Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор 7
1.1 Методы синтеза 5-аминопиразолов 10
1.2 Некоторые химические превращения 5-аминопиразолов 33
2. Обсуждение результатов 51
2.1 Получение производных 5-аминопиразола 52
2.2 Превращения 5-ампнопиразолов 51
2.2.1 Диазотированпе 5-амннопиразолов с фенпльным заместителем в положении 4 58
2.2.2 Диазотированпе 5-аминопиразолов с 3,4-диметоксифенильным заместителем. Синтез азоло[3,4-с]цнннолннов 59
2.2.3 Реакции 5-аминопиразолов с карбонильными соединениями 62
2.3 Реакции солей пиразолилдиазония 68
2.3.1 Реакция азосочетания и синтез красителей 68
2.3.2 Синтез 1-гетарил-3,4-ДИзамещенных пиразол-5-олов 75
2.4 Использование синтезированных пиразол содержащих красителей для окрашивания текстильных материалов 76
2.4.1 Устойчивость образцов текстильных материалов окрашенных синтезированными соединениями к физико-химическим воздействиям 77
2.5 Биологическая активность синтезированных соединений 79
2.5.1 Фунпщидные свойства синтезированных соединений 79
2.5.2 Компьютерный скрининг биологической активности некоторых синтезированный соединений 96
2.5.2.1 Анализ прогноза биологической активности для структур синтезированных 5-аминопиразолов 101
2.5.2.2 Анализ прогноза биологической активности для структур виртуальных соединений 104
3 Прогноз биологической активности для структур синтезированных пиразолоцинполинов 106
4 Сравнительный анализ биологической активности 5-аминопиразолов и пиразолоцинполинов синтезированных на их основе 111
Экспериментальная часть 118
Выводы 154
Литература 156
- Некоторые химические превращения 5-аминопиразолов
- Диазотированпе 5-аминопиразолов с 3,4-диметоксифенильным заместителем. Синтез азоло[3,4-с]цнннолннов
- Компьютерный скрининг биологической активности некоторых синтезированный соединений
- Сравнительный анализ биологической активности 5-аминопиразолов и пиразолоцинполинов синтезированных на их основе
Введение к работе
Актуальность темы. Производные пиразола продолжают привлекать внимание как химиков-синтетиков, так и специалистов занимающихся поиском новых эффективных биологически активных веществ, в том числе химико-фармацевтических препаратов, пестицидов, биопротекторов для различных материалов, антиоксидантов и т.д. Это связано с одной стороны с достаточно удобными и основанными на доступных исходных соединениях методами создания ппразольного цикла, а с другой возможностью широких вариаций сочетания различных заместителей в цикле, а как следствие -проявление соединением интересных, перспективных в практическом плане свойств. Вышесказанное также делает замещенные пиразолы удобными объектами для изучения изменения свойств соединений в структуроподобных рядах.
Известно, что существует большое количество, в том числе И производящихся в промышленном масштабе красителей, содержащих в молекуле пиразольный цикл. Наличие ппразольного цикла обеспечивает повышенную светостойкость красителя, хорошее сродство к окрашиваемому материалу и т.д.
Однако в литературе практически отсутствуют сведения о биоцидных свойствах пиразолсодержащих красителей, а также о возможности влияния на эти свойства вариациями строения и числа заместителей в пиразольном цикле.
Подавляющее число пиразолсодержащих азокраентелей получены реакцией азосочетания различных ппразолонов с солями арилдиазониев и крайне ограничены сведения об использовании для синтеза пиразолсодержащих красителей 5-аминогшразолов.
Неописаны синтез и свойства 5-аминопиразолов, содержащих в первом положении такие гетарильные заместители как хлорпиридильный и бензтиазол ильный.
5 Цели и задачи работы:
Разработка методов синтеза 1-тетарплзамещснных 5-аминопиразолов
Исследование некоторых химических превращений и фунгицидных свойств синтезированных 1-арил(гетарил)-5-аминопиразолов
Синтез пиразолсодержащих красителей на основе синтезированных аминопиразолов
Получение окрашенных текстильных материалов с помощью синтезированных азокрасителен и изучение свойств окрашенных материалов.
Научная новизна работы.
Разработаны методы синтеза и впервые синтезированы неописанные ранее 5-аминопиразолы и производные на их основе.
Впервые показано, что в зависимости от строения заместителя в положении 4 амшюпиразола и условий реакции диазотирования, образующиеся соли диазония превращаются в различные продукты.
Обнаружена неописанная ранее циклизация 5-амшю-4-(индолил-3)-3-фснил пиразола в новую гетероароматнческую систему пиразоло[3\4':5,6][тридазшю[3,4Ь]индол.
Установлено не наблюдавшееся ранее отщепление гетероциклического радикала из положения 1 пиразольного цикла в реакции 1-гетарил-5-амшюпнразолов с карбонильными соединениями.
Впервые в ряду структуро подобных арил(гетарил) пиразолов показана возможность получения азокрасителен с высокой фунгицидиой активностью, а также выявлено влияние на уровень активности строения заместителей в пиразольном кольце.
Практическая значимость результатов обусловлена разработкой метода синтеза неописанных ранее гетарилзамещенных 5-аминопиразолов и азосоединеннїі на их основе. Получены новые азокраситсли, которые не только обеспечивают высокие прочностные характеристики окраски текстильных материалов, но и обеспечивают биозащиту тканей от действия грибов, наиболее активно развивающихся на текстильных материалах.
В результате компьютерного скрининга биологической активности показана перспективность синтезированных соединений в качестве объектов для поиска эффективных химико-фармацевтических препаратов.
Некоторые химические превращения 5-аминопиразолов
С появлением технологии струйной печати появилась необходимость в красителях, использующихся при этом виде печати. Выбор красителя для данного вида печати является очень важным, т.к. краситель должен иметь яркий цвет и обладать высокой устойчивостью к свету после печати. Для водорастворимых чернил краситель должен иметь достаточную растворимость, чтобы обеспечивать относительно хорошую плотность печати на получаемом элементе, а также же в достаточной мере быть устойчивым при длительном хранении и не выпадать в осадок. Этим условиям удовлетворяют катионные красители (192), имеющую общую формулу представленную ниже [148].
Наряду с катионными и кислотными красителями в чернилах для струнной печати также используются метал-комплексные азопигменты [151]. Описанный в работе [152] краситель (194) содержащий 1,3-бензтиазол-5-сульфат калия в первом положении у пиразольного цикла имеет отличную устойчивость к озону и свету. Красители для струйной печати, полученные азосочетанием солей диазония и обладающие хорошими светойкостью и цветовыми характеристиками упоминаются также и в других работах [153-155]. Помимо упоминавшихся выше примеров применения пиразолсодержащих азокрасителеи в качестве компонентов чернил для струйной печати, красители (195) используются также при изготовлении фотоматериалов [156]. Красители (195) показывают отличную устойчивость к свету, влажности, нагреванию, воздуху и химическим реагентам. Аналогично представленному выше применению используются пиразол содержащие азо красители представленные в работе [157]. Возможно также использование пиразолсодержащих азокрасителеи при изготовлении записываемых слоев в оптических носителях информации [158].
Как следует из данных приведенных в литературном обзоре, синтез производных 5-аминопиразола из 2-оксонитрилов (р-кетонитрилов) и гидразинов — одна из реакции органического синтеза, отличающаяся эффективностью и препаративной простотой. Разнообразие в строении целевых аминопиразолов обусловлено строением исходных гидразинов и кетонитрилов и может варьироваться в достаточно широких пределах.
Р-Кетонитрилы 2а-д были получены ацилированием бензил цианида 1а и 3,4-днметоксибензилцианида 16 (гомовератронитрила) эфирами уксусной, бензойной и 4-хлорбензойной кислот в условиях реакции Клайзена. Характерной особенностью арилацетонитрилов является повышенная, по сравнению с алифатическими нитрилами, склонность протонов метиленовой группы к ионизации. Взаимное влияние арильного ядра и цианогруппы значительно облегчает отрыв протона при действии оснований, и для успешного протекания ацилирования бензилцианидов во многих случаях достаточно использования таких мягких катализаторов, как алкоголяты щелочных металлов. Нами установлено, что применение изо-пропилата натрия в изо-пропаноле обеспечивает наиболее высокие выходы кетонитрилов 2 и упрощает обработку реакционной массы, поскольку зачастую натриевая соль енолята кетомнтрила выпадает при охлаждении или даже из кипящей смеси и может быть выделена фильтрованием и очищена от побочных продуктов промыванием изо-пропанолом и диэтиловым эфиром [159]. Нейтрализация водного раствора енолята в воде разбавленной соляной кислотой позволяет получить чистые, пригодные к дальнейшим превращениям кетонитрилы 2а-д.
Известно, что наличие в молекуле красителя гетероциклического фрагмента способно привести к появлению или увеличению таких ценных свойств окрашенных материалов, как устойчивость к истиранию, светостойкость, фунгцидиая активность против грибов развивающихся на текстильных материалах. Поэтому для получения производных 5-аминопиразола мы синтезировали ряд гетарилзамещенных гидразинов. Метод синтеза Ы-(3,5-дихлорпиридил)гидразина 4 разработан на кафедре органической химии и химии красителей МГТУ им. А.Н. Косыгина и приведен в экспериментальной части.
Метод получения Ы-(4,б-диметилпиримидинил)-гидразина 6 из 2-гидрокси-4,6-диметилпиримидина , описанный в работе [161], был нами модифицирован. Проведение реакции непосредственно в среде гидразингидрата позволило сократить время реакции до 1 часа и упростить выделение гидразина 6, который был получен нами с выходом 80%.
Хотя метод получения 5-аминоппразолоп из цианокетонов и гидразинов является общим и неоднократно описан (см. литературный обзор), условия проведения циклизации сильно зависят от применяемых реагентов. Так, для превращения кетонитрилов 2а,б в 1-замещенные аминопиразолы 7я,б достаточно непродолжительного (1-2 часа) нагревания эквимолекулярной смеси кетонитрила и соответствующего гидразина в этаноле или изо-пропаноле.
Гетарилзамещенные гидразины 4-6 отличаются меньшей, по сравнению с фенилгидразином, реакционной способностью, а также малой растворимостью в большинстве органических растворителей, спиртах и органических кислотах,
Диазотированпе 5-аминопиразолов с 3,4-диметоксифенильным заместителем. Синтез азоло[3,4-с]цнннолннов
Известно, что гетероциклические фрагменты, входящие в состав молекул являются одними из самых мощных биофоров. Зачастую введение гетероциклического радикала резко меняет биологическую активность соединения.
Среди многочисленных гетеро циклов, которые «обеспечивают» биологическую активность органического соединения выделяются такие как пиридин, бензтиазол, пиримидин, триазол, пиразол и др. Одной из задач, которые решаются с помощью биологически активных веществ (БАВ) является защита различных материалов от биоповреждений, вызываемых разнообразными микроорганизмами. В частности, до сих пор остается не решенной задача защиты текстильных материалов от механического и химического разрушения волокон вызываемых специфическими грибами, которые развиваются на текстильных материалах. В связи с изложеїшьім представлялось интересным и практически важным исследовать биологическую (фунгицидную) активность синтезированных соединений и среди них особенно азосоедпнений (азокрасителей), а также оценить биостойкость образцов текстильных материалов, окрашенных синтезированными красителями. В настоящем исследовании мы изучили фуигицидные свойства ряда синтезированных соединений и образцов, окрашенных ими текстильных материалов, а также мы предприняли попытку выявить взаимосвязь между строением производных 5-аминопиразола и уровнем проявляемой ими фунгицидной активности. Испытания проведены в биологической лаборатории ГосНИИР по ГОСТ 9.048-75 [172]. В качестве тест-культур использовали микромицеты часто встречающиеся на текстильных материалах и вызывающие как механические, так и химические разрушения волокон: Aspergillus niger v. Tcigh, Aspergillus Jlavus Link Fr., Penicillinm cluysogenum Westling, Ulocladhim ilicis Thorn (бывшее название Stcmpfhylium),
Данные виды грибов были выбраны потому, что представители рода Aspergillus niger среди несовершенных грибов по активности биохимического повреждения текстиля стоят на первом месте. Конидии Aspergillus niger могут вызывать гибель микромицетов — конкурентов за субстрат. Известно также, что зачатки мицелия Aspergillus niger способны выживать в условиях, когда мицелии других видов грибов оказываются уязвимыми и отмирают, кроме того, они очень удобны для микроскопирования. Изменения, обнаруженные при росте других тест-культур в присутствии синтезированных красителей, рассматривали как дополнительную информацию о свойствах испытываемых веществ и биохимических особенностях развития микромицетов.
В качестве эталона использовали препарат "Катамин". Некоторые примеры фотографий с изображенными на них результатами взаимодействия грибов с исследуемыми соединениями приведены в приложении к диссертации.
Биологические испытания соединений проводили несколькими способами: испытание растворов, содержащих соединения с жидкой питательной средой Чапека или методом "дисков".
Метод Чапека удобен в случае хорошей растворимости соединений в воде, так как сама питательная среда является водной (следует отметить, что образование соединением суспензии не является препятствием для испытаний). Метод "дисков" позволяет обеспечить прямой контакт исследуемого вещества и тест-культуры.
В заранее приготовленные пробирки с жидкой питательной средой Чапека (2 мл) были добавлены растворы красителей (0.5 мл) с таким расчетом, чтобы их конечная концентрация была 0.1 и 0.01 % от всего объема жидкости в пробирках. (При приготовлении среды Чапека учитывали последующие разведения красителями и суспензией тест-культур.) После этого в пробирки вносили 0.5 мл суспензии спор тест-культур двухнедельного возраста
Контролем служили тест-культуры, выращенные в таких же условиях, но без добавления красителей. На пятые сутки оценивали характер роста грибов по 6-й бальной системе в соответствие с процентными показателями торможения роста (см. табл. 9).
При использовании метода "дисков" в полученных 10, 1 и 0.1%-ных растворах смачивали диски из бумажных фильтров (диаметром 7 мм), и раскладывали их в чашки Петри с питательной средой Чапека. Заранее в питательную среду были внесены культуры плесневых грибов. Через трое суток наблюдали развитие тест-культур на обработанных дисках и вокруг них. По характеру роста и зоне подавления роста определяли биологическую активность препарата, нанесенного на бумажный диск. Результаты испытаний представлены в таблице 10.
Компьютерный скрининг биологической активности некоторых синтезированный соединений
С давних лет человечество мечтает о лекарстве, которое при действии на организм обладало бы максимальной избирательностью, благодаря чему эффективно устраняется причина болезни, но не возникают нежелательные побочные эффекты.
В то же время, весь накопленный к настоящему моменту опыт медицинской химии и фармакологии свидетельствует об отсутствии абсолютной специфичности действия известных лекарственных веществ: все они способны вызывать многообразные фармакологические эффекты, часть которых используется для терапии определенной патологии, а другие -являются причиной побочного действия и токсичности.
В процессе исследования нового вещества характеристики спектра его биологической активности выделяются не сразу: некоторые эффекты обнаруживаются уже при первом тестировании «в пробирке», другие - при изучении его действия на экспериментальных животных, третьи - при проведении клинических испытаний и последующем использовании препарата в медицинской практике [174]. Так, например [175], препарат ацетазоламид сначала использовался в качестве диуретика, а в последствии он стал использоваться в качестве антиэпилепсического агента; силденафил (виагра) прежде исследовался, как средство против высокого давления, но сейчас широко используется для лечения мужской половой дисфункции.
Ни одно химическое соединение невозможно исследовать экспериментально на все известные виды активности [176]. Единственная реальная возможность комплексного исследования биологической активности веществ - развитие новых технологий компьютерного прогнозирования и их применение к оценке вероятных видов активности химических соединений с последующим тестированием изучаемых веществ в соответствии с результатами прогноза. Традиционные подходы к анализу количественных соотношений «структура-активность» (КССЛ) применимы к соединениям одного и того же химического класса и, как правило, оперируют одним или несколькими видами биологической активности [177]. В следствии этого, востребованной явилась бы система прогноза биологической активности. Такая система существует в настоящее время [178]. Система PASS (Prediction of Spectra Biological Activity for Substances) прогнозирует по структурной формуле химического вещества 900 видов биологической активности, включающих основные и побочные фармакологические эффекты, механизмы действия, мутагенность, канцерогенность, тератогенность и змбриотоксичность. Работа системы PASS основана на анализе зависимостей «структура-активность» для веществ из обучающей выборки, содержащей более 45000 разнообразных биолопічески активных веществ (субстанции известных лекарственных препаратов и фармакологически активные соединения). Биологическая активность в системе PASS описывается качественным образом (наличие/отсутствие). Выдаваемые результаты прогноза помимо названий активности включают в себя оценки вероятностей наличия (Ра) и отсутствия каждой активности (Pi), имеющие значения отО до 1. Поскольку эти вероятности рассчитываются независимо, их сумма не равна единице.
По результатам апробации система PASS позволяет получать среднюю точность прогноза равную 85 % [176]. При использовании данной системы для исследования биологической активности веществ экономическая эффективность превышает 500 % [179], а при сравнении компьютерного предсказания биологической активности с оценками экспертов (специалистов в области медицинской химии и фармакологии) система PASS обеспечивает более чем в 3 раза точный прогноз при существенно меньшем числе отказов от прогноза [180]. Система PASS постоянно развивается и дополняется. Немаловажным является и то, что любой желающий после регистрации на интернет сайте [178] может бесплатно воспользоваться системой PASS и в дальнейшем загрузкой в систему структурной формулы соединения, либо построением структуры в автоматически загружаемом приложении, позволяющим непосредственно на сайте конструировать химические формулы соединений.
Таким образом, используя систему PASS можно уже на стадии планирования синтеза выявлять заведомо интересные соединения и отказываться от соединения, не отвечающих критериям биологического скрининга. При этом методика получения результатов скрининга достаточно проста - необходимо лігшь ввести в систему структурную формулу соединения, используя для этого либо загружаемое приложение, которое позволяет нарисовать необходимую структурную формулу соединения, либо загружать заранее сохраненную в формате MOL формулу соединения.
Сравнительный анализ биологической активности 5-аминопиразолов и пиразолоцинполинов синтезированных на их основе
Замена мстилыюго или 3,5-дихлорпиридилыюго радикала в положении 1 пиразолыюго цикла на 1,3-бензтиазолильный приводит к значительному понижению значения вероятности антиэпилептической активности (antiepileptic), при этом максимальное значение вероятности наличия этой активности проявляется у пиразоллоциннолина 10е.
Обратная ситуация наблюдается в случае оценки возможностей использования пиразолоцпинолинов в качестве противовоспалительных средств (antiinflammatory), т.е. при замене 3,5-дихлорпиридилыюго радикала в положении 1 пиразольного цикла на 1,3-бензтиазолпльный, а также метильный прогнозируется увеличение значения вероятности возникновения данной активности.
Вероятность использования пиразолоциннолииов в качестве препаратов против почечных камней выражена у пиразолоциннолииов, содержащих 1,3-бензтиазолильныи радикал и практически отсутствует у пиразолоцпинолинов, содержащих 3,5-дихлорпиридильный и метильный радикалы.
ФенильныП заместитель в 3-м положении пиразола снижает вероятность наличия протпвоневротической активности (antineurotic), однако введение атома хлора в фенильный радикал несколько увеличивает данную активность.
Использование пиразолоциннолииов в качестве анксиолитиков (anxiolytic) возможно практически у всех синтезированных пиразолоциннолииов, однако вероятность проявления этой активности наиболее высока при наличии в структуре соединения 3,5-дихлориирилыюго заместителя.
Относительно высокая вероятность использования пиразолоциннолииов в качестве бронхорасширяющих средств (bronchodilator) с высокой долей вероятности возможна только у пиразолоцпинолинов, имеющих у атома N] 3,5-дихлорпиридильный радикал.
Применение шіразолоциннолинов в качестве нейропротекторов с высокой долей вероятности возможно лишь у 3-(1,3-бензотиазол-2-ил)-7,8-диметоксп-1-метил-ЗЯ-пиразоло[3,4-с]циннолина Юг. При этом можно отметить, что как замена метильного радикала в положении 3, так и бензтиазолильного в положении 1 приводит к снижению индекса активности.
Высокая вероятность наличия активности регулятора метаболизма нуклеотидов (nucleotide metabolism regulator) наблюдается у пиразолоциннолинов, содержащих 3,5-дихлорпиридильный радикал, при этом данная активность отсутствует вовсе у пиразолоциннолина 10е.
Среди исследуемых пиразолоциннолинов их использование в качестве препаратов для лечения почечных болезней (renal disease treatment) с высокой долей вероятности наблюдается в том случае, когда в положении 4 ппразолыюго цикла находится метильный радикал.
Использование пиразолоциннолинов в качестве противоаллергических средств (antiallergic) возможно у пиразолоциннолинов, в молекуле которых сочетается фенильный радикал (положение 4) и гетероциклический (положение 1) (соединения 106, 10в).
Антиангинальная и антидепрессантная активности, вероятные у пиразола 10е не предсказываются вообще у гетероциклических производных.
На основе приведенных в таблице 15 данных можно порекомендовать проверить экспериментально у большинства пиразолоциннолинов наличие следующих видов активностей: антиартритик, антиконвульсант, анксиолитик, регулятор метаболизма нуклеотидов. При этом пиразолоциннолины, содержащие 3,5-дихлорпиридильнып радикал также можно было бы исследовать в качестве бронхорасширяюшего средства, антиастматнка, противоэпилептического средства. В тоже время пиразолоциннолины, содержащие 1,3-бензтиазолильный радикал можно было бы исследовать в качестве противовоспалительного средства.
Поставив перед собой цель изучить влияние положения гетероциклического заместителя в 3-м положении у пиразольного фрагмента (3,5-дихлорпиридил), а также с целью изучить влияние отличного по строению от заместителя у Nj пиразола (1,3-бензтиазолил) на потенциальные биологические свойства соединения нами была сконструирована молекула пиразолошпшолина Юн. В результате проведенного биологического скрининга можно отметить, что перемещение 3,5-дихлорпиридилыюго радикала от Nt пиразола в третье положение пнразольного цикла привело к исчезновению антиневротической активности, которая ранее наблюдалась у всех представленных пиразолоциинолииов. Также можно отметить, что отсутствие антиэпилептической активности возможно зависит от размера заместителя, находящегося в 3-м положении пнразольного цикла и не зависит от его природы. Замена в 3-м положении 1,3-бензтиазолилыюго радикала на 3,5-дихлорпиридильный привела к появлению анксиолитической активности и исчезновению возможности использовать соединение 10и в качестве регулятора метаболизма нуклеотидов.
С целью изучения влияния циклизации аминопиразолов в пиразолоциннолины на потенциальную биологическую активность мы решили определить, как изменились значения наличия и/или отсутствия биологической активности у пиразолоциинолииов, полученных из соответствующих аминопиразолов.
Для облегчения сравнения результатов прогноза биологической активности пиразолов и пиразолоциннолинов нами была составлена таблица, в которой присутствуют все наименования активностей из представленных выше таблиц для аминопиразолов и пиразолоциинолииов.
![Синтез, свойства и исследование антиокислительной активности галогенидов S-[ -(4-гидроксиарил)алкил]изотиурония](/i/i/4276/436731.png "Синтез, свойства и исследование антиокислительной активности галогенидов S-[ -(4-гидроксиарил)алкил]изотиурония Кандалинцева Наталья Валерьевна")
