Содержание к диссертации
Введение
1 Литературный обзор 8
1.1 Общие сведения о методах ионизации масс-спектрометрии 8
1.2 Масс-спектрометрия азотосодержащих гетероциклических соединений 11
1.2.1 Масс-спектрометрия имидазола и его производных 13
1.2.2 Масс-спектрометрия бензимидазола и его производных 18
1.2.3 Масс-спектрометрия хиноксалина и его производных 25
1.2.4 Масс-спектрометрия индолизина и его производных 29
2 Обсуждение результатов 35
2.1 Синтез и масс-спектрометрическое исследование тризамещенных имидазолов 35
2.2 Масс-спектрометрическое исследование 2-(бензимидазол-2-ил)хи-нолинов и 2-(бензимидазол-2-ил)хиноксалинов 46
2.3 Масс-спектрометрическое исследование 2-(пиразин-2-ил)бензими-дазолов 52
2.4 Взаимосвязь структуры фрагментных ионов бензимидазол- гетероарильных соединений с энергией резонанса 56
2.5 Масс-спектрометрическое исследование 2,3-бис(бензимидазол--2-ил)хиноксалинов 61
2.6 Масс-спектрометрическое исследование ряда замещенных 2,6-[ди(хиноксалин-2-он)ил]-4-фенилпиридинов 66
2.7 Масс-спектрометрическое исследование ряда 4-(бензимидазол-2-ил)хинолинов 68
2.8 Масс-спектрометрическое исследование ряда хиноксалина-индолизинациклофанов 74
2.9 Общая характеристика методов ионизации, примененных для исследования гетероциклических систем с –дииминовым фрагментом 81
3 Экспериментальная часть 84
Основные результаты и выводы 105
Список литературы
- Масс-спектрометрия имидазола и его производных
- Масс-спектрометрия индолизина и его производных
- Взаимосвязь структуры фрагментных ионов бензимидазол- гетероарильных соединений с энергией резонанса
- Масс-спектрометрическое исследование ряда замещенных 2,6-[ди(хиноксалин-2-он)ил]-4-фенилпиридинов
Введение к работе
Актуальность работы. Гетероциклические системы на основе различных сочетаний бензимидазола, хиноксалина, имидазола и пиразина представляют значительный интерес в современной органической химии. Соединения, включающие в состав бензи-мидазольный фрагмент, обладают активностью относительно таких вирусов как ВИЧ, герпес, цитомегалавирус человека, грипп. Природные и синтетические производные имидазола действуют как ингибиторы p38 MAP киназы и BRAF-киназы. Соответствующие производные имидазола используются как глюкагоновые и CB1 каннабиноид-ные рецепторы, модуляторы Р-гликопротеина, антибактериальные и противоопухолевые препараты. Последние достижения в области «зеленой» химии и металлоорганиче-ского катализа расширили применение имидазолов как ионных жидкостей и гетероаро-матических синглетных карбенов. Различные производные хиноксалинов обладают антибактериальной, противоопухолевой и противовирусной активностью. Пиразины являются важными вкусовыми ингредиентами в продуктах питания, а также проявляют противораковую и противотуберкулезную активность. Хинолины и их производные обладают антималярийными, противовоспалительными, антибактериальными, противоас-тматическими и антигипертензивными свойствами.
На основе редокс-активных макроциклических систем получают электрохимические сенсоры на ионы металлов, селективные редокс-активные и изолирующие пористые полимерные пленки, а также органические электрохромные материалы.
В настоящее время, в качестве лекарственных средств, применяется 89 производных бензимидазола [M. Negwer, H.-G. Sharnow, Organic-Chemical Drugs and Their Synonyms (An International Survey),8 ed., 2001,1-6 vol.; M.D. Mashkovskiy, Medicinal Agents, 15 ed., 2008, 1206 p.], из них 11 представляют собой бигетроциклические соединения, часть из которых содержит –дииминовый фрагмент. Таким образом, синтез и исследование таких соединений является актуальной задачей.
Одним из лидирующих методов, используемых для надежной и достоверной идентификации органических соединений, является масс-спектрометрия. Как правило, бигетероциклические системы имеют высокую температуру плавления и достаточно большую массу. Поэтому классические методы масс-спектрометрии, такие как электронная ионизация (ЭИ) и химическая ионизация (ХИ), не всегда применимы для их исследования. Используемые в настоящей работе методы – ионизация электрораспылением (ИЭР) и матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация (МАЛДИ) являются наиболее перспективными методами масс-спектрометрии благодаря высокой чувствительности, информативности и быстроте.
Цель работы заключается в синтезе и систематическом исследовании новых гетероциклических систем с –дииминовым фрагментом с применением комплекса методов масс-спектрометрии, изучении реакций распада молекулярных ионов, корреляции отдельных и общих особенностей образования масс-спектра со структурой изученных соединений.
В соответствии с целью работа направлена на решение следующих задач:
разработка простых и эффективных методов синтеза бигетероциклических соединений с –дииминовым фрагментом на базе доступных исходных реагентов;
изучение процессов распада молекулярных ионов гетероциклических соединений в условиях электронной ионизации;
разработка методики получения масс-спектров мягкими методами ионизации, такими как ИЭР и МАЛДИ;
изучение масс-спектров метастабильных ионов в условиях МАЛДИ и процессов распада протонированных молекул при ИЭР;
определение структурных признаков объектов исследования: пиков характеристичных ионов, общих и специфических реакций распада молекулярных ионов.
Научная новизна работы. Разработан простой, высокоэффективный метод синтеза 2,4,5-тризамещённых имидазолов и имидазо[1,5-a]хиноксалинонов с использованием 3-ароилхиноксалин-2(1Н)-онов в качестве функционально замещённых производных -иминокетонов в трёхкомпонентный системе с ароматическими альдегидами и ацетатом аммония. Установлено, что реакция идёт c раскрытием пиразинонового цикла в 3-ароилхиноксалин-2(1Н)-онах (перегруппировка Мамедова[Hassner, A.; Namboothiri, I. Organic Syntheses Based on Name Reactions; 3th ed.; Elsevier: Amsterdam, 2012, pp. 299-300]). Впервые получены и интерпретированы масс-спектры ЭИ, МАЛДИ, ИЭР большого ряда новых производных гетероциклических соединений с –дииминовым фрагментом (89 соединений). В результате масс-спектрометрических исследований установлены общие и характерные пути диссоциации соединений, предложены и обсуждены реакции образования наиболее распространенных и характеристичных ионов, произведена корреляция масс-спектров изученных соединений с их строением.
Практическая значимость работы. Полученные результаты позволяют достоверно устанавливать строение азотсодержащих гетероциклических соединений и предсказывать пути их диссоциативной ионизации. Установленные закономерности образования масс-спектров ЭИ, МАЛДИ и ИЭР могут быть применимы для идентификации бигетероциклических систем. Методом МАЛДИ установлены точные значения масс протонированных молекул 50 соединений, что позволяет использовать подобранные условия определения масс для широкого круга соединений.
Положения, выносимые на защиту.
Синтез новых бигетероциклических соединений с –дииминовым фрагментом по методологии, лежащей в основе перегруппировки Мамедова.
Пути фрагментации 2,4,5-замещенных имидазолов в условиях различных методов масс-спектрометрии (ЭИ, МАЛДИ и ИЭР).
Зависимость доли фрагментных ионов 2-(2(3,4)-галогенфенил)-4-(бензимидазол-2-ил)хинолинов от положения атома хлора в условиях МАЛДИ и ИЭР.
Пути фрагментации хиноксалинаиндолизинациклофанов в условиях МАЛДИ.
Апробация работы. Результаты были представлены на IV и V Всероссийских
конференциях-школах «Фундаментальные основы масс-спектрометрии и её аналитические применения» в 2010г. (Звенигород) и 2013 г. (Санкт-Петербург); на IV и V Всероссийских конференциях с международным участием «Масс-спектрометрия и её прикладные проблемы» в 2011 и 2013 гг. (Москва); на XV Молодежной школе-конференции по органической химии в 2012 г. (Уфа); на научной сессии КНИТУ в 2013 г. (Казань) и итоговых конференциях КазНЦ РАН в 2010, 2013 и 2014 гг. (Казань).
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 3 статьях в журналах, рекомендованных ВАК для размещения материалов диссертаций, и тезисах 6 докладов на конференциях различного уровня.
Объем и структура работы. Работа оформлена на 192 страницах, содержит 56 схем, 4 рисунка, 16 таблиц, библиографический список (222 наименования).
Первая глава представляет собой описание основ метода масс-спектрометрии и обзор литературных данных по масс-спектрам производных имидазола, бензимидазола, хиноксалина и индолизина. Вторая глава посвящена обсуждению результатов изучения бигетероциклических систем. Третья глава содержит описание методики эксперимента, приведены физико-химические характеристики синтезированных и исследованных соединений. В приложении представлены масс-спектры исследованных соединений.
Личный вклад соискателя. Автор активно участвовал во всех этапах выполнения представленной работы: постановке цели и задач исследования, анализе литературы, выполнении эксперимента, обсуждении результатов и оформлении публикаций и диссертации. Автором лично синтезированы соединения 1-18, а также получены масс-спектры всех исследованных соединений. Автор выражает глубокую признательность и благодарность своему научному руководителю, доктору химических наук профессору Мамедову Вахиду Абдулла-оглы, а также заведующему лабораторией физико-химического анализа ИОФХ им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН кандидату химических наук Ризванову Ильдару Хамидовичу за помощь в формировании стратегии исследований и постоянное внимание к работе. Автор благодарит коллективы лабораторий химии гетероциклических соединений (ХГС) и физико-химического анализа (ФХА) ИОФХ им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН.
Объекты и методы исследования. Изученные в данной работе соединения синтезированы в лаборатории ХГС. Масс-спектры получены на масс-спектрометрах DFS (Thermo Electron Corporation, Германия), Ultraflex III TOF/TOF (Bruker Daltonik GmbH, Германия) и AmazonX (Bruker Daltonik GmbH, Германия) в лаборатории ФХА.
Масс-спектрометрия имидазола и его производных
Масс-спектрометрия – метод анализа вещества путем определения массы и относительного количества ионов, получаемых при ионизации исследуемого вещества или уже присутствующих в изучаемой смеси. Метод связан с переводом молекул образца в ионизированную форму с последующим разделением и регистрацией образующихся при этом положительных или отрицательных ионов. Масс-спектрометрия органических соединений решает следующие задачи: - установление молекулярной массы ионов; - определение элементного состава соединения; - определение функциональных групп, входящих в состав вещества; - установление общей структуры молекулы. Достоинства метода обусловлены непревзойденной чувствительностью (относительная 10-4–10-8%, абсолютная 10-12–10-15 г), быстротой качественного и количественного анализа, полнотой получаемой информации, уникальной возможностью комбинирования анализа многокомпонентных смесей с мощной разделительной техникой (газовая и жидкостная хроматография, капиллярный электрофорез), возможностью реализации метода многостадийной тандемной масс-спектрометрии [4-11]. Масс-спектрометрическая фрагментация органических соединений подчиняется общим физико-химическим законам, поэтому по спектру анализируемого соединения можно установить не только его молекулярную массу и элементный состав, но и наличие функциональных групп. Модификация функциональных групп позволяет использовать масс-спектрометрию для качественного и количественного анализов. Производные могут иметь иную фрагментацию или дают информативное смещение масс ионов в отличие от недериватизированного соединения [12-18].
В связи с тем, что масс-спектрометрия анализирует положительные или отрицательные ионы, необходима ионизация молекул образца. Сейчас существует несколько десятков методов ионизации[4, 5]. Далее приводится описание и особенности использованных в работе методов ионизации.
Электронная ионизация (ЭИ)
Среди различных методов ионизации особое положение занимает метод электронной ионизации (ЭИ). Исторически это первый метод ионизации органических соединений. Масс-спектрометрия ЭИ имеет наибольшее преимущество и значение при решении структурно-аналитических задач. Источник ионов ЭИ сочетает в себе простоту в использовании, надежность, хорошую чувствительность. Масс-спектры ЭИ позволяют получить важные сведения о строении вещества по наблюдаемой картине распада ионов. Большинство органических соединений переходят в газовую фазу, поскольку образец можно нагревать до тысячи градусов. Тем не менее, для анализа термолабильных и высокомолекулярных соединений метод не пригоден. Стоит отметить, что значительное число органических соединений характеризуется нестабильными молекулярными ионами в условиях ЭИ. По этой причине в спектрах ЭИ многих веществ пик молекулярного иона имеет низкую интенсивность, либо вообще отсутствует, что обусловливает низкую достоверность идентификации, особенно в случае определения следовых количеств аналита в смеси. Это один из существенных недостатков данного метода ионизации [4, 5].
Ионизация электрораспылением (ИЭР) Впервые электрораспыление для ввода жидкой пробы в масс-спектрометр было предложено Джоном Фенном и др. [19]. За это изобретение в 2002 г. Фен-ну присуждена Нобелевская премия.
Ионизация происходит при взаимодействии сильного электростатического поля с поверхностью жидкости на конце капиллярной трубки. Механизмы ионизации продолжают изучаться и в настоящее время [20-27, 6]. Помимо высочайшей чувствительности и возможности работы с термолабильными и нелетучими соединениями ионизация электрораспылением позволила исследователям анализировать высокомолекулярные соединения с молекулярными массами до миллиона дальтон и выше [28]. Зарегистрированный рекорд составляет 110000000 Да [29]. Также метод электрораспыления используется для установления структур пептидов, белков, нуклеиновых кислот [30, 31].
Матрично-активированная лазерная десорбция/ионизация (МАЛДИ)
Впервые метод описан во второй половине 80-х годов XX века [32-36]. Одному из первооткрывателей метода Коичи Танаке в 2002 г. присуждена Нобелевская премия в области химии.
Метод заключается в облучении короткими лазерными импульсами образца, представляющего собой твердый раствор анализируемого соединения в органической матрице. Матрица подбирается таким образом, чтобы ее молекулы активно поглощали фотоны, эмитируемые УФ-лазером [37]. Над поверхностью образца создается плотная высокотемпературная плазма, в которой наряду с молекулами и ионами матрицы оказываются и молекулы анализируемого соединения [38, 39]. Ионизация последних путем поглощения энергии фотонов или в результате ионно-молекулярных реакций приводит к образованию положительных и отрицательных ионов, которые вытягиваются высоким потенциалом из области ионизации и направляются в анализатор. Метод характеризуется интенсивными пиками протонированных и катионизированных молекул, а также низкой фрагментацией. Есть возможность использования метода для установления структуры фрагментов молекул в случае исследования спектров ме-тастабильных ионов или спектров диссоциации, индуцированной соударением [40-42]. К настоящему времени методом МАЛДИ успешно анализируются полипептиды, белки, нуклеотиды, полисахариды, синтетические полимеры, гу-миновые кислоты, фуллерены, органические комплексные соединения [43-53].
Масс-спектрометрия индолизина и его производных
Начиная с конца 60-х годов двадцатого века проводятся масс-спектрометрические исследования имидазола и его производных [57-62]. В них было выделено два основных фрагмента СгНз и HCN.
Изучению этих фрагментов была посвящена работа [63], в которой авторы выяснили, являются ли эти ионы результатом перегруппировки до диссоциации молекулы или имеют более стабильную структуру С2H3N4". Оба иона сравнительно легко могут быть образованы при сдвиге 1,2-/7 атома при фрагментации. Но тогда можно было бы ожидать образования более стабильных фрагментных ионов CHCHNH+ и СНСНМҐ. Методами фотоионизационной масс-спектрометрии и фотоэлектронной спектроскопии была измерена скорость диссоциации выбранных ионов CH2CNH+ и HCNH+, которая составила 11,77 и 11,80 эВ соответственно. Разница в энергии показала, что ионы пиразола и имидазола не являются изомерами до диссоциации. Также интересным оказался тот факт, что в случае ЭИ наблюдается интенсивный пик фрагментно-го иона [М-Н]+, а при фотоионизации он отсутствует. Процесс отрыва атома водорода от молекулярного иона обусловлен, по-видимому, высокой энергией ЭИ и не происходит при более «мягком» излучении - фотоионизации. На схеме 1 представлены основные пути фрагментации пиразола и имидазола.
При исследовании алкоксикарбонильных и анилинкарбонильных производных имидазола применялась технология MIKE (mass analyzed ion kinetic energy)[64]. Масс-спектры MIKE метилимидазол-1-карбоксилата характеризуются пиком с m/z 82, соответствующим 1-метилимидазолу, которой образуется при отрыве молекулы С02 от молекулярного иона. Для метилимидазол-4-карбоксилата и метилимидазол-2-карбосилата характерен отрыв радикала СН30 и частицы СН20 с m/z 95 и 96. Указанный процесс согласуется с путями фрагментации, установленными в [65, 66]. Также это подтверждает, что первое соединение метилимидазол-1-карбоксилата не является изомером для двух других соединений. н н
Схема 3 Пути фрагментации 4(5)-нитро-1H-имидазол-5(4)-карбонитрилов Пути фрагментации соединений также были подтверждены при использовании масс-спектрометрии высокого разрешения. Дочерние ионы [M-NO]+ и [M-NO2]+ образуются непосредственно из молекулярного иона. Фрагментные ионы с m/z 53 для немеченых и с m/z 54 для меченых соединений образуются из ионов с m/z 79, 80 и 81.
Таким образом, ионы с m/z 54 в масс-спектрах меченых соединений содержат меченый атом, т.е. они образуются при отрыве водорода от цианида или ацетилена. Это главное отличие во фрагментации между нитроимидазокарбо-нитрилами с метильной группой в положении 2 и без неё.
Метод масс-спектрометрии ИЭР был применен в работе [74] при изучении имидазолрибозидов. В масс-спектрах диссоциации, индуцируемой соударением (ДИС), не наблюдалось фрагментных ионов с раскрытием имидазоль-ного кольца. Основными направлениями были отрывы групп NH3, CO2, CO. От рибозидной части идет отрыв одной или двух молекул воды.
Авторы работ [75, 76] успешно использовали метод масс-спектрометрии для обнаружения имидазолиноновых гербицидов в продуктах питания. В работе [75] при использовании газовой хроматографии гербициды были обнаружены даже в сложных матрицах, таких как почва и соя. При этом исключаются трудоемкие и длительные процедуры твердофазной экстракции.
Исследование основных направлений фрагментации имидазолиноновых гербицидов [76] потребовало использования дорогостоящего метода масс-спектрометрии высокого разрешения ионно-циклотронного резонанса с преобразованием Фурье [77-79] (схема 4).
Направление фрагментации А идет с отрывом оксида углерода от молекулярного иона (С13H18N3O2 [M+H]+ = 248,13935). Ионы с m/z 233 (путь B) образуются при выбросе протона из цикла имидазола (C13H17N2O2 [M+H]+ = 233,12844). Из ионов с m/z 233 при разрыве этиленовой С=С связи образуются ионы с m/z 191 (С10H11N2O2 [M+H]+ = 191,08136). При разрыве имидазольного цикла ожидаемо образование метастабильного иона 2-(1H-диазирин-3-ил)-5-метилникотиновой кислоты (направление С), однако данный фрагмент не был задетектирован, а дальнейшее раскрытие 1Н-диаризин-3-илового цикла привело к образованию иона с m/z 180 (С9H10NO3 [M+H]+ = 180,06554). Ион с m/z 181 (С8H9N2O3 [M+H]+ = 181,06079) образуется при разрыве C=N и C–N связей в цикле имидазола (направление F). При отрыве одной молекулы воды от иона с m/z 181 (реакция Норриша [80]), образуется ион с m/z 163 (С8H7N2O2 [M+H]+ = 163,05027). Образование наиболее вероятной структуры фрагмента с m/z 182 (С8H8NO4 [M+H]+ = 182,04482) представлено направлением E.
Таким образом, авторы подтвердили, что основные направления фрагментации имидазолиноновых гербицидов обусловлены раскрытием имидазоль-ного цикла с разрывом С=N и C–N связей.
Масс-спектрометрия бензимидазола и его производных Ранние масс-спектрометрические работы по исследованию бензимидазо-лов были посвящены барбитуратам бензимидазола [81], его алкил- [82] , 1-скатил- [83] и 2-фенокси- [84] производным. Систематическое исследование было проведено Бови c соавторами [85], где они провели аналогию между путями фрагментации бензимидазола и имидазола [56]. Спектры бензимидазола показывают последовательный отрыв двух молекул цианистого водорода от молекулярного иона, первый из них является неспецифичным, о чем свидетельствует процесс дейтерирования. Характерной особенностью при фрагментации 2-н-пропилбензимидазола является элиминирование этилена из молекулярного иона; для этого процесса характерно образование цикла на промежуточной стадии (схема 5), как и для аналогичных алкилпиридинов [86]. Для 2-ацил и 2-бензоилбензимидазолов, как и для 2-ацилтиофенов [87], характерен отрыв молекулы CO от молекулярного иона. Этот отрыв не очевиден [88] для ацилбен-зенов, но является характеристичным для ацильных заместителей в имидазоль-ном кольце.
Изучая масс-спектры бензимидазолов, а именно серии вторичных спиртов (схема 6), авторы [85] выделили 2 особенности. Во-первых, происходит одновременный отрыв заместителя Ri и молекулы воды, что приводит к образованию иона с m/z 205. Во-вторых, имеет место отрыв только молекулы воды от молекулярного иона. Интересным же в этом оказалось то, что данные явления наблюдаются для соединений с R2=H и не наблюдаются в случае соединений с R2=Me.
Взаимосвязь структуры фрагментных ионов бензимидазол- гетероарильных соединений с энергией резонанса
Для всех исследованных соединений характеристичными являются фраг-ментные ионы с m/z 475 и 337, соответствующие 3-(1-фенилиндолизин-2-ил)-1-децилхиноксалин-2-ону и его остатку после отрыва децильной цепи. Для соединений 83-86, имеющих бромдецильный заместитель, характерно отщепление брома и разрыв связи С–С алкильной цепи с отщеплением –CH2 группы, что согласуется с путями фрагментации исходного соединения.
Для масс-спектров фрагментации ациклических предшественников 80 -82 характерным является большая интенсивность пиков фрагментных ионов (при меньшей энергии излучения лазера) и их смещение на две единицы в высокую область масс по сравнению с соединениями 80-82 соответственно, что согласуется со структурами молекул.
Таким образом, характеристичные фрагментные ионы соединения 79 (m/z 337 и 475) присущи для всего ряда циклофанов. В масс-спектрах МАЛДИ для макроциклических соединений 80-82 выявлены иные пути фрагментации про-тонированных молекул, чем в масс-спектрах ЭИ: в условиях МАЛДИ происходит отрыв одного и двух фенильных радикалов. Для ациклических соединений характерным является большая интенсивность пиков фрагментных ионов. Для соединений 83-86, имеющих бромдецильный заместитель, характерно отщепление атома Br и разрыв связей алкильной цепи.
Общая характеристика методов ионизации, примененных для исследования гетероциклических систем с –дииминовым фрагментом
До настоящего времени в литературе не было подробного описания масс-спектров со сравнительной характеристикой трех методов ионизации, примененных к широкому кругу гетероциклических соединений с общим – дииминовым фрагментом.
Использованные в работе методы ионизации позволяют получить наиболее полную информацию о строении исследованных соединений. В случае ЭИ масс-спектры регистрируются после испарения веществ, регистрация спектра МАЛДИ происходит при взаимодействии возбужденных/ионизированных молекул матрицы и молекул образца, а при ИЭР - за счет резкого испарения раствора образца в электрическом поле. Отметим, что наиболее оптимальным и эффективным оказался режим регистрации положительных ионов (РРПИ). В таблице 17 показано для каких соединений какими методами получены масс-спектры. В случае, когда метод позволяет получить характеристичный масс-спектр в графе стоит «+», в противном случае «–». Ячейки с «пропуском» свидетельствуют о том, что данный метод не применялся. Сопоставительный анализ данных показал, что: - метод ЭИ применим только для низкомолекулярных соединений. В ряде случаев велика доля депротонированных ионов, что может привести к ошибочной идентификации новых производных. Следует отметить, что из-за высоких температур плавления исследованных соединений необходимо использовать прямой ввод образца в источник ионов, а широко используемый и распространенный метод газовой хромато-масс-спектрометрии практически не применим. Использование прямого ввода образца исключает количественное определение, а также приводит к быстрому загрязнению источника ионов. - метод МАЛДИ масс-спектрометрии применим практически для всех изученных соединений. Метод позволяет получить данные для структурного анализа, однако его нельзя использовать в совокупности с ВЭЖХ для количественного анализа. Также в силу фотохимических свойств [222] соединений 30-40 метод оказался неприменим для их исследования. - применение метода ИЭР показало высокую чувствительность и информативность при анализе структуры исходных соединений. Возможность сочетания данного метода с ВЭЖХ позволяет производить количественный анализ, что выводит данный метод на лидирующие позиции при исследовании подобных соединений. Тем не менее, в рамках исследования метод оказался неинформативным при исследовании макроциклических соединений на основе хи-ноксалинона и индолизина. Таблица 17 Общие данные по применению различных методов ионизации при исследовании соединений 1- № М пл С ЭИ МАЛДИ ИЭР № М пл С ЭИ МАЛДИ ИЭР
Масс-спектры электронной ионизации (ЭИ) низкого разрешения получены на приборе DFS Thermo Electron Corporation (Германия ). Энергия ионизирующих электронов составляла 70 эВ, температура источника ионов 280 С. Использовалась система прямого ввода вещества в источник. Температура ампулы-испарителя изменялась от 50 С до 350 С.
Масс-спектры МАЛДИ были получены на масс-спектрометре Ultraflex III TOF/TOF (Bruker Daltonik GmbH, Германия). Использовалось три режима работы: линейный режим, отражательный режим (Reflector), режим фрагментации (LIFTOF/TOF). В режиме высокого разрешения были измерены точные значения масс всех соединений. Для этого вместе с анализируемыми соединениями на мишень наносилась одна из калибровочных смесей: ПЭГ-400, ПЭГ-1000 и ПЭГ-4000 с добавлением CsCl. Хлорид цезия, выступающий в качестве до-панта, применялся нами для расширения диапазона калибровки и лучшей кристаллизации ПЭГ на мишени. Образцы растворялись в хлористом метилене в концентрации 10-6 г/мл. Использовался раствор матрицы пара-нитроанилин (p-NA) [119, 120] в ацетонитриле (10 мг/мл). Растворы образцов наносились на пластиковую Prespotted AnchorChipTM или металлическую MTP AnchorChipTM мишени методом высушенной капли [121], соотношение аналита и матрицы 1:1000.
Масс-спектрометрическое исследование ряда замещенных 2,6-[ди(хиноксалин-2-он)ил]-4-фенилпиридинов
В настоящее время особое место в супрамолекулярной химии занимает синтез макроциклических соединений, способных обратимо реагировать на внешние воздействия (термические, фотохимические, электрохимические, pH-среды и т.д.) изменением важных свойств и характеристик (размера полости, формы поверхности, электронной структуры, комплексообразующей способности и т.д.) благодаря специально введенным функциональным группировкам или фрагментам. Такие «чувствительные» гетероцикличекие циклофаны, содержащие в своем составе редокс-активные бииндолизиновые системы, могут выступать в качестве молекулярных переключателей[213,214], мембранных пе 75 реносчиков[215], а также представляют большой интерес в создании новых сенсоров для современных технологий, основанных на молекулярных процессах. Также известно, что различные производные хиноксалина и индолизина широко применяются в фармацевтических препаратах и являются биологически активными веществами[216,217]. Они используются при лечении и профилактике рака, аутоиммунных заболеваний и других заболеваний, связанных с PDE4[218] и повышенным уровнем цитокинов [219].
Для исследования –дииминового фрагмента с другой локализацией электронов на атоме азота были изучены бииндолизиновые системы в составе хиноксалинаиндолизинациклофанов. Соединения синтезированы и предоставлены для анализа старшим научным сотрудником лаборатории ХГС ИОФХ им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН к.х.н. Калининым А.А.
В данном разделе описано определение основных путей фрагментации методами ЭИ и МАЛДИ для циклофанов 80, 81 и 82 на основе 1-(10-бромдецил)-3-(1-фенилиндолизин-2-ил)хиноксалин-2-она (78) [220,221]. Также были исследованы их ациклические предшественники (80 , 81 и 82 ) и промежуточные соединения (83-86, рисунок 2).
Масс-спектры электронной ионизации
В масс-спектре ЭИ исходного соединения 79 наблюдается интенсивный пик молекулярного иона, что ожидаемо исходя из структуры молекулы. Характерным фрагментным ионом является ион с m/z 475 соответствующий отрыву атома Br от молекулярного иона. Ионы с m/z 337 и 308 образуются при отрыве всей бромалкильной цепи и последующем отрыве группы CHO. Соединение характеризуется набором пиков фрагментных ионов, отстоящих друг от друга на 14 Да (m/z 448, 434, 420, 406, 392, 378, 364). Ионы данной серии образуются непосредственно из молекулярного иона при разрыве С-С связи алкильной цепи. Полученные данные сведены в схему фрагментации, где представлены наиболее вероятные структуры фрагментных ионов (схема 36). Схема 36 Фрагментация 1-(10-бромодецил)-3-(фенилиндолизин-2 ил)хиноксалин-2-она 79
В масс-спектре ЭИ циклофана 80 наблюдается интенсивный пик молекулярного иона с m/z 810. Также относительно высока доля двухзарядного молекулярного иона с m/z 405 (Iотн 15%). Это говорит о высокой стабильности молекулярного иона. Доля фрагментных ионов невелика (Iотн до 10%).
Для его ациклического предшественника 80 в масс-спектре ЭИ можно также отметить высокую интенсивность одно- и двухзарядных молекулярных ионов с m/z 812 и 406 (до 40%), однако доля фрагментных ионов с m/z 475, 337, 308 гораздо выше. Масс-спектры фрагментации МАЛДИ Поскольку применение метода ЭИ ограничено диапазоном масс до 1000Да, был выбран метод МАЛДИ масс-спектрометрии для исследования соединений 79-86. Однако применение данного метода потребовало разработки методики и подходов для получения масс-спектров.
В масс-спектрах МАЛДИ низкого разрешения в режиме регистрации положительных ионов наблюдаются пики протонированных [M+H]+ и катионизи-рованных [M+Na]+ и [M+K]+ молекул. В режиме детектирования отрицательных ионов пики ионов исследуемых соединений не регистрируются. N-" " Ph
Масс-спектр фрагментации МАЛДИ соединения 79 имеет схожий характер с масс-спектром ЭИ, с присутствием тех же характеристичных ионов.
В масс-спектре фрагментации циклофана 80 наблюдается интенсивный пик фрагментного иона с m/z 734, вероятно, обусловленный отрывом фениль-ного радикала. Стоит отметить, что в масс-спектрах ЭИ данное направление фрагментации обнаружено не было. В масс-спектре фрагментации для ациклического предшественника 80 также наблюдается пик, соответствующий отрыву фенильного радикала. Однако основные направления фрагментации протони-рованной молекулы идут по путям, установленным для исходного соединения по масс-спектрам ЭИ. Одним из вариантов механизма отрыва фенильного радикала может быть процесс, представленный на рисунке 3. При присоединении протона к иминному атому азота хиноксалиновой системы происходит перераспределение электронной плотности в молекуле, что приводит к изменению кратности связи между индолизиновыми фрагментами. При этом связь С–Ph, по-видимому, ослабевает, что приводит к отрыву фенильного радикала (рисунок 3).
Рисунок 3 Предполагаемый механизм отрыва фенильного радикала в масс-спектрах метастабильных ионов МАЛДИ соединения 80 В масс-спектре фрагментации циклофана 81 наблюдаются интенсивные пики фрагментных ионов c m/z 1546 и 1469, которые обусловлены отрывом одного или двух фенильных радикалов от протонированной молекулы. Образование других фрагментных ионов согласуется с путями фрагментации исходного соединения.
Для ациклического соединения 81 основным направлением является распад протонированной молекулы с разрывом связи между индолизиновыми фрагментами и с образованием иона с m/z 812.
В масс-спектре циклического соединения 82 (рисунок 4а) наблюдается интенсивный пик с m/z 3167, вероятно, обусловленный отрывом фенильного радикала. В случае ациклического соединения 82 (рисунок 4б) более интенсивен пик, соответствующий отрыву двух фенильных радикалов. Наиболее интенсивный пик фрагментного иона с m/z 2434 соответствует отрыву от прото-нированной молекулы фрагмента с m/z 812. Пик иона с m/z 1624 вызван распадом протонированной молекулы на два одинаковых фрагмента.
