Синтез, хімічні перетворення і біологічні властивості 1-R-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонових кислот та їх похідних

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ФАРМАЦЕВТИЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 54.057:542.951.1:547.831.9:615.28:616.441:616-002.5

СИНТЕЗ, ХІМІЧНІ ПЕРЕТВОРЕННЯ І БІОЛОГІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ 1-R-4-АМІНО-2-ОКСОХІНОЛІН-3-КАРБОНОВИХ КИСЛОТ ТА ЇХ ПОХІДНИХ

15.00.02 -- фармацевтична хімія і фармакогнозія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фармацевтичних наук

СКАІФ НІКОЛА

Харків 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі фармацевтичної хімії Національного фармацевтичного університету, Міністерство охорони здоров'я України.

Науковий керівник: доктор фармацевтичних наук, професор Безуглий Петро Овксентійович Національний фармацевтичний університет, завідувач кафедрою фармацевтичної хімії

Офіційні опоненти: доктор хімічних наук, професор БОЛОТОВ Валерій Васильович Національний фармацевтичний університет, завідувач кафедрою аналітичної хімії

доктор фармацевтичних наук, професор МАЗУР Іван Антонович Запорізький медичний університет, завідувач кафедри фармацевтичної хімії

Провідна установа: Державне підприємство “Державний науковий центр лікарських засобів“ МОЗ та НАН України, лабораторія хімії та технології біополімерів

Захист відбудеться “18” березня 2005 року о 12⁰⁰ год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.605.01 при Національному фармацевтичному університеті за адресою: 61002, м. Харків, вул. Пушкінська, 53.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного фармацевтичного університету (61168, м. Харків, вул. Блюхера, 4).

Автореферат розісланий “15” лютого 2005 р.

Вчений секретар МАЛОШТАН Л.М.

спеціалізованої вченої ради,

професор

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Постійне удосконалення лікарської терапії найбільш розповсюджених захворювань залишається актуальною проблемою сучасної фармацевтичної науки. Одним з можливих шляхів вирішення цього питання є створення нових препаратів - більш ефективних, менш токсичних, які відрізняються поліпшеними фармацевтичними та фармакокінетичними властивостями. Інтенсивний пошук нових біологічно активних речовин проводиться серед численних гетероциклів, особливий інтерес з яких представляють 4-амінохіноліни. На основі цієї молекулярної системи створені анальгетики, фунгіциди, бронхолітики, антациди, цілий ряд протималярійних, антиалергічних, протизапальних, анти-СНІД та інших лікарських засобів, які використовуються для лікування багатьох захворювань людини.

В той же час, 4-амінозаміщені 2-оксохінолін-3-карбонові кислоти та їх похідні, не зважаючи на очевидний синтетичний, а, отже, і біологічний потенціал, залишаються практично невивченими ні в хімічному, ні в фармакологічному плані, що насамперед викликано відсутністю препаративних способів їх синтезу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана згідно з планом науково-дослідних робіт Національного фармацевтичного університету з проблеми МОЗ України “Хімічний синтез, виділення та аналіз нових фармакологічно активних речовин, встановлення зв'язку “структура-дія”, створення нових лікарських препаратів” (номер державної реєстрації 0198 U 007011).

Мета і задачі дослідження. Виходячи з наведеного вище, метою даної роботи є пошук нових біологічно активних речовин в ряду похідних 1-R-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонових кислот.

Для досягнення зазначеної мети були поставлені такі задачі:

Вивчити різні варіанти синтезу складних ефірів 1-R-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонових кислот, їх 4-N-алкіл- та 4-N-арилзаміщених аналогів.

Розробити препаративний метод одержання та здійснити синтез амідів і гідразидів 1-R-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонових кислот.

Дослідити фізико-хімічні властивості синтезованих сполук.

Провести фармакологічний скринінг на виявлення серед одержаних похідних 1-R-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонових кислот речовин з протитуберкульозною та протизапальною активністю.

Запропонувати методики визначення доброякісності речовин, які представляють інтерес для подальших поглиблених фармакологічних випробовувань.

Об'єкт дослідження - синтетичні складні ефіри та амідовані похідні 1-R-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонових кислот.

Предмет дослідження - 1-R-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонові кислоти та продукти їх реакцій з алкіламінами і гідразином з потенційною протитуберкульозною та протизапальною активністю.

Методи дослідження - синтез складних ефірів 1-R-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонових кислот з використанням різноманітних хімічних реакцій: ацилювання, амідування, гідразиноліз, внутрішньо-молекулярна гетероциклізація, N-дебензилювання та ін.; аналіз структурних особливостей одержаних речовин за допомогою сучасних фізико-хімічних методів дослідження: спектроскопії ЯМР, хроматомас-спектрометрії і рентгеноструктурного аналізу; вивчення біологічних властивостей з використанням стандартних методик.

Наукова новизна одержаних результатів. Досліджена поведінка етилового ефіру 2-ціанмалонанілової кислоти в реакціях внутрішньо-молекулярної гетероциклізації, які каталізуються основами. Встановлено, що залежно від обраних умов зазначена реакція може приводити до хіназолонових чи 4-амінохінолінових систем.

Вперше вивчене алкілування метилового ефіру 1Н-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонової кислоти алкілгалогенідами в системі диметилформамід - карбонат калію. Виявлено, що продуктами даної реакції є 1-N- і 2-О-алкільні похідні. Запропоновано простий метод синтезу 1-алкіл-(арил)-заміщених 4-аміно-3-карбалкокси-2-оксохінолінів, оснований на обробці складних ефірів відповідних 2-оксо-4-хлорхінолін-3-карбонових кислот бензиламіном з наступним N-дебензилюванням.

Встановлено, що взаємодією 1-R-3-карбалкокси-2-оксо-4-хлорхінолінів з первинними і вторинними аліфатичними і ароматичними амінами можуть бути одержані як 3Н-, так і 3-карбалкокси-1-R-4-алкіл-(арил)-аміно-2-оксохіноліни. Показано, що внутрішньо-молекулярна циклизація N-R-амідів 2-ціанмалонанілової кислоти є найбільш ефективним методом одержання алкіламідів 1Н-4-іміно-2-гідроксихінолін-3-карбонової кислоти.

Досліджена можливість різних методів активування карбонільної групи карбоксилу 1-R-2-оксо-4-хлорхінолін-3-карбонових кислот, в результаті чого запропоновано простий спосіб одержання анілідів 1-алкілзаміщених 4-іміно-2-гідроксихінолін-3-карбонових кислот.

В результаті проведених досліджень одержано біля 100 неописаних в літературі сполук. Комплексне використання спектроскопії ЯМР, хроматомас-спектрометрії та рентгеноструктурного аналізу дозволило вперше встановити, що 1-R-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонові кислоти та їх складні ефіри існують в 4-аміно-2-оксо-1,2-дигідроформі, тоді як амідовані похідні - в 4-іміно-2-гідрокси-1,4-дигідроформі. Вивчена протитуберкульозна і протизапальна активність синтезованих сполук, на підставі чого в їх структурі виявлені фрагменти, які найбільш активно впливають на протизапальні властивості. амід гідразид карбоновий кислота

Практичне значення одержаних результатів. Розроблені препаративні методики одержання складних ефірів і амідованих похідних 1-R-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонових кислот, які можуть бути використані в цілеспрямованому синтезі біологічно активних речовин широкого спектра дії.

Для поглибленого дослідження як перспективний протизапальний препарат рекомендовано етиловий ефір 1Н-2-оксо-4-(2-оксіетиламіно)-хінолін-3-карбонової кислоти. Запропоновані фізико-хімічні методи визначення доброякісності субстанції цієї сполуки, які можуть бути використані при підготовці аналітичної нормативної документації.

Результати наукових досліджень впроваджено в науково-дослідну роботу та навчальний процес ряду навчальних закладів України.

Особистий внесок здобувача:

експериментальна синтетична частина роботи, викладена у дисертації, виконана особисто автором;

результати синтетичних, фізико-хімічних та біологічних досліджень оброблені, систематизовані та проаналізовані дисертантом.

Апробація результатів дисертації. Основний зміст дисертаційної роботи доповідався на XIX Українській конференції з органічної хімії (Львів, 2001), на Всеукраїнській науково-практичній конференції “Фармація XXI століття” (Харків, 2002); на міжнародній конференції “Хімія азотвмісних гетероциклів” (Харків, 2003).

Публікації. Матеріали дисертації опубліковані в 5 статтях і 3 тезах доповідей.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків та списку літературних джерел. Загальний об'єм дисертації складає 143 сторінки. Робота ілюстрована 12 схемами, 20 рисунками і 18 таблицями. Перелік використаних літературних джерел містить 192 найменування.

Основний зміст роботи

1. Синтез і будова складних ефірів 1Н-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонової кислоти

Вперше складні ефіри 1Н-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонової кислоти (4, 5) були одержані реакцією 2-амінобензонітрилу з діалкілмалонатами в присутності SnCl₄. Виходи виявились невисокими - біля 30%. Не вдалось їх підвищити і при обробці етилатом натрію попередньо виділеного етилового ефіру 2-ціанмалонанілової кислоти, хоча в цьому випадку причиною низького виходу став не зовсім вдало поставлений експеримент, оскільки його незначна модифікація дозволяє синтезувати цільові амінохінолони практично з кількісними виходами.

Так, нами встановлено, що одержаний ацилюванням антранілонітрилу (1) етокси-малонілхлоридом (2) етиловий ефір 2-ціанмалонанілової кислоти (3) під впливом алкоголятів натрію (метод А) циклізується в 4-аміно-3-карбалкоксихінолони-2 (4, 5), причому, використання метилату натрію та метанолу як каталізатора і середовища супроводжується переетерифікацією (Схема 1). Одержані ефіри 4, 5 за рахунок реалізації лактам-лактимної, єнаміно-іміно та кето-єнольної таутомерії (Схема 2) досить добре розчиняться у водних розчинах лугів (2-ОН-форми 4а, в, г), тому після розведення реакційної суміші водою її слід підкислити, що дозволяє уникнути невиправданих втрат. Цікаво, що солеутворення при цьому практично непомітне і на виходах не позначається. Такий ефект, очевидно, зумовлений специфікою 4-аміногрупи, властивості якої, судячи з хімічного зсуву її протонів у спектрі ЯМР ¹Н (8,32 м.д.), значно ближче до амідів, ніж до звичайних ароматичних амінів (середнє значення 4 м.д.).

Обробка ефіру 3 водними розчинами лугів при кімнатній температурі супроводжується гідролізом складноефірної групи з утворенням 2-ціанмалонанілової кислоти (6). Однак в киплячому водному розчині КОН гетероциклізація все ж таки відбувається, хоча і призводить не до цільового 4-амінохінолону, а до 2-метилхіназолін-4(3Н)-ону (7), будова якого підтверджена зустрічним синтезом - обробкою антраніламіду (8) оцтовим ангідридом.

Таким чином, циклізація етилових ефірів 2-ціанмалонанілових кислот в системі алкоголят натрію - спирт може бути рекомендована як препаративний спосіб одержання складних ефірів 1Н-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонових кислот. Однак, в синтезі 4-амінохінолонів, заміщених в бензольній частині молекули, даний метод навряд чи можна визнати раціональним з причини малої доступності відповідних 2-амінобензонітрилів. В таких випадках доцільно як вихідні речовини використовувати 2-оксо-3-карбетокси-4-гідроксихіноліни (9, метод Б). Пряме заміщення 4-гідроксигрупи в них на аміногрупу неможливе. Здійснити таке перетворення вдалось через 4-хлорпохідне 10 та одержаний з нього N-(1Н-2-оксо-3-карбетоксихінолін-4-іл)-піридиній хлорид (11), який під впливом амінів піддається розщепленню Цинке. Цей метод дає добрі результати і тому може розглядатись як альтернатива методу А.

При вивченні будови метилового ефіру 4 методом спектроскопії ЯМР ¹Н в літературі відмічалось, що в ДМСО-D₆ він представлений двома таутомерними формами: 4-аміно-2-оксо- (4) та 4-іміно-2-гідрокси- (4а) у співвідношенні 4:1, тоді як етиловий ефір 5 існує тільки в 4-аміноформі. Проведені нами аналогічні дослідження показали, що ефіри 4 і 5 існують виключно в 4-аміно-2-оксоформі. Не вдалось виявити 4-імінотаутомер 4а і в кристалі ефіру 4 методом рентгеноструктурного аналізу (Рис. 1). Подальші досліди дозволили встановити, що фактично раніше був зареєстрований спектр ЯМР ¹Н ефіру 4 з домішкою кислоти 12. Отже, 4-іміно-2-гідроксиформа (4а) була ідентифікована помилково і для складних ефірів 1Н-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонових кислот нехарактерна.

2. Етилові ефіри 1-R-2-оксо-4-алкіламінохінолін-3-карбонових кислот

Серед сучасних протизапальних засобів в останні роки все більшу увагу привертають так звані препарати базисної терапії, в групу яких входять і похідні 4-амінохіноліну. Виходячи з цього, наступний розділ присвячено потенційним антифлогістикам - етиловим ефірам 1R-2-оксо-4-алкіламінохінолін-3-карбонових кислот (17, 18), одержаним реакцією 4-хлорхінолінів (10 чи 16) з алкіламінами. Для зв^,язування хлористого водню в даному випадку можна використовувати як триетиламін, так і подвійний надлишок алкіламіну, оскільки складноефірна група в таких умовах амідуванню не піддається.

В спектрах ЯМР ¹Н етилових ефірів 1R-2-оксо-4-алкіламінохінолін-3-карбонових кислот (17 і 18) протони хінолонового кільця дають типову для ABCD-систем картину в „ароматичній” ділянці спектра: Н-5 - дублет при 8,06; Н-7 - триплет при 7,47; Н-8 - дублет при 7,22 і Н-6 - триплет при 7,12 м.д. Як відмітну особливість „аліфатичної” частини спектрів 4-амінохінолінів 17 і 18 можна відмітити характеристичні для етоксигрупи квартет (2Н, ОСН₂) і триплет (3Н, СН₃) при 4,19 та 1,27 м.д. відповідно. В довго ланцюжкових 4-N-алкільних замісниках віднесенню піддаються тільки сигнали протонів перших двох метиленових груп (NCH₂CH₂). Інші ланки утворюють один мультиплет, який маскується триплетом етоксигрупи. Виключення складають лише кінцеві метильні групи - сигнали їх протонів зміщені в найбільш сильне поле спектра (Рис. 2).

3. Реакція 1R-2-оксо-3-карбетокси-4-хлорхінолінів з анілінами

Подібно до аліфатичних амінів в етанолі з 4-хлорхінолонами 10, 16 реагують і аніліни, тобто утворюються етилові ефіри 1-R-2-оксо-4-ариламінохінолін-3-карбонових кислот (19, Схема 4). Однак в киплячому ДМФА проходять більш глибокі структурні перетворення - етоксикарбонільна група розкладається і виділяються 1-R-2-оксо-4-ариламінохіноліни (20). Слід зазначити, що для повного перетворення аміноефірів 19 в 4- ариламінохінолони 20 потрібно не менше 20 годи. Більш гладко 4-ариламінохіноліни 20 можна синтезувати взаємодією анілінів з 1-R-2-оксо-4-хлорхінолін-3-карбоновими кислотами (22). Тривалість реакції при цьому скорочується до 2 годин, а одержані 3Н-4-ариламінохінолони 20 мають високий ступінь чистоти, оскільки 1-R-2-оксо-4-ариламіно-

19: R = H, Me; R^' = H, 4-Cl, 4-OEt;

20: R = H, Pr; R^' = 2-F, 3-F, 4-F, 4-Cl, 2-OMe-5-Cl, 4-OEt, 3-CF₃, 2-COOH, 4-COOH,

4-SO₂NH-(4,6-диметилпіримідин-2-іл);

21: R = Pr; R^' = H, Me

хінолін-3-карбонові кислоти (23) настільки легко декарбоксилюються, що їх неможливо виділити після проведення синтезу в киплячому ДМФА. В таких же умовах в реакцію вступають і аліфатичні амінокислоти, утворюючи схожі за будовою 4-(карбоксіалкіламіно)-1R-2-оксохіноліни 21. Як характерну особливість спектрів ЯМР ¹Н етилових ефірів 1R-2-оксо-4-ариламінохінолін-3-карбонових кислот (19, Рис. 3) можна відмітити суттєвий парамагнітний зсув сигналів протонів 4-NH-груп - порівняно з 4-N-алкільними аналогами 17 (Рис. 2) він складає в середньому 1,8 м.д. і зумовлений сусідством з ароматичним кільцем.

4. Синтез метилових (етилових) ефірів 1-заміщених 4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонових кислот

В принципі наведений вище синтез 3-карбалкоксі-1Н-4-аміно-2-оксохінолінів (4, 5) можна використати і для одержання 1-N-заміщених похідних 24 (Схема 5, метод А). На жаль, алкілування антранілонітрилу (1) не проходить кількісно і одержані таким чином N-алкільні похідні 25 завжди містять домішку вихідного продукту, ефективно позбутися якої дозволяє тільки хроматографія.

Другий можливий варіант одержання ефірів 24 - алкілування попередньо виділених 1Н-похідних 4 чи 5 (метод Б). Вище зазначалось, що ефіри 4 і 5 теоретично можуть існувати в 5 таутомерних формах (Схема 2), в яких потенційно нуклеофільними центрами можуть бути обидва атоми азоту, кисень 2-С=О-групи або ж атом вуглецю в положенні 3 хінолонового циклу. Відмічалось також, що за властивостями 4-аміногрупа в ефірах 4, 5 нагадує амідну. Тому при алкілуванні ефірів 4, 5 в системі ДМФА/K₂CO₃ 4-аміногрупу можна виключити з числа ймовірних мішеней для електрофільної атаки. Через стеричні перешкоди малоймовірним представляється також і утворення 3-алкілпохідних. Проведені нами експерименти показали, що при взаємодії ефіру 4 з алкілгалогенідами 4-аміногрупа дійсно не зачіпається. При цьому утворюється два типи продуктів: цільові 1-N-алкільні похідні 24 та ізомерні їм ефіри 4-аміно-2-алкоксихінолін-3-карбонових кислот (27), причому більш високі виходи останніх свідчать про суттєвий вклад в резонансний гібрид ефірів 4 і 5 в лужному середовищі 4-аміно-2-гідроксиформи (4в, Схема 2).

Цікавий інший підхід до синтезу аміноефірів 24, оснований на використанні легкодоступних ефірів 1-заміщених 2-оксо-4-хлорхінолін-3-карбонових кислот (16). Нуклеофільне заміщення атома хлору в цих сполуках під дією алкіл- та ариламінів проходить легко. Разом з тим, аміак в таку реакцію не вступає. Не виключене успішне здійснення реакції при підвищеному тискові, однак для синтезу аміноефірів 24 такі умови

R = CH₃; C₃H₇; C₆H₁₃; C₇H₁₅; C₈H₁₇; Ph; R-R' = -(CH₂)₃-; R" = CH₃, C₂H₅

непридатні з причини неминучого амідування складноефірної групи. Не дав позитивного результату і метод, з успіхом використаний в синтезі 1Н-похідного 5 - обробка піридиній хлориду 11 амінами. Як виявилось, ефіри 1-заміщених 4-хлор-2-оксохінолін-3-карбонових кислот (16) з піридином четвертинні солі 28 не утворюють.

Заміщення атома хлору ефірів 16 на первинну аміногрупу здійснити все ж таки вдалось через 4-бензиламінопохідні 29 (метод В), гідроліз яких концентрованою HCl проходить за 2 хв. Цікаво, що складноефірна група при цьому не зачіпається. Слід враховувати, що надто тривала обробка 4-бензиламінохінолонів 29 HCl супроводжується не тільки дебензилюванням, але й розкладанням алкоксикарбонілу з утворенням 1-R-4-аміно-2-оксохінолінів (30). Весь ланцюжок перетворень 4-гідроксиефірів 15 в 4-амінопохідні 24 здійснюється без виділення проміжних 4-хлор- і 4-бензиламінохінолонів, вибір N-дебензилюючих агентів та умов їх застосування досить широкий, що робить запропонований спосіб практично універсальним і дозволяє рекомендувати його як препаративний.

5. Амідовані похідні 1R-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонових кислот

При розробці методів одержання амідів 1R-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонових кислот як один з можливих варіантів нами вивчена можливість синтезу амідів 1Н-2-оксо-4-хлорхінолін-3-карбонової кислоти, які потім можна було б перетворити в 4-амінопохідні одним з підхожих методів.

Для амідування карбонових кислот в органічній хімії широко використовується N,N-дициклогексилкарбодіімід (DCC). Проведені нами на прикладі пара-фенетидину експерименти показали, що в киплячому ДМФА 1Н-2-оксо-4-хлорхінолін-3-карбонова кислота (22) в присутності DCC відповідний анілід 34 не утворює (Cхема 6). За даними спектроскопії ЯМР ¹Н та хроматомас-спектрометрії продуктом даної реакції є 1Н-2-оксо-4-(4-етоксифеніламіно)-хінолін (31), тобто реакція проходить за участю атома хлору. Підтверджено цей висновок і рентгеноструктурним аналізом.

Для активування кислотної компоненти карбонових кислот окрім карбодіімідів широко застосовується і N,N'-карбонілдіімідазол (CDI). При його взаємодії з 4-хлорхінолін-3-карбоновою кислотою (22) спостерігається характерне для даної реакції бурхливе виділення СО₂. Обробка утвореного ацилімідазолу 32 N-нуклеофілами і повинна приводити до амідів 1Н-2-оксо-4-хлорхінолін-3-карбонової кислоти (34). Як виявилось, одержаний реакцією 4-хлоркислоти 22 з CDI ацилімідазол дійсно легко реагує з аліфатичними амінами. Однак синтезовані при цьому сполуки є не очікуваними амідами 34, а відповідними амідами 1Н-4-(імідазол-1-іл)-2-оксохінолін-3-карбонової кислоти (36, 37), тобто атом хлору імідазоліду 32 заміщується імідазолом (33), призводячи до імідазоліду 1Н-4-(імідазол-1-іл)-2-оксохінолін-3-карбонової кислоти (35), який і дає аміди 36 та 37.

Не виправдала себе і спроба активувати карбоніл карбоксильної групи 4-хлоркислоти 22 шляхом перетворення її в галоїдангідридну. При дії SOCl₂ хлорангідрид 2-оксо-4-хлорхінолін-3-карбонової кислоти (38) безумовно утворюється, але на жаль, реакцію не вдається зупинити на цїй стадії, оскільки в хлорангідриді 38 2-С=О группа також легко обмінюється на хлор. В результаті кінцевий продукт фактично являє собою суміш хлорангідридів 2-оксо-4-хлор- (38) і 2,4-дихлор- (39) хінолін-3-карбонових кислот (Схема 7). З цієї причини “хлорангідридний” метод одержання 1Н-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбоксамідів також не має практичного значення.

Зрозуміло, що з 1-заміщених 2-оксо-4-хлорхінолін-3-карбонових кислот (наприклад, 22, R = Pr) відповідні хлорангідриди 40 синтезуються без ускладнень, так як можливість утворення 2-гідроксиформи з наступним заміщенням гідроксигрупи на галоген в таких випадках виключена. Хлорангідрид 40 легко ацилює аніліни та алкіламіни, приводячи до амідів 41-43. Незвичайно, на перший погляд, проходить дана реакція з амінопіридинами. Так, після взаємодії хлорангідриду 40 з 4-амінопіридином в сухому ацетоні та наступного через 10 годин розведення водою виділена вихідна 1-пропіл-2-оксо-4-хлорхінолін-3- карбонова кислота (22, R = Pr). Одержаний результат, без сумніву, є наслідком утворення не аміду, а N-ацилпіридиламінової солі 44. Така поведінка характерна для азагетероциклічних амінів, в тому числі й амінопіридинів, хоча звичайно солі типу 44 набагато менш стійкі і швидко перегруповуються у відповідні ациламінопохідні, тобто аміди.

На відміну від ефірів 4-хлорхінолін-3-карбонових кислот 16 атом хлору 4-метоксіаніліду 41 легко обмінюється на аміногрупу в реакції з газоподібним аміаком, хоча логічно було б чекати зниження реакційної здатності. Схожий ефект, спостерігається і у випадку діетиламіноетиламіду 42, хоча за даними спектра ЯМР ¹Н після обробки цієї сполуки аміаком в тих же умовах і за той же проміжок часу (Схема 7) обмін галогена на аміногрупу проходить тільки на 60 %. З діетиламіном ця реакція проходить практично кількісно. Отже, вибіркова інертність ефірів 2-оксо-4-хлорхінолін-3-карбонових кислот 16 по відношенню саме до аміаку зумовлена не рухливістю атома хлору, а іншими причинами, які перешкоджають певній взаємній орієнтації реагуючих молекул і тим самим не дозволяють їм підійти достатньо близько один до одного. Однією з таких причин може бути утворення комплексів ефіру 4-хлорхінолін-3-карбонової кислоти з аміаком, внаслідок чого доступ до хінолонового С₄-атома стає неможливим для нуклеофільної атаки. Для первинних амідів 2-оксохінолін-3-карбонових кислот характерні міцні внутрішньо-молекулярні водневі зв'язки (ВМВЗ): 2-С=О…H-N(R)-CO(3), які, очевидно, і перешкоджають утворенню нереакційноздатних сполук з аміаком. Підтвердженням такого висновку є той факт, що вторинні аміди 2-оксо-4-хлорхінолін-3-карбонових кислот (43, Схема 7), у яких утворення означеного ВМВЗ неможливе, з аміаком не реагують.

Таким чином, 2-оксо-4-хлорхінолін-3-карбонові кислоти доцільно використовувати лише в синтезі 1-заміщених 4-аміно-2-оксохінолін-3-карбоксамідів. 1Н-Похідні 49, ні одним з розглянутих методів одержати не вдалось. Не дало позитивного результату і амідування 1Н-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонової кислоти (12, Схема 8), яка легко декарбоксилюється

49: R = C₃-С₈ Alk; бензил, 2-, 3-, 4-піколіл; фурфурил; діалкіламіноалкіл;

51: R = H, C₇H₁₅;R^' = F-Ph, 2-, 3-, 4-піридил

утворюючи 4-аміно-2-оксохінолін (13). Не реагують з алкіламінами і ефіри 4, 24. Разом з тим, гідразиноліз цих сполук проходить і гідразиди 4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонових кислот (50) можна виділити з хорошими виходами, а їх наступна обробка ароматичними альдегідами дає відповідні ариліденгідразиди 51.

В синтезі ж алкіламідів 1Н-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонових кислот (49), виправдала себе інша синтетична схема, коли амідування проводиться ще до формування амінохінолонового ядра. Ефір 2-ціанмалонанілової кислоти (3) амідується просто, а утворені алкіламіди 52 після обробки метилатом натрію перетворюються в цільові 4-аміно-2-оксохінолін-3-карбоксаміди (49) з високими виходами (Метод А).

Будучи основами, алкіламіни здатні не тільки амідувати ациклічний ефір 3, але й каталізувати його внутрішньо-молекулярну циклізацію. Однак ефіри 4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонової кислоти в реакційній суміші виявлені не були. Однак часткове замикання циклу все ж таки відбувається, але вже після амідування, про що свідчить виділений у невеликій кількості після обробки ефіру 3 ізо-бутиламіном циклічний ізо-бутиламід 49 (Метод Б). Зі звичайними алкіламінами циклізація амідів 2-ціанмалонанілової кислоти (52) проходить досить повільно, тому й виникає необхідність використання більш сильних основ, наприклад, метилату натрію. У випадку більш основних амінів (наприклад, діалкіламіноалкіламінів) синтез циклічного продукту 49 можливий і в одну стадію.

Аналіз спектрів ЯМР ¹Н амідів, гідразидів і ариліденгідразидів 49-51 показує, що на відміну від 4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонових кислот та їх складних ефірів, амідовані похідні існують в 4-іміно-2-гідроксиформі. Іміногрупа виявляється в спектрах уширеним синглетом, утворюючи з дублетом ароматичного протона Н-5 загальний сигнал (Рис. 4). Підтверджують 4-іміно-2-гідроксихінолінову будову амідів 49 і їх хімічні властивості - при обробці розчином HCl ці сполуки перетворюються в 4-гідроксипохідні 53. Цю обставину необхідно враховувати при виділенні амідів 49 і для нейтралізації надлишку основного каталізатора мінеральні кислоти не використовувати. Для цього підходить розведена оцтова кислота.

6. Біологічні властивості похідних 4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонових кислот

Структурна схожість з похідними 2-оксо-4-гідроксихінолін-3-карбонових кислот, які виявляють виражені антимікобактеріальні властивості, послужило теоретичним обґрунтуванням для вивчення протитуберкульозної активності деяких з одержаних нами сполук, зокрема гідразидів та ариліденгідразидів 4-іміно-2-гідроксихінолін-3-карбонових кислот (50, 51). Мікробіологічний скринінг проведено Національним інститутом алергії та інфекційних захворювань (США) по відношенню до Mycobacterium tuberculosis H37Rv АТСС 27294. Аналіз одержаних експериментальних даних (Табл.) показує, що заміна 4-гідрокси-2-оксо-1,2-дигідрохінолінового ядра на 4-іміно-2-гідрокси-1,4-дигідрохінолінове призводить практично до повної втрати протитуберкульозних властивостей і в плані пошуку нових засобів для боротьби з туберкульозом така модифікація недоцільна.

Протизапальна активність етилових ефірів 2-оксо-4-алкіламінохінолін-3-карбонових кислот (17, 18), 3Н-4-ариламіно-2-оксохінолінів (20), 4-(карбоксіалкіламіно)-хінолонів (21) та алкіламідів 1Н-4-іміно-2-гідроксихінолін-3-карбонової кислоти (49) вивчена на кафедрі патофізіології і в ЦНДЛ Національного фармацевтичного університету під керівництвом професорів Березнякової А.І. та Яковлевої Л.В. на моделях гістамінового чи карагенінового набряку. Речовини і препарат порівняння (ортофен) вводили внутрішньошлунково в дозі 8 мг/кг за 1 годину до ін'єкції флогогенного агента.

Таблиця

Порівняльна оцінка протитуберкульозних властивостей похідних 4-іміно-2-гідрокси-1,4-дигідрохіноліну та 4-гідрокси-2-оксо-1,2-дигідрохіноліну

R	R'
		Затримка росту M. tuberculosis в концентрації 6,25 мкг/мл, %	Затримка росту M. tuberculosis в концентрації 6,25 мкг/мл, %
H	CONHNH2	0	86
C7H15	CONHNH2	0	100
H	CONHN=CH-C6H4-F(2)	3	99
H	CONHN=CH-C6H4-F(3)	5	100
C7H15	CONHN=CH-Py(2)	3	99
C7H15	CONHN=CH-Py(3)	17	100
C7H15	CONHN=CH-Py(4)	6	97

Встановлено, що виражений протизапальний ефект виявляє тільки етиловий ефір 1Н-2-оксо-4-(2-оксіетиламіно)-хінолін-3-карбонової кислоти (17), який за рівнем активності не поступається ортофену. Інші речовини з 4-N-алкільними, арилалкільними, арильними і гетерилалкільними замісниками не впливають на гістамінове гостре запалення, а інколи навіть посилюють дію флогогена. З групи 3Н-4-ариламіно-2-оксохінолінів (20) на увагу заслуговує тільки орто-фторзаміщене похідне, яке за активністю (50%) не набагато поступається препарату порівняння (65%). Для інших речовин цієї групи характерні прозапальні властивості, причому максимально - на 250-300% - цей ефект виявляється знову ж у випадку фторфеніламінохінолонів, але вже мета- і пара-заміщених. 4-(Карбоксіалкіламіно)-хінолони 21 і аміди 1Н-4-іміно-2-гідроксихінолін-3-карбонової кислоти (49) виявляють помірну (до 32%) протизапальну дїю протягом 1-2 годин після введення флогогена, однак надалі активність різко спадає і переходить в слабовиражену прозапальну.

За результатами проведених біологічних випробовувань для подальшого фармакологічного вивчення як потенційний протизапальний засіб рекомендовано етиловий ефір 1Н-2-оксо-4-(2-оксіетиламіно)-хінолін-3-карбонової кислоти, у зв'язку з чим нами запропоновані методики визначення тотожності та чистоти субстанції цієї сполуки, які можуть бути використані при підготовці аналітичної нормативної документації.

Висновки

1. Вперше з метою створення нових біологічно активних речовин на основі етилового ефіру 2-ціанмалонанілової кислоти розроблені методи синтезу хіназолонових та 4-амінохінолінових систем.

2. Аналіз альтернативних шляхів синтезу 1-заміщених 4-аміно-3-карбалкокси-2-оксохінолінів - алкілування 1Н-похідних чи обробка складних ефірів відповідних 2-оксо-4-хлорхінолін-3-карбонових кислот бензиламіном з наступним N-дебензилюванням - дозволив встановити, що останній з них більш універсальний, дозволяє одержувати цільові сполуки за простою схемою, з високими виходами і чистотою і його можна рекомендувати як препаративний.

3. Показано, що реакцію етилових ефірів 1-R-2-оксо-4-хлорхінолін-3-карбонових кислот з N-нуклеофілами можна використовувати для одержання відповідних 4-N-заміщених як 3-Н-, так і 3-карбалкоксипохідних.

4. Запропоновані ефективні методи одержання і здійснено синтез алкіламідів, анілідів, гідразидів та ариліденгідразидів 1-R-4-іміно-2-гідроксихінолін-3-карбонових кислот.

5. Хімічна будова синтезованих речовин підтверджена елементним аналізом, зустрічним синтезом, даними спектроскопії ЯМР ¹Н, хроматомас-спектрометрії і рентгеноструктурного аналізу. В результаті встановлено, що для 4-амінохінолін-2-онів характерна єнаміно-іміно таутомерія: 1-R-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонові кислоти та їх складні ефіри існують в 4-аміно-2-оксо-1,2-дигідроформі, тоді як амідовані похідні - в 4-іміно-2-гідрокси-1,4-дигідроформі.

6. Фармакологічному скринінгу на виявлення протитуберкульозної активності піддані гідразиди 1-R-4-іміно-2-гідроксихінолін-3-карбонових кислот і їх ариліденові похідні, протизапальної - етилові ефіри 4-алкіл-(арил)-аміно-2-оксохінолін-3-карбонових кислот, 3Н-4-N-R-аміно-2-оксохіноліни і алкіламіди 1Н-4-іміно-2-гідроксихінолін-3-карбонової кислоти.

7. Для подальших біологічних досліджень рекомендовано етиловий ефір 1Н-2-оксо-4-(2-оксіетиламіно)-хінолін-3-карбонової кислоти як потенційний протизапальний препарат. Запропоновані фізико-хімічні методи визначення доброякісності цієї сполуки, які можуть бути використані при підготовці аналітичної нормативної документації.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. О строении продукта реакции 1Н-2-оксо-4-хлорхинолин-3-карбоновой кислоты с п-фенетидином в присутствии N,N'-дициклогексилкарбодиимида /П.А.Безуглый, И.В.Украинец, Никола Скаиф, О.В.Горохова, Л.В.Сидоренко // Журнал органічної та фармацевтичної хімії. 2003. Т. 1, вип. 1-2. С. 51-54. (Особисто здобувачем зроблено: здійснено синтез, участь у написанні статті).

2. Этиловые эфиры 1R-2-оксо-4-алкиламинохинолин-3-карбоновых кислот. Синтез, физико-химические свойства и противовоспалительная активность / П.А.Безуглый, И.В.Украинец, Скаиф Никола, О.В.Горохова, Л.В.Сидоренко // Фармаком. 2003. № 3. С. 23-30. (Особисто здобувачем зроблено: здійснено синтез, встановлено зв'язок між біологічною активністю та будовою синтезованих речовин, написання статті).

3. Синтез и строение сложных эфиров 1Н-4-амино-2-оксохинолин-3-карбоновой кислоты / И.В.Украинец, П.А.Безуглый, Никола Скаиф, О.В.Горохова, Л.В.Сидоренко // Журнал органічної та фармацевтичної хімії. 2004. Т. 2, вип. 1(5). С. 39-44. (Особисто здобувачем зроблено: здійснено синтез, підтверджено структуру синтезованих сполук, участь у написанні статті).

4. 4-(4-Ethoxyphenylamino)-2-oxo-1,2-dihydroquinoline / V.B.Rybakov, V.V.Chernyshev, I.V.Ukrainets, P.A.Bezugly, L.V.Sidorenko, Nicola Skaif // Acta Crystallographica Section E. 2001. Vol. 57. P. o721-o722.

5. Methyl 4-amino-2-oxo-1,2-dihydroquinoline-3-carboxylate/ V.B.Rybakov, V.V.Chernyshev, I.V.Ukrainets, P.A.Bezugly, L.V.Sidorenko, Nicola Skaif // Acta Crystallographica Section E. 2003. Vol. 59. P. o412-o414.

6. Скаіф Нікола, П.О.Безуглий, І.В.Українець. Будова продуктів реакції 1Н-2-оксо-4-хлорхінолін-3-карбонової кислоти з анілінами в присутності ДЦГК // XIX Українська конференція з органічної хімії: Тез. доп., 11-14 вер. 2001 р. Львів, 2001. С. 129.

7. Скаіф Нікола, П.О.Безуглий. Синтез та протизапальна активність етилових ефірів 4-N-R-заміщених 1-R'-2-оксохінолін-3-карбонових кислот // Всеукраїнська науково-практична конференція „Фармація ХХІ століття”: Тез. доп., 23-24 жовт. 2002 р. Харків, 2002. С. 22-23.

8. Skaif Nicola, P.A.Bezuglyi. On the molecular structure of the methyl ester of 1H-2-oxo-4-aminoquinoline-3-carboxylic acid // International conference “Chemistry of nitrogen containing heterocycles”, September 30 - October 3, 2003. Kharkiv (Ukraine), 2003. P. 208.

Анотація

Скаіф Нікола. “Синтез, хімічні перетворення і біологічні властивості 1-R-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонових кислот та їх похідних“. -- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фармацевтичних наук за спеціальністю 15.00.02 - фармацевтична хімія і фармакогнозія. - Національний фармацевтичний університет, Харків, 2004.

Запропоновано препаративні методи одержання та здійснено синтез 1-R-4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонових кислот, їх складних ефірів, амідів, гідразидів та ариліденгідразидів, а також 3Н-1-R-4-алкіл-(арил)-аміно-2-оксохінолінів.

Для підтвердження структури одержаних сполук використані елементний аналіз, спектроскопія ЯМР, хроматомас-спектрометрія, зустрічний синтез та рентгеноструктурний аналіз, завдяки чому встановлено, що 4-аміно-2-оксохінолін-3-карбонові кислоти та їх складні ефіри існують в 4-аміно-2-оксо-1,2-дигідроформі, тоді як амідовані похідні - в 4-іміно-2-гідрокси-1,4-дигідроформі.

Проведено фармакологічний скринінг синтезованих речовин. Для поглиблених досліджень рекомендовано етиловий ефір 1Н-2-оксо-4-(2-оксіетиламіно)-хінолін-3-карбонової кислоти як потенційний лікарський препарат протизапальної дії.

Ключові слова: 4-аміно-2-оксохіноліни, складні ефіри, аміди, синтез, єнаміно-іміно таутомерія, протитуберкульозна та протизапальна активність.

Аннотация

Скаиф Никола. “Синтез, химические превращения и биологические свойства 1-R-4-амино-2-оксохинолин-3-карбоновых кислот и их производных”. -- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата фармацевтических наук по специальности 15.00.02 - фармацевтическая химия и фармакогнозия. - Национальный фармацевтический университет, Харьков, 2004.

Диссертация посвящена синтезу, изучению физико-химических и био-логических свойств производных 4-амино-2-оксохинолин-3-карбоновых кислот.

Изучены различные варианты синтеза сложных эфиров 4-амино-2-оксохинолин-3-карбоновой кислоты. Показано, что 1Н-производные целесообразно получать внутримолекулярной циклизацией эфиров 2-цианмалонаниловой кислоты или аминолизом N-(1Н-2-оксо-3-карбэтоксихинолин-4-ил)-пиридиний хлоридов, тогда как их 1-N-замещенные аналоги - катализируемым кислотами N-дебензилированием сложных эфиров 1-R-4-бензиламино-2-оксохинолин-3-карбоновых кислот.

Предложены препаративные способы получения амидированных производных 1-R-4-амино-2-оксохинолин-3-карбоновых кислот, заключающиеся в обработке газообразным аммиаком соответствующих амидов 2-оксо-4-хлорхинолин-3-карбоновых кислот в случае 1-замещенных и амидировании этилового эфира 2-цианмалонаниловой кислоты с последующим замыканием 4-аминохинолонового цикла в присутствии основных катализаторов в случае 1Н- продуктов. Обсуждаются преимущества и недостатки каждого метода. Отмечена универсальность первого способа, позволяющего достигать высоких выходов и чистоты конечных продуктов, что позволило рекомендовать его как препаративный.

Химическое строение синтезированных соединений подтверждено данными элементного анализа, ЯМР ¹Н и хроматомасс-спектрами, а в отдельных случаях встречным синтезом и рентгеноструктурным анализом, на основании чего установлено существование 4-амино-2-оксохинолин-3-карбоновых кислот и их сложных эфиров в 4-амино-2-оксо-1,2-дигидроформе, а их алкиламидов, анилидов, гидразидов и арилиденгидразидов - в 4-имино-2-гидрокси-1,4-дигидроформе.

Исследована противотуберкулезная активность гидразидов и арилиденгидразидов 1R-4-имино-2-гидроксихинолин-3-карбоновых кислот. Экспериментально установлено, что модификация 2-оксо-4-гидроксихинолинового ядра в 2-гидрокси-4-иминохинолиновое приводит к существенному снижению антимикобактериальных свойств и в плане поиска новых средств для борьбы с туберкулезом нецелесообразна.

Противовоспалительная активность этиловых эфиров 1R-2-оксо-4-алкиламинохинолин-3-карбоновых кислот, 3Н-4-ариламино-2-оксохинолинов, 4-(карбоксиалкиламино)-хинолонов и алкиламидов 1Н-4-имино-2-гидроксихинолин-3-карбоновой кислоты. изучена на моделях гистаминового или каррагенинового отека в сравнении с ортофеном при внутрижелудочном введении в дозе 8 мг/кг.

Выявлен выраженный противовоспалительный эффект у этилового эфира 1Н-2-оксо-4-(2-оксиэтиламино)-хинолин-3-карбоновой кислоты, не уступающего в активности ортофену, что позволило рекомендовать его для углубленного фармакологического исследования.

Предложены методики определения подлинности и чистоты субстанции этого соединения, которые могут быть использованы при подготовке аналитической нормативной документации.

Ключевые слова: 4-амино-2-оксохинолины, сложные эфиры, амиды, синтез, енамино-имино таутомерия, противотуберкулезная и противовоспалительная активность.

Annotation

Skaif Nikola. “Synthesis, chemical transformations and biological properties of 1-R-4-amino-2-oxoquinoline-3-carboxylic acids and its derivatives”. -- Manuscript.

The thesis for Candidate's Degree in Pharmacy in Speciality 15.00.02 - Pharmaceutical Chemistry and Pharmacognosy. - National University of Pharmacy, Kharkov, 2004.

The preparative methods for obtaining have been proposed and the synthesis of of 1-R-4-amino-2-oxoquinoline-3-carboxylic acids, their esters, amides, hydrazides and arylidene-hydrazides, as well as 3H-1-R-4-alkyl-(aryl)-amino-2-oxoquinolines have been synthesized.

To confirm the structure of the compounds obtained the ultimate analysis, NMR spectroscopy, chromato-mass spectrometry, counter synthesis and X-ray diffraction analysis have been used. Due to it has been found that 4-amino-2-oxoquinoline-3-carboxylic acids and their esters exist in 4-amino-2-oxo-1,2-dihydro form, and amide derivatives are in 4-imino-2-hydroxy-1,4-dihydro form.

The pharmacological screening the substances synthesized has been conducted. Ethyl 1H-2-oxo-4-(2-oxyethylamino)-quinoline-3-carboxylate has been recommended for profound research as potential anti-inflammatory drug.

Key words: 4-amino-2-oxoquinolines, esters, amides, synthesis, enamino-imino tautomerism, antituberculosis and anti-inflammatory activity.

Размещено на Allbest.ru

...