Спосіб синтезу акридон-4,5-дикарбонової кислоти

Реферат: Спосіб синтезу акридон-4,5-дикарбонової кислоти, у якому як вихідні сполуки для ключової реакції конденсації використовують 2-аміно-ізофталеву та 2-йодбензойну кислоти, а як розчинник застосовують диметилформамід і конденсацію здійснюють протягом 1 години за температури 140 °C у присутності каталізатора - суміші мідного порошку та йодиду міді та основи - поташу. UA 120350 U (12) UA 120350 U UA 120350 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована корисна модель належить до синтетичних методів органічної, біоорганічної та медичної хімії і стосується нового способу синтезу похідних акридину, а більш конкретно до способу препаративного синтезу акридон-4,5-дикарбонової кислоти, яка може бути використана як вихідна речовина для отримання функціональних похідних акридину, наприклад, біологічно активних сполук і аналітичних реагентів. Спектр застосування похідних акридину дуже великий. Акридини - важливий структурний елемент у дизайні та спрямованому синтезі сполук із широким спектром біологічної дії, зокрема, антибактеріальних, противірусних, протипухлинних та імуномодулюючих засобів. Серед біологічно активних сполук акридинового ряду, що відзначаються значною різноманітністю структури замісників, важливе місце займають карбоксильні та карбоксамідні похідні. До них належать відомі хіміотерапевтичні препарати, зокрема, DACA (N-диметиламіноетилакридин-4карбоксамід) [1-3], солі акридон-оцтової кислоти (неовір, циклоферон) [4, 5], потужні інгібітори ферментів біосинтезу нуклеїнових кислот, у т.ч. топоізомерази I [6-9], теломерази [10], вірусних полімераз, геліказ та ревертаз, нейрамінідази та ін. [11-13]. Заміщені біс(акридон-4карбоксаміди) виявили ефективну протипухлинну дію на клітинних моделях у концентраціях близько 2 нМ [14]. Важлива здатність деяких похідних акридину гальмувати формування множинної резистентності до ліків [15, 16]. Відомі численні біоактивні похідні акридон-4,5-дикарбонової кислоти. Серед заміщених акридон-4,5-дикарбоксамідів виявлено низку протипухлинних інгібіторів теломерази, що мають високу афінність до G-квадруплексної теломерної ДНК при низькій спорідненості до дуплексної ДНК [17, 18]. Заслуговують на увагу також флуоресцентні властивості моно- і біс(азакраун)ефірів акридон-4,5-дикарбонової кислоти - нового типу специфічних хемосенсорів, що демонструють значне зростання флюоресценції у присутності іонів деяких металів [19]. Отже, акридон-4.5-дикарбонова кислота є важливим інтермедіатом у синтезі біологічно активних сполук та аналітичних реагентів, що стало основою для розробки нового препаративного способу синтезу цієї речовини. Відомі дві схеми синтезу акридон-4.5-дикарбонової кислоти [19, 20], що відрізняються типом та складністю одержання відповідних ключових сполук для здійснення основного технологічного процесу - формування трициклічної системи акридинового ядра, де в положеннях С4 і С5 містяться карбоксильні замісники. Обидва відомих методи включають конденсацію антранілової кислоти з 2-галоїд-ізофталевою кислотою з подальшою циклізацією отриманої діариламінотрикарбонової кислоти. При цьому відомо, що галоїдні похідні ізофталевої кислоти важкодоступні сполуки: 2-йод-ізофталеву кислоту одержують 3-стадійним синтезом із 2-нітро1,3-диметилбензолу, а 2-хлор-ізофталеву кислоту - окисленням 2-хлор-1,3-диметилбензолу. Вихід продукту конденсації - 2-[(2-карбоксифеніл)аміно]ізофталевої кислоти в двох методах суттєво відрізнявся (відповідно 64 % та 53 %), що зумовлено умовами реакції N-арилювання антранілової кислоти та/або різною реакційною здатністю реагентів арилювання. Окрім того, ні 2-нітро-ізофталева кислота, а ні 2-хлор-1,3-диметил-бензол не є комерційно доступними й вимагають окремого синтезу. Таким чином, багатостадійність синтетичних схем, що негативно впливає на загальну ефективність технологічного процесу, є суттєвим недоліком обох розглянутих методів. В основу запропонованої корисної моделі було поставлено задачу розробити спосіб синтезу акридон-4,5-дикарбонової кислоти, який був би ефективніший та технологічно зручнішим за відомі сьогодні методи. Поставлена задача вирішується пропонованим способом синтезу акридон-4,5-дикарбонової кислоти, у якому відповідно до пропозиції як вихідні сполуки для ключової реакції конденсації використовують 2-аміно-ізофталеву та 2-йодбензойну кислоти. Особливістю способу синтезу акридон-4,5-дикарбонової кислоти є те, що як розчинник застосовують диметилформамід і конденсацію здійснюють протягом 1 години за температури 140 °C у присутності каталізатора - суміші мідного порошку та йодиду міді та основи - поташу. Суть корисної моделі: Синтез акридон-4,5-дикарбонової кислоти проводили наступним чином (Схема). На першому етапі на основі антранілової кислоти (1) були отримані 2-йодбензойна (4) та ізатин-7карбонова (2) кислоти за відомими методами, проте з деякими модифікаціями синтезу сполуки 2 [21]. Виходячи з того, що перші три синтетичні реакції, а саме етерифікація антранілової кислоти, ацилювання метилантранілату й наступна циклізація отриманого метил-2{[(гідроксііміноацетил)]-аміно}бензоату, проводяться у присутності кислотного каталізатора, їх було об'єднано в один послідовний технологічний процес, що дозволило уникнути очистки інтермедіатів. В таких умовах вихід ізатин-7-карбонової кислоти виявився дещо вищим - 78 %. 1 UA 120350 U 5 Наступним окисленням сполуки 2 перекисом водню в лужному середовищі одержали 2-аміноізофталеву кислоту 3, арилювання якої за Ульманом проводили 2-йодбензойною кислотою 4 в ДМФ за температури 140 °C у присутності основи (K2СО3) і каталізатора (Cu°/CuI). На заключному етапі здійснювали внутрішньомолекулярну циклізацію діариламіно-трикарбонової кислоти 5 під дією сірчаної кислоти з утворенням цільового продукту 6. Схема O COOH COOH c. NH2 1 I 4 N H 6 a. COOH COOH e. COOH COOH COOH b. NH 2 d. NH2 3 COOH COOH O 10 15 20 25 30 35 40 N H 5 COOH O a. 1) МеОН, H2SO4, 65 °C, 10 год.; 2) Н2О, ССl3СН(ОН)2, NH2OHHСl, 95 °C, 10 хв; 3) H2SO4, 95 °C, 1 год.; b. 1 н. NaOH, H2O2, 20 °C, 2 год.; c. 1) NaNO2/H2SO4/H2O, 0-10 °C, 1 год.; 2) ΚΙ, 70 °C, 30 хв; d. 4, Cu/CuI, K2CO3/DMF, 140 °C, 2 год.; e. H2SO4, 100 °C, 1 год. Результати проведених досліджень показали, що значне підвищення ефективності технологічного процесу одержання акридон-4,5-дикарбонової кислоти досягається внаслідок підбору нової комбінації компонентів для ключової конденсації за Ульманом, а також розробленим методичним прийомам, які дозволили уникнути додаткової очистки інтермедіатів на деяких етапах синтезу. Метод простий у виконанні, не потребує складного обладнання й достатньо ефективний при отриманні як кінцевих, так і проміжних продуктів. Запропонований спосіб синтезу дозволяє отримати акридон-4,5-дикарбонову кислоту з сумарним виходом -40 % (у перерахунку на вихідну антранілову кислоту). За відомими методами цю кислоту отримують зі значно нижчими сумарними виходами 17 % [20] і 26 % [19]. Суть корисної моделі проілюстровано Прикладами 1-5. Приклад 1. Ізатин-7-карбонова кислота (2). 15 г (0.109 моль) антранілової кислоти суспендували в 20 мл абсолютного метанолу, нагрівали до 65 °C і до суміші додавали по краплях при перемішуванні 10 мл концентрованої сірчаної кислоти. Нагрівання продовжували до завершення реакції етерифікації (~15 год., контроль ТШХ нейтралізованого зразка в системі хлороформ-метанол, 9:1). Надлишок метанолу видаляли упарюванням у вакуумі. В'язкий залишок інтермедіату розводили водою (700 мл), нагрівали при 95 °C до утворення розчину, потім додавали хлоральгідрат (18 г, 0.104 моль) та гідрохлорид гідроксиламіну (13.1 г, 0.118 моль) та перемішували при 95 °C ще 10 хв. Суміш охолоджували й залишали на 16 годин у холодильнику. Утворений осад відфільтровували, промивали льодяною водою й сушили. Одержаний технічний продукт (16.5 г) поступово, протягом 40 хв., додавали до 43 мл концентрованої сірчаної кислоти, нагрітої до температури 65 °C. Реакційну суміш витримували протягом години при 95 °C, потім охолоджували й розбавляли 100 мл льодяної води. Осад продукту, що утворився з часом, відфільтровували, промивали водою і безпосередньо на фільтрі розчиняли у 1 н. NaOH (200 мл). Лужний фільтрат підкисляли концентрованою НСl до рН 2. Осад цільового продукту 2 відфільтровували, промивали водою і сушили. Вихід 13.6 г 1 (64 % в перерахунку на антранілову кислоту), т.пл. 271-275 °C (літ. 274-275 °C [21]). H ЯМР (ДМСО-d6): δ 13.60 (с, 1Н, COOH), 10.23 (с, 1Н, NH), 8.18 (д, 1Н, J=6.4 Hz, Ar-H), 7.33 (д, 1Н, J=8.4 Hz), 7.17-7.11 (м, 1Н, Ar-Н). Приклад 2. 2 UA 120350 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 2-Аміно-ізофталева кислота (3). До розчину 8.2 г ізатинкарбонової кислоти 2 (4.5 ммоль) у 170 мл 1 н. NaOH при перемішуванні додавали 170 мл 3 % перекису водню та витримували реакційну суміш протягом 2 год. за кімнатної температури до зникнення вихідної кислоти (контроль ТШХ в системі хлорофом-триетиламін-метанол, 50:1:1). Далі розчин підкисляли концентрованою НСl до рН =2. Осад відфільтровували на воронці Бюхнера, промивали і сушили за температури 25 °C. Вихід цільового продукту 3 становив 6.56 г (85 %). Т.пл. 2911 293 °C (етанол - оцтова кислота). H ЯМР (ДМСО-d6):  11.51 (уш. с, 2Н, ΝΗ2), 8.01 (д, 2Н, J=7.8 Hz, Ar-Н4,6) 7.07 (τ, 1Н, J=7.8 Hz, Ar-H5). Приклад 3. о-Йодбензойна кислота (4). 27.4 г (0.2 моль) антранілової кислоти розчиняли в гарячій суміші 140 мл концентрованої сірчаної кислоти та 280 мл води, охолоджували льодом до 0 °C і поступово (впродовж 1 год.) додавали, ретельно перемішуючи, розчин 16.5 г нітриту натрію у 80 мл води. Надлишок нітриту вилучали з реакційного середовища, додавши 1.65 г сечовини, після чого додавали водний розчин йодистого калію (36 г). Суміш нагрівали до 70 °C і витримували ~30 хв. за цієї температури. Після охолодження осад відфільтровували, промивали водою та кристалізували з 50 %-го водного етанолу. Отримали 40.1 г (81 %) продукту 4 з т.пл. 163-164 °C, що відповідає літературній [22]. Приклад 4. 2-[(2'-Карбоксифеніл)аміно]ізофталева кислота (5). Суміш 2.83 г (15.65 ммоль) 2аміноізофталевої кислоти та 3.88 г (15.65 ммоль) 2-йодбензойної кислоти в 20 мл ДМФ нагрівали протягом 2 год. при 140 °C у присутності 7.1 г K2СО3 та каталізатора - 0.17 г мідного порошку й 0.144 г йодиду міді (І). Перебіг реакції контролювали ТШХ в системі СНСІ 3-ТЕА-МеОН (50:1:1). Реакційну масу розбавляли 80 мл води і відфільтровували нерозчинні домішки. До фільтрату додавали активоване вугілля (1 г), суміш нагрівали до кипіння, через 10 хв. вугілля відфільтровували. Просвітлений розчин охолоджували водою з льодом та підкислювали при охолодженні до утворення осаду. Осад продукту 5 відфільтровували, промивали водою й сушили. Вихід 4.3 г (90 %), т. пл. 249-252 °C (літ. 258-259 °C [21]). Приклад 5. Акридон-4,5-дикарбонова кислота (9-оксо-акридин(9,10Н)-4,5-дикарбонова кислота) (6). 4.32 г (0.014 моль) інтермедіату 5 в 10 мл сірчаної кислоти нагрівали протягом 1 год., перемішуючи при 100 °C. По закінченні внутрішньомолекулярної циклізації (контроль ТШХ в системі ізопропанол-аміак-вода 70:5:20) реакційну суміш виливали в 100 мл води з льодом. Осад відфільтровували, ретельно промивали водою й сушили. Отримали 3.21 г (80 %) кінцевого 1 продукту 6. Т.пл. > 360 °C. H ЯМР (ДМСО- d6):  13.92 (с, 3Н, ΝΗ, 2СО2Н), 8.51 (д, 2Н, J=7.2 Hz, Ar-Н), 8.46 (д, 2Н, J=7.2 Hz, Ar-H), 7.39 (т, 2Н, J-7.6 Hz, Ar-H). В запропонованому технічному рішенні вдалося значно покращати вихід ключових сполук (5, 6) на двох основних етапах технологічної схеми: конденсації за Ульманом (90.4 %) та утворення акридонового циклу з 4,5- карбоксильними замісниками (79.8 %). За відомими методами виходи цих стадій становлять відповідно 64 і 77 % [20] та 53 і 71 % [19]. Джерела інформації: 1. Baguley B.C., Zhuang L., Marchall Ε.Μ. Experimental solid tumour activity of N-[2(dimethylamino)ethyl]acridine-4-carboxamide //Cancer Chemother. Pharmacol. - 1995, - V. 36. - P. 244-248. 2. Adams Α., Guss J.M., Charles A. DACA N-[2-(dimethylamino)ethyl]-acridine-4-carboxamide) selectivity for topoisomerase I and topoisomerase II among acridine derivatives //Eur. J. Cancer. 1996. - V. 32A. - P. 708-714. 3. Atwell G.J., Rewcastle G.W., Baguley В.С, Denny W.A. Potential antitumor agents. 50. In vivo solid tumor activity of derivatives of N-[2-(dimethylamino)ethyl]acridine-4-carboxamide //J. Med. Chem. - 1987. - V. 30. - P. 664-669. 4. Ершов Ф.И., Чижов Н.П., Тазулахова Э.Б. Противовирусные средства. СПб.: "Полисан", 1993. - С. 11-15. 5. Романцов М.Г., Шульдяков А.А., Ершов Ф.И., Коваленко А.Л. Индукторы эндогенного интерферона в инфектологии (научный обзор) //Профілакт. мед. - 2013. - N 1-2. - С. 77-83. 6. Goodell J.R., Madhok Α.Α., Hiasa Η., Ferguson D.M. Synthesis and evaluation of acridine-and acridone-based antiherpes agents with topoisomerase activity //Bioorg. Med. Chem. - 2006. - V. 14. P. 5467-5480. 7. Spicer J.A., Gamage S.A., Atwell G.J., Finlay G.J., Baguley B.C., Denny W.A. Structure-activity relationships for acridine-substituted analogues of the mixed Topoisomerase I/II inhibitor N-[2(dimethylamino)ethyl]acridine-4-carboxamide) //J. Med. Chem. - 1997. - V. 40. - P. 1919-1929. 3 UA 120350 U 5 10 15 20 25 30 35 40 8. Lafayette E.A., Vitalino de Almeida S.M. Synthesis, DNA binding and topoisomerase I inhibition activity of thiazacridine and imidazacridine derivatives / //Molecules. - 2013. - V. 18. - P. 15035-15050. 9. Kostina V.G., Alexeeva I.V., Lysenko N.A., Negrutska V.V., Dubey I.Ya. Synthesis and biological evaluation of new derivatives of tricyclic heteroaromatic carboxamides as potential topoisomerase I inhibitors //Ukr. Bioorg. Acta. - 2016. - N 1. - P. 3-8. 10. Xu Y. Chemistry in human telomere biology: structure, function and targeting of telomere DNA/RNA //Chem. Soc. Rev. - 2011. - V. 40. - P. 2719-2740. 11. Stankiewicz-Drogon Α., Palchykovska L.G., Kostina V.G., Alexeeva I.V., Shved A.D., Boguszewska-Chachulska A.M. New acridone-4-carboxylic acid derivatives as potential inhibitors of Hepatites С virus infection //Bioorg. Med. Chem. - 2008. - V. 16. - P. 8846-8852. 12. Stankiewicz-Drogon Α., Dorner В., Erker Т., Boguszewska-Chachulska A.M. Synthesis of new acridone derivatives, inhibitors of NS3 Helicase, which efficiently and specifically inhibit subgenomic HCV replication / J. Med. Chem. - 2010. - V. 53. - P. 3117-3126. 13. Рибалко С.Л., Жарких Л.Д., Пальчиківська Л.Г., Швед А.Д. та інш. Застосування акридонів як інгібіторів нейрамідазної активності вірусу грипу. Патент на корисну модель України № 25688 від 10.09.2007 р. 14. Cholody W.M., Hernandez L., Hassner L., et al. Bis(imidazoacridones) and related compounds-new antineoplastic agents with high selective against colon tumors //J. Med. Chem. 1995. - V. 38. - P. 3043-3052. 15. Krishnegowda G., Thimmaiah P., Hegde R., Dass C, Houghton R.J., Thimmaiah K.N. 10 Synthesis and chemical characterization of 2-methoxy-N -substituted acridones needed to reverse vinblastine resistance in multidrug resistant (MDR) cancer cells //Bioorg. Med. Chem. - 2002. - V. 10. P. 2367-2380. 16. Gopinath V.S., Thimmaia H.P., Thimmaia K.N. Acridones circumvent P-glycoproteinassociated multidrug resistance (MDR) in cancer cells //Bioorg. Med. Chem. - 2008. - V. 16. - P. 474487. 17. Harrison R.J., Reszka A.P., Haider S.M., Romagnoli В., Morrell J. Read M.A., Gowan S.M., Incles СМ., Kelland L.R., Neidle S. Evaluation of by disubstituted acridone derivatives as telomerase inhibitors: the importance of G-quadruplex binding //Bioorg. Med. Chem. Lett. - 2004. - V. 14. - P. 5845-5849. 18. Cuenca F., Moore M. J.B., Jonson K., Guyen В., De Cian Α., Neidle S. Design, synthesis and evaluation of 4,5-di-substituted acridone ligands with high G-quadruplex affinity and selectivity, together with low toxicity to normal cells //Bioorg. Med. Chem. - 2009. - V. 19.- P. 5109-5113. 19. Móczάr I., Peragovics Α., Baranyai P., Toth K., Huszthy P. Synthesis and fluorescence studies of novel bis(azacrown ether) type chemosensors containing an acridinone unit //Tetrahedron. - 2010. V. 66. - P. 2953-2960. 20. Rewcastle G.W., Denny W.A. The synthesis of substituted 9-oxoacridan-4-carboxylic acids; Part 2. The use of 2-iodoisophtalic acid in the Jourdan-Ullmann reaction //Synthesis-1985. - N2. - P. 217-220. 21. Wakelin L.P.G., Bu X., Eleftherion Α., Parmar Α., Hayek C, Stewart B. Bisintercalating Diacridines: Relationships between DNA binding, Cytotoxicity, and cell cycle arrest //J. Med. Chem. 2003. - V. 46. - P. 5790-5802. 22. Свойства органических соединений. Справочник (под ред. А.А. Потехина). - Л.: "Химия", 1984. - С. 54-55. 45 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 1. Спосіб синтезу акридон-4,5-дикарбонової кислоти, який відрізняється тим, що як вихідні сполуки для ключової реакції конденсації використовують 2-аміно-ізофталеву та 2-йодбензойну кислоти. 2. Спосіб синтезу акридон-4,5-дикарбонової кислоти за п. 1, який відрізняється тим, що як розчинник застосовують диметилформамід і конденсацію здійснюють протягом 1 години за температури 140 °C у присутності каталізатора - суміші мідного порошку та йодиду міді та основи - поташу. 55 Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4