Синтез и изучение фунгицидной активности 2-арилгидроксинитроиндолов и их аналогов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.03 ВАК РФ

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ имени Н. Д. ЗЕЛИНСКОГО

На правах рукописи

005002312

КОКУРКИНА Галина Вячеславовна

СИНТЕЗ И ИЗУЧЕНИЕ ФУНГИЦИДНОЙ АКТИВНОСТИ 2-АРИЛГИДРОКСИНИТРОИНДОЛОВ И ИХ АНАЛОГОВ

02.00.03 — Органическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

1 7 НОЯ 2011

Москва — 2011

005002312

Работа выполнена в лаборатории ароматических азотсодержащих соединений Учреждения Российской академии наук Института органической химии имени Н. Д. Зелинского

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

кандидат химических наук Дутов Михаил Дмитриевич

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор химических наук, проф. Грапик Владимир Григорьевич

доктор химических наук, проф. Юровская Марина Абрамовна

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Государственное образовательное

учреждение Высшего профессионального образования «Российский Университет дружбы народов»

Защита диссертации состоится "15" ноября 2011 г. в //^часов на заседании Диссертационного совета Д 002.222.01 по присуждению ученой степени кандидата химических наук при Институте органической химии им.

Н. Д. Зелинского РАН по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, д. 47.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИОХ РАН.

Автореферат разослан "/(( " октября 2011г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

доктор химических наук Ш/" 0 Родиновская Людмила Александровна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Интерес к химии индолов обусловлен значительными возможностями этого класса соединений. Индол и его производные широко используются в качестве промежуточных продуктов для синтеза лекарственных препаратов, красителей и пестицидов. Кроме того, индольное ядро входит в состав важнейших алкалоидов. Таким образом, поиск новых методологий для получения соединений индольного ряда с различными заместителями является важной актуальной научной задачей органического синтеза.

В настоящей работе для этой цели используется характерная особенность 0-(3-амино-5-нитрофенил)кетоксимов - образовывать помимо 6-амино-4-нитробензо[Ь]фуранов 2-арил-4-гидрокси-6-нитроиндолы при кислотно-катализируемой циклизации. 0-(3-амино-5-нитрофенил)кетоксимы стали весьма доступны благодаря развитию химии 1,3,5-тринитробензола (ТНБ).

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ), грант № 10-03-00623.

Цель работы заключалась в синтезе новых производных 2-арилгидроксинитроиндолов, а также в изучении фунгицидной активности данных соединений и их аналогов.

Научная повизиа и практическая ценность работы. Для изучения влияния строения 2-арил-4-гидрокси-6-нитроиндолов на фунгицидную активность синтезирован на основе ТНБ широкий ряд новых их представителей с различными заместителями в фенильном кольце.

Для изучения биологических свойств замещенных по азоту производных 2-арил-4-гидрокси-б-нитроиндола разработан подход к синтезу данных соединений. Предложенный метод основан на циклизации в кислой среде М-моноалкилзамещенных производных кетоксимов, полученных в свою очередь восстановительным алкилированием 0-(3-амино-5-нитрофенил)кетоксимов.

С целью изучения влияния взаимного расположения функциональных групп в молекуле 2-арилгадроксинитроиндола разработан новый метод расщепления эфирной связи в изомерных 2-арилметоксинитроиндолах, заключающийся в действии расплава тетрабутиламмоний бромида, что приводит к образованию соответствующих, неизвестных ранее, 2-арилгидроксинигроиндолов.

Кроме того, разработан ряд новых оригинальных методов синтеза 2-арилгидроксииндолов, содержащих в своей структуре различные функциональные группы.

При изучении биологической активности полученных соединений показана перспективность поиска в ряду такого класса веществ фунгицидных, противогрибковых и антибактериальных препаратов.

Публикации и апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 2 патента, 4 статьи. Отдельные части работы были доложены на I международной конференции «Новые направления в химии гетероциклических соединений» (Кисловодск, Россия, 2009 г.), 24-м Европейском коллоквиуме по гетероциклической химии (Вена, Австрия, 2010 г), HI Международной конференции «Химия гетероциклических соединений» (Москва, Россия, 2010 г), Всероссийской научной конференции (с международным участием): «Успехи синтеза и комплексообразования» (Москва, Россия, 2010 г), а также на 17 Европейском коллоквиуме по органической химии (Херсониссос, Греция, 2011 г.)

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на $Q страницах, состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. В первой главе рассмотрены литературные данные по синтезу 2-арилгидрокси- и 2-арилнитроиндолов. Во второй главе обсуждаются полученные экспериментальные результаты. Третья глава содержит описание эксперимента.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Модификация структуры 2-арил-4-гидрокси-6-нитроиндола путем варьирования заместителей в фенильном кольце

Ранее в лаборатории ароматических азотсодержащих соединений Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН было обнаружено, что в результате кислотно-катализируемой циклизации 0-(3-амино-5-нитрофенил)кетоксимсв помимо ожидаемых бензо[Ъ]фуранов образуются 2-арил-4-гидрокси-6-нитроиндолы, представители нового, неизвестного ранее типа индолов. Также было обнаружено, что 3 первых представителя синтезированных на основе ТНБ 2-арилгидроксинитроиндолов обладают высокой фунгицидной активностью, существенно превышающей активность известного системного фунгицида -триадимефона.

Для изучения влияния заместителей в фенильном кольце на фунгицидные свойства индолов данного типа, используя найденный ранее способ синтеза этих соединений на основе ТНБ, нами был получен широкий ряд производных 2-арилгидроксинитроиндолов в соответствии со схемой 1:

(a)111=СНз,К2=Н;

(b)К,=К2=Н;

(О) Н, К2—

(е)К,=Н,112=4-ОН;

N5/

(8)Я,=Н,К2=4-ВГ (Ь) К^Н, Я2=4-СР3 (¡) Я^Н, Я2=4-Р 0) Я^Н, Я2=4-ОСН3 (к) К,=Н, 112=2-ОСНз

(16-30)%

Образование индолов 3 можно объяснить исходя из известного механизма циклизации О-арилкетоксимов в бензо[Ь]фураны. Можно предположить, что циклизация 0-(3-амино-5-нитрофенил)кетоксимов 2 в равной степени идет как в орто-положение к нитрогруппе, так и в орто-положение к аминогруппе. В первом случае обычным путем образуется 6-амино-4-нитробензофуран 4 (Схема 2, вариант а), а во втором случае к связи С=М1 присоединяется не группа ОН, а более нуклеофильная группа МН2, что и приводит к образованию 4-гидрокси-6-нитроиндола 3 (Схема 2, вариант Ъ)

Схема 2,

N02 и N02 я N02 И

Ах(ц)

,21>т

н>

N111

02Ы —О V

4 ^НгЯ он к ОН я он я

Аг (Ъ)

2. Модификация структуры 2-арил-4-гидрокси-6-нитроиндола путем алкилирования по кислороду и/или азоту

Нами изучено взаимодействие индолов За,Ь с метилирующим агентом -димстилсульфатом. Обнаружено, что в случае использования исходных реагентов в

эквимолярном соотношении образуется продукт метилирования по кислороду 5, а присутствие избытка диметилсульфата приводит к образованию бисметилированного продукта 6(схема 3).

С целью синтеза замещенных по азоту производных 2-арилгидроксинитроиндолов мы изучали поведение индолов б в условиях реакций расщепления алкил ариловых эфиров под действием ВВгз, 1Шг, Н1, А1С1з, (СН3)3811. В результате проведенных исследований было обнаружено, что расщепления эфирной связи не происходит ни в одном из описанных выше случаев. Вместо этого образуются продукты деструкции исходных соединений или реакция вовсе не идет (схема 3).

Схема 3.

ОСНзк

Найденный нами альтернативный способ синтеза 2-арилгидроксинитроиндолов, замещенных по азоту, заключался в кислотно-катализируемой циклизации 14-моноалкилзамещенных производных кетоксимов 8а-с, в свою очередь полученных восстановительным алкилированием кетоксима 2Ь. Следует отметить, что условия алкилирования для формальдегида и для ароматических альдегидов существенно различаются, но ни при каких условиях не затрагивается С=И связь оксимного фрагмента (схема 4).

0,И

К02

Л

Н2Н4*Н20, РеС13*6Н20

О V 3 Сас1.,МеОН

Н,Ы

N02

До

1.ЫСН0

1Ь

2Ь

N02

А

он

н 1

8а-с

N0,

Ч

9а-с

10а-с

(70-79) %

(69-91)% (2-9)%

Я = Н(а), РЬ(Ь), 4-С1РЬ(с). 3. Модификация структуры 2-арилгидроксинитроиндолов путем изменения взаимного положения гидрокси- и нитрогрупп.

В соответствии с наиболее распространенным и широко известным способом получения индолов, синтезом Фишера, из коммерчески доступных метоксинитроанилинов 11 нами были получены соответствующие метоксинитроиндолы 14 (схема 5).

Схема 5.

Ш-

2 1.№№Э21НС1

2.5пС1,*2Н,0

ОСН3

11

ргорюрЬепопе

ООН,

12

сш

н,со

14 у;еи, %

а 7-0СН-, 5-Ш2 36

Ь 5-ОСНз 7-Ш2 55

с 7-ОСНз 4-Ш2 63

(I 4-ОСНз 7-Ж)2 43

В предыдущем разделе нами показано, что расщепления эфирной связи в индолах 6 не происходит под действием описанных в литературе реагентов. Оказалось, что индолы 14 ведут себя аналогичным образом.

К решению этой задачи нас подтолкнул анализ литературных данных формально не связанных с нашим случаем. Из них следует, что ионные жидкости, как высокополярные среды,

могут оказывать положительное влияние на расщепление простых алкиловых эфиров. Кроме того, известно, что в расплаве тетраалкиламмоний галогенидов возможна переэтерификация метиловых эфиров карбоновых кислот с образованием соответствующих сложных алкиловых эфиров.

Исходя из этого, мы предположили, что не гигроскопичный и не высокоплавкий тетрабутиламмощш.бромид, являясь высоко полярной средой, служащей источником наименее сольватированных, а, следовательно, наиболее нуклеофильных бромид ионов, может быть использован для наших целей. Нами найдено, что по достижении 150°С в его расплаве протекает реакция по схеме 6:

Схема 6.

1.5 Ь, 150°С

15: а 7-ОН, 5-Ш2; Ь 5-ОН, 7-Ж)2; с 7-ОН, 4-Ж)2; й 4-ОН,7-Ш2

Исходя из данных ВЭЖХ, первоначально в реакционной смеси присутствует только гидроксийндол 15. А образование эфира 16, вероятно, объясняется последующим алкилированием индола 15 бутилбромидом, образующимся в свою очередь при термолизе тетрабутиламмоний бромида. Необходимо отметить, что при реакции тетрабутиламмоний бромида с предварительно выделенным эфиром 16 последний полностью расходуется и образуется продукт деалкилирования 15.

4. Модификация структуры 2-арил-4-гидроксииндола путем замены нитрогруппы иной электроноакцепторной группой.

В одном из предыдущих разделов нами показана возможность синтеза 2-арилгидроксинитроиндолов на основе ароматического полинитросоединения - 1,3,5-тринитробензола. При использовании данного метода для синтеза 2-арилгидроксииндолов, содержащих в своей структуре иную, отличную от нитро, электроноакцепторную группу на первой стадии необходимо было заместить нитро группу в 1-11-3,5-динитробензоле (Я-элекхроноакцепторная группа) под действием оксима ацетофенона. Нами изучена возможность протекания данной реакции в присутствии основания при использовании в качестве субстратов некоторых 1-11-3,5-динитробензолов 17. В присутствии поташа в К-метилпирролидоне при 60-70°С все из использованных нами соединений 17 вступают в реакцию с оксимом ацетофенона с образованием продуктов нуклеофильного замещения нитро группы 18 (схема 7).

17а-Ь

18а-Ь

СН3 68-80%

СЬ'з (а)

сн (Ь)

СОШ2 >Аг=РЬ (с)

802РЬ №

802Ш2 (е)

СООМе ^ (0

СИ Аг=3-ОМеР1г (В)

802Ме Аг=Р11 00

Далее, согласно схеме 1, в полученных оксимах 18 восстанавливали нитрогруппу гидразингидратом на угле в присутствии треххлористого железа, а образовавшиеся амино соединения 19 подвергали кислотно-катализируемой циклизации в среде ЕЮН/НС1. Как и в случае оксимов 2 в результате реакции образуются целевые 2-арилгидроксииндолы 20 и бензофураны 21 (схема 8).

Схема 8.

Я

сш

я

18а-Ь

СН3

К2Н4*Н20| РеС13*6Н20 Са«, МеОН

ЕЮН/НС1

сн3

он

Я'

Аг

+

19а-е^,Ь

69-90%

Я

-Аг

Н^

Аг=РЬ

20а,Ь,с1,е,о,Ь

(47-61) %

21а, Ь,

(31-49)%

(a)

(b)

(c)

№ (е) (Г)

СЫ Аг=3-ОМеРЬ ($ 802Ме Аг=РЬ (Ь)

СР3 СЫ

сош2

802РЬ

802Ш2

СООМе

Нами найдено, что в результате кислотно-катализируемой циклизации амино-соединений 19с,Г помимо соответствующих индолов и бензо[Ь]фуранов образуется соединение, структура которого согласно данным ЯМР 'Н, 13С и масс-спекгрометрии соответствует формуле 23 (схема 10). Объяснить образование данного продукта можно исходя из механизма циклизации О-арилкетоксимов в бензо[Ь]фураны. Как полагают, образование бензофуранов 4' происходит в соответствии со схемой 9, в которой ключевой стадией является кислотно-катализируемая [3,3]-сигматропная перегруппировка енгидроксиламинной формы О-арилкетоксима (А—>В) с последующей ароматизацией шестичленного цикла (В—>С), внутримолекулярного присоединения группы ОН к связи С=МНг+ (С—>Б) и последующего отщепления иона аммония с образованием бензофурана 4' (I)—>2).

1'

А

В

Н К"

Н К"

Я"

•Я'

с

Б

4'

Вероятно, в случае соединений 19 с,Г после образования срото-гидроксиарилкетимина С происходит атака карбонильного углерода свободной электронной парой иминного азота с образованием промежуточного интермедиата Е с последующей перегруппировкой в 23

Схема 10.

5. Модификация структуры 2-арилгидроксинитроиндола путем замены элекгропоакцепторной нитрогруппы на электронодопорпую группу.

Замена нитрогруппы в структуре исследуемых индолов на электронодонорную аминогруппу была интересна не только с точки зрения синтеза соединений с потенциальной полезной биологической активностью, но и с точки зрения доказательства предложенного нами ранее механизма внутримолекулярной циклизации 0-(3-амино-5-ншрофенил)кетоксимов 2 (См. схему 2). Для этого представлялось важным ввести в циклизацию 0-(3,5-диаминофенил)кетоксимы 24. Соединения 24 были нами получены с приемлемыми выходами восстановлением нитро группы в кегоксимах 2 под действием гидразингидрата на никеле Ренея (схема 11). При введении их в кислотно-катализируемую циклизацию в среде ЕЮН/НС1, как мы и предполагали, единственными продуктами оказались 6-амино-4-гидроксииндолы 25, что однозначно подтверждает сделанные нами ранее предположения о механизме данной реакции.

С

Х = ЫН2 ОМе

'2,

Е

23

0,N

NHo

N2H4*H20 (2eq.)

N д Ni (Ra)

H2N

CH,

СН3

2 24 25 Ь,с4,г,г

(52-94%) (54-79%)

Аг = РЬ (Ь), 2-С1СбН4 (с), 2,4-С1СбН3 (а), 4-ВгС6Н4 (g)) 4-pyridyl (г) Как и ожидалось, выходы 6-амино-4-гидроксииндолов 25 существенно выше, чем 4-гидрокси-6-нитроиндолов 3 за счет отсутствия возможности образования бензофуранов 4.

6. Синтез 2-арилгидроксииидола, содержащего в бензольном фрагменте С1- вместо ?Юг-грУШ1Ы

Для осуществления синтеза гидроксииндола, содержащего хлор вместо нитрогруппы (2-метокси-5-хлор)фенилгидразин мы конденсировали с пропиофеноном и без выделения образующегося промежуточного гвдразона вводили его в циклизацию Фишера в среде метанол/ацетилхлорид. Известно, что в результате реакции гидразонов, содержащих алкокси-или алкилтио группы в орто-положенш помимо ожидаемых 7-алкокси- или 7-алкилтиоиндола образуются также 3-, 4-, 6-замещенные индолы (схема 12).

Схема 12.

.ОСЩ

ч ■игл"

Я Н Ё

ГУ

осн,

^N'V®3

JU

rV^x

OCH]

NH,N H

+Nuclcophilc

iij Migration

iii Substitution

H OCH-, 26

н,со.

осн,

28

В результате из реакционной массы нами были выделены два продукта. Одним из них, как и ожидалось, оказался 7-метоксииндол 30, а вторым-индолин 31 (Схема 13). Вероятно, образование индолина 31, структура которого подтверждена методом РСА (Рис.1), происходит

в результате миграции метоксигруппы (За - 3) при четвертичном атоме углерода в интермедиате А и последующей ароматизации бензольного фрагмента (схема 13)

Схема 13.

а

С1

ШГШ2 А^СНз РЬСОСН2СН3 Д^ СН3ОН, СН3СОС1

геПих 2 Ь

С1

ФН СН3

1 +УЧРЬ

н,со н

осн3 сн3 "зСО С„3 А н

нзс9,сн3

^ /

N

н

31

Структуры соединений 30 и 31 были подтверждены с помощью ЯМР 1Н экспериментов, данными ЯМР 13С, элементного микроанализа, а также масс-спектрометрии высокого разрешения.

Рис.1 Общий вид соединения 31 по данным РСА.

Все сигналы в спектрах 'Н и 13С соединений 30 и 31 были отнесены на основании данных двумерных спектров >ТОЕ5У, Ш(}С и НМВС. Наиболее заметным отличием в спектрах ЯМР 'Н соединений 30 и 31 является положение сигналов метильной и метоксильной групп при атомах углерода С-3 и С-7 (в соединении 30). В случае расположения обеих групп при С-3 в соединении 31 их химические сдвиги равны 1.58 и 2.82 м.д., тогда как в соединении 30 - 2.54 и 3.91 м.д., соответственно. Кроме того, в спектре КОЕБУ соединения 30 присутствовали кросс-пики между протонами метоксильной группы и 11-6 (6.62 м.д.), тогда как в соединении 31 наблюдались корреляции протонов метоксильной группы, с Н-4 (7.49 м.д.) и орто-протонами 2-фенкяьной группы (8.25 мл.), что свидетельствует об их пространственной близости.

Следует отметить, что разработанный нами способ превращения метокси-группы в гидроксильную под действием (СЩ^ЬШг не дал положительного результата. Однако классический метод расщепления метил арилового эфира под действием ВВгз привел к образованию 7-гидрокси-4-хлор-3-метил-2-феннлиндола с выходом 43% (схема 14).

Схема 14.

30 34

7. Модификация положения 3 в 2-арил-4-гидрокси-6-питроиидоле

На примере 2-арил-4-гидрокси-6-нитроиндола ЗЬ мы изучили реакции бромирования и диазотирования. В результате нами получены соответствующие его производные 35 и 36.

Схема 15.

Биологические испытания синтезированных соединений были проведены нами в РХТУ им. Д.И. Менделеева. В результате проведенных экспериментов выяснили, что наибольшими фунгитоксичными свойствами обладают индолы За и ЗЬ. Модификация структуры данных индолов путем варьирования заместителей в фенильном кольце в положении 2 приводит к

снижению фунгитоксичности соответствующих индолов, за исключением 2-хлорфенилзамещенного индола Зс. Алкилирование индолов За и ЗЬ как по азоту, так и по кислороду также снижает их фунгицидную активность. Более того, 0-алкилированные индолы практически не проявляют фунгицидных свойств. Изменение взаимного расположения гидрокси- и нитро групп в индоле За не оказало существенного влияния на фунпттоксичность; изомерные 2-арилгидроксинитроиндолы по активности также превосходят известный фунгицид - триадимефон. Фунгицидные свойства аналогов индола ЗЬ, содержащих в положении 6 иную электроноакцепторную группу, зависят от ее типа. Активность индолов с объемными сульфамидной или фенилсульфонильной группами в своей структуре резко снижается в сравнении с активностью индола ЗЬ, в то время как индолы с компактными циано- или трифторметильной группами практически равны по активности аналогу ЗЬ. Замена нитро группы на электронодонорную амино группу в структуре индолов 3 привела к тому, что соответствующие аминогидроксииндолы не проявляют фунгицидных свойств. ■ Два из наиболее активных синтезированных соединений (За и 15с) были переданы в Национальное агентство клинической фармакологии и фармации (НАКФФ) для испытаний на противогрибковую активность по отношению к мультирезисткым клиническим изолятам in vitro. Исследовались штаммы типовые культуры и клинические изолягы Candida albicans (гинекологическая патология), Staphylococcus aureus, Escherichia coli. Как следует из полученных данных, оба исследуемых препарата гидроксинитроиндолов: За и 15с, показали довольно высокую антигрибковую и антимикробную активность in vitro. По уровням МПК<ю они не уступают по активности эталонному препарату Флуконазол компании Пфайзер, широко используемому современной клинической практике для антигрибковой терапии, что позволяет рассматривать их как перспективные для дальнейшей разработки эффективных противогрибковых и антибактериальных средств.

Выводы:

1. Для изучения влияния строения 2-арил-4-гидрокси-6-нитроиндолов на фунгицидную активность синтезирован на основе 1,3,5-тринитробензола широкий ряд новых их представителей.

2. Разработан новый подход к синтезу N-алкилированных 2-арил-4-гидрокси-6-нитроиндолов, заключающийся в восстановительном алкилировании аминогруппы 0-(3-амино-5-нитрофенил)кетоксимов и последующей их циклизации.

3. Разработан новый метод расщепления эфирной связи в изомерных 2-арилметоксинитроиндолах, заключающийся в действии расплава тетрабутиламмоний бромида, что приводит к образованию соответствующих, неизвестных ранее, 2-арилгидроксиритроимдолов.

4. С целью синтеза аналогов 2-арилгидроксинитроиндолов, обладающих потенциальной биологической активностью осуществлено замещение нитрогруппы в l-R-3,5-динитробензолах (где R-электроноакцепторная группа, R^NOi) под действием оксима ацетофенона. На этой основе разработан подход к синтезу ранее неизвестных 2-арилгидроксииндолов, содержащих в бензольном цикле такие электроноакцепторные группы как трифторметильная, сложноэфирная, сульфамидная, фснилсульфонильная, циано-группа.

5. Показано, что общим свойством полученных 0-(3-аминофенил)кетоксимов, содержащих в положении 5 амидную или сложноэфирную группы является образование 7-амино-З-фенилизохинолин-1,5-диола в условиях кислотно-катализируемой внутримолекулярной циклизации. Предложено объяснение полученных результатов.

6. Впервые получены 0-(3,5-диаминофенил)кетоксимы, посредством внутримолекулярной циклизации которых был доказан предложенный ранее механизм образования 6-амино-4-нитробензофуранов и 4-гидрокси-6-нитроиндолов.

7. Обнаружен новый аспект аномальной индолизации по Фишеру 1-фенилпропан-1-он(5-хлор-2-метоксифенил)гидразона заключающийся в образовании 6-Хлор-З-метокси-З-метил-2-фенил-ЗЯ-индола. Предложено объяснение полученных результатов.

8. Исследована фунгицидная активность синтезированных соединений по отношению к б-ти грибам фитопатогенам. Выявлена зависимость биологической активности 2-арилгидроксинитроиндолов от структуры данных соединений. Показана необходимость наличия в бензольном фрагменте индола гидроксигруппы и компактной электроноакцепторной группы для проявления ими фунгицидных свойств.

9. Исследована фунгицидная активность наиболее активных 3-метил-6-нитро-2-фенил-1Я-индол-4-ола и 3-метил-4-нитро-2-фенил-1Я-индол-7-ола по отношению к пяти клиническим изолятам грибков человека Candida albicans. Показано, что по фунгицидной активности оба препарата находятся на уровне эталонного препарата Флуконазола компании Пфайзер, широко используемого в современной клинической практике для антигрибковой терапии. У этих же двух препаратов обнаружена довольно высокая антимикробная активность in vitro по отношению к Staphylococcus aureus и Escherichia coli, что позволяет рассматривать данный класс соединений в качестве перспективного для дальнейшей разработки антибактериальных средств.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Пат. 2333907 РФ. Замещенные 4-гидрокси-6-нитро-2-фенилиндолы, способ их получения, применение их в качестве фунгицидных средств и фунгицидные композиции на

их основе / Шевелев С.А., Дутов М.Д., Попков С.В., Воробьев С.С., Кокуркина Г.В., Вацадзе И.А. Заявл. 27.03.2007, №2007111150/04; Опубл. 20.09.2008 Бюл. №26.

2. Galina V. Kokurkina, Mikhail D. Dutov, Svyatoslav A. Shevelev, Sergey V. Popkov,Alexey V. Zakharov, Vladimir V. Poroikov / Synthesis, antifungal activity and QSAR study of 2-arylhydroxynitroindoles // European Journal of Medicinal Chemistry, 2011,46,4374-4382.

3. Kokurkina G.V., Dutov M.D., Shevelev S.A. / Intramolecular cyclization of 0-(3,5-diaminophenyl)-substituted ketoximes as a route to 6-amino-4-hydroxyindoles // Mendeleev Commun.,2011,21,196-197.

4. Шевелев СЛ., Дутов М.Д., Попков C.B., Еланский С.Н., Кокуркина Г.В., Побединская М.А., Замещенные 2-фенилиндолы, способ их получения и фунгицидные композиции на их основе / Положительное решение о выдаче патента на изобретение, заявка №2010131052/04(044056) от 27.07.2010.

5. Г.В. Кокуркина, М.Д. Дутов, С.А. Шевелев / Синтез и фунгицидная активность 4-гидрокси-6-нитроиндолов // I международная конференция «Новые направления в химии гетероциклических соединений», Кисловодск, Россия, май 2009 г, Тезисы докладов, с. 346.

6. Kokurkina G.V., Dutov M.D., and Shevelev, S.A. / New Method for the Methoxy Group Transformation to Hydroxyl. Synthesis of Isomeric 2-Arylhydroxynitroindoles // 24-th European Colloquium on Heterocyclic Chemistry, Vienna, Austria, August, 201 Or, Book of abstract P02.

7. Г.В. Кокуркина, JI.A. Поляков, М.Д. Дутов, С. А. Шевелев / Синтез N-замещенных гидроксииндолов // Ш Международная конференция "Химия гетероциклических соединений" Москва, Россия, октябрь 201 Ог, Тезисы докладов, с. 106.

8. Г.В. Кокуркина, М.Д. Дутов, С.А. Шевелев, С.В. Попков / Синтез 2-фенилгидроксииндолов как потенциальных фунгицидов // Всероссийская научная конференция (с международным участием): "Успехи синтеза и комплексообразования", Москва, Россия, апрель 2011г, Тезисы докладов, с. 31.

9. G.V. Kokurkina, M.D. Dutov / Selective synthesis of indole derivatives from 1,3,5-trinitrobenzene // "17th European Symposium on Organic Chemistry", Creete, Greece, July, 201 lr, Book of abstract P1.292.

Подписано в печать 12.10.2011 г. Формат 60x90 1/16 Печать трафаретная. Тираж 120 экз. Заказ № 5341. Объем: 1,5 у сл. п. л. Отпечатано в типографии ООО "Алфавит 2000", ИНН: 7718532212, г. Москва, ул. Маросейка, д. 6/8, стр. 1, т. 623-08-10, www.alfavit2000.ru

ВВЕДЕНИЕ.

1. 2-АРИЛГИДРОКСИ- И 2-АРИЛНИТРОИНДОЛЫ.

1.1. Синтез 2-арилгидроксииндолов.51.2. Синтез 2-арилнитроиндолов.

2. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

2.1. Задачи и цели.

2.2 Модификация структуры 2-арил-4-гидрокси-6-нитроиндола путем варьирования заместителей в фенильном кольце.

2.3 Модификация структуры 2-арил-4-гидрокси-6-нитроиндола путем алкилирования по кислороду и/или азоту.

2.4 Модификация структуры 2-арилгидроксинитроиндолов путем изменения взаимного положения гидрокси- и нитрогрупп.

2.5 Модификация структуры 2-арил-4-гидроксииндола путем замены нитрогруппы иной электроноакцепторной группой.

2.6 Модификация структуры 2-арилгидроксинитроиндола путем замены электроноакцепторной нитрогруппы* на«электронодонорную группу.

2.7 Синтез 2-арилгидроксииндола, содержащего в бензольном фрагменте С1-вместо Ж)2-группы.

2.8 Модификация положения 3 в 2-арил-4-гидрокси-6-нитроиндоле.

2.9 Результаты испытаний синтезированных соединений на фунгицидную активность in vitro.

2.10 Результаты испытаний синтезированных соединений на противогрибковую активность по отношению к мультирезистным клиническим изолятам in vitro.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

ВЫВОДЫ.

СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ.

В связи с проблемой использования излишних или потерявших свое значение взрывчатых веществ ароматического ряда возникла задача химической утилизации этих веществ, т.е. создания на их основе многоцелевых синтонов и ценных продуктов и материалов гражданского назначения. Настоящее исследование является одним из направлений в изучении химии 1,3,5-тринитробензола (ТНБ) и использовании некоторых продуктов его превращений.

Совсем недавно в лаборатории №18 ИОХ РАН было показано, что 3 первых представителя, синтезированных на основе ТНБ 2-фенил-4-гидрокси-6-нитроиндолов обладают высокой фунгицидной активностью, существенно превосходящей активность эталона — триадимефона.

Целью данной работы являлось дальнейшее расширение и углубление исследований в данном направлении, связанном с планомерным изменением структуры синтезируемых веществ с дальнейшим изучением их фунгицидной активности по отношению как к фитопатогенным грибкам, так и к грибам-патогенам человека.

Л 2-Арилгидрокси- и 2-аршнитроиндолы

Интерес к химии индолов обусловлен значительными возможностями этого класса соединений. Индол и его производные широко используются в качестве промежуточных продуктов для синтеза лекарственных препаратов, красителей и пестицидов. Таким образом; поиск новых методологий для получения, индольного ядра с различными заместителями является важной актуальной научной задачей органического синтеза.

Как. известно, многие из производных индола с кислородсодержащими заместителями в бензольном кольце, такими как гидрокси-, метоксигруппы, обладают физиологической активностью, (серотонин, мелатонин и т.д.). Кроме того, на основе подобного рода соединений был разработан отечественный противовирусный препарат, арбидол, оказывающий иммуномодулирующее и противогриппозное действие, специфически подавляя- вирусы гриппа А и В7.

В то же время индолы, содержащие в своей структуре нитрогруппу — синтетические вещества, ингибирующие транспортные системы бактериальной. клетки, которые используются совместно с антибактериальными препаратами для преодоления резистентности к ним вирусов и бактерий [1]. Соединением-лидером среди таких индолов является 5-нитро-2-фенилиндол (1NF55) [2], ингибирующий NorA - один из транспортных белков Staphylococcus aureus, патогенной бактерии человека. сн3 серотонин мелатонин арбидол Н

INF55

Целая серия работ посвящена изучению полезной биологической активности 2-арилиндолов как ингибиторов рецепторов эстрогена человека [3,4], ингибиторов полимеризации тубулина [5], а также как антибактериальных препаратов [6] и средств защиты растений [7].

В рамках данного исследования целесообразно было бы остановиться на более подробном рассмотрении методов синтеза 2-арилиндолов, в молекуле которых одновременно содержатся гидрокси- и нитрогруппы. Поскольку до появления нашей работы [8] индолы данного типа известны не были, рассмотрим способы синтеза 2-арилгирокси- и 2-арилнитроиндолов в отдельности.

Выводы

1. Для изучения влияния строения 2-арил-4-гидрокси-6-нитроиндолов на фунгицидную активность синтезирован на основе 1,3,5-тринитробензола широкий ряд новых их представителей.

2. Разработан новый подход к синтезу Ы-алкилированных 2-арил-4-гидрокси-6-нитроиндолов, заключающийся в восстановительном алкилировании аминогруппы 0-(3-амино-5-нитрофенил)кетоксимов и последующей их циклизации.

3. Разработан новый метод расщепления эфирной связи в изомерных 2-арилметоксинитроиндолах, заключающийся в действии расплава тетрабутиламмоний бромида, что приводит к образованию соответствующих, неизвестных ранее, 2-арилгидроксинитроиндолов.

4. С целью синтеза аналогов 2-арилгидроксинитроиндолов, обладающих потенциальной биологической активностью осуществлено замещение нитрогруппы в 1-11.-3,5-динитробензолах (где К-электроноакцепторная группа, Я#Ю2) под действием оксима ацетофенона. На этой основе разработан подход к синтезу ранее неизвестных 2-арилгидроксииндолов, содержащих в бензольном цикле такие электроноакцепторные группы как трифторметильная, сложноэфирная, сульфамидная, фенилсульфонильная, циано-группа.

5. Показано, что общим свойством полученных 0-(3-аминофенил)кетоксимов, содержащих в положении 5 амидную или сложноэфирную группы является образование 7-амино-З-фенилизохинолин-1,5-диола в условиях кислотно-катализируемой внутримолекулярной циклизации. Предложено объяснение полученных результатов.

6. Впервые получены 0-(3,5-диаминофенил)кетоксимы, посредством внутримолекулярной циклизации которых был доказан предложенный ранее механизм образования 6-амино-4-нитробензофуранов и 4-гидрокси-6-нитроиндолов.

7. Обнаружен новый аспект аномальной индолизации по Фишеру 1-фенилпропан-1 -он(5-хлор-2-метоксифенил)гидразона заключающийся в образовании 6-Хлор-3-метокси-3-метил-2-фенил-3//-индола. Предложено объяснение полученных результатов.

8. Исследована фунгицидная активность синтезированных соединений по отношению к 6-ти грибам фитопатогенам. Выявлена зависимость биологической активности 2-арилгидроксинитроиндолов от структуры данных соединений. Показана необходимость наличия в бензольном фрагменте индола гидроксигруппы и компактной электроноакцепторной группы для проявления ими фунгицидных свойств.

9. Исследована фунгицидная активность наиболее активных З-метил-6-нитро-2-фенил-Ш-индол-4-ола и 3 -метил-4-нитро-2-фенил-1 Я-ин дол-7-ола по отношению к пяти клиническим изолятам грибков человека Candida albicans. Показано, что по фунгицидной активности оба препарата находятся на уровне эталонного препарата Флуконазола компании Пфайзер, широко используемого в современной клинической практике для- антигрибковой терапии. У этих же двух препаратов обнаружена довольно высокая антимикробная активность in vitro по отношению к Staphylococcus aureus и Escherichia coli, что позволяет рассматривать данный класс соединений в качестве перспективного для дальнейшей разработки антибактериальных средств.

1. Siritron Samosorn, John В. Bremner, Anthony Ball and Kim Lewis // Synthesis of functionalized 2-aryl-5-nitro-1 //-indoles and their activity as NorA efflux pump inhibitors // Bioorg. Med. Chem. 2006, 14, 857-865.

2. P.N. Markham, E. Westhaus, K. Klyachko, M.E. Johnson, A.A. Neyfakh // Multiple Novel Inhibitors of the NorA Multidrug Transporter of Staphylococcus aureus // Antimicrob. Agents Chemother. 1999, 43, 24042408.

3. Erwin von Angerer and Jelica Prekajac // 2-(Hydroxyphenyl)indoles: A New Class of Mammary Tumor Inhibiting Compounds II J. Med. Chem. 1983; 26, 113-116.

4. Bridget G. Trogden, Sung Hoon Kim, Shuyi Lee, John A. Katzenellenbogen // Tethered indoles as functionalizable ligands for the estrogen receptor // Bioorg. Med. Chem. Lett. 2009; 19, 485-488.

5. Robert Gastpar, Michael Goldbrunner, Doris Marko, and Erwin'von Angerer //Methoxy-Substituted 3-Formyl-2-phenylindoles Inhibit Tubulin Polymerization II J.Med. Chem. 1998,41,4965-4972.

6. T. Leboho, J. Michael, W. van Otterlo, S. van Vuuren, C. Koning // The synthesis of 2- and 3-aryl indoles and 1,3,4,5-tetrahydropyrano4,3-b. indoles and their antibacterial and antifungal activity // Bioorg. Med. Chem; Lett. 2009, 19, 4948-4951.

7. Keith Chamberlain and Geoffrey A. Carter // Fungitoxicity of Hydroxy- and Methoxy- substituted Phenyl- and Naphthyl-benzofurans, Phenylbenzo6.thiophenes and Phenylindoles // Pestic. Sci., 1981, 12, 539547.

8. М. Shiri, М. A. Zolfigol, H.G. Kruger, Z. Tanbakouchian // Bis- and Trisindolylmethanes (BIMs and TIMs) // Chem.Rev. 2010, 110, 2250-2293.

9. G.R. Hamphrey, J.T. Kuethe // Practical Methodologies for the Synthesis of Indoles // Chem. Rev. 2006, 106, 2875-2911.

10. M.A. Martins, C.P. Frizzo, D.N. Moreira, L. Buriol, P. Machado // SolventFree Heterocyclic Synthesis // Chem. Rev. 2009, 109, 4140-4182.

11. Josef Strohmeier and Erwin von Angerer // Synthesis and Estrogen Receptor Affinity of 2,3-Diarylindoles // Arch.Pharm. (Weinheim), 1987, 320, 407-417.

12. E. von Angerer, A.K. Taneja, R. Ringshandl, H. Schonenberger // Thermolyse ori/zo-chlorsubstituierter 1,2-Diarylethylendiamine // Liebigs Ann. Chem. 1980, 409-415.

13. Erwin von Angerer, Jelica Prekajac, and Josef Strohmeier // 2-Phenylindoles. Relationship between Structure, Estrogen Receptor Affinity, and Mammary Tumor Inhibiting Activity in the Rat // J. Med. Chem. 1984, 27, 1439-1447.

14. Charles Pigerol, Paul de Cointet de Fillain, Souli Nanthavong // 2-Phenyllndole Derivatives // U.S. Patent 4113736, 1978.

15. Yutaka Ozaki, Kyouko Okamura, Ayako Hosoya, and Sang-Won Kim // A New Approach to 5-Hydroxyindoles from 1,4-Cyclohexanedione // Chem. Lett. 1997, 679-680.

16. J. Fehrentz and B. Castro //An Efficient Synthesis of Optically Active a-(t-Butoxycarbonylamino)-aldehydes from a-Amino Acids // Synthesis, 1983, 676-678.

17. R. J.Sundberg // Deoxygenation of Nitro Groups by Trivalent Phosphorus. Indoles from o-Nitrostyrenes // J. Org. Chem., 1965, 30 (11), 3604-3610.

18. E. Fischer and H. Hiitz // Ueber eine neue Bildungsweise von Indolderivaten// Ber., 1895, 28, 585-587.

19. Bagher Eftekhari-Sis, Maryam Zirak, Ali Akbari, and Mohammed M/Hashemi // Synthesis of New 2-Aryl-4- chloro-3-hydroxy-177-indole-5,7-dicarbaldehydes via Vilsmeier-Haack Reaction // J. Heterocyclic Chem., 2010, 47 (2), 463-467.

20. Шумкова E.G. // Генетические и ферментные^ системы деструкции ароматических соединений бактерий порядка Actinomycetales // дис. канд. биол. наук: 03.00.07: защищена 03.04:09, с 3:

21. A.Angeli and F. Angelico // Sopra i P-Nitroindoli IIGazz. Chim. ItaL, 1900, 30, 268.

22. E.B. Womac, N. Campbell, and G.B. Dodds // Studies in the Indole Series. Part II. Derivatives of 2-PhenylindoleV/ J. Chem. Soc., 1938, 1402-1405.

23. Way land E. Noland, Kent R. Rush, and Lowell R. Smith // Nitration of Indoles. IV. The Nitration of 2-Phenylindole// J. Org. Chem. 1966, 65.

24. С.А. Ямашкин, M.A. Юровская // Синтез некоторых нитро- и аминоиндолов // ХГС, 1999, 12, 1630-1636.

25. A. Da Settimo and M.F. Saettone // The nitration of some phenyl substituted indoles // Tetrahedron, 1965, 21, 823-829.

26. Sh. Chikvaidze, Sh. A. Samsoniya, and T. G. Narindoshvili // Indole Derivatives. 142. Some Properties of 4-(2-Indolyl)Phenyl.PhenylMethane and l-[4-(2-Indolyl)Phenyl]-2-Phenylethane // Chem. Het. Compounds, 2004, 40, 4, 430-435.

27. Feng Liu and Dawei Ma // Assembly of Conjugated Enynes and Substituted Indoles via Cul/Amino Acid-Catalyzed Coupling of 1-Alkynes with Vinyl Iodides and*2-Bromotrifluoroacetanilides // J. Org. Chem., 2007, 72, 48444850.

28. Roberto Sanz, Veronica Guilarte, Antonio Perez // Straightforward selective1. N ipreparation of nitro- or amino-indoles from 2-halonitroanilines and alkynes. First synthesis of 7-amino-5-nitroindoles // Tetrahedron Lett., 2009, 50, 4423-4426.

29. Wei-Min Dai, Li-Ping Sun and Dian-Shun Guo 11 Chemistry ofiaminophenols. Part 2: A general and efficient synthesis of indoles possessing a nitrogen substituent at the C4, C5, C6, and C7 positions // Tetrahedron Lett., 2002, 43, 7699-7702.

30. C.B. Zeiger, Jr., and R.F. Heck // Palladium-Catalyzed Vinylic Substitution with Highly Activated Aryl Halides // J. Org. Chem., 1978, 43, 2941.

31. Akira Kasahara, Taeko Izumi, and Tokio Kikuchi // Synthesis of Indole Derivatives from 2-Bromoanilines by a Palladium-assisted Reaction // J. Heterocyclic Chem., 1987, 24, 1555-1556.

32. K.C.Gupta and P. Manglum // Synthesis of 2-Arylindoles via Aza-ring Closure of Sulphonium Salts// J. Indian. Chem: Soc., 1988, 65, 223-224.

33. Wolfgang Dohle, Anne Staubitz, and Paul' Knochcl // Mild Synthesis of Polyfunctional Benzimidazoles and Indoles by the: Reduction of Functionalized: Nitroarenes with; Phenylmagnesium Chloride// Chem. Eur. J., 2003, 9, 5323-5331.

34. V.V. Rozhkov, A.M. Kuvshinov , V.I. Gulevskaya, I.I. Chervin, S.A.Shevelcv // Synthesis; of 2-aryl- and 2-hetaryl-4,6-dinitroindoles from-2,4,6-trinitrotoluenc // Synthesis 1999,12, 2065-2070.

35. V. V. Mezhnev, M. D. Dutov, S. A. Shevelev I/ New Efficient Method for the Preparation of 2-Aryl-4,6-Dintroindoles: Reductive Cyclization of E-l-(2-Azido-4^6-Dinitrophenyl)-2-Aryrethenes//Lett. Org; Chem*, 2008^ 5:

36. V.V. Rozhkov, A.M. Kuvshinov, S.A. Shevelev H Interaction of 2,4,6-Trinirotuluene and It's Analogues with Aldehydes. Synthesis of Benzoannelated Heterocycles from the Products of Condensation // Synth. Commum, 2002,32(9), 1465.

37. Ю: Сапожников, В.В. Дячук, М.Д: Дутов, В.В. Качала. С.А. Шевелев // Синтез 2-арил-6-нитро-4-(виц-триазол-1-ил)-1Н-индолов на основе Е-2,4,6-тринитростильбенов // Изв. АН, Сер. Хим., 2005, 1293.

38. J. Bergman and . Peter Sand // Synthesis of Indoles via Ring Closure of 2-Alkylnitroaniline Derivatives // Tetrahedron, 1990, 46, 6085-6112.

39. E.B. Dennler and A.R. Frasca //Synthesis of indazoles using polyphosphoric acid-I // Tetrahedron, 1966, 22, 3131-3141.

40. Н.Н. Суворов, В.Н. Шкилькова, Н.Я. Подхалюзина // Гетерогенно-каталитическая реакция Э.Фишера. XIV О влиянии электронных факторов в гетерогенно-каталитической реакции Э. Фишера // ЖОрХ, 1983, 19, 2420-2423.

41. Sabiha Saleha, Amin A. Siddioi and Naseem H. Khan // Studies on Fischer Indole Cyclization: Synthesis of Nitroindoles II Indian J. Chem., 1979, 17B, 636.

42. S.A. Shevelev, V.A. Tartakovsky and A.L. Rusanov, in Combustion of Energetic Materials, eds. K.K. Kuo and L.T. DeLuca, Begell House, Inc., New York, 2002, p.62.

43. A. Mooradian, P. Dupont // The rearrangement of O-aryl oximes // Tetrahedron Lett. 1967, 8, 2867-2870.

44. David A. Learmonth and Paula C. Alves II Improved method for demethylation of nitro-catechol methyl ethers 11 Synthetic Communications, 2002, 32(4), 641-649.

45. Mario Scalera and Frederic H. Adams // Benzotriazole Analogs of Certain Naphthalene Dye Intermediates// J. Am. Chem. Soc., 1953, 75(3), 715-718.

46. Gerhard Bringmann, Stefan Tasler, Heike Endress, Karl Peters, Eva-MariaPeters // Synthesis of Mukonine and Seven Further 1-Oxygenated Carbazole Alkaloids // Synthesis, 1998, 1501-1505.

47. Evelyne Delfourne, Celine Roubin, and Jean Bastide // The First Synthesis of the Pentacyclic Pyridoacridine Marine Alkaloids: Arnoamines A and B // J. Org. Chem.2000, 65, 5476-5479.

48. L. Green, I. Hemeon and R.D. Singer // l-Ethyl-3-methylimidazolium halogenoaluminate ionic liquids as reaction media for the acylative cleavage of ethers // Tetrahedron Letters, 2000,41 (9), 1343-1346.

49. D. Bencivengo, J. Jr. San Filippo // Nonprotic procedure for transesterification.of methyl esters II J: Org. Chem. 1981, 46, 5222-52241

50. Vladislav M. Vlasov and Irina A. Khalfina // Reactivity and selectivity control in the substitution reactions of nitro group and .uorine in 3-R-5-nitrobenzotrifluorides with aryloxide and arylthioxide ions // J. Phys. Org. Chem. 2000, 13, 630-633.

51. S.A. Shevelev, I.A. Vatsadze, M.D. Dutov //Substitution for a nitro group in 1,3,5-trinitrobenzene and meta-substituted 1,3-dinitrobenzenes under the action of oximes // Mendeleev Commun., 2002, 196-198.

52. H. Ishii I I Nucleophilic displacement of the methoxy group in abnormal Fischer indolization of 2-methoxyphenylhydrazone IIAcc. Chem. Res. 1981, 14, 275-283.

53. H. Ishii, Y. Murakami, K. Hosoya, H. Takeda, Y. Suzuki, and N. Ikeda // Fisher Indolization and Its Related Compounds. VI. Effect of Reagents and

54. Substituent of the ortho-Substituted Phenylhydrazone on Abnormal Fischer Indolization // Chem. Pharm.Bull., 1973, 21, 1495-1505.

55. H. Ishii, H. Atoda (nee Tatsuno), T. Tohjo, Y. Kondo, and Y. Murakami, Abstracts of Papers, 11th Congress of Heterocyclic Chemistry, Kanazawa, Japan, 1978, p 41.

56. Popkov S.V., Kovalenko L.V, Bobylev M.M, Molchanov O.Yu, Krimer M.Z, Tashchi V.P., Putsykin Yu. G. // The synthesis and fungicidal activity of 2-substituted l-azol-l-ylmethyl-6-arylidenecyclohexanols // Pes tic. Sei. 1997, 49, 125-129.

57. D.A. Karachev and S.V. Popkov. // Synthesis of l-Aryl-4-azolylbutanones // Chem.Heterocycl. Compd., 2005, 41, 987-993.