3-Замещенные 2Н-хромен-2-оны в синтезе кислород-, азот-, серасодержащих гетероциклических гибридов

CИНТЕЗ ГИБРИДНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ 2Н-ХРОМЕН-2-ОНА
1.1 Получение замещенных 1-(2-oксo-2H-хромен-3-ил)бутан-1,3-дионов Разработаны условия взаимодействия о-гидроксибензальдегидов 1а-d c 4-гидрокси- 6-метил-2Н-пиран-2-оном 2 в спирте в условиях реактора высокого давления. Показано преимущество данного метода по сравнению с кипячением в спирте – увеличение выхода
продуктов до 92%, а также сокращение времени проведения синтеза до 5 минут.
1.2 Взаимодействие 1-(2-oксo-2H-хромен-3-ил)бутан-1,3-дионов с полинуклеофильными соединениями
1-(2-Оксo-2H-хромен-3-ил)бутан-1,3-дионы 3a-d являются интересными в химическом отношении соединениями, однако, их реакционная способность изучена недостаточно. Наличие нескольких электофильных центров открывает большие возможности получения на их основе новых гетероциклических структур. Нами разработаны оптимальные условия получения 3-(3-метил-1H-пиразол-5-ил)-2H-хромен-2- онов 6a-d на основе взаимодействия ряда 1-(2-оксo-2H-хромен-3-ил)бутан-1,3-дионов 3a-d с семикарбазидом 4 в условиях реактора высокого давления в этаноле. Существование последних возможно в двух таутомерных формах, спектральные характеристики которых идентичны. Образование возможного продукта 5-метил-3-(2-oксo-2H-хромен-3-ил)-1H- пиразол-1-карбоксамида 5 не наблюдается.
С целью получения соединений, содержащих карбоксамидный фрагмент, условия конденсации были изменены на более мягкие – кипячение в этаноле при атмосферном давлении. Это привело к увеличению времени реакции с 5 минут до 3 часов, однако добиться получения 5-метил-3-(2-oксo-2H-хромен-3-ил)-1H-пиразол-1-карбоксамидов так и не удалось. При изменении активации реакционной смеси на микроволновую удалось получить 5-гидрокси-5-метил-3-(2-oксo-2H-хромен-3-ил)-4,5-дигидро-1H-пиразол-1-
5
карбоксамид 7. Этот метод оказался эффективным только в случае использования незамещенного 1-(2-oксo-2H-хромен-3-ил)бутан-1,3-диона 3а.
Выделение 3-(3-метил-1H-пиразол-5-ил)-2H-хромен-2-онов 6a-d и 5-гидрокси-5- метил-3-(2-oксo-2H-хромен-3-ил)-4,5-дигидро-1H-пиразол-1-карбоксамида 7 в более мягких условиях позволяет считать соединение 7 полупродуктом на пути получения соединений 6a-d. Строение представленных структур подтверждается методами ЯМР 1Н, 13С, HSQC, HMBC спектроскопии.
3-(5-метил-1H-пиразол-3- ил)-2H-хромен-2-она 6а и сольвата 3-(3-метил-1H-пиразол-5-ил)-2H-хромен-2-она
Результаты РСА зарегистрированы в Кембриджском центре кристаллографических данных под номерами CCDC 2010770 и 2010769 и могут быть запрошены свободно по адресу www.ccdc.cam.ac.uk/data_request/cif
Квантовохимические расчёты проводили в рамках теории функционала плотности (DFT) в программном пакете GAUSSIAN09 на вычислительном кластере Саратовского национального исследовательского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского.
Согласно данным РСА, соединение 6a кристаллизуется в хиральной пространственной группе P212121 (рис. 1.2.1), соединение 6а*– в центросимметричной пространственной группе P21/c в виде сольвата с уксусной кислотой 1:1 (рис. 1.2.2). Молекулы в кристаллах 6a и 6а* неэквивалентны и являются закреплёнными таутомерными формами. Так, в кристалле 6а обнаруживается 3-(5-метил-1H-пиразол-3-ил)-2H-хромен-2- он, в то время в кристалле сольвата 6а* атом водорода в пиразольном кольце локализован у другого атома азота, и молекула пиразолилхроменона структурно является 3-(3-метил-1H- пиразол-5-ил)-2H-хромен-2-оном. Оба пиразолилхроменона приблизительно плоские: RMSD для 6а 0.036 Å, RMSD для 6а* 0.058 Å. Хроменоновые фрагменты имеют близкие геометрические параметры, характерные для подобных планарных 3-гетарилхроменонов.
В продолжение исследований химии сложнопостроенных систем, включающих
хроменоновый фрагмент, нами осуществлен синтез и изучено кристаллическое строение
двух таутомерных представителей ряда пиразолилхроменонов:
Кристалл соединения 6а получен перекристаллизацией из ДМСО, сольват соединения 6а*
выделен из уксусной кислоты.
Рисунок 1.2.1. Общий вид молекулы соединения 6а по данным РСА. Тепловые
эллипсоиды показаны на уровне 30%-й вероятности
Рисунок 1.2.2. Независимая часть элементарной ячейки сольвата 6а* по данным РСА. Тепловые эллипсоиды показаны на уровне 30%-й вероятности
Все длины связей и валентные углы в пиразольных циклах принимают типичные для соответствующих фрагментов значения. Кратные связи в циклах сильно делокализованы, что характерно для гетероароматических структур.
6а*.
Таутомерные пиразолилхроменоны 6а и 6а* в кристаллах закреплены в виде различных ротамеров, обусловленных вращением пиразольного цикла относительно хромен-2-онового вокруг связи C(1)–C(10) на 180°. Такое отличие в конформациях может быть связано с тем, что каждый из таутомеров существует в такой форме, которая предполагает стабилизацию путём образования максимального количества водородных связей, что подтверждается большей (на 2.20 ккал/моль) термодинамической стабильностью структуры 6а*, по сравнению с 6а, согласно квантовохимическим расчётам. Моделирование вращения пиразольных колец в обеих структурах показало, что обнаруженное в кристалле 6а состояние отвечает минимуму энергии, что, вероятно, объясняется образованием внутримолекулярной водородной связи (ВВС) между винильным атомом водорода пиразольного кольца и атомом кислорода карбонильной группы, а энергетический барьер вращения составляет ~6.53 ккал/моль и обусловлен структурой с ортогональным расположением пиразольного кольца по отношению к плоскости хроменонового фрагмента, что предполагает отсутствие сопряжения в молекуле. Эта величина энергетического барьера вращения на 1.89 ккал/моль ниже, по сравнению с таковым в соединении 6а*, что обусловлено структурой с отсутствием сопряжения всех трёх колец, аналогично 6.
Переход из структуры 6а в структуру 6а* возможен двумя путями, включающими таутомерный перенос протона между двумя атомами азота и поворот пиразольного кольца в разной последовательности. Исходя из величин энергетических барьеров, можно сделать вывод о первоначальном таутомерном переносе, поскольку ротамеризация в молекуле 6а менее выгодна на 3.53 ккал/моль.
Рисунок 1.2.3. Относительные энергии образования 6а и 6а* в разных конформациях Молекулы пиразолилхроменов в кристаллах 6а и сольвата 6а* упакованы различным
образом (рис. 1.2.4).
Рисунок 1.2.4. Упаковка соединения 6а (слева) и комплекса 6a* с молекулой уксусной кислоты (справа) в кристаллах
Квантовохимические расчёты энергии нековалентных взаимодействий показывают, что образование димера из изолированных молекул 6a выгоднее на 5.70 ккал/моль, что сопоставимо с энергиями нековалентных взаимодействий стекингового типа. Образование тримера, содержащего две эквивалентные МВС, выгоднее на 16.94 ккал/моль, что даёт оценку энергии одной ВМС в 5.62 ккал/моль. Таким образом, в кристалле 6a наблюдается
5,00 2,50 0,00
4,46
2,20
0,00
7
Относительная энергия, ккал/моль

стабилизация путём как образования МВС, так и плоскопараллельного π-π-стекинга, причём энергетически данные нековалентные взаимодействия оказываются очень близки.
Энергия сольватации молекулой уксусной кислоты пиразолилхроменона в 6a* составляет 11.53 ккал/моль, учитывая, что фактически образуются две МВС.
В ходе дальнейших исследований проведена замена семикарбазида 4 заменен на его тиоаналог – тиосемикарбазид 8. Полинуклеофильный агент 8 был введён в ряд взаимодействий с 1-(2-oксo-2H-хромен-3-ил)бутан-1,3-дионами 3a-d. Первоначально конденсация проводилась в реакторе герметичных сосудов, в условиях аналогичных представленным выше. Показано, что в результате взаимодействия в реакторе получается ряд продуктов, чьи физико-химические характеристики идентичны таковым для ранее полученных соединений 6a-d.
Изменение условий на более мягкие – кипячение смеси 1-(2-oксo-2H-хромен-3- ил)бутан-1,3-дионов 3a-d с тиосемикарбазидом 8 в этаноле при атмосферном давлении, в отличие от варианта конденсации с семикарбазидом 4, позволило получить ряд ранее неизвестных 5-гидрокси-5-метил-3-(2-oксo-2H-хромен-3-ил)-4,5-дигидро-1H-пиразол-1- карботиоамидов 9a-d. Последние можно рассматривать как интермедиаты в синтезах пиразолилхроменонов 6a-d.
Использование микроволнового метода активации реакционной смеси, в случае тиосемикарбазида 8 оказалось не эффективным.
1.3 Синтез соединений, сочетающих хроменоновый и димедонильный фрагменты
В современной печати мало представлены способы получения гибридных систем на основе димедона и хроменона, хотя известно, что данные субстраты обладают рядом ценных свойств. Нами был получен ряд ранее неизвестных 4-гидрокси-3-((2-гидрокси-4,4-диметил- 6-оксоциклогекс-1-ен-1-ил)арилметил)-2H-хромен-2-онов 12a-g, взаимодействием замещенных ароматических альдегидов 1f-l, 4-гидрокси-2Н-хромен-2-она 10 и димедона 11. Превращение протекало в one pot режиме при кипячении исходных реагентов в этаноле в присутствии L-пролина в качестве катализатора. Данный метод проведения синтеза позволяет селективно получить 4-гидрокси-3-((2-гидрокси-4,4-диметил-6-оксоциклогекс-1- ен-1-ил)арилметил)-2H-хромен-2-оны, содержащие различные заместители в ароматическом кольце ( R = 2-OMe, 4-OMe, 2,4-OMe, 3,4-OMe, 3-OMe-4-ОН, 2-NO2, 4-Br) и
две енолизированные группы в димедонильном и хроменоновом фрагменте – 4-гидрокси-3- ((2-гидрокси-4,4-диметил-6-oксоциклогекс-1-ен-1-ил)арилметил)-2H-хромен-2-онов 12a-g.
Строение 4-гидрокси-3-((2-гидрокси-4,4-диметил-6-oксоциклогекс-1-ен-1- ил)(арил)метил)-2H-хромен-2-онов 12а-g подверждено методами ЯМР 1Н, 13С, HSQC, HMBC спектроскопии.
Установлено, что при использовании 2,4,6-триметоксибензальдегида в аналогичных условиях неожиданно возникает продукт взаимодействия двух молекул 2Н-хромен-2-она и одной молекулы димедона – 7-(4-гидрокси-2-oксo-2H-хромен-3-ил)-10,10-диметил- 7,9,10,11-тетрагидро-6H,8H-хромено[4,3-b]хромен-6,8-дион 13.
Можно полагать, что последний, вероятно, образуется в результате отщепления пространственно затрудненного триметоксифенильного фрагмента от промежуточного соединения 14 что приводит к халкону, который присоединяет вторую молекулу 4- гидрокси-2Н-хромен-2-она 10. Последующее отщепление воды приводит к формированию пиранового гетерофрагмента и образованию 7-(4-гидрокси-2-oксo-2H-хромен-3-ил)-10,10- диметил-7,9,10,11-тетрагидро-6H,8H-хромено[4,3-b]хромен-6,8-диона 13. Структура соединения 13 подтверждена нами данными ЯМР 1Н, 13С, HSQC, HMBC спектроскопии.
Известно получение лишь трёх представителей ряда хроменилксантенонов, нами расширен ряд подобных соединений. Введение о-гидроксибензальдегидов 1a-d и нафтальдегида 1е, в реакции конденсации с 4-гидрокси-6-метил-2Н-пиран-2-оном 2 4- гидрокси-2Н-хромен-2-оном 10 и димедоном 11 в присутствии L-пролина, как катализатора, был получен ряд 9-(4-гидрокси-2-oксo-2H-хромен-3-ил)-3,3-диметил-2,3,4,9-тетрагидро- 1H-ксантен-1-онов 14a-f, механизм получения которых аналогичен таковому для соединений 12a-g, однако имеет дополнительную стадию формирования пиранового гетерокольца путём отщепления воды.
Использование в реакции конденсации хроменона 10 и пирона 2 с димедоном 11 и замещенными о-гидроксиальдегидами/нафтальдегидом позволило получить ряд 14a-f. Реакция проводилась также с использованием катализатора L-пролина. Схема получения имеет дополнительную стадию дегидратации, которая приводит к формированию пиранового кольца.
1.4 Взаимодействие 1,5-диоксосоединений с уксусным ангидридом
Полициклические конденсированные соединения получены нами обработкой исходных трикетонов 12a-g уксусным ангидридом. В результате с количественным выходом получены продукты О-гетероциклизации 15a-g. Строение которых подтверждается строение которых подтверждается данными ЯМР 1Н, 13С, HSQC, HMBC спектроскопии.
4-гидрокси-3-((2-гидрокси-4,4-диметил-6-оксоциклогекс-1-ен-1-ил)(арил)метил)-2H- хромен-2-онов 12a-g с уксусным ангидридом, получены 7-арил-10,10-диметил-7,9,10,11- тетрагидро-6H,8H-хромено[4,3-b]хромен-6,8-дионы 15a-g,
В ЯМР 1Н спектрах выделенных 7-арил-10,10-диметил-7,9,10,11-тетрагидро-6H,8H- хромено[4,3-b]хромен-6,8-дионов 15a-g, по сравнению со спектрами исходных соединений следует отметить отсутствие сигналов гидроксильных групп в слабом поле, смещение сигнала метинового протона в более сильнопольную область – 4.87-5.15 м.д. В связи с жесткой фиксацией димедонильного кольца проявляется магнитная неэквивалентность протонов метиленовых звеньев, в результате чего каждое из метиленовых звеньев отображается в спектре в виде дублета дублетов при 2.45-2.63 и 2.13-2.28 м.д. Это объясняется фиксацией димедонильного кольца в результате чего его вращение вокруг простой С-С связи оказывается невозможным, что приводит к возможности реализации ассиметричного пространственного строения фрагмента.
Учитывая, что соединение 14а содержит в структуре 1,5-дикарбонильный фрагмент также изучена возможность их О-гетероциклизации. Проведено нагревание 9-(4-гидрокси- 2-oксo-2H-хромен-3-ил)-3,3-диметил-2,3,4,9-тетрагидро-1H-ксантен-1-oна 14а с уксусным ангидридом, в качестве циклизующего агента.
В ходе реакции выявлено, что в реакционной смести по истечению 4 часов устанавливается равновесие между открытой формой 14а и полуацетальным продуктом 5a- гидрокси-7,7-диметил-5a,6,8,13b-тетрагидро-7H,14H-храмено[3′,4′:5,6]пирано[2,3,4- kl]ксантен-14-оном 14. Дальнейшая температурная обработка реакционной смеси так и не
10

привела к смещению равновесия и не позволила получить индивидуальный циклический продукт 18. В результате была выделена смесь открытой 14 и полуацетальной формы 16. Исходя из анализа интегральных интенсивностей сигналов в ЯМР 1Н спектре выявлено, что соединения 14а и 16 соотносятся друг с другом как 1: 1.
7-Арил-10,10-диметил-7,9,10,11-тетрагидро-6H,8H-хромено[4,3-b]хромен-6,8-дионы 15a-е представляют собой полифункциональные соединения, содержащие несколько электроно-дефицитных центров, что позволяет использовать их в реакциях с нуклеофильными агентами. Нами изучено взаимодействие дионов 15a-е с полинуклеофильным агентом тиосемикарбазидом 8. Установлено, что реакция протекает с участием димедонильной карбонильной группе оксосоединений 15а-е. Присоединение тиосемикарбазида 8 происходит с участием гидразинового фрагмента ввиду его большей активности, по сравнению с тиоамидным. Результатом реакции явлилось получение 2-(7- арил-10,10-диметил-6-oксo-7,9,10,11-тетрагидро-6H,8H-хромено[4,3-b]хромен-8- илиден)гидразин-1-карботиоамидов 17a-е с выходами 44-51%.
1.5 Взаимодействие 7-арил-10,10-диметил-7,9,10,11-тетрагидро-6H,8H-хромено[4,3-
b]хромен-6,8-дионов с тиосемикарбазидом
В ЯМР 1Н спектре 2-(7-(2-метоксифенил)-10,10-диметил-6-oксo-7,9,10,11- тетрагидро-6H,8H-хромено[4,3-b]хромен-8-илиден)гидразин-1-карботиоамида 17а-е по сравнению со спектром исходных соединений 15a-е присутствуют сигналы двух протонов тиоамидной группы расположеных при 6.22–6.25 и 8.17–8.25 м.д., а синглет NH протона находится при 8.50–8.54 м.д., что подтверждается отсутствием корреляционных сигналов в HSQC спектре, в остальном спектральная картина аналогична. Наличие сигналов в HMBC спектре при 8.52/145.2 м.д. и 8.52/178.8 м.д., отвечающих за взаимодействие тиоамидного протона гидразинового фрагмента с α-углеродным атомом дигидропиранового фрагмента, а также с иминным атомом углерода, соответственно, свидетельствует о формировании тиосемикарбазона 17а.
Разработаны условия прямого синтеза карботиоамидов 17a-e из исходных 4- гидрокси-3-((2-гидрокси-4,4-диметил-6-оксоциклогекс-1-ен-1-ил)арилметил)-2H-хромен-2- онов 12a-e кипячением с тиосемикарбазидом 8, исключая стадии выделения соединений 15а-е
Данный путь позволил получить соединения 17a-e с лучшими выходами (72-83%), однако, следует отметить возросшее время протекания реакции до 15 часов.
Таким образом показана возможность функционализации 15а-е и их предшественников 12a-e в реакции с тиосемикарбазидом. Установлено что при наличии нескольких реакционных центров взаимодействие осуществляется избирательно по карбонильной группе димедонильного фрагмента. Нами впервые получены 2-(10,10- диметил-6-oксo-7-арил-7,9,10,11-тетрагидро-6H,8H-хромено[4,3-b]хромен-8- илидин)гидразин-1-карботиоамиды 17a-e исходя из 4-гидрокси-3-((2-гидрокси-4,4- диметил-6-оксоциклогекс-1-ен-1-ил)арилметил)-2H-хромен-2-онов 12a-e прямым взаимодействием с тиосемикарбазидом 8.
Тиазольный гетерофрагмент встречается в различных природных веществах, например, в витамине В1, играющем важную роль в обмене веществ человека и животных. В литературе обсуждается построение такого фрагмента путём взаимодействия карботиоамидов с 3-бромацетил-2Н-хромен-2-оном 18, продуктом реакции являются тиазолилхроменоны обладающие анальгезирующими, антибактериальными, противосудорожными, противопаразитарными, противовоспалительными и гербицидными свойствами. Гибридные системы, сочетающие в одной молекуле несколько фармакофорных фрагментов получены нами взаимодействием впервые синтезированных соединений 17а-е с бромацетилхроменоном 18. Установлено, что формирование дополнительного тиазольного фрагмента осуществляется легко, с участием тиоамидной группы. 10,10- Диметил-8-(2-(4-(2-oксo-2H-хромен-3-ил)тиазол-2-ил)гидразилиден)-7-арил-8,9,10,11- тетрагидро-6H,7H-хромено[4,3-b]хромен-6-oны 19a-e получены с выходом от 71 до 97%.
1.6 Получение гибридных 10,10-диметил-8-(2-(4-(2-oксo-2H-хромен-3-ил)тиазол-2-
ил)гидразилиден)-7-арил-8,9,10,11-тетрагидро-6H,7H-хромено[4,3-b]хромен-6-oнов
В ЯМР 1Н спектрах соединений 19a-e, по сравнению с исходными соединениями 17а- е, наблюдается изменение характера проявления сигналов протонов метиленовых звеньев, отсутствуют сигналы протонов тиоамидной группы. Отмечены сигналы винильного протона тиазольного гетерокольца при 7.90 – 8.15 м.д. Также обнаруживаются сигналы винильного протона хроменонового кольца при 8.48 – 8.52 м.д. и уширенного сигнала NH группы расположеного при 10.23 – 10.61 м.д. В двумерном корреляционном спектре HSQC 10,10-диметил-8-(2-(4-(2-oксo-2H-хромен-3-ил)тиазол-2-ил)гидразилиден)-7-(2- метоксифенил)-8,9,10,11-тетрагидро-6H,7H-хромено[4,3-b]хромен-6-oна 19а отмечаются отсутствовавшие в спектре исходных соединений сигналы при 7.90/110.3 м.д., принадлежащий винильному протону вновь сформированного тиазольного гетерокольца, а также сигнал винильного протона хроменонового фрагмента при 8.48/139.0 м.д.
1.7 Взаимодействие 1,5-диоксосоединений с азотсодержащими нуклеофилами
Известны способы синтеза хроменохинолиндионов трехкомпонентным взаимодействием с участием аминодимедона или 4-аминокумарина. Нами проведена попытка N-гетероциклизации соединений ряда 4-гидрокси-3-((2-гидрокси-4,4-диметил-6- оксоциклогекс-1-ен-1-иларилметил)-2H-хромен-2-онов 12а-е, однако однореакторное взаимодействие 4-гидрокси-3-((2-гидрокси-4,4-диметил-6-оксоциклогекс-1-ен-1-ил)(2- метоксифенил)метил)-2H-хромен-2-она 12а с ацетатом аммония не дало результатов. Альтернативный подход – использование четырехкомпонентного превращения с
добавлением к исходной смести реагентов избытка ацетата аммония, позволил получить 10,10-диметил-7-арил-7,10,11,12-тетрагидро-6H-хромено[4,3-b]хинолин-6,8(9H)-дионы 20a-e с выходом 40-47%.
Вероятно, первоначально происходит взаимодействие избытка ацетата аммония с 4- гидрокси-2Н-хромен-2-оном 10 или димедоном 11, оба из представленных вариантов получения аминопроизводных равновероятны в данных условиях и могут осуществляться параллельно. Дальнейшие стадии формирования продуктов 20а-е аналогичны с таковыми при образовании соединений 12а-е, за исключением дополнительной стадии – N- гетероциклизации с получением дигидропиридинового фрагмента.
Такой путь получения замещенных дигидропиридинов, применительно к соединениям ряда 10,10-диметил-7-арил-7,10,11,12-тетрагидро-6H-хромено[4,3-b]хинолин- 6,8(9H)-дионов использован впервые. В ЯМР 1Н спектрах соединений 20а-е прослеживаются аналогии со спектрами соединений 17а-е. Главным отличием является наличие уширенного сигнала при 5.21 – 5.43 м.д., отвечающего за протон вторичной аминогруппы, а также смещение сигнала третичного протона в более слабое поле.
Возможность получения Н-замещенного дигидропиридинового фрагмента ожидалась в реакции гетероциклизации исходного полиоксосоединения 12а с гидроксиламином/гидразином.
Циклизация проводилась в различных условиях. Первоначально взаимодействие с гидразином и гидроксиламином проводилось в среде изопропилового спирта при нагревании. Однако ожидаемый дигидропиридин получен не был, вместо него удалось выделить ранее полученный 7-(2-метоксифенил)-10,10-диметил-7,9,10,11-тетрагидро- 6H,8H-хромено[4,3-b]хромен-6,8-дион 15а, к образованию которого, вероятно, склонен исходный 4-гидрокси-3-((2-гидрокси-4,4-диметил-6-oксоциклогекс-1-ен-1-ил)(2- метоксифенил)метил)-2H-хромен-2-он 12а. Замена растворителя на более основный – пиридин, а также смена условий протекания реакции на более жесткие, с использованием реактора герметичных сосудов, позволившего поднять температуру проведения реакции до 150 °C и давление до 20 атмосфер не привело к выделению ожидаемых N-содержащих структур. В результате реакции во всех случаях был выделен продукт 15а, вероятно, дегидратация и образование устойчивого дигидропиранового компонента не позволяет далее раскрыть последний под действием используемых нуклеофилов.
Реакционная способность несимметричного 9-(4-гидрокси-2-oксo-2H-хромен-3-ил)- 3,3-диметил-2,3,4,9-тетрагидро-1H-ксантен-1-она 16a была изучена в реакции с гидрохлоридом гидроксиламина в различных условиях. Установлено, что при кипячении реагентов в пиридине реакция протекает, вероятно, как нуклеофильное замещение по
13

карбонильной группе димедонильного фрагмента с формированием 4-гидрокси-3-(1- (гидроксиимно)-3,3-диметил-2,3,4,9-тетрагидро-1H-ксантен-9-ил)-2H-хромен-2-она 21. Можно полагать, что взаимодействие по второй оксофункции субстрата осложнено вследствие кето-енольной таутомерии. Вероятно, в выбранных условиях происходит енолизация 4-оксофрагмента хроменовой части исходного соединения, приводящая к дезактивации нуклеофильного центра.
При попытке перекристаллизации продукта в уксусной кислоте происходит ацилирование оксимного фрагмента молекулы, в ходе которого образуется 3-(1- (ацетоксиимино)-3,3-диметил-2,3,4,9-тетрагидро-1H-ксантен-9-ил)-4-гидрокси-2H-хромен- 2-он 22, как продукт ацилирования оксимного фрагмента.
Структура соединения 22 подтверждается данными ЯМР 1Н, 13С, HSQC, HMBC, NOESY, COSY, TOCSY спектроскопии. Так в ЯМР1Н спектре проявляется уширенный сигнал протона гидроксильной группы хроменонового кольца при 9,62 м.д., в области 6,97- 7,91 м.д. присутствуют сигналы 8 протонов двух ароматических колец молекулы, синглет метинового протона расположен при 5,03 м.д., в сильном поле наблюдается наложение двух дублетов дублетов, принадлежащих двум протонам диастериотопных метиленовых звеньев с характерными для AX cистем константой спин-спинового взаимодействия J= 16 Гц, в области 2,32-2,74 м.д. Синглет протонов метильной группы ацильного фрагмента располагается при 2,12 м.д., два синглета при 1,00 и 1,14 м.д. принадлежат атомам водорода неэквивалентных метильных групп димедонового фрагмента. Одним из ключевых изменений в 13С спектре соединения 22 по сравнению со спектром исходного соединения 14a – является исчезновение сигнала углерода карбонильной группы при 201,37 м.д. и появление нового сигнала при 157,45 м.д., принадлежащего атому углерода оксимного фрагмента, а также появление сигнала атома углерода сложноэфирной группы при 177,37 м.д.
2. Изучение антикоагуляционной и антиагрегационной активности полученных соединений
Эксперименты в условиях in vitro выполнены на крови здоровых доноров- мужчин в возрасте 18–24 лет. Общее количество доноров составило 62 человека. Забор крови для исследования соединений в отношении системы гемостаза проводился из кубитальной вены с использованием систем вакуумного забора крови.
Соединения показали различной степени выраженности влияние на плазменный компонент системы гемостаза, проявляющееся изменением показателя внутреннего пути свертывания крови – АПТВ. Соединения 12a,b,e, 14a-c, 6a, 9a приводили к пониженной свертываемости – гипокоагуляции, в сравнении с контролем, повышая АПТВ на 4,5-10,4 %. Однако, эффект, проявляемый соединениями выраженность эффекта исследованных соединений, значительно уступала эффекту гепарина, повышающего АПТВ на 20,3%.
Показатели антикоагуляционной активности новых веществ представлены на диаграмме 2.1.
14

25,00% 20,00% 15,00% 10,00%
5,00% 0,00%
Диаграмма 2.1. Увеличение времени свёртывания крови в присутствии исследуемых соединений в сравнении с гепарином натрия.
Соединения 12е, 14d, 6a, 9a проявили антиагрегационную активность на уровне ацетилсалициловой кислоты. При этом соединения 14d, 6a, 9a аналогично препарату сравнения сокращали латентный период, а соединение 12е пролонгировало латентный период, удлиняя реакцию высвобождения тромбоцитов на 7,8% относительно контроля. Следует отметить, что соединения 12е и 14d эффективнее аспирина в 5,5 раза и 3,7 раза соответственно уменьшают скорость агрегации тромбоцитов. Соединения 12с, 14а и 14b также сокращали скорость агрегации тромбоцитов в среднем в 2 раза, однако по уровню антиагрегационной активности они уступают ацетилсалициловой кислоте и значения их антиагрегационной активности находится в диапазоне 1,2-8,9%. Среди изученных производных данного ряда соединения под номером 12b, 14c и 14e проявили проагрегантный эффект, усиливая агрегацию тромбоцитов. Наиболее выраженный проагрегантный эффект регистрировался у соединения 14с, который на 4,9% интенсивнее вызывал агрегрегацию тромбоцитов по сравнению с контролем и соответствовал значению препарата сравнения – этамзилату. Пролонгируя реакцию высвобождения тромбоцитов, увеличивая скорость агрегации тромбоцитов соединение 14с сокращает время достижения максимума агрегации тромбоцитов.
Таблица 2.1. – Влияние впервые синтезированных соединений и препаратов сравнения на систему гемостаза в условиях in vitro
Латентный период,% к контролю -5,1
1,3
-1,6
7,8
-6,7 -5,4
6,7
-8,7
6,4
-3,6 -9,7
-2,1
Максимальная амплитуда, % к контролю -8,3
2,4
-1,2
-11,4
-7,4
-8,9
4,9
-11,7
1,1
-10,3
-12,7
-13,7
Скорость агрегации, % к контролю
Время достижения МА, % к контролю
No
12a 12b 12c 12e 14a 14b 14c 14d 14e 6a 9a
Автор выражают искреннюю благодарность и признательность к.м.н. Самородову Александру Владимировичу, кафедра биологической химии, ФГБОУ ВО Башкирский государственный медицинский университет минздрава России.
Ацетилсалициловая кислота Этамзилат
-17,4 -5,7 -4,2 -3,2 -29,8 -3,3
-57,2 -17,3 -27,1 -16,3 -20,3 -4,8
23,2 -10,3 -37,5 -11,7 2,1 -6,4
-12,4 -9,6 -10,3 -24,6
-10,5 10,5
3,6
проявляющие антикоагуляционную, антиагрегационную и проагрегантную активность.
-6,3
Таким образом, среди вновь синтезированных веществ выявлены соединения,
8,5 -2,3
15

Глава 3. Электрохимические исследования впервые синтезированныхсоединений. Исследовано электрохимическое поведение гетероциклических соединений 12a-d,f,
методом циклической вольтамперометрии в апротонных органических растворителях. Выявлено, что изучаемые соединения 12a-d,f редокс-инертны в катодной области в рассматриваемом диапазоне потенциалов (0÷(-2,0) В). В анодной области характер окисления соединений 12a-d,f аналогичен независимо от полярности растворителя и природы фонового электролита. Прямолинейный вид зависимостей Iпа=f(v1/2); Eпа=f(v1/2); Iпа=f(C), полученных с доверительной вероятностью аппроксимации 0,97÷0,99 для соединений 12a-d,f, свидетельствует о том, что лимитирующей стадией окисления соединения является диффузия. Постадийный механизм исследуемого редокс-процесса, характерного для 12f хорошо прослеживается на циклической вольтамперограмме (ЦВА-
кривая) (рис. 3.1).
Рис. 3.1 – ЦВА окисления: 1 – фонового электролита ; 2 – соединения 12f (С(12f) = 0,005 М, СH3СN, Pt-анод, Ag/AgCl, С((n- Bu)4NClO4) = 0,01 М, ν = 0,2 В∙с-1)
На первой стадии электрохимического окисления происходит образование нестабильного катион-радикала соединения 12f при потенциале первого пика анодного Епа1= 1,62 В.
Генерированный катион-радикал способен к фрагментации с отщеплением третичного протона при потенциале пика катодного Епк= -0,2 В, что ведет к формированию радикала. На второй стадии электрохимических превращений протекает окисление радикала при потенциале пика анодного Епа2= 1,90 В, в результате которого образуется гетероароматическая структура – катион 9-(4-гидрокси-6-метил-2-oксo-2H-пиран-3-ил)-3,3- диметил-1-oксo-2,3,4,9-тетрагидро-1H-ксантен-9-илиума (Епк1 = -0,34 В). Следовательно, механизм окисления соединения 12f описывается схемой процесса ЕСЕ, представляющего собой последовательность электрохимических и химической стадий.
ЦВА-кривые окислительных превращений всех изученных соединений 12a-d,f имеют аналогичный вид. Замена пиранового заместителя в структуре соединения 12f на бензанеллированную систему, способствующую формированию кумаринового фрагмента в соединении 13а, приводит к смещению потенциала пика анодного в область положительных значений. Наличие в структуре соединений 12b-d функциональных групп влияет на значения анодных потенциалов: донорный заместитель – оксигруппа облегчает перенос электрона с молекулы замещенного хроменилксантенона, а атом брома в положении 7
16

соединения 12d выступает акцептором, что заметно затрудняет процесс окисления и смещает анодные пики в положительную область потенциалов.
Анализ ЦВА-кривых окисления соединений 12а-d в СH3СN, СH2Сl2 позволил определить значения анодных потенциалов, которые коррелируют с величиной потенциала ионизации (табл. 3.1).
Таблица 3.1. Значения потенциалов окисления (Епа1, Епа2) и потенциалов ионизации (ПИ) соединений 12a-d,f (С = 0,005 М) в различных растворителях (Pt-анод, n-Bu4NClO4, Ag/AgCl)
Соединение
12f 1,60
СH3СN
СH2Сl2 Епа1, В
СH3СN ПИ, эВ 5,89 6,05 5,77 5,72 6,01
Епа1, В 12a 1,68
Епа2, В
1,82 1,90 1,72 1,68 1,88
Епа2, В
12b 1,48
12c 1,42
12d 1,64
1,88 1,96 1,80 1,76 1,94
1,64
1,72
1,58
1,54
1,70
для соединений 12a-d,f показали, что
Квантово-химические расчеты энергии ВЗМО
(табл. 3.1), характер окисления соединений не зависит от полярности органического растворителя, однако его строение влияет на значения анодных потенциалов веществ 12a- d,f. Причем, природа заместителей и пространственное расположение в структурах соединений 12a-d,f оказывают заметное влияние на их способность к переносу электронов. Соединению 12a соответствует наиболее высокое значение потенциала ионизации, которое в случае соединения 12f понижается за счет замены бензольного конденсированного кольца на метилпиранильный заместитель. Введение оксигруппы в различные положения ксантенового фрагмента соединения 12a приводит к увеличению способности к потере электрона, в то время как атом брома затрудняет окисление структуры 12d.
Таким образом, проведенные электрохимические исследования позволили сделать вывод, что механизм окисления хроменилксантенона 12a-d,f с различными заместителями на платине в органических растворителях описывается схемой ЕСЕ (Е – электрохимическая стадия, С – химическая стадия). Конечными продуктами реакции O-гетероароматизации исходных структур 12a-d,f являются соответствующие соли замещенного ксантилия. Строение соединений 12a-d,f влияет на их способность к отрыву электрона в электрохимических условиях, что согласуется со значениями потенциалов окисления и ионизации полифункциональных молекул.
Автор выражает искреннюю благодарность и признательность д.х.н. Шинкарь Елене Владимировне, д.х.н. Берберовой Надежде Титовне, кафедра органической, биологической и физколлоидной химии, ФГБОУ ВО Астраханский государственный технологический университет.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Разработан метод синтеза замещенных пиразолил-2H-хромен-2-онов 6a-d на основе
реакции конденсации 1-(2-oксo-2H-хромен-3-ил)бутан-1,3-дионов 3a-d с семикарбазидом 4/тиосемикарбазидом 8, показана зависимость структуры получаемых продуктов от условий протекания реакции.
2. Использование термической активации и проведение процесса в реакторе герметичных сосудов приводит к образованию 3-(3-метил-1H-пиразол-5-ил)-2H-хромен-2- онов 6a-d, изменение условий (термическая активация) процесса позволяет направленно получить ряд 5-гидрокси-5-метил-3-(2-oксo-2H-хромен-3-ил)-4,5-дигидро-1H-пиразол-1- карботиоамидов 9а-d.
3. Выявлены особенности реакции с тиосемикарбазидом, показано, что 5-гидрокси-5- метил-3-(2-oксo-2H-хромен-3-ил)-4,5-дигидро-1H-пиразол-1-карбоксамида 7 возможно только при проведении процесса в условиях микроволновой активации.
4. Методами ЯМР1Н-спектроскопии, двумерных 1Н, 13С ЯМР-спектров, записанных в режиме гетероядерной корреляции, HMQC, HMBC и рентгеноструктурного анализа исследованы структура 3-(5-метил-1H-пиразол-3-ил)-2H-хромен-2-она 6а, установлено, что синтезированные соединения существуют в таутомерной и ротамерной формах с образованием сольватного комплекса с участием молекулы растворителя, что определяется условиями кристаллизации. На основании данных квантовохимических расчётов определен вероятный путь ротамерного перехода.
5. Определены особенности поведения димедонилхроменонов 12a-g и хроменилксантенонов 14a в присутствии уксусного ангидрида, показано, что первые претерпевают О-гетероциклизацию с образованием тетрагидрохроменохромендионов 15a- g, для хроменилксантенонов реакция останавливается на стадии полуацетализации 16.
6. Разработан направленный способ получения тиосемикарбазонов 2-(7-(арил)-10,10- диметил-6-oксo-7,9,10,11-тетрагидро-6H,8H-хромено[4,3-b]хромен-8-илиден)гидразин-1- карботиоамидов 17а-е дальнейшая их модификация реакцией с 3-бромацетил-2Н-хромен- 2-оном 18 осуществляется с участием тиоамидной группы с образованием гибридных структур – 10,10-диметил-8-(2-(4-(2-oксo-2H-хромен-3-ил)тиазолl-2-ил)гидразилиден)-7- арил-8,9,10,11-тетрагидро-6H,7H-хромено[4,3-b]хромен-6-oнов 19а-е с выходами 71-97%. 7. Разработаны условия синтеза тетрагидрохроменохинолиндионов 20а-е on-pot конденсацией замещенных ароматических альдегидов, 4-гидрокси-2Н-хромен-2-она и димедона и избытка ацетата аммония. Обсуждены возможные пути реакции.
8. В ходе биохимических исследований выявлено, что среди впервые синтезированных димедонилхроменонов 12а-е и 14а-f выявлены соединения, проявляющие антикагуляционную и антиагрегантную активность.
9. Исследовано электрохимическое поведение замещенных хроменилксантенонов 14 методом циклической волтамперометрии в апротонных органических растворителях. Установлено, что строение хроменилксантенонов влияет на их способность к отрыву электрона в электрохимических условиях. Показано, что механизм окисления описывается схемой ЕСЕ. Конечными продуктами реакции O-гетероароматизации являются соли замещенного ксантилия.