3.4 м.д.) и метинового НС (около 4.3 м.д.) протонов. Спектр ЯМР 13С фиксирует наличие кето-группы (в районе 180-190 м.д.) и тройной связи (два сигнала в районе 80-90 м.д.).
Соединения 18 термически неустойчивы, и при температуре выше 150С разлагаются с образованием исходных енинонов 5. Нам удалось зарегистрировать масс-спектр (в условиях ГХ-МС) лишь для 3-(морфолин-4-ил)-1,5-дифенилпент-4-ин-1-она 18Ь, который помимо малоинтенсивного пика молекулярного иона (m/z 319) содержит характерные пики осколочных ионов (m/z 232, 214, 200, 128). Диоксан добавлялся с целью повышения растворимости исходного енинона. Аддукты 18a,c–e нацело разлагаются в испарителе хроматографа (300С).
В жестких условиях рассматриваемая реакция идет иначе. При кипячении енинонов 5 с аминами 13 и 14 в полярных протонных и апротонных растворителях (MeOH, EtOH, t-BuOH, MeCN) присоединение идет по тройной связи с образованием 5-замещенных 1,5-диарилпента-2,4-диен-1-онов 19. о .X Л2Ґ R2 , 4N Solvent, 78-83С R1 R1 Н 4 2 5a-d,g,i,k,m,n,p,q 13 (х = 19 14 (X = О) 19 X = О, R1 = R2 = Ph (а); X = О, R1 = Ph, R2 = 4-МеС6Н4 (Ь), 4-МеОС6Н4 (с), 4-ЕЮС6Н4 (d), 4-С1С6Н4 (е), 4-BrC6H4 (f), 4-02NC6H4 (g); X = О, R1 = 4 МеС6Н4, R2 = Ph (h); X = О, R1 = R2 = 4-BrC6H4 (i); X = CH2; R1 = Ph, R2 = 4 MeC6H4 (k), 4-MeOC6H4 (1), 4-ClC6H4 (m), 4-BrC6H4 (n)
Вне зависимости от соотношения реагентов, продолжительности реакции и используемого растворителя образуются только аддукты состава 1:1. Дальнейшего присоединения аминов 13 и 14 к аддуктам 19 не происходит даже при длительном кипячении со значительным избытком амина. Электроноакцепторные заместители в арильных кольцах енинонов 5 закономерно снижают, а электронодонорные - увеличивают время реагирования. Однако время реакции значительно уменьшается при использовании избытка амина. В /-ВиОН реакция идет медленно, и выход аминодиенонов 19 снижается (таблица 1).
Возможные пути практического использования сопряженных енинонов и гетероциклов, полученных на их основе
Величины КССВ J = 15.4–16.1 Гц этих протонов однозначно свидетельствуют о том, что синтезированные производные халконов сохраняют E-конфигурацию кратной связи. Сигналы винильных протонов в некоторых случаях частично или полностью перекрываются мультиплетными сигналами ароматических протонов, находящихся в области 8.11–6.86 м. д. В спектрах ЯМР 1Н снятых в CDCl3 сигнал протона группы NH проявляется уширенным синглетом в районе 12.35–8.89 м. д., однако в растворах ДМСО-d6 положение сигнала этого протона смещается в область 15.98–15.73 м. д. В случаях халконов 32g и 32f сигнал протона при атоме азота 1,2,3-триазольного цикла перекрыт мультиплетом ароматических протонов и не может быть достоверно интерпретирован. ЯМР 13С спектры соединений 31 и 32 подтверждают отсутствие тройной связи (рисунок 4).
В спектре имеются сигналы карбонильной группы при 180.9–190.2 м. д.; халконы, с заместителями в арильных кольцах, дают дополнительные сигналы четвертичного атома углерода – 144.4 м. д. 31b, 163.9 м. д. 31c, 139.9 м. д. 31d, 139.9 м. д. 32e, 141.8 м. д. 32d и 141.4 м. д. 32e. Для алкил-и алкоксизамещенных арилпропенонов 31 и 32 в спектрах присутствуют сигналы соответствующих углеродных атомов: 21.7 м. д. 31b, 55.5 м. д. 31с, 22.1 м. д. 31f., 40.5 м. д. 31h. и 21.0 м. д. 31b, 55.3 м. д. 32с, 40.2 м. д. 32f. Углеродный атомы 1,2,3-триазольного цикла, а также винильной связи теряются среди сигналов ароматических ядер и не поддаются надежной интерпретации.
Рентгеноструктурное исследование строения соединения 32a было выполнено по данным порошковой дифракции (рисунки 5, 6). РСА подтверждает E-конфигурацию двойной связи и S-цис-конформацию енонового фрагмента. Молекулы 32a связаны в кристалле прочными водородными связями N8– H...O4 (r(N...O) = 2.83 ) в бесконечные цепи.
Соединение 32а зарегистрировано в Кембриджской базе структурных данных (CCDC 1055704). 2.4.2. Синтез 1,2,3-триазольных производных азолов
Наличие проп-2-ен-1-онового фрагмента в молекулах халконов 31 и 32 делает данный ряд соединений перспективным для дальнейшей функционализации в реакциях циклоконденсации с бинуклеофилами. Наличие двух неравнозначных электрофильных центров (-атом углерода двойной связи и атом углерода кето-группы) обычно обеспечивает высокую региоселективность подобных превращений и открывает путь к синтезу новых производных 1,2,3-триазола [148].
Нами изучено взаимодействие 1,2,3-триазольных аналогов халкона 31 и 32 с водным гидразином и гидрохлоридом фенилгидразина. Оказалось, что соединения 31 достаточно легко вступают в реакцию циклоконденсации с N2H4H2O и PhNHNH2HCl. Пропеноны 31 реагируют с гидрохлоридом фенилгидразина, взятым в небольшом избытке, при кипячении в EtOH в течение 5-8 ч, образуя с почти количественным выходом 4,5-дигидро-1Я-пиразолилзамещенные 1,2,3-триазолы ЗЗа-е. Взаимодействие кетонов 31 с гидразингидратом протекает легче - при двадцати-тридцатиминутном нагревании исходных соединений с небольшим количеством этанола, в результате чего образуются циклоаддукты 34а,Ь. Кетоны 32 в этих условиях дают лишь смолообразные продукты, не поддающиеся очистке.
Синтезированные 4-[3-(Ю-1-фенил-4,5-дигидро-1Я-пиразол-5-ил]-5-К1-1Я-1,2,3-триазолы ЗЗа-е и 34a,b представляют собой бесцветные или слабо окрашенные кристаллические вещества, устойчивые при хранении. Как и в случае 1,2,3-триазольных халконов для получения аналитически чистых образцов соединения 33 и 34 нуждаются в длительной сушке в вакууме при температуре 90–95С. С введением в арильное кольцо халконов 31 электроноакцепторных заместителей время проведения реакции
закономерно уменьшается, при этом наибольший выход удается получить для соединения – 33c. Состав гетероциклов 33 и 34 подтверждается масс– спектрами высокого разрешения.
В ИК спектрах соединений 33 и 34 сигнал углеродных атомов группы C=N пиразолинового ядра C=N лежит в области 1596–1594 см–1, а полоса валентных колебаний группы NH триазольного цикла при 3350– 3258 см–1. В спектрах ЯМР 1Н присутствуют сигналы метиленовых протонов пиразолинового цикла, проявляющиеся в виде двух плохо разрешенных дублетов дублетов при 3.33–3.18 м. д. и 3.51–3.25 м. д., которые зачастую могут перекрываться пиком растворителя (DMSO-d6) при 3.35–3.33 м. д. Сигнал метинового протона представлен в виде плохо разрешенного дублета дублетов при 5.84–5.77 м. д. Следует отметить, что в растворе ДМСО-d6, присутствуют обе таутомерные формы соединения 33а, что проявляется в виде двух уширенных синглетов при 14.95–15.51 м. д. (группа NH, рисунок 7).
ДМСО-d6) В спектре ЯМР 13С соединений 33 и 34 появляются два сигнала, отвечающие алкильным атомам углерода пиразолинового ядра при 41.3– 40.4 м. д. (С3) и 55.7–55.5 м. д. (С4). Углеродный атом группы C=N гетероциклического кольца дает сигнал в области 147.6–144.4 м. д. Остальные сигналы в области 135.5–112.9 м. д. принадлежат атомам углерода 1,2,3-триазольного и ароматических колец. Особенности молекулярного строения пиразолинилзамещенных 1,2,3-триазолов было изучено нами на примере соединения 33b (рисунок 8). Молекула 33b содержит асимметрический атом углерода, пространственная нецентросимметричная группа (F d d 2) свидетельствует о том, что кристалл содержит оба оптических изомера в виде рацемической смеси. Рис. 8. Вид молекулы соединения 33b в тепловых эллипсоидах (атомы Длины связей в пиразолиновом цикле приведены с вероятностью 50%; альтернированы, валентные углы нумерация атомов не совпадает с используемой согласно характерны для sp3 (N1, С4 и С5) и sp2 номенклатуре ИЮПАК в названиях, (N2 и C3) – гибридизованных атомов. приведенных в экспериментальной части) В триазольном цикле длины связей и валентные углы свидетельствуют о делокализации электронной плотности. По данным РСА связь между гетероциклическими кольцами (С(2)–С(5)) = 1.493(6) близка к стандартной, тогда как длины связей между арильными
заместителями и гетероциклами несколько укорочены. Соединение 33b зарегистрировано в Кембриджской базе структурных данных (CCDC 1009919).
Остальные длины связей и валентные углы в молекуле соединения ЗЗЬ близки к стандартным. Атомы триазольного цикла расположены в одной плоскости, среднее отклонение атомов от плоскости цикла равно 0.003(3) .
Пиразолиновый цикл реализует конформацию конверта, в котором атом N1 на 0.087(6) выходит из плоскости, образованной остальными атомами (среднее отклонение атомов составляет 0.005(3) ). Угол между плоскостями пиразолинового и 1,2,3-триазольного колец равен 75.3(2). Арильные кольца при пиразолиновом цикле ему приблизительно копланарны (углы между плоскостями циклов составляют 7.9(2) и 15.1(2) для 4-толильного и фенильного колец, соответственно). Фенильное кольцо при атоме С1 развернуто на 34.1(2) относительно плоскости триазольного цикла.
При нагревании в АсОН соединения 33b,d за счет окисления кислородом воздуха теряют два атома водорода, превращаясь в пиразолилзамещенные 1,2,3-триазолы 35а,Ь с выходом 82-89%. Ph Ph N HN R АсОН, Л R 117C,5-6h ph 33b,d 35a,b 35 R = 4-MeC6H4 (a), 4-BrC6H4 (b) Состав соединений 35 подтверждается масс-спектрами высокого разрешения. Спектры ЯМР 13C и 1 H фиксируют отсутствие в молекулах триазолов 35а,Ь метиленовой и метиновой групп. Согласно данным работы [149], соединения аналогичного строения могут быть представлены несколькими таутомерами. Таким образом, нами показана возможность направленного синтеза бис -азольных гетероциклических систем на основе линейно- и кросс-сопряженных енинонов.
Взаимодействие линейно-сопряженных енинонов с аминами 3.4. Взаимодействие кросс- и сопряженных енинонов с гидразинами
Монокристалл соединения ЗЗЬ получен медленной кристаллизацией из EtOH; линейные размеры кристалла 0.50.060.06 мм. Светло-желтые иглы, C25H24N5O0.5 (М 379.47), при 120 K ромбические, а 18.2477(5), Ъ 86.222(2), с 5.7239(2) ; К9005.7(2), t/выч. 1.1194 мг/мм3. Пространственная группа Fdd2, Z 16. Набор из 15965 отражений получен на дифрактометре Bruker Apex II CCD area detector (излучение CuKa, микрофокусная трубка с многослойной оптикой, 2макс. 130) при 120 K. Поглощение учитывали с помощью программы SADABS. Структура решена методом «варьирования заряда» (Charge Flipping), все неводородные атомы локализованы в разностных синтезах электронной плотности и уточнены по Flhkl в анизотропном приближении; все атомы водорода помещены в геометрически рассчитанные позиции и уточнены изотропно в модели наездника, UisoQl) = 1.5 Ueq(C) для метильной группы и 1.2 Ueq(Х) для остальных атомов, где ЩХ) -эквивалентный температурный фактор атома, с которым связан соответствующий атом Н. Ячейка кристалла содержит разупорядоченные молекулы EtOH, вклад которых в общую интенсивность учитывали без уточнения позиций атомов с помощью программы SQUEEZE/PLATON. Формулу, молекулярную массу и плотность пересчитывали с учетом молекул растворителя. Окончательные значения факторов расходимости: RF 0.063 [для 3399 отражений, / 2а(/)], wR2 0.143 (для 3723 независимых отражений, Rint 0.073), GOF 1.07, Flack 0.2(5). 4-[1-Фенил-3-(4-хлорфенил)-4,5-дигидро-1Я-пиразол-5-ил]-5-фенил Ш-1,2,3-триазол (33с). Бесцветные кристаллы, выход 93%, т. пл. н 194.5-195.5С (из водного МеОН). ИК спектр, v, см"1: 3345 (NH), N N 1596 (C=N). Спектр ЯМР !Н (300 МГц, ДМСО- ), 5, м.д.: 3.26 N д.д (Ш, J 17.4, J 6.4 Гц, С4Н2), 3.45-3.50 м (Ш, С4Н2), 5.77 д.д (Ш, J 11.4, J 6.4 Гц, С5Н), 6.60-7.80 (14Н, Наром), 15.26 уш. с (Ш, NH). Спектр ЯМР 13С, (75 МГц, ДМСО- ), 5, м.д.: 40.4 (С4), 55.6 (С5), 113.0, 118.9, 127.2, 127.6 (2), 128.6, 128.8, 128.9 (2С), 131.0, 133.1, 138.3, 144.1 (Саром. + Стриаз), 147.6 (С3). Найдено: mlz, 400.1323 [М+Н]+. С2зНі8СШ5+Н. Вычислено, 400.1325. 4-[3-(4-Бромфенил)-1-фенил-4,5-дигидро-1Я-пиразол-5-ил]-5-фенил-Ш-1,2,3-триазол (33d). Бесцветные кристаллы, выход 84%, т.пл. 112-113С (из водного МеОН). ИК спектр, v, см"1: 3258 (NH), 1596 (C=N). Спектр ЯМР 1Я (300 МГц, ДМСО-d6), 5, м.д.: 3.21 д.д (Ш, J 17.0, J 7.7 Гц, С4Н2), 3.23-3.38 м (Ш, С4Н2), 5.77 д.д (Ш, J 12.1, J 7.7 Гц, С5Н), 6.69-7.68 м (14Н, Наром), 15.26 уш.с. (Ш, NH). Спектр ЯМР 13С (75 МГц, ДМСО-d6\ 5, м. д.: 40.4 (С4), 55.7 (С5), 113.0, 119.0, 121.7, 127.5 (2С), 127.8 (2С), 128.8 (2С), 131.4, 131.5 (Сар0м. + С аз), 144.1 (С3). Найдено: mlz, 444.0818 [М+Н]+. C23Hi8BrN5+H. Вычислено, 444.0820.
4-[3-(Тиофен-2-ил)-1-фенил-4,5-дигидро-Ш-пиразол-5-ил]-5-фенил-1Я-1,2,3-триазол (ЗЗе). Бесцветные кристаллы, NN выход 72%, т. пл. 95-96С (из водного МеОН). ИК спектр, v, см" 1: 3335 (NH), 1595 (С=N). Спектр ЯМР 1H (300 МГц, ДМСО-d6), , м.д.: 3.26 м (1H, С4Н2), 3.44 д.д, (1H, J 17.2, J 12.8 Гц, С4Н2), 5.70–5.77 м (1H, С5Н), 6.62–7.77 м (13Н, Наром.), 15.27 уш.с. (1H, NH). Найдено: m/z, 372.1284 [M+H]+. С21H17N5S+Н. Вычислено, 372.1284. 124 4-[3-(4-Метилфенил)-4,5-дигидро-Ш-пиразол-5-ил]-5 фенил-Ш-1,2,3-триазол (34а). Бесцветные кристаллы, выход N" N 85%, Т.ПЛ. 131-132С (из водного МеОН). ИК спектр, v, см"1: 3430 (NH), 3269 (NH), 1588 (C=N). Спектр ЯМР 1Я (300 МГц, ДМСО d6\ 5, м.д.: 2.36 с (ЗН, СН3), 3.15-3.24 м (Ш, С4Н2), 3.38-3.47 м (Ш, С4Н2), 5.13-5.21 м (Ш, С5Н), 7.36-7.73 м (ПН, Нар0м + NH), Me 15.10 уш.с. (Ш, NH). Спектр ЯМР 13С (75 МГц, ДМСО-ё6), 5, м. д.: 21.5 (СН3) 38.2 (С4), 54.8 (С5), 127.1-141.5 (Сар0м. + С иаз), 148.6 (С3). Найдено, %: 71.40, Н 5.77. Ci8Hi7N5. Вычислено, %: С 71.27, Н 5.65. 4-[3-(4-Хлорфенил)-4,5-дигидро-1Я-пиразол-5-ил]-5-фенил-1Я-1,2,3 триазол (34Ь). Бесцветные кристаллы, выход 82%, т.пл. 131- н 132С (из водного МеОН). ИК спектр, v, см"1: 3434 (NH), 3271 J. "Ph (NH), 1590 (C=N). Спектр ЯМР !Н (300 МГц, ДМСО-б4), 5, м.д.: VNH 3.15-3.24 м (Ш, С4Н2), 3.38-3.47 м (Ш, С4Н2), 5.16-5.27 м (Ш, JN С5Н), 7.44-7.86 м (ЮН, Наром + NH), 15.15 уш.с. (Ш, NH). \\ Найдено, %: 63.22, Н 4.49. C17H14CIN5. Вычислено, %: С 63.06, Н CJ 4.36. 4-[3-Арил-1-фенил-1Я-пиразол-5-ил]-5-фенил-1Я-1,2,3-триазолы (6). Раствор 0.5 ммоль соединения 33 в 5-7 мл ледяной АсОН кипятят в течение 6-8 ч. После охлаждения реакционную смесь выливют при перемешивании в лед. Выпавшие кристаллы отфильтровывают, промывают 50%-ным ЕЮН и сушили на воздухе, а затем в вакууме (30 мм рт.ст.) при 75-80С. 4-[3-(4-Метилфенил)-1-фенил-Ш-пиразол-5-ил]-5- н фенил-Ш-1,2,3-триазол (35а). Бесцветные кристаллы, выход 82%, т.пл. 95-97С (из реакционной смеси). Спектр ЯМР 1Я (300 МГц, ДМСО-4), 5, м.д.: 2.35 с (ЗН, СН3), 7.15-7.85 м (15Н, Нар0м. + Нпираз.), 15.62 уш.с. (Ш, NH). Спектр ЯМР 13С (75 МГц, ДМСО-d6\ 5, м. д.: 20.9 (СН3), 107.3, 123.6, 125.3 (2С), 126.5 (2С), 127.3 (2С), 128.7, 128.8 (2С), 129.3, 129.5, 137.6 (2С), 139.2 (Саром. + С + Спираз), 151.3 (С3). Найдено: m/z, 378.1707 [M+H]+. С24H19N5+Н. Вычислено, 378.1714. 4-[3-(4-Бромфенил)-1-фенилпиразол-5-ил]-5-фенил-Ш- Н 1,2,3-триазол (35Ь). Бесцветные кристаллы, выход 89%, т.пл. 122-123С (из реакционной смеси). Спектр ЯМР 1Я (300 МГц, ДМСО- ), , м.д.: 7.17-7.92 м (15Н, Наром. + Нпираз.), 15.39 уш.с. (1Н, NH). Спектр ЯМР 13С (75 МГц, ДМСО- ), , м. д.: 107.7, 119.1, 121.3, 123.7, 126.5, 126.7, 127.4, 127.5 (2С), 127.8, 128.5, 128.8, 131.4, 131.5, 131.7, 139.1 (Саром. + Стриаз+ Спираз), 150.2 (С3). Найдено: mlz, 442.0662 [М+Н]+. СzsHieBrNg+Н. Вычислено, 442.0663.
Испытание токсичности выполняли на лабораторной культуре дафний по стандартной методике [168] при 21–22С в условиях естественного освещения. Среду для испытаний готовили на водной основе с добавкой 1% корма (пекарские дрожжи) и раствора исследуемого вещества в ДМСО. В качестве контрольного образца использовали воду. В ходе испытания учитывали количество погибших и оставшихся в живых, время появления яиц в выводковых камерах, время выхода молоди из выводковых камер и ее количество. Все испытания проводили в трех повторностях. Полулетальную токсичность за 72 ч рассчитывали по критерию Штабского, достоверность различий по размножению оценивали по критерию ВилкоксонаМанна Уитни [169].
Клеточные линии HEK293 (эмбриональные клетки почки человека) и Jurkat (клетки Т-лифобластной лейкемии) получены из Российской коллекции клеточных культур (Институт цитологии РАН, Санкт-Петербург). Клетки HEK293 культивировались в модифицированной среде DMEM (Invitrogen, США) с добавками 2 мМ L-глютамина (Sigma-Aldrich, UK), 10% фетальной бычьей сыворотки (FBS, Invitrogen, США), 50 мкг/мл гентамицина сульфата (Invitrogen, USA) при 37C и 5% CO2. Jurkat – клетки культивировались в полной среде RPMI 1640 (Invitrogen, США), дополненной 10% FBS, 50 мкг/мл гентамицина сульфата и 1% L-глутамина. Все исследуемые соединения растворяли в 100% ДМСО (Sigma-Aldrich, UK) и разбавляли средой DMEM или RPMI непосредственно перед анализом. Конечную концентрацию ДМСО поддерживали на уровне 0.1%.
Клетки культивировали при соответствующей плотности в 96-луночных планшетах (2 104 клеток/лунка в DMEM для HEK293, 1 105 клеток/лунка в RPMI для Jurkat) в течение 24 часов. После этого клетки выдерживали вместе с исследуемыми соединениями при конечных концентрациях 1, 10, 100, 1000 мкМ. Жизнеспособность клеток определяли традиционным МТТ-анализом по инструкции производителя, используя планшетный ридер 2300 EnSpire (PerkinElmer, США) при 570 нм. Все эксперименты были воспроизведены три раза в трех лунках на одно исследуемое вещество, контроль – клетки обработанные 0.1% раствором ДМСО.