Применение реакции Неницеску при получении производных 5-гидроксииндолов
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Химический факультет
Кафедра органической химии
Специализация «Органическая химия»
Применение реакции
Неницеску при получении
5-гидроксииндолов
Дипломная работа
Выполнил студент
5 курса, 04502.10 группы
Солодилов Николай
Геннадьевич
__________________________
Научные руководители
д.х.н., профессор
Пурыгин П.П.
__________________________
асп. Туманин А.Н.
______________________________
Допустить к защите Дипломная работа защищена
Зав. кафедрой ˝___ ˝________________2008 г.
д.х.н., профессор
Пурыгин П.П.
__________________________
д.х.н., профессор
˝___˝ ________________2008 г. Егунов В.П.
__________________________
Содержание
1. Введение
2. Синтез, структура, биологическая
активность 5-гидроксииндолов
2.1. Синтез индолов по реакции Неницеску 6
2.2. Механизмы реакции Неницеску 8
2.3. Побочные продукты реакции Неницеску
2.4. Исследование реакции Неницеску с различными
заместителями в 1,4- бензохиноне и енамине.
Расширение реакции Неницеску
2.5. Биологическая активность 5-гидроксииндолов 26
3. Экспериментальная
часть
3.1. Реагенты и оборудование
3.2. Получение 1,4-бензохинона
3.3. Получение этилового эфира β-аминокротоновой кислоты 31
3.4. Получение этилового эфира N-фенил-β-аминокротоновой кислоты 31
3.5. Получение этилового эфира N-бензил-β-аминокротоновой кислоты 32
3.6. Получение этилового эфира N-изо-пропил-β-аминокротоновой
кислоты
3.7. Получение этилового эфира N-метил-β-аминокротоновой кислоты 33
3.8. Получение 2-метил-3-карбоэтокси-5-
3.9. Получение 2-метил-3-карбоэтокси-5-
3.10. Получение 1-изо-пропил-2-метил-3-
3.11. Получение 1-фенил-2-метил-3-карбоэтокси-
3.12. Получение 1,2-диметил-3-карбоэтокси-5-
3.13. Получение 1-бензил-2-метил-3-
4. Обсуждение результатов
5. Заключение
6. Список использованной литературы
1. Введение
Актуальность работы. Синтез индолов и его производных, а также их исследование, является одним из важнейших направлений в современной химии. Соединения в основе которых лежит индоловое ядро имеют широкий спектр применения в повседневной жизни людей и более того они вносят весомый вклад в развитие и укрепление здравоохранения. Эти соединения могут проявлять противовирусную, противовоспалительную, противотуберкулёзную, противофибрилляторную, противосудорожную, противоаритмическую, а также противоопухолевую активность, что является очень важным в наше время так как миллионы людей на Земле страдают от злокачественных опухолей различных органов. Важно то, что производные индола могут подавлять действие такого страшного вируса как гепатит ˝В˝. Вирусный гепатит ˝В˝ – это инфекционное заболевание, которое характеризуется тяжелым воспалительным поражением печени. Известно, что в настоящее время более чем 400 миллионов людей во всём мире хронически инфицированы вирусом гепатита ˝В˝ - это 40 городов с населением как г.Москва, или 1/15 человечества, то есть в среднем каждый 15-й человек на Земле страдает от этого заболевания [1, 2].
Существует множество
способов синтеза производных индола, которые могли бы использоваться
в качестве лекарственных средств, но
на ряду с лечебным эффектом они проявляют
сильное токсическое действие на здоровые
органы и ткани, поэтому остро стоит проблема
получения веществ с селективным действием,
а также упрощение процесса их получения.
В данном случае наиболее интересным,
и более того, очень простым способом синтеза
индолов является реакция Неницеску.
Эта реакция известна с 1929 года из доклада
самого Неницеску в котором была описана
конденсация пара-бензохинона с этиловым
эфиром β-аминокротоновой кислоты
при кипячении в ацетоне, в результате
которой был получен 2-метил-3-карбоэтокси-5-
Цель работы. Применение реакции Неницеску при получении 5-гидроксииндолов.
Практическая значимость. Применение реакции Неницеску позволит получать полизамещённые производные 5-гидроксииндола, обладающие достаточно высокой биологической активностью.
Научная новизна. Впервые показана возможность применения реакции Неницеску для получения производных 5-гидроксииндолов.
2. Синтез, структура, биологическая активность 5-гидроксииндолов
2.1. Синтез 5-гидроксииндолов по реакции Неницеску
Реакция зачастую протекает при комнатной температуре с экзотермическим эффектом. В результате конденсации, как замещённых так и незамещённых, 1,4-бензохинона с β-аминокротоновым эфиром получаются 5-гидроксииндолы [3].
Открыта в 1929 году румынским химиком-органиком
Костином Неницеску. В своём докладе он
описал реакцию в которой 1,4-бензохинон
был обработан этиловым эфиром β-аминокротоновой
кислоты, при кипячении в ацетоне, в результате
получился 2-метил-3-карбэтокси-5-
Реакция Неницеску по праву признана одним самых эффективных способов синтеза 5-гидроксииндолов. Использование различных заместителей как в бензохиноне, так и в β-аминокротоне значительно расширяет область применения этой реакции.
2.2. Механизмы реакции Неницеску
Механизм реакции сложен, на настоящий момент существует несколько его интерпретаций, каждая из которых имеет право на существование.
Первая : механизм состоит из 4-х стадий :
- Присоединение по Михаэлю терминального атома С енамина (2.2.2) к хинону (2.2.1) ;
- Окисление полученного гидрохинона (2.2.7) в хинон (2.2.8) ;
- Циклизация хинона (2.2.8), если в цис-конфигурации, то в карбинол (2.2.9) иначе в хинониммониум интермедиат (2.2.10) ;
- Восстановление интермедиатов (2.2.9) или (2.2.10) в 5-гидроксииндол (2.2.3) изначальным гидрохиноном (2.2.4) (или 2.2.5, 2.2.6, 2.2.7)
Вторая : образование ˝сэндвичевого˝ комплекса переноса электронов
Такой ˝сэндвичевый˝
комплекс очень чувствителен к стерическим
эффектам заместителей. Интенсивный
красный цвет реакционной смеси
характеризует образование
Третья [5,6] :
Четвёртая [5,6] :
2.3. Побочные продукты реакции Неницеску
Выбор условий эксперимента оказывает главное влияние на курс реакции и определяет структуру конечного продукта. Так хорошие выходы продукта были получены при введении хинона и енамина в эквимолярных соотношениях. Что было подтверждено применением избытка одного из веществ. Когда взяли енамин (в избытке) и 2,5-дихлоро-1,4-бензохинон, то получили не индоловый продукт, а вещество состоящее из 2-х единиц енамина и хинона, получающиеся в результате присоединения по Михаэлю :
Использование избытка хинона, показало, что в полученной смеси нет индола.
Продуктами реакции могут быть бензофураны, уменьшающие выход основного продукта :
Реакция Неницеску может использоваться для получения не только 5-гидроксииндолов, но и для 5-гидроксибенз[g]индолов, поэтому могут быть следующие побочные продукты [7 - 10] :
2.4. Исследование реакции Неницеску с различными заместителями в 1,4-бензохиноне и енамине. Расширение реакции Неницеску
Эфиры β-аминокротоновой кислоты конденсирующиеся с 1,4-бензохиноном с получением 5-гидроксииндола, показали хороший результат когда R был равен : метил, этил, н-пропил, изо-пропил, н-бутил, н-гексил, β-цианоэтил, β-гидроксиэтил, карбоэтоксиметил, бензил, фенил, орто-толил, диметиламинопропил, γ-гидроксипропил :
Конденсация 1,4-бензохинона
и α-нафтохинона с иминами диэтилового эфира
ацетондикарбоновой кислоты приводит
к образованию этиловых эфиров 1-алкил-3-карбоэтокси-5-
и 1-алкил-3-карбоэтокси-5-
Монозамещённые 1,4-бензохиноны
в условиях реакции Неницеску могут давать один или два
продукта, в зависимости от природы заместителя
и стерического эффекта. Механизм реакции
Неницеску располагает при конденсации
монозамещённого 1,4-бензохинона с алкил
3-аминокротонами образование 4-, 6- и 7-замещённых
5-гидроксииндол-3-
- Присоединение в позиции 5 или 6 может быть предпочтительнее позиции 3. Очень маленькое образование изомера-4 с алкилхинонами объясняет этот эффект.
- Когда енамин присоединяется в позиции 6, эти силы могут противодействовать N-C-конденсации. Таким образом снижается количество образования изомера-7.
Влияние электронного эффекта
заместителей хинона на распределение
изомеров можно предсказывать. Так
с 2-метокси-1,4-бензохиноном сильный
электроно-донорный эффект метокси-группы
приводит к енаминовой конденсации
в положение 5. С другой стороны
замещение на электроно-акцепторную карбометокси-группу
приводит к конденсации в позицию 3, с последующим
образованием 4-карбометокси-5-
2-гало-1,4-бензохиноны
интересны в отношении
В отличие от галохинонов, 2-трифторометил в 1,4-бензохиноне проявляет только индуктивный эффект. Этот эффект доминирует над стерическими силами. Таким образом хинон соединяется с енамином исключительно следующим образом :
Эта группа представляет
и другие возможности для синтеза
серии 5-гидроксииндолов. Трифторометильная
группа сохраняется при
Получить прямым синтезом по реакции Неницеску с
толухиноном 2-метил-4-трифторометил-5-
Влияние других заместителей, 1-изо-пропил-2,6-диметил-3-
С другим заместителем на енамине образуется два изомера с шестым и седьмым положением метильной группы в соотношении 9 : 1, соответственно. Требуется разделение изомеров на хроматографической колонке :
Два изомера с 6- и 7-положением метильных групп образуются в соотношении 2 : 1, соответственно :
2-метил-3-карбоэтокси-7-этил-5
В хинонах обладающих двумя разными заместителями, место изначальной С-С-конденсации определяется относительно электронных эффектов. Таким образом конденсация 2-хлоро-5-метилбензохинона с трет-бутил 3-аминокротоном в горячей уксусной кислоте даёт 4-хлоро-7-метилиндол с выходом (51%) [12] :
Трифторометилная группа с сильным электроно-акцепторным эффектом управляет процессом реакции Неницеску. Влияние трифторометильной группы значительно сильнее хлора, поэтому образуется один продукт с очень хорошим выходом, так как для реакции Неницеску характерными выходами являются 30-40 % :
Конкуренцию между заместителями наглядно представляет реакция с метоксигруппой и трифторометильной группой, получаются два изомера с одинаковыми выходами (25% каждый) [13] :
Среди антиопухолевых препаратов 9-гидроксиэллиптицин известен как одно из самых мощных веществ. Существует несколько способов получения этого препарата, но все они требуют очень жёстких условий проведения реакции. Так как реакция Неницеску проходит в мягких условиях, таким образом она представляет интерес для планирования полного синтеза препарата. Замещённые ароматические амины содержащие электроно-привлекательные группы, например 4-циано- и 4-нитроанилины, могут быть рассмотрены как енамины аналогичные винилу :
Поэтому использование 4-нитроанилина и ксилидинов :
расширяет диапазон применения реакции, в результате которой можно получить 6-гидроксикарбазоловое кольцо, являющееся ключевым в полном синтезе 9-гидроксиэллиптицина :
Получение 6-гидроксикарбазола по реакции Неницеску :
Параллельно основной реакции могут быть следующие превращения, загрязняющие реакционную смесь и препятствующие хорошему выходу продукта :
Анализ показал, что в основном образуется три продукта :
Реакцию Неницеску вполне можно использовать для получения 6-гидроксикарбазолов. Однако попытки получить ключевой интермедиат в синтезе 9-гидроксиэллиптицина, страдают из-за образования множества побочных продуктов [14].
Синтез индолов по
реакции Неницеску с 2-хлоро-5-метил-1,4-
Одностадийный синтез 6-гидрокси-9-Н-пиримидо[4,5-b]
Синтез 6-гидрокси-9-Н-пиримидо[4,5-b]
2.5. Биологическая активность 5-гидроксииндолов
Арбидол проявляет различные биологические эффекты. Фармакологическое действие противовирусное, иммуностимулирующее. Ингибирует слияние липидной оболочки вируса с клеточными мембранами при контакте вируса с клеткой. Обладает интерферониндуцирующими свойствами, стимулирует гуморальные и клеточные реакции иммунитета, фагоцитарную функцию макрофагов, повышает устойчивость организма к вирусным инфекциям. Активен в отношении вирусов гриппа ˝А˝ и ˝B˝. Оказывает длительное защитное действие, снижает симптомы интоксикации, выраженность катаральных явлений, укорачивает лихорадочный период и общую продолжительность заболевания. Предупреждает развитие постгриппозных осложнений, снижает частоту обострений хронических заболеваний, нормализует иммунологические показатели. Лечение и профилактика гриппа и других ОРВИ (острых респираторных вирусных инфекций), а также осложненных бронхитом и пневмонией; ТОРС (тяжелый острый респираторный синдром); хронический бронхит, пневмония, рецидивирующая герпетическая инфекция (в комплексном лечении); в комплексной терапии острых кишечных инфекций ротавирусной этиологии; для профилактики инфекционных осложнений и нормализации иммунного статуса в послеоперационном периоде [16,17] :
Димекарбин, применяют при ранних стадиях гипертонической болезни [18] :
Среди антиопухолевых препаратов 9-гидроксиэллиптицин известен как одно из самых мощных веществ :
Буфотенин и его производные обладают галюциногенным и парализующим действием, способствуют повышению кровяного давления :
Содержится в листьях Amanita mappa, семенах Piptadenia peregrina, грибах Amantia muscaria, в ядовитых кожных выделениях жаб Bufo vulgaris; обнаружен также в моче человека [19].
Серотонин гормоноподобное вещество, биогенный
амин. В наибольшем количестве серотонин
содержится в энтерохромаффинных клетках
кишечника (находятся в сплетениях и ганглиях
симпатической нервной системы) и тромбоцитах.
Присутствует в большом количестве в ядах
кишечнополостных, моллюсков, членистоногих
и земноводных; встречается в растениях
(бананах, коре облепихи). Серотонин влияет
на функции различных органов и тканей
путем взаимодействия со специфическими
серотонинергическими рецепторами. Играет
важную роль в деятельности центральной
и периферической нервной системы в качестве
медиатора нервных импульсов. С нарушениями
обмена и действия серотонина связывают
ряд психических расстройств, а также
действие галлюциногенов. Серотонин влияет
на тонус кровеносных сосудов, повышает
стойкость капилляров, увеличивает количество
тромбоцитов в крови, укорачивает время
кровотечения, участвует в регуляции функций
пищеварительной, выделительной и эндокринной
систем. В организме человека и животных
синтезируется во многих тканях из триптофана
путем его гидроксилирования с образованием
5-гидрокситриптофана, который затем под
действием декарбоксилазы ароматических
L-аминокислот превращается в серотонин.
Основной путь катаболизма серотонина
: окислительное дезаминирование (фермент
моноаминоксидаза). Образующийся при этом
5-гидрокси-3-
В виде адипината, серотонин применяют как лекарственное средство [18,20] :
3. Экспериментальная часть
3.1. Реагенты и оборудование
Взвешивание веществ проводили на электронных весах ˝CAS MNP-150˝ фирмы CAS Corporation.
Температуры плавления синтезированных соединений определяли на приборе для определения температур плавления капиллярным методом.
Структуры синтезированных соединений подтверждали методом ИК-спектроскопии, с помощью спектрофотометра фирмы SHIMADZU, Japan (Япония) в таблетках из KBr.
3.2. Получение 1,4-бензохинона
В колбу объёмом 2000 мл, внесли 500 мл воды, 55 г KBrO3 и 50 мл серной кислоты (5 %), перемешивали до растворения KBrO3, прибавили 100 г гидрохинона предварительно перемешанного с 500 мл воды и нагрели до 50˚С. Образовался тёмно-зелёный осадок хингидрона – комплексного эквимолярного соединения пара-бензохинона и гидрохинона. Без дальнейшего нагревания температура поднялась до 75˚С . Через 10-15 минут тёмно-зелёный цвет реакционной смеси изменился до ярко-жёлтого, что свидетельствовало об окончании реакции. Смесь охладили до 0˚С, отфильтровали выпавшие кристаллы пара-бензохинона, промыли их небольшим количеством ледяной воды и высушили. Выход пара-бензохинона составил 93,37 г (95 % от теоретического) [21].
3.3. Получение этилового эфира β-аминокротоновой кислоты
Взяли трёхгорлую колбу на 250 мл, внесли в неё 100 г (0,77 моль) ацетоуксусного эфира, добавили каталитические количества ледяной уксусной кислоты, оснастили колбу мешалкой, обратным холодильником, капилляром через который в ходе реакции подавали сухой аммиак. Через эфир при перемешивании в течение 4 часов пропускали сухой аммиак. Вакуумной перегонкой отгоняли воду, до тех пор пока она не перестала выделяться. Выход продукта 98 г (0,76 моль) (99,57 %).
3.4. Получение этилового эфира N-фенил-β-аминокротоновой кислоты
Взяли ацетоуксусный эфир 100 г (0,77 моль), анилин 71,61 г (0,77 моль), толуол 200 мл. Поместили всё в круглодонную колбу на 500 мл, снабжённую обратным холодильником и водоотделителем. Кипятили до тех пор пока не перестала отделяться вода. Затем фракционной перегонкой отделили енамин от толуола. Выход продукта 156,8 г (0,765 моль) (99,33 %).
3.5. Получение этилового эфира N-бензил-β-аминокротоновой кислоты
Взяли 130 г (1 моль) ацетоуксусного эфира и 112 г (1,05 моль) бензиламина, растворили в 500 мл толуола и добавили 9,5 г (0,05 моль) пара-толуолсульфокислоты. Поместили всё в круглодонную колбу на 1000 мл, снабжённую обратным холодильником и водоотделителем и кипятили до тех пор пока не перестала отделяться вода. Отогнали продукт. Выход составил 218 г (0,99 моль) (99,1 %).
3.6. Получение этилового эфира N-изо-пропил-β-аминокротоновой кислоты
В колбу на 500 мл, снабжённую водоотделителем соединённым с обратным холодильником, поместили 65 г (0,5 моль) свежеперегнанного ацетоуксусного эфира , изо-пропиламина 29,5 г (0,5 моль), 100 мл абсолютного бензола, ледяной уксусной кислоты в каталитических количествах. Кипятили до тех пор пока не перестала выделяться вода. В вакууме водоструйного насоса отогнали бензол. Выход продукта составил 83 г (0,485 моль) (97,07 %).
3.7. Получение этилового эфира N-метил-β-аминокротоновой кислоты
Взяли 50 мл водного раствора метиламина, 50 мл ацетоуксусного эфира, поместили всё в круглодонную колбу объёмом 250 мл, оснастили мешалкой и обратным холодильником. Перемешивали реакционную смесь в течение 24 часов при комнатной температуре. Затем вылили реакционную смесь в делительную воронку, чтобы удалить воду. Органическую жидкость поместили в круглодонную колбу объёмом 250 мл и отгоняли под вакуумом, сначала остатки воды, ацетоуксусного эфира 120˚С/100 мм рт. ст., затем этиловый эфир N-метил-β-аминокротоновой кислоты 130˚С/100 мм рт. ст.
3.8. Получение 2-метил-3-карбоэтокси-5-
Взяли 15 г 1,4-бензохинона
(0,139 моль) и 17,94 г этилового эфира β-аминокротоновой кислоты
(0,139 моль). 70 мл ледяной уксусной кислоты
разделили пополам и растворили 1,4-бензохинон
и енамин. В трёхгорлую колбу на 100 мл поместили
раствор 1,4-бензохинона, оснастили колбу
термометром до 100˚С, мешалкой с глицериновым
затвором, капельной воронкой в которую
поместили раствор енамина. В ходе реакции
сохраняли температуру в пределах 40 –
42 ˚С, регулируя скорость прикапывания
раствора енамина. После окончания прикапывания
температура опустилась до 30 ˚С. Через
1 час прекратили перемешивание, через
12 часов реакционную смесь отфильтровали,
промыли свежей порцией холодной ледяной
уксусной кислоты, высушили. Получили
8,6 г (0,042 моль) 2-метил-3-карбоэтокси-5-
3.9. Получение 2-метил-3-карбоэтокси-5-
Взяли 5 г 1,4-нафтохинона
(0,0316 моль), 4,08 г этилового эфира β-
3.10. Получение 1-изо-пропил-2-метил-3-
Взяли 5 г 1,4-бензохинона (0,046 моль), 7,87 г (0,046 моль) этилового эфира N-изо-пропил-β-аминокротоновой кислоты. Каждый реагент растворили в 20 мл нитрометана. В трёхгорлую колбу на 100 мл внесли раствор 1,4-бензохинона, оснастили колбу термометром до 100˚С, мешалкой с глицериновым затвором, капельной воронкой, в которую внесли раствор енамина. Контролируя температуру на уровне 20 - 25˚С, начали прикапывать раствор енамина. После окончания прикапывания, продолжали перемешивать в течение получаса и оставили при комнатной температуре, через 12 часов отфильтровали реакционную смесь. Фильтрат промыли свежей порцией нитрометана, эфира, спирта и высушили фильтрат. Получились кристаллы светло-кремового цвета. Выход продукта составил 5,93 г (0,023 моль) (50 %). Тпл = 230-232˚С
- Применение речевых и языковых упражнений в овладении аспектами английского языка
- Применение санкций в гражданском праве
- Применение символов при формировании грамматических навыков у младших школьников на начальном этапе обучения английскому языку
- Применение современных методов управления качеством при создании издательской продукции
- Применение сотрудниками милиции мер обеспечения производства по делам об административных правонарушениях
- Применение специальных налоговых режимов субъектами малого предпринимательства
- Применение средств адаптивной физической культуры в комплексной реабилитации больных с инфарктом миокарда в пост стационарном этапе
- Применение МСФО для составления консолидированной финансовой отчетности Группы компаний
- Применение музыкальных занятий для коррекции агрессии у детей старшего дошкольного возроста
- Применение нормативного метода планирования, учета и калькуляции себестоимости продукции (работ, услуг) для выявления путей снижения себестоимости продукции
- Применение норм семейного права с участием иностранного элемента
- Применение порошка из барбариса при приготовлении хлеба опарным и безопарным способом
- Применение различных методов воздействия на пласты Приобского месторождения и их экономическая эффективность
- Применение разрешительного порядка пропуска физических лиц, товаров и животных через таможенную границу в пунктах пропуска
