Содержание к диссертации
Введение
1 Литературный обзор 9
1.1 Методы синтеза N-гидроксииндолов 9
1.1.1 Восстановительная внутримолекулярная циклизация 9
1.1.2 Синтез N-гидроксииндолов окислением индолов 13
1.1.3 Синтез индолов на основе 4-фтор-3-нитробензойной кислоты 13
1.2 Способы получения 3-замещенных индолов 14
1.2.1 Получение 3-замещенных индолов по реакции Фриделя – Крафтса 14
1.2.2 Получение 3-замещенных индолов с использованием металлокатализа
1.2.3 Получения 3-формилиндолов по реакции Вильсмейера–Хаака 17
1.2.4 Получение 3,3 –бииндолов 19
1.2.5 Другие способы получения 3-замещенных индолов 23
1.3 Галогенирование индолов в 3-е положение гетероцикла 27
1.3.1 Прямое галогенирование индола 27
1.3.2 Хлорирование индолов 29
1.3.3 Бромирование и йодирование индолов в N,N-диметилформамиде 31
1.3.4 Получение 3- галогениндолов при циклизации ацетиленовых соединений 32
1.4 Применение соединений индольного ряда 34
1.4.1 Основные незаменимые БАВ и алкалоиды на основе индола 34
1.4.2 Ингибиторы (МАО – А и Б), содержащие индольный цикл 38
1.4.3 Лекарственных средства на основе индолов 39
1.5 Выводы из литературного обзора 41
2. Химическая часть 42
2.1. Разработка методов синтеза 3-замещенных индолов 43
2.1.1 Синтез 3-хлорзамещенных индол-5,6-дикарбонитрилов 44
2.1.2 Синтез 3-формилзамещенных индол-5,6-дикарбонитрилов 59
2.1.3. Восстановление 3-формилзамещенных индол-5,6-дикарбонитрилов до соответствующих спиртов 62
2.1.4. Синтез 3-бромзамещенных индол-5,6-дикарбонитрилов 65
2.1.5 Синтез 3-ацетилиндолов на основе 4-нитро-5-фенацилфталонитрилов 70
2.1.5.1. Формилирование 4-нитро-5-фенацилфталонитрилов 71
2.1.5 2. Синтез замещенных 3-карбонил индол-5,6-дикарбонитрилов 74
2.2. Разработка методов синтеза индолов на основе продуктов кислотного гидролиза 4-нитро-5-фенацилфталонитрилов 78
2.2.1 Кислотный гидролиз цианогрупп 4-нитро-5-фенацилфталонитрилов под действием ПФК 78
2.2.2 Синтез замещенных 82
2-арил-1-гидроксипирроло[3,4-f]индол-5,7(1H,6H)-дионов 82
2.2.3 Синтез метиловых эфиров из 1-гидрокси-2-(арил)пирроло[3,4-f]индол-5,7(1H,6H)-дионов 85
2.2.4 Синтез 2-арил-индол-5,6-дикарбоновых кислот
2.2.4.1 Синтез 5-нитро-4-фенацилбензол-1,2-дикарбоновых кислот 88
2.2.4.2 Синтез 1-гидрокси-2-арил-1H-индол-5,6-дикарбоновых кислот 91
2.2.5 Синтез 6-замещенных 1-гидрокси-2-(арил)пирроло[3,4-f]индол 5,7(1H,6H)-дионов 95
2.3 Практические результаты работы 99
3 Экспериментальная часть 105
3.1 Методы анализа 105
3.2 Исходные вещества 107
3.3 Методики синтеза продуктов и идентификация полученных соединений 107
Заключение 133
Благодарности 134
Список литературы 135
- Восстановительная внутримолекулярная циклизация
- Получение 3- галогениндолов при циклизации ацетиленовых соединений
- Синтез замещенных 3-карбонил индол-5,6-дикарбонитрилов
- Методики синтеза продуктов и идентификация полученных соединений
Введение к работе
Актуальность работы. Разработка новых методов получения индол-содержащих гетероциклических систем является актуальной задачей синтетической органической химии. Синтез соединений с индольным циклом традиционно является объектом интенсивных исследований, что связано с наличием уникальных свойств у структур данного ряда. 3-Замещенные индолы являются важнейшими составляющими гетероциклов: входят в состав широко используемых лекарственных препаратов (индол-3-карбинол, индомета-цин); стимуляторов роста растений (индолилуксусная кислота) и нейроме-диатора (серотонин); гормона (мелатонин); незаменимой аминокислоты (триптофан); являются составной частью многих алкалоидов и используются в синтезе биологически-активных веществ (БАВ). Замещенные N-гидро-ксииндолы входят в состав ряда природных биологически-активных соединений (нокатиацины). В литературе в настоящее время относительно мало данных о методах синтеза и химических трансформациях индолов, содержащих N-гидроксильный фрагмент, но наряду с этим, растт интерес к практическому использованию этих соединений в качестве перспективных противоопухолевых препаратов, соединений с выраженной бактерицидной активностью. Производные индол-5,6-дикарбоновых кислот (нитрилы, имиды, эфи-ры) так же являются малоизученными соединениями, т.к. до сих пор не разработаны удобные методы синтеза этого типа соединений. Известен лишь способ получения индолдикарбоновых кислот с использованием металлока-тализа по реакции Хека.
Наличие в молекуле двух цианогрупп также придает соединениям важные практические свойства и расширяет синтетические возможности их модификаций. Известно, что орто-расположенные цианогруппы позволяют использовать фталонитрилы в качестве исходных соединений для синтеза фталоцианинов, термостойких полимеров, материалов для оптоэлектроники.
В последнее время возрос интерес к замещнным фталонитрилам и индолам, которые проявили себя в качестве мощных и селективных ингибиторов моноаминоксидазы А (МАО-А) и Б (МАО-Б) и перспективны для лечения нейродегенеративных расстройств. Поэтому при создании новых биологически активных соединений особый интерес представляет сочетание ин-дольного и фталонитрильного фрагментов в одной молекуле.
Данная работа является частью научных исследований, проводимых на кафедре общей и физической химии ЯГТУ, по изучению и синтезу орто-дикарбонитрилов на основе реакции нуклеофильного замещения в различных ароматических субстратах в рамках госбюджетных тем: № 1201354182 (2013 - 2015 г.г.) «Разработка инновационных методов синтеза полифункциональных соединений – биологически активных веществ, мономеров и высокомолекулярных соединений»; № 1201460403 (2014 - 2016 г.г.) «Наномодифика-ция полимерных композиционных материалов и их компонентов».
Цель работы: разработка методов синтеза неописанных в литературе замещнных индолов на основе 5-нитро-4-фенацилфталонитрилов и изучение
свойств синтезированных соединений. Согласно поставленной задаче планировалось осуществить: а) синтез 3-галоген, 3-ацил, 3-формил, 3-гид-роксиметилиндол-5,6-дикарбонитрилов, б) разработать общий метод кислотного гидролиза орто-цианогрупп в 5-нитро-4-фенацилфталонитрилах до соответствующих имидов и дикарбоновых кислот, в) синтезы замещенных 2-арилиндол-5,6-дикарбоновых кислот и пирроло[3,4-f]индол-5,7(1H,6H)-дионов на их основе.
Научная новизна: впервые, предложен и экспериментально реализован, новый общий подход к синтезу индол-5,6-дикарбонитрилов с различными заместителями в положении три: 3-хлор, 3-бром, 3-формил, 3-ацил, 3-гид-роксиметил. Определены особенности использования реагентов при синтезе целевых соединений в зависимости от строения исходного субстрата.
Установлено влияние устойчивости N-гидроксильной группы на направление и продукты реакции при проведении формилирования 2-арил-1-гидрокси-1H-индол-5,6-дикарбонитрилов с использованием реактива Вильс-мейера. Показано, что использование пятихлористого фосфора позволяет получать в качестве основного продукта 3-хлорзамещенные индолы, а в случае применения 2-арил-1-метокси-1H-индол-5,6-дикарбонитрилов преимущественно образуются 3-формил-2-арил-1H-индол-5,6-дикарбонитрилы.
Наряду с этим при использовании N-бромсукцинимида в присутствие перекиси водорода, вероятно, по радикальному механизму получены 3-бром-индол-5,6-дикарбонитрилы с сохранением N-гидроксильной группы.
Разработаны методы синтеза труднодоступных замещенных 6-нитро-5-
фенацил-1H-изоиндол-1,3(2H)-дионов и 4-нитро-5-фенацилфталевых кислот,
основанные на использование кислотного гидролиза цианогрупп в 5-нитро-4-
фенацилфталонитрилах и последующей восстановительной циклизации в
2-арил-1-гидроксипирроло[3,4-f]индол-5,7(1H,6H)-дионы и 2-арил-1-
гидрокси-1H-индол-5,6-дикарбоновые кислоты соответственно.
Установлена последовательность метилирования N-H и O-H-групп в 1-гидроксипирроло[3,4-f]индол-5,7(1H,6H)-дионах йодистым метилом и определены условия селективного синтеза 1-метоксипирроло[3,4-f]индол-5,7(1H,6H)-дионов.
На основе полученных 4-нитро-5-фенацилфталевых кислот впервые осуществлен общий метод синтеза пирроло[3,4-f]индол-5,7(1H,6H)-дионов с различными заместителями в имидном фрагменте (ароматический, алифатический).
Практическая значимость работы: разработаны новые подходы к
синтезу ранее неизвестных или труднодоступных полифункционализирован-
ных производных индол-5,6-дикарбоновых кислот (нитрилы, имиды, эфиры).
Установлено, что ряд синтезированных 3-замещенных индол-5,6-
дикарбонитрилов проявил высокую активность и селективность при ингиби-ровании в субмикромолярных концентрациях МАО-А и МАО-Б.
Разработанные методы могут широко использоваться в органическом синтезе для разработки более сложных гетероциклических БАВ.
Положения, выносимые на защиту: методы синтеза не описанных в литературе замещнных 3-хлор, 3-бром, 3-формил, 3- гидроксиметил, 3-ацил-индол-5,6-дикарбонитрилов. Общий метод синтеза 2-арил-1-гидрокси-1H-индол-5,6-дикарбоновых кислот, 6-замещенных 1-гидро-ксипирроло[3,4-f]индол-5,7(1H,6H)-дионов.
Апробация работы: основные результаты работы доложены на 66-ой научно-технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов ВУЗов с международным участием «Молодежь. Наука. Инновации», г. Ярославль (2013); Всероссийской конференции с международным участием «Современные достижения химии непредельных соединений: алкинов, алке-нов, аренов и гетероаренов», г. С.-Петербург (2014); 67-ой Всероссийской научно-технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов высших учебных заведений с международным участием, г. Ярославль (2014); 5-ой Международной конференции СВС 2015, посвященной 100-летию профессора А.Н. Коста «Химия гетероциклических соединений. Современные аспекты», г. С.-Петербург (2015); International Congress on Heterocyclic Chеmistry «KOST-2015», г. Москва (2015).
Публикации. По теме работы опубликовано 11 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, получены 3 патента РФ.
Личный вклад автора состоит в постановке целей и теоретическом обосновании работы, планировании и проведении экспериментов, синтезов исходных и целевых продуктов, обсуждении и интерпретации результатов.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, химической и экспериментальной частей, выводов, списка литературы. Работа изложена на 150 страницах, включает 11 таблиц, 34 рисунка. Список литературы содержит 159 источников.
Восстановительная внутримолекулярная циклизация
Производные индолов используются в качестве важных промежуточных продуктов синтеза фармакологически активных веществ. Разработаны многочисленные способы синтеза таких соединений. Некоторые методы основаны на классических именных реакциях, таких как Фишера (Fischer) [38, 39], Маделунга (Madelung) [40], Райссерта (Reissert), другие включают в себя использование металлических катализаторов, в частности, переходных металлов, что позволяет получить труднодоступные замещенные индолы из соответствующих исходных материалов в одну стадию. Большинство способов получения 3-замещенных индолов основано на модификации уже готового индольного цикла.
Данный метод основан на ацилировании или алкилировании ароматических соединений в присутствии катализаторов кислотного характера (кислот Льюиса), например: AlCh, BF3, ZnCh, FeCh и находит свое применение для получения ацилзамещенных индолов, причем реакция идет предпочтительно в третье положение индольного цикла (схема 1.10) [41].
Использование кислот Льюиса объясняется их высокой реакционной способностью, они активируют ацильный агент с получением ацилсодержащих катионов или донорно-акцепторных комплексов, что приводит к повышению выхода целевых продуктов и снижению температуры реакции до 0 С и времени реакции до 30 минут. Однако эти реагенты имеют ряд недостатков: высокая стоимость, токсичность, несовместимость с некоторыми агентами ацилирования, способность уменьшать экстракцию целевых индолов [42].
С целью сохранения выгодных свойств и устранения недостатков, выше рассмотренных кислотных катализаторов, был разработан метод регио- и хемио-селектвного ацилирования индолов 1.25 по Фриделю – Крафтсу (Friedel–Crafts) хлорангидридами 1.26 с использованием в качестве катализатора солей циркония ZrCI4 (схема 1.10).
Применение данного способа сводит к минимуму протекание конкурирующих реакций, которые могут возникать вследствие того, что индольный цикл имеет несколько нуклеофильных центров. Этот метод может быть применен для ацилирования индолов в третье положение гетероцикла без защиты атома азота, с использованием в качестве ацилирующих агентов хлорангидридов, содержащих ароматические, гетероциклические и алифатические заместители [43]. Надо отметить, что рассматриваемая реакция (аналогично схеме 1.10), может проходить при температуре 170 С без использования катализаторов [44].
Актуальной является реакция Гриньяра, основанная на взаимодействии арил- или алкилмагнийгалогенного нуклеофила 1.31 с электрофильным атомом углерода хлорангидрида строения 1.32 с образованием новой углерод-углеродной или углерод-гетороатом связи (схема 1.12) [47].
На сегодняшний день разработан эффективный способ получения 3-ацилзамещенных индолов, основанный на взаимодействии незамещенного индола и нитрилов, катализируемый палладием. Реакция ацилирования индола 1.34 4– метилбензонитрилом 1.35 протекает под действием каталитической системы, состоящей из ацетата палладия, 2,2-бипиридина, D(+)-камфорной сульфокислоты и N–метилацетамида в качестве растворителя, при температуре 120 С с образованием целевого продукта 1.36 (схема 1.13) [45, 46].
Среди многочисленных методов формилирования органических соединений наиболее важным является реакция Вильсмейера-Хаака (Vilsmeier-Haak), открытая в 1927 году. Она позволяет получать 3-ацилзамещенные индолы при ацилиро-вании индола в присутсвии РОСЬ [48]. Формилирование индолов, осуществляют при различном молярном соотношении формамидов и РОСЬ, при этом образуется комплекс Вильсмейера (КВ) (схема 1.17), который присоединяется в третье положение индола, образуя неустойчивое енаминовое производное, способное в присутствие основания (водный раствор соды, щелочи) гидролизоваться до формиль-ной группы [49, 50]. Механизм реакции представлен на схеме:
При действии трехкратного избытка КВ на индолоиндолы 1.37 с высоким выходом образуются симметричные диальдегиды - 3,8-диформил-1Я,6Я-индоло[7,6-йиндол 1.38 и 1,6-диформил-ЗЯ,8Я-индоло[5,4-е]индол 1.39 соответственно. Следует отметить, что в описанных условиях диальдегид 1.38 образуется с высокой степенью чистоты и не требует дополнительной очистки для осуществления последующих превращений (схема 1.18) [51, 52].
Разработка способов получение биологически важных бииндолов играет заметную роль в классическом органическом синтезе и современном катализе, это связано с возможностью потенциального применения полученных индолов, а также изучением особенностей протекания реакций при получении подобных структур [54-56].
В литературе имеются данные об образование димерных индолов в различных условиях. Наибольший интерес представляют структуры 3,3 -бииндолов. Известны методы получения этих соединений из замещенных N-гидроксииндолов обработкой последних сульфохлоридами [57] или хлорангидридами [58], окисление PbO2 [59-60] или кислородом в присутствии Fe+3 [61], в ходе фотохимических реакций [62].
Существует не дорогостоящий способ получения 3,3 -бииндолов из 2-[(2-аминофенил) этинил] - фениламин производных 1.42, основанный на действии кислот Бренстеда и арил (гетероарил) - альдегидов 1.43 в качестве исходных реагентов в присутствии каталитического количества HCl. Разнообразие арильных альдегидов с электронно-донорными и электронно-акцепторными заместителями позволило добиться получения 3,3 -бииндолов 1.44 с хорошим выходом (схема 1.20). Установлено, что при использовании орто-замещенных арил - альдегидов, наблюдались низкие выходы, что вероятно, связано с увеличением стерических препятствий при формировании целевых продуктов [63].
Получение 3- галогениндолов при циклизации ацетиленовых соединений
С целью однозначного доказательства строения синтезированных 3-хлорзамещенных индолов 2.5 (а-d) был выращен кристалл соединения 2.5 а из раствора ДМФА и проведен его рентгеноструктурный анализ (Рис. 2.2).
Было установлено, что соединение 2.5 а кристаллизуется в виде сольватно-го комплекса с ДМФА в соотношении 1:1. Индольный фрагмент принимает плоскую структуру, а фенильный заместитель выходит из плоскости индольного цикла так, что угол кручения С7-С8-С9 составляет 28,6 (4). Кристаллическая структура соединения 2.5 а образует с ДМФА относительно сильные водородные связи (N1-H1…O1С, N...0 2.793(3) , H...O 1.94(3) , NHO 173(3)). Это межмолекулярное взаимодействие является самым сильным в кристаллической структуре, вследствие этого происходит «включение» молекул растворителя в кристалл. Также это межмолекулярное взаимодействие используется для объяснения факта формирования сокристаллов или наличие двух или более симметрично независимых молекул в элементарной ячейке [136 - 138]. Кроме того, между атомами хлора двух соседних молекул, связанных с центром симметрии, наблюдается укороченной контакт 3,5622 (13). Это приводит к формированию тетрамерных ассоциатов, состоящих из двух молекул индола и двух молекул ДМФА, в то время как все остальные межмолекулярные взаимодействия Ван-дер-Ваальсевого типа.
На основании полученных экспериментальных данных о строении синтезированных соединений и литературных сведений [139] о хлорировании индолов был предложен возможный механизм реакции, объясняющий образование индолов 2.5 (а-d) (Схема 2.8).
Предполагается, что первоначально протекает взаимодействие POCl3/PCl5 с ДМФА с образованием комплекса Вильсмейера, который затем замещает наиболее положительно заряженный водород, в нашем случае это водород гидроксиль-ной группы (а не водород в положении три) с образованием соответствующего эфира 2.8 и отщеплением дихлорофосфорной кислоты (электрофильное замещение водорода). Образовавшийся эфир неустойчив и подвергается перегруппировке с одновременным отщеплением молекулы ДМФА, и образованием N-Cl производного 2.9, в котором затем наблюдается [1-3]перегруппировка атома хлора от атома азота к атому углерода С-3 с образованием целевого 3-хлориндола 2.5.
Исходя из этого механизма, можно считать, что PCl5/POCl3 в ДМФА образуют реагент Вильсмейера, который выступает при взаимодействии с гидрокси-индолом как хлорирующий агент. Содержащаяся в ДМФА остаточная вода влияет на образование и устойчивость промежуточных продуктов 2.8; 2,9 и как следствие способствует формированию побочных продуктов. Данный механизм также объясняет экспериментальные данные, свидетельствующие об образовании трудно разделимой смеси продуктов реакции при взаимодействии гидроксииндолов с PCl5/POCl3 в сухих растворителях (ТГФ, диоксан), так как вероятно, они непосредственно не являются селективными хлорирующими агентами.
Образование N-Cl-производного при хлорировании индолов известный в химической литературе факт [139]. Поэтому были предприняты попытки выделить промежуточное N-Cl-производное 2.9, для подтверждения, предлагаемого механизма реакции. Для этого реакционную смесь, выливали в ледяную воду и быстро отфильтровывали образовавшийся осадок без предварительной обработки его раствором гидрокарбоната натрия.
На основе данных ЯМР 1Н (ДMСO d6) спектроскопии было установлено, что продукт реакции содержит в качестве примеси около 15 % 3-хлориндола 2.5 а. Основной продукт содержит набор сигналов, в том числе три синглета, которые отличаются по значениям химических сдвигов, как от 2.2 а так и 2.5 а. Наличие примеси 3-хлориндола 2.5 можно объясняется тем, что, при использовании в качестве растворителя ДМСО для записи ЯМР 1Н спектра, который содержит остаточное количества воды, в полярном апротонном растворителе постепенно происходит 1,3-перегруппировка продукта 2.9 а и в результате частично образуется 3-хлориндол 2.5. При использовании дейтерохлороформа для записи ЯМР 1Н спектра (Рис. 3) фиксировался набор сигналов одного продукта, где в слабопольной области наблюдаются три синглета (8.17, 9.06, 9.13 м.д.), относящиеся к индоль-ному циклу, и не было ни одного слабопольного сигнала (более 10 м. д.), который можно было отнести к N-H протону.
В спектре ЯМР 13С выделенного промежуточного продукта 2.9 наблюдался аномально слабопольный сигнал углерода (160 м.д.), не характерный для индоль-ного цикла, где самый слабопольный сигнал не превышает значение 145м.д. Кроме того, был зафиксирован молекулярный ион [M+]=277(100) и [M+]=279(33), соответствующий брутто-формуле хлориндола. Учитывая все данные можно утверждать, что выделенный продукт соответствует по строению именно N-хлориндолу 2.9 а, что подтверждает общепринятый механизм хлорирования индольного цикла [93-95].
Синтез замещенных 3-карбонил индол-5,6-дикарбонитрилов
Большой интерес представляла разработка селективных методов бромиро-вания индол-5,6-дикарбонитрилов с целью расширения ряда потенциальных биологически активных соединений Первоначально были предприняты попытки провести бромирование N-гидроксииндолов жидким бромом в уксусной кислоте и диоксане. Установлено, что реакция протекала более активно, чем хлорирование соответствующих индолов, и при этом образовывалась, как правило, смесь продуктов моно-, дибромирования и даже частичного гидролиза циангрупп, осуществляющего в результате выделения бромоводорода в ходе реакции. Предположить строение этих структур удалось с использованием данных ИК-спектроскопии и масс-спектрометрии. Однако разработать методику селективного получения продуктов монобромирования с использованием жидкого брома так и не удалось.
В связи с вышесказанным, было предложено использовать в качестве бро-мирующего агента N-бромсукцинимид, однако известные методики также не дали удовлетворительного результата.
Взаимодействие индол-5,6-дикарбонитрилов 2.2 (а-c) с N бромсукцинимидом 2.14 проводили в растворе уксусной кислоты в присутствии каталитических количеств 50% пероксида водорода при температуре не выше 40 С в течение 8-23 ч. В качестве основного продукта были получены 3-броминдол-5,6-дикарбонитрилы 2.15 (а-c) (схема 2.14). Время реакции определяется природой заместителя, так наиболее активно реагировали индолы с донорными заместителями (R = 4-MeC6H4, R = 4-MeOC6H4), а медленно бромировался гидрокси-индол с фенильным заместителем. о
Строение синтезированных соединений было подтверждено совокупностью данных ИК-, ЯМР-спектроскопий и масс-спектрометрией, а также РСА. Исследование продуктов методом масс-спектрометрии показало, что в состав этих структур входит один атом брома, а также сохраняется гидроксильная группа. Масс-спектры, характеризовались низкой интенсивностью молекулярного иона, который представлен двумя пиками, по интенсивности совпадающими с природным соотношением изотопов брома. Наиболее интенсивным был зафиксирован ион - [М-16]+, являющийся типичным для 1-гидроксииндолов [131]. По данным ЯМР-спектроскопии в соединениях 2.15 (а-c) наблюдался уширенный синглет протона N-OH в области 12.2-12.4 м.д., а также сигналы протонов ароматического заместителя и фталонитрильных протонов в области 8.27-8.41 м.д. (Рис. 2.13).
Было установлено, что соединение 2.15 а кристаллизуется в виде сольват-ного комплекса с ДМФА в соотношении 1:1. Индольный фрагмент принимает плоскую структуру, а фенильный заместитель выходит из плоскости индольного цикла так, С2-С1-С9-С14 составляет 41,2 (2). Кристаллическая структура соединения 2.15 а образует с ДМФА относительно сильные водородные связи ДМФА (1-H1…O1С, N...0 2.585(3) , H...O 1.76(5) , NHO 108(5)). Это межмолекулярное взаимодействие является самым сильным в кристаллической структуре, вследствие этого происходит «включение» молекул растворителя в кристалл. Также это межмолекулярное взаимодействие используется для объяснения факта формирования сокристаллов или наличия двух или более симметрично независимых молекул в элементарной ячейке [136-138].
Схема 2.15 Данный метод бромирования гидроксииндолов с сохранением гидроксильной группы, не описан в химической литературе, и вероятный механизм принципиально отличается от представленного выше для реакции хлорирования. Мы предположили, что в этом случае основным является радикальный механизм реакции бромирования индол-5,6-дикарбонитрила в присутствии перекиси водорода (схема 2.15), которая при нагревании распадается и при взаимодействии с N-бромсукцинимидом генерирует бром-радикал, атакующий наиболее реакционно-способное третье положение индола. Реакция является цепной, что косвенно подтверждается не эквимолекулярным количеством добавляемого инициатора реакции.
Для подтверждения наличия N-гидроксильной группы в синтезированных индолах 2.15 (a-c) было проведено их метилирование йодистым метилом, с использованием карбоната калия в качестве депротонирующего агента, в растворе ДМФА при температуре 40 С в течение 2-4 ч. с получением целевых N-метокси-3-броминдолов 2.16 (а-с) (схема 2.16).
Строение синтезированных индолов 2.16 (а-с) подтверждено совокупностью данных ИК-, ЯМР-спектроскопий и масс-спектрометрией. По данным масс-спектрометрии, синтезированные N-метокси-3-броминдолы 2.16 (а-с) оказались более устойчивы к электронному удару, о чем свидетельствуют зафиксированные интенсивные сигналы молекулярного иона и основное направление фрагментации [М-ОМе]+ (Рис. 10). Рисунок 2.15. Фрагмент ЯМР 1Н спектра 3-бром-1-метокси-2-фенил-1H-индол-5,6-дикарбонитрила 2.16 а
По данным ЯМР-спектроскопии в соединениях 2.16 (а-c) наблюдаются характерные сигналы фталонитрильных протонов в области 8.33-8.56 м.д. и меток-си-группы около 3.90 м.д., а также сигналы протонов ароматического заместителя (Рис. 2.15).
В химической литературе известны методы получения 3 карбонилзамещенных индолов, основанные на прямом ацилировании гетероцикла хлорангидридами кислот [43-44] или на получении дикарбонильных соединений по реакции Кляйзена [37] с последующей циклизацией в индольный цикл. Однако для структур 2.1 провести синтез дикарбонильного соединения 2.17 оказалось невозможно, так как в основных условиях, как показали предыдущие работы [143], структура 2.1 легко переходит в 1,2-бензоизоксазол 2.19. Кроме того, само соединение 2.1 получают по реакции ретро-Кляйзена дикарбонильного производного, происходящей как в кислой, так и в основной средах, поэтому этот метод был отвергнут, как не перспективный. Ацилирование индолов хлорангидридами кислот не было нами рассмотрено, так как этот способ хорошо изучен, а в нашем случае могли возникнуть осложнения, связанные с низкой растворимостью и активностью исходного субстрата, а также возможными побочными реакциями по N-гидроксильной группе.
Методики синтеза продуктов и идентификация полученных соединений
Характерный сигнал N-ОН группы, по данным ЯМР 1Н спектроскопии, наблюдался в диапазоне 11.85-12.00 м.д., (как исключение для R1=2hienyl 12.23 м.д.), а протон Н-3 в 6.85-7.05 м.д. (Рис. 2.33). Индолы 2.33 (a-h) также оказались неустойчивы под действием электронного удара, и молекулярный ион удалось зафиксировать только в условиях ионизации электроспреем (LCMS).
С целью поиска путей возможного практического применения синтезированных соединений был осуществлен их виртуальный скрининг с помощью программы PASS (http://www.pharmaexpert.ru/PASSOnline/). В результате для большинства структур с вероятностью более 70% было предсказано проявление биологической активности. Так, например, 3-галогензамещенные индолы (2.11, 2.15) показали высокие значения в качестве антогонистов интерлейкина 8 с вероятностью более 80 % (табл. 2.10).
Известно, что производные индолов [115-123] и фталонитрилов [23] проявляют ингибирующее действие на моноаминоксидазы А и Б человека, поэтому были проведены соответствующие испытания большинства синтезированных соединений, в фармацевтической лаборатории в центре передовых технологий для фармацевтических наук Северо-Восточного университета г. Потчефструм Южная Африка (Centre of Excellence for Pharmaceutical Sciencec, North-West University, Potchefstrooм, South Africa) под руководством профессора Дж. Петцера (Jacobus Petzer).
Результаты исследований по ингибированию MAO представлены в таблице 2.11. Как правило, производные индол-5,6-дикарбонитрилов являются специфическими ингибиторами МАО-А. Установлено, что одними из наиболее эффективных ингибиторов МАО, среди индол-5,6-дикарбонитрилов, являются 3-хлориндолы 2.5 и 3-формилиндолы 2.12 со значениями IC50 для ингибирования МАО-А в диапазоне субмикромолярных концентраций. В последнее время дикар-бонитрилы стали рассматривать как привилегированные структуры для дизайна ингибиторов МАО [157]. Кроме того, установлено, что фталоимиды, являются ингибиторами МАО, с большей селективностью по отношению к МАО-Б изоформе [119].
Исследование показали, что производные индол-5,6-дикарбонитрила, такие как 2.5 (b, c), являются мощными ингибиторами монооксидаз А и Б человека. Благодаря выявленной активности синтезированных соединений, была установлено взаимосвязь структура-свойство (SAR) для индол-5,6-дикарбонитрилов. Важность нитрильных групп продемонстрирована тем фактом, что их структурные гомологи - дикарбоновые кислоты обладают слабыми МАО ингибирующими свойствами и в большинстве случаев проявляют IC50 100 мкМ. Даже их этери-фикация не приводит к улучшению ингибирования. Поэтому, для индол-5,6-дикарбонитрилов с определенными заместителями могут быть получены хорошие результаты селективного ингибирования определенной изоформы МАО. Это хорошо подтверждается на примере соединения 2.12 c (селективность 680), проявляющего сильное ингибирование МАО-А и слабое - МАО-Б. Поскольку другие гомологи, например, 2.12 (a, b), также проявляют высокий потенциал МАО-ингибирования изоформ А и Б (SI = 185 и 192 соответственно), можно сделать вывод, что 1-метокси - 3-формил-1-метокси индола-5,6 дикарбонитрилы являются жизнеспособной стратегией для разработки МАО - А селективных ингибиторов. Замещенные 3-хлор-1Н-индол-5,6-дикарбонитрилы, например, 2.5 (b, c) обладают значительно более сильными ингибирующими свойствами МАО-А (IC50 = 0.004-0.121 мкм) и МАО-Б (IC 50 = 0.017-1.27 мкм), но они не проявляют селективную избирательность для изоформы А и Б (SI = 1.2-10.8). Однако следует отметить, что метилированные индол-5,6-дикарбонитрилы, такие как, 2.11 d, также представляют собой класс соединений с сильными селективными МАО свойствами ингибирования: МАО-А с IC50 значениями 0.035-19.4 мкм и МАО-Б с значением IC50 100 мкМ. Еще один интересный результат, соответствующий литературным данным о соединениях с фталоимидным фрагментом, являющихся сильнодействующими селективными ингибиторами МАО-Б, был выявлен для имидов 2.23 c, 2.24 b, 2.25 b, 2.26 a. Полученные результаты исследований производные индол-5,6-дикарбонитрилов по значениям ингибирования превосходят известные МАО-А и МАО-Б ингибиторы, такие как toloxatone [IC50 (МАО-А) 3,92 мкм.] и lazabemide [IC50 (МАО-Б) = 0,091 мкм.].
Наилучший потенциал и селективность ингибирования изоформ МАО, показал индол 2.12 c, который может представлять собой соединение-лидер, при разработке лекарств, использующихся для лечения различных заболеваний, таких как депрессия, рак предстательной железы и некоторых кардиомиопатий. IC50 значения МАО ингибирования испытуемых соединений, были измерены с помощью рекомбинантных человеческих МАО-А и МАО-Б ферментов, а так же Кинурамина (kynuramine 3-(2-аminophenyl)- 3- oxopropanamine) - субстрата для обоих ферментов, который окисляется монооксидазой А и Б с получением 4-гидроксихинолина (флуоресцентный метаболит), количество последнего измеряется с помощью флуоресцентной спектрометрии [158].
После измерения скорости окисления kynuramine в отсутствии и в присутствии испытуемого ингибитора (0.003-100 мкм), строятся кривые сигмоидальной зависимости доза-эффект в трех экспериментах, из которых определяются величины IC50. Пример такой сигмоидальной кривой доза-ответ приведен на рисунке 2.34. Так как значения IC50, ранее определенные для производных индол-5,6-дикарбонитрила, были сделаны в одинаковых условиях, то возможно непосредственное сравнение полученных данных ингибирования, зафиксированных в разное время.