МІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ’Я УКРАЇНИ

КИЇВСЬКА МЕДИЧНА АКАДЕМІЯ ПІСЛЯДИПЛОМНОЇ ОСВІТИ

ІМ. П.Л.ШУПИКА

НЕСТЕРОВА НАТАЛІЯ ОЛЕКСАНДРІВНА

УДК 615.31:547.856.1].012.1.07

Cинтез, фізико-хімічні і біологічні властивості похідних
4-гідразинохіназоліну

15.00.02 – фармацевтична хімія та фармакогнозія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фармацевтичних наук

Київ 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі фармацевтичної хімії Запорізького державного
медичного університету Міністерства охорони здоров’я України.

Науковий керівник: доктор фармацевтичних наук, професор

Коваленко Сергій Іванович,

Запорізький державний медичний університет, професор кафедри
фармацевтичної хімії

Офіційні опоненти: доктор фармацевтичних наук, професор

Цуркан Олександр Олександрович,

Інститут фармакології та токсикології АМН України, головний науковий
співробітник Державної лабораторії з контролю якості лікарських засобів

доктор фармацевтичних наук, доцент Лесик Роман Богданович,

Львівський національний медичний університет ім. Данила Галицького,
доцент кафедри фармацевтичної, органічної і біоорганічної хімії

Провідна установа: Національний фармацевтичний університет МОЗ України,
кафедра фармацевтичної хімії, м. Харків

Захист відбудеться “__1_” ___липня___ 2005 р. о _11.00_ годині на
засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.613.04 при Київській медичній
академії післядипломної освіти ім. П.Л.Шупика (04112, м. Київ, вул.
Дорогожицька, 9).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київської медичної
академії післядипломної освіти ім. П.Л.Шупика (04112, м. Київ, вул.
Дорогожицька, 9).

Автореферат розісланий “_27__” __травня__2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 26.613.04 Пилипчук Л.Б.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Пошук та створення нових оригінальних синтетичних
лікарських засобів з різноманітними фармакологічними властивостями та
механізмами дії є актуальним і перспективним завданням фармацевтичної та
органічної хімії. В цьому плані особливу увагу привертають похідні
4-гідразинохіназолінів, які мають реакційноздатну функціональну групу,
яка дозволяє вводити у хіназоліновий цикл різні за складністю
молекулярні фрагменти та динамічно модифікувати їх будову з метою
вивчення залежності «будова-біологічна активність». Крім того, серед
похідних цієї гетероциклічної системи знайдено біологічно активні
речовини, які проявляють антимікробну, фунгіцидну, протималярійну,
протиракову, протисудомну, протиішемічну та інші види біологічної
активності.

Незважаючи на значну кількість робіт, присвячених хімії і біології
гідразинохіназолінів, багато питань щодо їхньої реакційної здатності,
фізико-хімічних та біологічних властивостей вивчені недостатньо. Отже,
поглиблене вивчення похідних 4-гідразинохіназоліну, їх синтез,
дослідження фізико-хімічних властивостей, біологічної активності і
встановлення взаємозв’язку між структурою та дією представляє
безперечний інтерес як з теоретичної точки зору, так і в плані
цілеспрямованого пошуку потенційних лікарських засобів.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Представлена
робота виконана згідно з планом науково-дослідних робіт Запорізького
державного медичного університету за темою “Цілеспрямований пошук
біологічно активних речовин в ряду п’яти- та шестичленних
азагетероциклів та створення на їх основі лікарських препаратів» (№
держ. реєстрації 0102 U 002863). Тема включена до розділів звіту з
наукової роботи кафедри фармацевтичної хімії Запорізького державного
медичного університету.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є цілеспрямований
синтез нових біологічно активних речовин в ряду похідних
4-гідразинохіназоліну і продуктів їх хімічних перетворень, вивчення
їхньої будови за допомогою сучасних фізико-хімічних методів та пошук
ефективних і малотоксичних речовин з антиоксидантною, протиішемічною,
протисудомною, антиамнестичною, протираковою та протимікробною
активністю як потенційних лікарських засобів.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі завдання:

провести планування наукового експерименту на основі віртуального
скринінгу похідних 4-гідразинохіназоліну з використанням комп’ютерних
програм LogР ACDLabs та PASS C?T (Prediction of Activity Spectra for
Substances: Complex and Training);

провести квантово-хімічні розрахунки, вивчити спектральні характеристики
(УФ-, ІЧ-, ПМР-спектри) 4-гідразинохіназоліну для обгрунтування та
констатації прототропної (гідразино-гідразонної) таутомерії;

дослідити реакцію 4-гідразинохіназоліну з моно- (альдегіди, кетони,
ізатини, фурфуроли, 2-гідрокси-1,2-дифенілетанон, R-оксооцтові,
3-R-3-оксопропіонові кислоти та їх ефіри) та ди-
(1,2-дифенілетан-1,2-діон, ацетилацетон, 4-R-феніл-2,4-діоксобутанові
кислоти та їх ефіри) карбонільними сполуками;

дослідити за допомогою фізико-хімічних методів та рентгеноструктурного
аналізу прототропну таутомерію та геометричну ізомерію, яка характерна
для гідразонів 3,4-дигідрохіназоліну;

вивчити амоноліз та гідразиноліз ефірів
[(3H-хіназолін-4-іліден)гідразоно]карбо-нових кислот та встановити
фактори, які впливають на цей процес;

розробити методи синтезу іліденгідразидів
[(3H-хіназолін-4-іліден)гідразоно]-карбонових кислот;

вивчити фізико-хімічні властивості (УФ-, ІЧ-, ПМР-, хромато-мас-,
мас-спектри та рентгеноструктурний аналіз) синтезованих сполук і на
основі даних фармакологічного скринінгу встановити деякі закономірності
“будова-дія”.

Об’єкт дослідження: 4-гідразинохіназолін і продукти його хімічних
перетворень.

Предмет дослідження: реакції конденсації, етерифікації, амонолізу,
гідразинолізу та циклоконденсації, закономірності ПМР-спектрів, спектрів
поглинання та взаємозв’язок «будова-дія» похідних 4-гідразинохіназоліну.

Методи дослідження: органічний синтез, елементний аналіз, УФ-, ІЧ-,
ПМР-спектроскопія, хромато-мас-, мас-спектрометрія, рентгеноструктурний
аналіз, тонкошарова хроматографія, напівемпіричні квантово-хімічні
розрахунки, віртуальний біологічний скринінг, in vitro та in vivo
фармакологічний скринінг.

Наукова новизна одержаних результатів. Розроблені методи синтезу,
встановлена будова, вивчені фізико-хімічні властивості
N-ариліден-(гетариліден)-N?-(3Н-хіназолін-4-іліден)гідразинів. Вперше
синтезовані [(3H-хіназолін-4-іліден)гідразо-но]карбонові кислоти та їх
похідні (ефіри, аміди, гідразиди та іліденгідразиди),
4-(4-R-феніл)-2-[(3H-хіназолін-4-іліден)гідразоно]бут-3-єнові та
4-оксо-4-(R-феніл)-2-[(3H-(хіназолін-4-іліден)гідразоно]бут-2-єнові
кислоти та їх ефіри.

На основі розрахунків квантово-хімічних показників та фізико-хімічних
методів обговорено питання прототропної (гідразино-гідразонної)
таутомерії 4-гідразино-хіназоліну. Вперше за допомогою
рентгеноструктурного аналізу достовірно доведено, що продукти
конденсації 4-гідразинохіназоліну з карбонільними сполуками існують у
вигляді арил-(гетерил-)гідразонів 3,4-дигідрохіназоліну і для них
характерна транс-ізомерія. Встановлено особливості протікання амонолізу
та гідразинолізу ефірів [(3H-хіназолін-4-іліден)гідразоно]карбонових
кислот. Обговорена схема механізму цієї реакції.

Вперше проведено об’єктивне планування наукового експерименту на основі
віртуального скринінгу для похідних 4-гідразинохіназоліну з
використанням комп’ютерних програм LogР ACDLabs та PASS C?T.

Синтезовано 109 сполук, із них 91 вперше, і встановлено, що 29,4 %
речовин проявляють високу біологічну активність, яка перевищує еталони
порівняння. Вперше серед похідних 4-гідразинохіназоліну виявлені нові
види біологічної активності (антиоксидантна, церебропротективна,
протисудомна та антиамнестична), щo свідчить про новизну та пріоритет
досліджень. Наукова новизна роботи підтверджена патентом України на
винахід.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені препаративні методи
синтезу N-(ариліден-,
гетариліден-)-N?-(3Н-хіназолін-4-іліден)гідразинів,
[(3H-хіна-золін-4-іліден)гідразоно]карбонових кислот та їх похідних,
4-(4-R-феніл)-2-[(3H-хіназолін-4-іліден)гідразоно]бут-3-єнові кислот та
ефірів
4-оксо-4-(R-феніл)-2-[(3H-хіназолін-4-іліден)гідразоно]бут-2-єнових
кислот, які представляють цінність як хімічні реагенти для отримання
конденсованих гетероциклічних та біологічно активних речовин.

Створена сфокусована комбінаторна бібліотека антиоксидантної,
антирадикальної, протиішемічної, протисудомної і антиамнестичної дії.
Встановлені особливості кореляції “будова-дія” можуть бути використані
для цілеспрямованого синтезу біологічно активних речовин з необхідним
фармакологічним ефектом серед похідних хіназоліну.

Розроблено проект аналітичної нормативної документації (АНД) на
субстанцію N-(3-фенілаліліден)-N?-(3Н-хіназолін-4-іліден)гідразин
(додаток А), яка проявляє високу антиоксидантну, протиішемічну,
протисудомну та антиамнестичну активність, має переваги перед існуючими
препаратами і може знайти застосування в медичній практиці як лікарський
засіб.

Методи одержання похідних 4-гідразинохіназоліну використовуються у
науковій та навчально-методичній роботі кафедр фармацевтичної хімії та
медичної хімії Національного фармацевтичного університету (додатки Б,
В); фaрмацевтичної, органічної і біоорганічної хімії (додаток Д) та
фармакології Львівського національного медичного університету ім. Данила
Галицького (додаток Е); клінічних дисциплін з курсом клінічної фармації
(додаток Ж) та фaрмацевтичної, аналітичної та токсикологічної хімії
(додатки З) Тернопільского державного медичного університету ім. І.Я.
Горбачевського; кафедри хімії Чернігівського державного педагогічного
університету ім. Тараса Шевченка (додаток К).

Особистий внесок здобувача. У ході роботи над дисертацією автором
особисто визначена мета дослідження, шляхи її реалізації, планування та
виконання експериментальної частини роботи, проведена статистична
обробка та узагальнення одержаних результатів, формування основних
положень та висновків, які захищаються. Розроблені та визначені
науково-методичні підходи щодо синтезу, встановлення будови та
біологічних досліджень похідних 4-гідразинохіназоліну. Співавторами
наукових праць є науковий керівник, а також науковці, разом з якими
проводились спільні дослідження фізико-хімічних та біологічних
властивостей.

Апробація результатів дисертації. Основні фрагменти результатів
дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на VII Міжнародному
медичному конгресі студентів та молодих вчених (Тернопіль, 2003), III
Міжнародній науково-практичній конференції «Наука і соціальні проблеми
суспільства: медицина, фармація, біотехнологія» (Харків, 2003),
International Сonference Сhemistry of Nitrogen Containing Heterocycles
(Kharkiv, 2003), XLXI Zjazd Naukowy Polskiego Towarzystwa Chemicznego i
Stowarzyszenia Inzynierow i Technikow Przemyslu Chemicznego (Lublin,
2003), VIII Міжнародному медичному конгресі студентів та молодих вчених
(Тернопіль, 2004), Міжнародній науковій конференції, присвяченій
100-річчю створення фармацевтичного факультету ЗДМУ «Історія та
перспективи розвитку фармацевтичної науки і освіти» (Запоріжжя, 2004); I
Міжнародній науково-практичній конференції «Створення, виробництво,
стандартизація, фармакоекономіка лікарських засобів та біологічно
активних добавок» (Тернопіль, 2004), XX Українській конференції з
органічної хімії, присвяченій 75-річчю з дня народження академіка
А.В.Богатського (Одеса, 2004), IV Українській міжнародній
науково-практичній конференції з клінічної фармакології (Вінниця, 2004),
II з’їзді токсикологів України (Київ, 2004).

Повнота опублікування основних положень дисертації. За матеріалами
дисертації опубліковано 23 роботи, із них 10 статей у наукових фахових
виданнях (1 одноосібна), патент України № 4706, 10 тез доповідей на
з’їздах, симпозіумах та науково-практичних конференціях різних рівнів.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаціійна робота складається із
вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних
джерел літератури і додатків. Дисертація викладена на 272 сторінках
друкованого тексту (обсяг основного тексту 160 сторінок), вміщує 69
таблиць, ілюстровна 12 рисунками, 60 схемами та містить 10 додатків (45
сторінок). Список використаної літератури включає 259 джерел, з яких 121
– іноземні.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Розділ 1. Методи синтезу, фізико-хімічні та біологічні властивості
гід-разинохіназолінів (огляд літератури). Проаналізовано, узагальнено та
критично розглянуто відомі класичні методи синтезу гідразинохіназолінів,
їх реакційна здатність, фізико-хімічні та біологічні властивості.

Розділ 2. Взаємодія 4-гідразинохіназоліну з моно- та дикарбонільними
сполуками. Для одержання 4-гідразинохіназоліну (2.3) нами як вихідні
речовини використані 4-хлор- (2.1), 4-тіохіназолін (2.2) та його
заміщенні (2.2a), синтез яких здійснено з 4(3Н)-хіназолону (2.0) за
відомими у літературі методами (схема 1).

Схема 1. Синтез 4-гідразинохіназоліну

Однією із задач даного дослідження є вивчення прототропної таутомерії
(гідразино-гідразонної, як одного із видів аміно-імінної таутомерії)
4-гідразинохіназоліну, оскільки відомо, що структура таутомерних форм
визначається будовою гетероциклу, а також природою розчинника та
концентрацією розчину. Теоретично 4-гідразинохіна-золін (2.3) може
існувати у вигляді трьох таутомерних форм (схема 2):
4-гідразинохі-назолін (А), (3Н-хіназолін-4-іліден)гідразин (В) та
(1Н-хіназолін-4-іліден)гідразин (С).

Схема 2. Прототропна таутомерія 4-гідразинохіназоліну

З метою визначення внеску кожного таутомера у молекулу
4-гідразинохіназоліну (2.3) нами на першому етапі були проведені
квантово-хімічні розрахунки статичних молекул 4-гідразинохіназоліну та
модельних сполук за допомогою напівемпіричного методу АМ1. Наведені
розрахунки показують, що загальні енергії та теплоти ут-ворення для
таутомерів 4-(3Н)-хіназолону (2.0) та 4-(3Н)-хіназолінтіону (2.2)
розташовані у такій послідовності: таутомер В>таутомер А > таутомер С.
Це свідчить про те, що in vacuo таутомер В для даних сполук є найбільш
стабільною структурою. Перехід до сполуки 2.3 приводить до іншої
послідовності (А > В > С). Крім того, відповідний вклад у таутомерну
рівновагу вносять функціональні групи (О, S, NH-NH2) 4 положення
хіназолінового циклу, вони мають неподілені пари електронів, які здатні
взаємодіяти з ?-електронами гетероциклу. Резонансна взаємодія приводить
до деякої міграції неподіленої пари електронів у систему супряження.

Для пояснення теоретичних передумов та вибору поміж більш стабільними
таутомерами сполуки 2.3 було проведено вивчення УФ-спектрів
4-гідразинохіназоліну та модельних сполук у різних розчинниках (табл.
1). Як показав аналіз результатів, зазначена залежність, а саме вклад
неподіленої пари електронів у систему супряження, прослідковується і в
спектрах поглинання. Так, УФ-спектри сполуки 2.3 в етанолі
характеризується трьома максимумами поглинання: високоінтенсивною
короткохвильовою смугою з максимумом при ?=206 нм (lg? 6.47),
середньохвильовою смугою з максимумом при ?=270 нм (lg? 5.79) та
високоінтенсивною довгохвильовою смугою з максимумом при ?=318 нм (lg?
5.91). Максимуми при 206 та 270 нм представляють собою локальні
збудження ???*-електронів у гетероциклічній системі; високоінтенсивна
довгохвильова смуга з ?макс 318 нм обумовлена переходом n??*. Необхідно
відмітити, що високоінтенсивний максимум поглинання в етанолі також
характерний для сполуки 2.2. Тобто, у даної сполуки (2.2), як і
4-гідразинохіназоліну (2.3) спостерігається спряження типу ?-р, яке
підтверджує перенос електронів із замісника на гетероциклічну систему
хіназоліну. З урахуванням спектрів поглинання наведені сполуки (2.2,
2.3) в етанолі загалом існують у вигляді таутомеру B. Встановлений факт
узгоджується з даними літератури. Так, модельні сполуки 2.0 та 2.2 в
етанолі переважно існують у формі таутомеру В. У спектрах гідразонів
(2.6, 2.20) спостерігається збільшення інтенсивності ?3 макс та ?4 макс
(lg? 6.38-6.59) і значний батохромний зсув максимумів поглинання (на
10-44 нм), що вказує на супряження типу ?-р-? і на домінування форми В
для даних сполук (табл. 1).

Таблиця 1

УФ-спектри 4-гідразинохіназоліну (2.3) та модельних сполук (2.0, 2.2,
2.6, 2.20) у різних розчинниках

Сполуки Розчинники УФ-спектри. нм

?1 макс (lg ?)

?2 макс (lg ?)

?3 макс (lg ?)

?4 макс (lg ?)

2.2 етанол 214 (6.79) – 284 (6.71) 360 (6.00)

2.3 етанол 206 (6.47) – 270 (5.79) 318 (5.91)

2.0 етанол 226 (4.59) 262 (3.69) 300 (3.83) 313 (3.74)

2.2 0.05 М Н2SO4 212 (4.34) 234 (4.13) 275 (3.82) 354 4.07)

2.3 0.05 М Н2SO4 202-204 (6.33) 218 (6.16) 246 (6.01) 312-314 (5.96)

2.0 0.05 М Н2SO4 226 (4.45) 272-274 (3.96) 291 (3.93) 302 (3.79)

2.2 0.1 M NaOH 218 (4.37) – – 350 (3.99)

2.3 0.1 M NaOH 218 (6.14) 258 (5.93) – 342 (5.84)

2.0 0.1 M NaOH 229 (4.35) 280 (4.08) 306 (3.92) 318 (3.78)

2.2 ДМФА – 266 (4.03) – 364 (3.97)

2.3 ДМФА – – 272 (6.30) 332 (6.12)

2.0 ДМФА – – 302 (3.85) 314 (3.73)

2.3 діоксан

240 (5.87) 290 (5.82) 312-314 (5.82)

2.6 етанол 206 (6.57)

292 (6.38) 360 (6.52)

2.20 етанол 210 (6.75) — 280 (6.52) 362 (6.59)

2.6 0.05 М Н2SO4 200 (6.61) 258 (6.4) – 314-316 (6.04)

2.20 діоксан — 240 (6.1) 282-284 (6.23) 370 (6.33)

Характерною особливістю УФ-спектрів у кислотних середовищах для сполук
2.2, 2.3 та 2.6 є поява середньохвильової смуги поглинання при 218-258
нм (lg? 4.13-6.4), яка вказує на ???*-електронний перехід у катіонній
формі. Необхідно відмітити, що у даному випадку рівновага зміщується в
бік таутомеру А. Подібна взаємодія спостерігається у лужних середовищах
та полярних розчинниках, що підтверджує характер прототропної рівноваги,
при якій спостерігається перехід молекулярної форми гідразону в аніонну
у полярних розчинниках або у катіонну ? у кислотах, і пояснюється тим,
що у аніонній та катіонній структурах є близькі по енергії
?-?*-електронні переходи.

ІЧ-спектри сполук 2.0, 2.2, 2.3, 2.6 та 2.20 у калію броміді
характеризуються частотою валентних коливань імідної групи, які можуть
бути пояснені ?-р-?-супряженням стабілізуючим гідразонну форму. Для
ПМР-спектрів сполук 2.0, 2.2, 2.3, 2.6 та 2.20 характерний значний
хімічний зсув протону при N3 хіназоліну у ділянку слабкого магнітного
поля (13.87-9.54 м.ч.). Хімічний зсув та розщеплення протонів
хіназолінового циклу для вищенаведених сполук подібні. Це дає можливість
стверджувати, що вони існують у вигляді таутомеру В. Результати
досліджень показали, що для 4-гідразинохіназоліну (2.3) характерна
гідразино-гідразонна таутомерія, з переважним існуванням таутомеру В у
кристалічному стані та в етанолі, а у полярних розчинниках, кислотних та
лужних середовищах – таутомеру А.

Для сформованих віртуальних бібліотек (хіназолін-4-іл)гідразонів
ароматичних альдегідів проведено відбір структур-кандидатів і вибір
напрямків досліджень за допомогою комп’ютерних програм віртуального
скринінгу (PASS C?T, Log P ACDLabs). Крім того, при створенні даних
бібліотек ми враховували доступність реагентів, швидке та стереохімічне
протікання реакцій для рідинно-фазового комбінаторного синтезу.
Комбінаторна бібліотека N-(R-бензиліден-, R-нафтиліден-,
антраліден-)-N?-(3H-хіназолін-4-іліден)гідразинів (2.4-2.29) одержана
реакцією конденсації 4-гідразинохіназоліну (2.3) з ароматичними
альдегідами (схема 3).

Схема 3. Синтез N-(R-бензиліден-, 2-гідроксинафтиліден-,
антраліден-)-N?-(3H-хіназолін-4-іліден)гідразинів

Спектри ПМР сполук 2.4-2.29 характеризуються набором сигналів протонів
«ароматичної ділянки» та замісників арильного фрагменту. Слід зазначити,
що в слабкому полі знаходяться уширені синглети (11.2-15.6 м.ч.), які
належать протонам при N3 хіназоліну. Характеристичним сигналом для даних
сполук є синглет азометинового протону при 8.80-8.30 м.ч. Знаходження
сигналів протонів =СН-групи при 8.80-8.30 м.ч. свідчить про
транс-розташування ариліденового залишку відносно подвійного зв’язку
азометинової групи.

Проведені квантово-хімічні розрахунки параметрів сполуки 2.6 показали,
що за загальною енергією та теплотою утворення більш енергетично
вигідним є транс-ізомер. Для доведення гідразино-гідразонної таутомерії
і ізомерії сполуки 2.6 проведено рентгеноструктурний аналіз (рис. 1,
табл. 2).

Таблиця 2

Основні довжини зв’язків (d, A) та валентні кути (?, град.) у молекулі
сполуки 2.6

Зв’язок d Кут ?

N(1)-C(7) 1.28(1) C(7)-N(2)-C(8) 123.9(7)

N(2)-C(7) 1.35(1) C(8)-N(3)-N(4) 110.9(6)

N(2)-C(8) 1.38(1) C(9)-N(4)-N(3) 112.0(7)

N(3)-C(8) 1.30(1) C(2)-C(1)-C(8) 121.4(7)

N(3)-N(4) 1.418(9) N(1)-C(7)-N(2) 124.7(7)

N(4)-C(9) 1.28(1) N(3)-C(8)-N(2) 125.1(7)

C(9)-C(10) 1.45(1) N(2)-C(8)-C(1) 113.1(7)

N(4)-C(9)-C(10) 124.7(7)

Рис. 1. Молекулярна структура сполуки 2.6

Результати дослідження показали, що для синтезованих сполук характерна
як просторова ізомерія, так і таутомерія. Так,
N-бензиліден-N?-(3Н-хіназолін-4-іліден)-гідразини (2.4-2.29) у
кристалічному стані (рентгеноструктурний аналіз), а також у деяких
розчинниках (етанол, діоксан, ДМФА, ДМСО) існують у вигляді і
гідразонів, і як анти-транс-ізомери.

Для сполук з подовженим ненасиченим зв’язком повинна спостерігатись
більш складна геометрична ізомерія і нерозривно пов’язані з цією
ізомерією питання таутомерної рівноваги. З врахуванням цього нами
синтезовано ряд
N-[2-R-3-(R1-феніл)аліліден]-N?-(3Н-хіназолін-4-іліден)гідразинів
(2.30-2.34) реакцією 4-гідрази-нохіназоліну (2.3) з заміщеними коричного
альдегіду (схема 4).

Cхема 4. Синтез
N-[2-R-3-(R?-феніл)-аліліден)]-N?-(3Н-хіназолін-4-іліден)гідразинів

Результати фізико-хімічних досліджень показали, що для сполук
(2.30-2.34) характерна динамічна рівновага поміж геометричними
ізомерами, яка пояснюється накладанням субспектрів на основний спектр
поглинання та подвоєнням сигналів протонів. Так, сигнал протону при N3
хіназоліну проявляється в слабкому полі у вигляді широкого синглету
(13.52-11.53 м.д.), а також подвоєний сигнал азометинового протону при
8.60/8.30 м.ч. у вигляді синглету або дублету. Сигнали протонів
етиленового зв’язку для сполуки 2.30 проявляються у вигляді триплету
(7.17 м.ч.) та дублету (7.12 м.ч.) з відповідними константами
спін-спінової взаємодії (15.93; 18.18 Гц). Таким чином, сполуки
(2.30-2.34) зберігають трансоїдну конфігурацію по фенілетенільному
залишку, а подвоєння сигналів протонів у молекулі можна пояснити анти-
та син-ізомерією по азометиновому зв’язку.

Хромато-мас-спектри підтвердили, що сполуки 2.30-2.34 мають ізомери у
співвідношенні 87-88% (анти-транс-транс-) до 13-12% (анти-цис-транс-).
Крім того, результати квантово-хімічних розрахунків для сполуки 2.30
показали, що найбільш стабільним є ізомер який має трансоїдну
конформацію. Детальне вивчення хромато-мас-спектрів сполуки 2.30
(електронний удар — 70 еВ) показало, що ізомери з різним часом виходу
мають різну фрагментацію іонів. Мас-спектр транс-ізомеру з виходом 14.47
хв. характеризується піком молекулярного іону з m/z 274 (100%), який має
відповідну фрагментацію. Геометрія молекули цис-ізомеру дозволяє
внутрішньомолекулярну циклізацію у відповідний
3-стирил-2,3-дигідро[1,2,4]триазол[4,3-с]хіна-золін з m/z 274 (9,6%), з
якого в подальшому елімінується молекулярний азот і утворюється
стабільний молекулярний іон 1-феніл-3,10b-дигідро[1,2-c]хіназолін з m/z
246 (100%). Таким чином,
N-[2-R-3-(R?-феніл)аліліден]-N?-(3Н-хіназолін-4-іліден)гід-разини
(2.30-2.34) існують як геометричні ізомери. Енергія взаємопереходу
ізомерів незначна і дані сполуки у кристалічному стані, у розчинниках та
газовій фазі існують як суміш геометричних ізомерів з переважанням
транс-ізомеру.

Синтез N-[(5-R-фуран-2-іл)-метилен]-,
N-[3-(5-R-фуран-2-іл)-аліліден]-N?-(3H-хіна-золін-4-іліден)гідразинів
(2.35-2.45) здійснено реакцією конденсації 4-гідразинохіназо-ліну (2.3)
з фурфуролом та його 5-R-заміщеними, 5-нітрофурилакролеїном (схема 5).

Схема 5. Cинтез N-[(5-R-фуран-2-іл)-метилен]-,
N-[3-(5-R-фуран-2-іл)аліліден]-N?-(3Н-хіназолін-4-іліден)гідразинів

Характеристичним для сполук 2.35-2.44 є синглет протону азометинового
зв’язку (-СH=N-) в області 8.45-8.35 м.ч., який проявляється в слабкому
полі і характеризує їх як анти-транс-ізомери. Сигнали протонів
заміщеного фуранового циклу (2.36-2.45) мають вигляд дублетів і
знаходятся в області 7.80-7.20 м.ч. (Н4) та 7.40-6.80 м.ч. (Н3)
відповідно. У сполуки 2.35 протони проявляються у вигляді двух дублетів
при 7.05 та 7.90 м.ч. та мультиплету при 6.70 м.ч.

Відомо, що гідразони аліфатичних кетонів у чистому виді і в розчинниках
є сумішшю син- та анти-форм з перевагою син-ізомеру. Для синтезу
N-[1-алкіл- (1-R-феніл-,
1-R-нафтил)етиліден]-N?-(3Н-хіназолін-4-іліден)гідразинів (2.46-2.59)
були використані аліфатичні, циклоаліфатичні та ароматичні кетони (схема
6).

Схема 6. Cинтез N-[1-алкіл- (1-R-феніл-,
1-R-нафтил)етиліден]-N?-(3Н-хіназолін-4-іліден)-гідразинів

ПМР-спектри сполук 2.46, 2.47, 2.49-2.59 характеризуються трьохпротонним
синглетом метильної групи при 2.09-2.59 м.ч., а протон при N3 хіназоліну
– широким синглетом (12.98-10.71 м.ч.) в слабкому полі, який
характеризує дані сполуки як гідразони 3,4-дигідрохіназоліну.
Хромато-мас-спектр (електронний удар — 70еВ)
N-[1-(4-бромфеніл)етиліден]-N?-(3Н-хіназолін-4-іліден)гідразину (2.52),
характеризується відповідним часом виходу та молекулярним іоном із m/z
340/342. Співвідношення інтенсивностей ізотопних піків підтверджує
наявність атому брому в молекулі. Крім того, присутній молекулярний іон
з m/z 327/325 на нашу думку характеризує дану сполуку як транс-ізомер.

Відомо, що гідразони ізатину є представниками нового класу інгібіторів
циклінзалежної кінази CDK2. Вони здатні у наномолярних концентраціях
зупиняти мітоз і проявляють селективний цитотоксичний ефект на клітини
деяких ліній пухлин. З урахуванням зазначеного ми здійснили синтез
4-ізатиніліденгідразинохіназолінів (2.60-2.70) реакцією конденсації
4-гідразинохіназоліну (1.3) з відповідними ізатинами (cхема 7).

Схема 7. Cинтез
N-[1-R-5-(6,7)-R1-ізатиніліден]-N?-(3Н-хіназолін-4-іліден)гідразинів

ПМР-спектри зазначених сполук (2.60-2.70) характеризуються наявністю
сигналу протону при N3 хіназоліну в області 12.11-12.33 м.ч. у вигляді
уширеного синглету. Синглет NH-групи ізатину сполук (2.60-2.67) є чітким
та зміщений у сильні поля (10.37-10.79 м.ч.), що зумовлено слабшими
електроноакцепторними властивостями ізатинового фрагменту порівняно з
хіназоліном. У ПМР-спектрах
1-ацил-3-[(3Н-хіназолін-4-іліден)гідразоно]-1,3-дигідроіндол-2-онів
(2.69, 2.70) реєструються протони ацильних залишків у ділянці 1.22-0.97
м.ч. В мас-спектрі спостерігаються квазимолекулярні іони 332 та 346
а.о.м, які відповідають розрахунковим масам сполук (2.69, 2.70).

Дотримуючись вибраної нами стратегії формування комбінаторних бібліотек,
нами досліджена реакція 4-гідразинохіназоліну з дикарбонільними
сполуками та ацилоїнами (схема 8). Використання двократного надлишку
4-гідразинохіназоліну (2.3) при взаємодії з 1 молем бензилу, бензоїну,
ацетилацетону незалежно від тривалості (нагрівання до 3 годин) та умов
проведення реакції (діоксан, ДМФА) приводило до монозаміщених
гідразонів.

Схема 8. Взаємодія 4-гідразинохіназоліну з дикарбонільними сполуками та
ацилоїнами

Аналіз ПМР-спектрів дозволив виявити деякі особливості будови сполук
(2.71.-2.73). По-перше, характеристичні сигнали протону при N3
хіназоліну при 11.95 та 11.63 м.ч., що не відрізняє ці сполуки від
гідразонів ароматичних кетонів та альдегідів. По-друге, у сполуки 2.73
інтерпретовано синглет протону СН-групи у ділянці 4.99 м.ч., а також
слабопольний сигнал NH-групи гідразинового залишку при 11.63 м.ч., який
зміщений у більш слабкі поля внаслідок утворення внутрішньомолекулярного
водневого зв’язку. Наявність даних сигналів протонів вказує на
гідразоно(А)-єнгідразинну (В) таутомерію і сполука 2.73 у розчині
ДМСО-d6 існує в єнгідразинній формі (В).

Розділ 3. Синтез, перетворення та фізико-хімічні властивості
[(3Н-хіназолін-4-іліден)-гідразоно]карбонових кислот та їх ефірів.
Синтез кислот 3.1-3.4 здійснений конденсацією 4-гідразинохіназоліну
(2.3) з ?-кетокарбоновими кислотами у спиртовому середовищі при
кімнатній температурі або короткочасному нагріванні (схема 9). У випадку
використання ?-кетокарбонових кислот одержати відповідний продукт не
вдалося. Так, незалежно від температурних умов проведення реакції і
реакційного середовища інтермедіат декарбоксилюється з утворенням
сполуки 2.46. Крім того, нами досліджена реакція 2.3 з
2-оксо-4-(R-феніл)бут-3-єновими кислотами з метою вирішення питання
геометричної ізомерії, яка характерна для ненасичених сполук.

Схема 9. Синтез [(3Н-хіназолін-4-іліден)-гідразоно]карбонових кислот

ПМР-спектри синтезованих сполук (3.1-3.7) містять характеристичні
сигнали протонів карбоксильних груп у слабопольній частині спектру
(12.32-9.61 м.ч.) і, крім того, широкий синглет протону N3 хіназоліну
при 12.54-12.01 м.ч. Сполуки 3.3 та 3.4 характеризуються сигналами
протонів аліфатичного залишку у відповідній ділянці спектру. У спектрах
4-(R-феніл)-2-[(3Н-хіназолін-4-іліден)гідразоно]-бут-3-єнових кислот
(3.5-3.7) спостерігається характерне подвоєння сигналів, яке зумовлене
існуванням геометричних ізомерів. Аналіз хромато-мас-спектрів (хімічна
іонізація трифтороцтовою кислотою) показав, що для сполук 3.5-3.7
характерні два основних ізомерних піки з відповідним часом виходу та
площею, і що важливо з подібними m/z. Таким чином,
4-(R-феніл)-2-[(3Н-хіназолін-4-іліден)гідразоно]бут-3-єнові кислоти
(3.5-3.7) існують як геометричні ізомери і здатні до взаємопереходу.
Проведені квантово-хімічні розрахунки сполуки 3.5 показали, що суттєвої
різниці поміж енергетичними параметрами двох геометричних ізомерів не
спостерігається.

Синтез ефірів (хіназолін-4-іл-гідразоно)карбонових кислот (3.8-3.18)
проведений взаємодією 4-гідразинохіназоліну (1.3) з ефірами
?(?)-кетокарбонових кислот (схема 10).

Схема 10. Синтез ефірів [(3H-хіназолін-4-іліден)гідразоно]карбонових
кислот

У спектрах сполук 3.8-3.12 характеристичним є синглет імідного протону
при N3 хіназоліну при 11.73-11.41 м.ч. Крім того, сполуки 3.10-3.12
мають сигнали протонів карбоксалкільного залишку, які проявляються у
виді триплету (1.40-1.31 м.ч.) та квадруплету (4.47-4.26 м.ч.). У ефірів
(3.8, 3.9) метильна група характеризується синглетом при 3.80 м.ч. В
ПМР-спектрах ефірів 3.13-3.18 спостерігається характерне подвоєння
сигналів, що пов’язано з існуванням у розчині ДМСО
гідразоно(В)-єнгідразинної(А) таутомерії. Тобто, крім основного синглету
імідного протону хіназоліну при 13.82-12.13 м.ч., з’являється розширений
і подвоєний синглет протону NH-групи єнгідразинового фрагменту молекули
при 12.05-11.46/11.85-11.22 м.ч. Варто відзначити, що у спектрах
наведених сполук характеристичними є синглети таутомерних протонів
=СН-групи при 6.04-4.42 м.ч. та -СН2-групи при 4.62-4.12 м.ч. Сигнали
протонів метоксильної групи також подвоються і проявляються у виді
синглету при 3.99/3.89-3.95/3.72 м.ч., а протони етоксильної – триплету
(1.17 м.ч.) та квадруплету (4.12/3.99 м.ч.). Винятком є ПМР-спектр
сполуки 3.14, який фіксовано існує в єнгідразинній формі (В), і для
якого спостерігається необхідний набір сигналів протонів з відповідною
мультиплетністю. Хромато-мас-спектри ефірів 3.13-3.18 (хімічна іонізація
— трифтороцтова кислота) характеризуються основними високоінтенсивними
піками, які повністю відповідають розрахунковій масі.

В подальшому ефіри використані як ефективні електрофільні реагенти у
реакціях з амоніаком та гідразину гідратом (схема 11). Реакція ефірів
[(3Н-хіназолін-4-іліден)-гідразоно)]карбонових кислот (3.8-3.12) з 25%
розчином амоніаку протікає при кімнатній температурі з утворенням
відповідних амідів (3.12, 3.13, 3.15, 3.16). Виключенням є етилові ефіри
3.13-3.15, для яких реакція амонолізу не мала місця.

Схема 11. Амоноліз та гідразиноліз ефірів
[(3H-хіназолін-4-іліден)гідразоно]карбонових кислот

ПМР-спектри амідів (3.19, 3.20, 3.22, 3.23) характеризуються сигналами
протонів аміногрупи, які спостерігаються як однопротонні сигнали при
8.45-8.09 та 7.52-7.20 м.ч., що однозначно доводить будову даних
речовин.

Окрім того, ми дослідили реакцію ефірів 3.8-3.18 з гідразину гідратом
(схема 11). Нагріванням у спирті протягом 60-90 хвилин вдалось одержати
тільки гідразид 3.24, а при кімнатній температурі – гідразид 3.21.
Реакція ефірів 3.8, 3.13-3.18 з гідразину гідратом у зазначених умовах
приводить до 4-гідразинохіназоліну (2.3).

Таким чином в ефірах 3.8-3.18 окрім основного електрофільного центру є
ряд інших, які і визначають напрямок даних реакцій. Проведені
квантово-хімічні розрахунки показали, що найбільші позитивні заряди у
зазначених ефірах знаходяться на атомі Скарб. та на атомі С4 хіназоліну.
Тобто, у випадку кінетично контрольованого процесу місцем нуклеофільної
атаки буде атом Скарб. згідно із зарядовим контролем, а у інших випадках
– С4 або С2 хіназоліну (орбітально-контрольований процес). Розрахунок
загальних енергій, теплот утворення та енергій ВЗМО, НВМО для гідразидів
показав, що в деяких випадках переважає утворення 4-гідразинохіназоліну
(2.3). Необхідно відмітити, що при наявності необ’ємного донорного
замісника біля азометинової групи, окрім основної нуклеофільної атаки по
карбонільній групі, здійснюється також нуклеофільна атака по С4
хіназоліну, яка і приводить до утворення 4-гідразинохіна-золіну (2.3).
Тіофеновий замісник (акцептор), стабілізує молекулу за рахунок водневого
зв’язку.

ПМР-спектри гідразидів (3.21, 3.24) характеризуються сигналами протонів
гідразиногрупи, синглети протонів NH2-групи спостерігаються при
4.65-4.44 м.ч., а інший протон за рахунок взаємодії з карбонільною
групою зміщений у слабке поле і проявляється як синглет при 9.95-9.81
м.ч.

6

v ? e -

Ae

e

ph

yyyy

@

@

@

@

$

@

@

@

@

@

@

@

@

@

@

@

@

@

@

@

@

@

@

@

?kde

@

@

@

@

?kdk

@

@

@

@

@

@

@

@

@

¤
¤~¤0Y8Y

Похожие записи