WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 40 |

5. Проведение квантово-химических расчётов для установления геометрических параметров пиридо[1,2-]бензимидазолов, для соотнесения с критериями, предъявляемыми к аналогам азотистых оснований ДНК.

6. Исследование перспективности использования полученных пиридо[1,2]бензимидазолов в генетических экспериментах.

Методы достижения целей Для достижения цели в работе используются общесинтетические методы такие как восстановление, так же нитрование, бромирование и другие способы модификации полученных конденсированных гетероциклических систем. Предложенный и запатентованный [8] нами метод основан на склонности пиридина и в особенности его солей к реакции нуклеофильного замещения (схема 2). Так в ходе восстановительного аминирования хлоридов N-(2-NO2-R-фенил)пиридиния (1 а-и), получаемых взаимодействием пиридина с онитрогалогенаренами, реализуется внутримолекулярная циклизация в ходе нуклеофильной атаки -углеродного атома пиридинового кольца (2а-и). При этом нуклеофильная частица генерируется по ходу восстановительной циклизации.

R R Cl R SnCl+ N RN Cl R1 N + R+ + N O N O N O O 1 а-и 2 а-и Cl + + N O N N R > > 1, 2 а) R=H, R1=CF3; б) R=H, R1=CN; в) R=R1=CN; г) R=H, R1=COOH; д) R=H, R1= NO2; e) R=H, R1=NH2; ж) R=H, R1=CONH2; з) R=R1=COOH; и) R=NH2, R1=CONHСхема Способ является простым, не требующим жёстких условий и трудоёмких способов выделения конечных соединений. К тому же, в качестве восстановительного агента предлагается использовать соли металлов с переменной степенью окисления, которые в последствии можно регенерировать. С учётом доступности исходных соединений метод является экономичным, а возможность повторного использования восстанавливающего агента делает его экологически безопасным. Данный метод является универсальным, позволяя получать пиридо[1,2-]бензимидазолы с функциональными группами необходимыми для использования данных соединений в качестве генетических маркеров.

Следует отметить, что разработка методологии возможна лишь при детальном исследовании основополагающего процесса – восстановительной циклизации солей пиридиния – и изучении факторов влияющих на протекание процесса.

Для установления структуры синтезированных соединений использовались физикохимические методы исследования: ПМР-, ИК-, масс - спектроскопия.

В дальнейшем будут использованы методы квантово-химических расчетов для установления геометрических параметров производных пиридо[1,2-]бензимидазола, с последующим сравнением с характеристиками азотитстых оснований нуклеиновых кислот и известных генетических маркеров.

Научные, практические и инновационные результаты работы.

Имеющийся задел В литературе восстановительная циклизация описана, но данный способ не нашел широкого применения из-за отсутствия, на наш взгляд, региоспецифического циклизующего агента, позволяющего количественно получать целевые продукты. Так применение Pd/C приводит к восстановлению пиридинового цикла пиридо[1,2-]бензимидазолольной системы [9], при использовании гидразина либо фенилгидразина в качестве восстанавливающего агента образуется смесь продуктов, при этом выход целевого продукта не более 40% [10-11].

Поэтому для повышения селективности методики синтеза замещенных пиридо[1,2]бензимидазолов (2) был осуществлен поиск удобного циклизующего агента. В качестве таковых использовались: гидросульфид натрия, хлорид титана (III), хлорид олова (II) (схема 3).

H NaHS F3C N O - NHCl H TiCl+ N CFN N CF3 33% O2N SnCl2 3 4 N N CF3 90% 1 a Схема Применение NaHS приводило к образованию продукта раскрытия пиридинового цикла, поскольку реакция протекала в щелочных условиях. Внесение хлорида титана (III), в качестве циклизующего агента, в реакционную массу позволило выделить ряд пиридо[1,2]бензимидазолов с небольшим выходом. Из трех восстанавливающих соединений наилучшие результаты были получены в случае хлорида олова (II). Благодаря применению хлорида олова (II) в качестве восстанавливающего агента процесс циклизации проходил при комнатной температуре в течение 5-10 минут. Выход конечных продуктов 91-98 %.

В дальнейшем при более детальном рассмотрении процесса восстановительного аминирования солей N-(2-NO2-4-R-фенил)пиридиния (1) нами было показано влияние на процесс таких факторов как структура восстанавливаемого субстрата, соотношение восстанавливающий агент:восстанавливаемый субстрат [12-14].

Так при наличие заместителя в положении 3 пиридинового кольца, солей N-(2-NO2-4CN-фенилен)-3-R-пиридиния (1 к-м), встает вопрос о направлении нуклеофильной атаки.

Поскольку -углеродные атомы, по отношению к кватернизированному азоту, не идентичны (схема 4).

R Cl R SnClN N + CN N + N CN N CN + O N R O 1 к-м 3 к-м 4 к-м 1, 3, 4 к) R=CH3; л) R=Cl; м) R=COOH Схема Поэтому были проведены исследования ориентирующего влияния заместителей, которые показали, что CH3-группа направляет циклизацию преимущественно по -углеродному атому в о-положении к заместителю. В случае атома хлора в качестве заместителя в положении пиридинового кольца так же получается смесь изомеров, но доля продукта циклизации по пара-положению увеличивается (табл.1).

Таблица Влияние структуры субстрата на ориентацию циклизации солей N-(2-NO2-4-CNфенилен)-3-R-пиридиния Заместитель Соотношение изомеров циклизации орто-изомер (3) пара-изомер (4) СН3 5 Сl 3 СOOH 0,3 Влияние заместителей в положении 3 на направлении нуклеофильной атаки в дальнейшем будет нами объяснено с помощью квантово-химических расчетов, позволяющих оценить реакционную способность данных неэквивалентных положений.

При циклизации хлорида N-(2,4-динитрофенилен)пиридиния в зависимости от условий проведения процесса и соотношения восстанавливающий агент : восстанавливаемый субстрат были получены как 8-нитро-, так и 8-аминопиридо[1,2-а]бензимидазолы (соед. 2 д и 2 е соответственно) (схема 5). Образование различных конечных продуктов объясняется более высокой реакционной способностью орто-нитрогруппы по сравнению с пара- в соед. 1 д.

O N + N 2 д N O SnClCl O + + N 2 е N N NHO N + O N O N N N N N O N 1 д Схема При осуществлении реакции как в гомофазе, так и в гетерофазных условиях при внесении восстанавливающего агента в количестве необходимом для конверсии одной нитрогруппы восстанавливается орто-нитрогруппа и образуется 8-нитропиридо[1,2-]бензимидазолы (2 д).

Восстановление также и п-нитрогруппы наблюдалось при увеличении вносимого SnCl2 в два раза. В результате был получен 8-аминопиридо[1,2-]бензимидазолы (2 д).

Однако, проведение циклизации в гетерофазных условиях при наличии ВА в количестве, необходимом для 100 %-ной конверсии обеих нитрогрупп, приводит к накоплению в реакционной массе продуктов неполного восстановления п-нитрогруппы (нитрозо- и гидроксиламинопроизводных) и конденсации последних в 1,2-дибензо[4,5]имидазо[1,2а]пиридин-7-ил-диазен оксид (5).

Таким образом, меняя условия процесса взаимодействия хлорида N-(2,4динитрофенилен)пиридиния с SnCl2 можно получать различные пиридо[1,2-]бензимидазолы.

Влияние выше обозначенных факторов может быть раскрыто исходя из предполагаемого механизма реакции, который должен учитывать все имеющиеся факты (практические данные).

Поэтому с целью установления возможного механизма реакции восстановительной циклизации хлорида N-(2,4-динитрофенил)пиридиния была проведена серия опытов, позволяющая установить стадию восстановления NO2-группы, на которой происходит циклизация солей пиридиния. Были поставлены синтезы с различным соотношением восстанавливаемый субстрат : восстанавливающий агент (ВС : ВА = от 1:2 до 1:5.5 с шагом 0.5). В качестве восстанавливающего агента, использовали 98 %-ый ангидрид SnCl2, приобретенный по каталогу Acros organics (котоложный номер [7772-99-8]), в 3 % HCl.

Из литературы известно, что восстановление NO2-группы протекает в несколько стадий последовательного принятия трех пар электронов. При этом образуется две группы обладающие нуклеофильным характером – амино- и гидроксиламиногруппа. Дозированное внесение ВА дает возможность контролировать количество электронов, идущих на восстановление, а наличие двух нитрогрупп в соли N-(2,4-динитрофенил)пиридиния позволит, анализируя продукты реакции, установить то количество электронов, которое идет на восстановление орто-нитрогруппы. Ранее в работе [15] было показано, что в первую очередь происходит восстановление орто-нитрогруппы в соединении 1 д, а избыток восстанавливающего агента в реакционной массе будет приводить к образованию 8аминоопиридо[1,2-]бензимидазола. В итоге задачей нашего эксперимента стало, во-первых, установить соотношение ВС:ВА, при котором максимален выход циклизованного продукта 2 д без примеси аминопроизводного (8-аминопиридо[1,2-]бензимидазола), и, во-вторых, определить минимальное количество ВА, требуемое для полного восстановления обеих нитрогрупп (получение 8-аминопиридо[1,2-]бензимидазола).

Дозированным внесением SnCl2 нами установлено, что уже при внесении циклизующего агента в количестве ВС:ВА = 1:3 образуется примесь 8-аминопиридо[1,2-а]бензимидазола (схема 6). А минимальное соотношение, при котором в спектрах ЯМР 1Н не регистрировалось NH2-производное и наблюдался максимальный выход (91 %), составило 1:2.5. Значит атакующей нуклеофильной частицей в реакции восстановительной внутримолекулярной циклизации солей N-(2,4-динитрофенил)пиридиния является гидроксиламиногруппа. При этом соотношение ВС:ВА = 1:5.5 позволило выделить из реакционной массы только продукт полного восстановления обеих нитрогрупп (с выходом 97%).

1:2,N 2 д N NO2 91 % Cl N SnClN + 1:+ + N NON NHN NO84 % O2N 8 % 1:5,5 N N NH97 % 1 д 2 е Схема В итоге на основании проведенных нами исследований предложен следующий механизм образования пиридо[1,2-а]бензимидазола в условиях реакции внутримолекулярного восстановительного аминирования солей N-(2,4-динитрофенил)пиридиния (Схема 7).

Cl Cl Cl + SnCl2 + + N N N N NO2 NO2 + N NO2 - H2O N.. NOH H O2N NHOH - HCl OH 1 д А Б 2 д Схема При этом наличие положительного заряда на кватернизированном атоме азота стабилизирует образующийся -комплекс (интермедиат Б).

Ожидаемые результаты В дальнейшем планируется проведение исследования спектральных характеристик, синтезированных пиридо[1,2-]бензимидазола и разработка методик идентификации полученных новых соединений с помощью физико-химических методов анализа.

Кроме того сейчас ведутся работы по распространению предложенной нами методологии синтеза пиридо[1,2-]бензимидазола на получение других полициклических производных имидазола с узловым атомом азота, например таких как пиридо[3’,2’:4,5]имидазо[1,2-]пиридин и пиридо[1,2-е]пурин (схема 8).

N Cl N X=N, Y=CHX X=Y=N N + N N N Y N N O2N Схема Так же в будущем планируется проведение квантово-химических расчётов геометрических параметров полученных соединений и сравнение их с известными параметрами соединений, использующихся в качестве аналогов азотистых оснований нуклеиновых кислот. На основании полученных данных будут сделаны выводы о возможности применения полученных соединений в генетических экспериментах (рис. 2).

H OH Исследуемые геометрические HO H H параметры O O P O H2N H3C N O N O N N O Тимин H H H2N N N H OH N Аденин N OH O P O O N H3C N N O P O X OH O O Тимин N -O H H O H H H N HO H2N O O N N HN NH2 N+ O P O O T T H H OH N H H Synt OH A Рис. 2 Цепочка ДНК, содержащая дизамещенный пиридо[1,2-]бензимидазол.

После теоретических обоснований планируется провести испытания полученных соединений в Государственном научно–исследовательском институте генетики и селекции промышленных микроорганизмов.

Краткие выводы проделанной работы и рекомендации 1. Показана возможность использования метода восстановительной циклизации солей пиридиния для синтеза пиридо[1,2-]бензимидазолов.

2. Установлено влияние на процесс восстановительного аминирования таких факторов, как природа циклизующего агента, структура восстанавливаемого субстрата и соотношение субстрат : восстанавливающий агент.

3. Доказано, что циклизация солей пиридиния происходит в результате нуклеофильной атаки гидроксиламиногруппы -углеродного атома пиридинового кольца.

Показано, что для получения целевых соединений с максимальным выходом необходимо использовать в качестве восстанавливающего агента хлорид олова (II) в 3% HCl при комнатной температуре в течении 10-20 мин.

Предполагаемая стоимость получаемых замещенных пиридо[1,2-]бензимидазолов составит от 800 до 1200 евро/кг. Для сравнения цена не модифицированного азотистого основания (аденин, гуанин и др.) 1500-2000 евро/кг, тогда как синтетические аналоги, например, производные пиримидо[1,6-]бензимидазола более 6000 евро/кг.

На основе результатов работы возможна разработка теоретических основ получения конденсированных производных имидазола с низкой себестоимостью конечных продуктов.

Необходимо проведение отбора соединений, пригодных для генетических исследований in vitro, на основе данных квантово-химических расчетов. Применимость отобранных веществ в качестве аналогов азотистых оснований ДНК предполагается установить экспериментально.

В дальнейшем будет осуществлен поиск зависимости структур конденсированных полигетероциклических соединений с проявляемыми ими биологическими свойствами.

Список литературы 1. В.А. Анисимов, А.А. Спасов, А.В. Степанов, Н.В. Арькова, Д.С. Яковлев //Хим-фарм. Ж.

2006. Т.40, №9, с. 23-2. B. E. Maryanoff, D. F. McComsey, W. Ho, R. P. Shank, B. Dubinsky // Bioorganic & Medicinal Chemistri Letters. 1996. Vol.6, No 3, p. 333-3. El-Sayed A.M. Badawey, Y.M. Gohar// IL Farmaco. 1992. 47(4), p. 489-4. K Vijayender Reddy, K. Mogilaiah, B.Sreenivasulu // Indian J. Chem., Sect B, 23B, 1984. p. 11065. E. A. Bakhite, A.G. Al-Sehemi, Y. Yamada // J. Heterocyclic Chem, 42, p. 1069– 6. Pastor Joaquin, Siro Jorge, Garcia-Navio Jose L., Vaquero Juan J., Rodrigo M. Melia, Ballesteros Milagros, Alvarez-Builla Julio // Bioorganic&Medicinal Chemistry Letters, Vol. 5, No. 24, pp. 30433048, 7. H-J. Knolker, R. Boese, R. Hitzemann // Chem. Ber. 1990. 123, p. 327-8. Патент №2303599 государственный реестр изобретений РФ от 27.07.9. Крапивко А. П.,Савиткина Е. А., Антарес К. А., Астахов А. А., Варламов А. В. // ХГС. 1996.

№ 3. С. 338-10. Osterheld V. K. Prajsnar B. Hauser H. J. // Chemiker-Zeg. 1979. 103. № 5. 190;

11. Szabo L. Szantay C. // Chem. Ber. 1969. 102. 1529-1533;

12. Бегунов Р.С., Рызванович Г.А., Фирганг С.И. ЖОрХ., 2004, Т.40. Вып.11. С.1740;

13. Begunov R.S., Ryzvanovich G.A. Mendeleev Commun., 2006, 119;

14. Бегунов Р.С., Рызванович Г.А. ЖОрХ., 2007, Т. 43. Вып. 7. С.15. Бегунов Р.С., Рызванович Г.А. ХГС., 2004, № 9. С. ЗАБЫТАЯ СТОЛИЦА Потемин И.В., студент И- Научный руководитель Марасанова В.М., д.и.н.

Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 40 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.