Синтез и свойства N-замещенных производных пурпуровой кислоты и их 2-тиоаналогов

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

Пурпуровая кислота 1а в виде солей используется в органической химии очень давно. Пурпурат аммония 2а (мурексид, схема 1), впервые полученный в 1830 г., стал одним из первых синтетических красителей [1].

 

Схема 1

R = H (а), CH₃ (б).

 

В свое время мурексид широко применялся в аналитической химии в качестве комплексонометрического индикатора для определения катионов кальция, магния, меди, никеля, кобальта и других металлов [2–7]. В биохимическом анализе тест «мурексидная проба» до сих пор используется для обнаружения пуриновых веществ [8].

Роль мурексида как индикатора в настоящее время снижается, однако как комплексоны пурпуровые кислоты могут быть интересны для биологии. Так, различные комплексообразующие средства находят применение в медицине для выведения тяжелых металлов и радионуклидов из организма [9], а в последние годы у подобных веществ обнаруживаются новые интересные свойства [10, 11]. Например, молекулы, хелатирующие железо, вызывают внимание как противоопухолевые агенты [12]. Некоторые комплексоны снижают нейтротоксичность катионов железа, марганца и меди [13], в связи с чем рассматриваются как потенциальные средства терапии нейродегенеративных расстройств [14, 15]. Имеются данные о том, что хелатирующие агенты способны усиливать действие антимикробных средств [16]. В связи с этим, производные пурпуровой кислоты, как комплексоны, структурно родственные природным пиримидиновым основаниям, могут представлять серьезный интерес для биологических исследований.

Однако структурная база пурпуратов ограничена всего двумя примерами. Так, к настоящему времени описаны соли незамещенной кислоты 1 и ее N,N,N,N-тетраметилпроизводного 2, но методы синтеза других производных не отработаны. Мурексид 2а получают обработкой аллоксана аммиаком [17], окислением пуриновых веществ [8, 18], или окислением урамила [19]. Аналогичными путями можно получить тетраметилмурексид 2б, но для синтеза других N-замещенных пурпуратов и их 2-тиоаналогов данные подходы неудобны из-за труднодоступности исходных соединений. Еще можно упомянуть, что пурпуровые кислоты обнаруживались в качестве примесей в составе продуктов нитрозирования барбитуровой или 2-тиобарбитуровой кислот [20], однако такие примеси не выделялись.

Целью настоящего исследования состояла в разработке удобного подхода к синтезу N-замещенных пурпуратов и их 2-тиоаналогов, представляющих потенциальный интерес для биоскрининга.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Мы установили, что производные 5-оксииминобарбитуровой (виолуровой) кислоты 3 в присутствии ацетата аммония в мягких условиях взаимодействуют с метиленактивными барбитуровыми кислотами 4, образуя аммониевые соли соответствующих пурпуровых кислот 2, 5 (схема 2).

 

Схема 2.

R¹, R², R³, R⁴ = H, CH₃, n-Bu, Ph; X¹, X² = O, S; Z⁺ = NH₄⁺, Na⁺, K⁺.

 

Данная реакция, очевидно, имеет общий характер, учитывая, что в нее вступают как кислородные виолуровые кислоты, так и их 2-тиоаналоги. Характер замещения при атомах азота не оказывает существенного влияния на скорость процесса.

Реакции проводили в ДМСО при 40–70°С, конечные продукты − производные пурпуровой и тиопурпуровой кислот выделяли в виде аммониевых, натриевых или калиевых солей (табл. 1).

 

Таблица 1. Структура и выход производных пурпуровой и 2-тиопурпуровой кислот 2, 5

Продукт	R1	R2	R3	R4	Х1	Х2	Z+	Выход, %	Исходные соединения
2а	Н	Н	Н	Н	О	О	NH4+	71	3а	4а
2б	CH3	CH3	CH3	CH3	О	О	NH4+	82	3б	4б
5а	H	CH3	CH3	Н	О	О	Nа+	64	3в	4в
5б	Н	Н	CH3	CH3	О	О	Nа+	22а	3а	4б
5в	H	n-Bu	n-Bu	Н	О	О	К+	49	3г	4г
5г	Н	Н	n-Bu	Н	О	О	Nа+	31а	3а	4г
5д	H	Ph	Ph	Н	О	О	NH4+	66	3д	4д
5е	H	H	Н	Н	S	S	NH4+	70	3е	4е
5ж	H	CH3	CH3	H	S	S	NH4+	50	3ж	4ж
5з	H	Ph	Ph	H	S	S	NH4+	25	3з	4з
5и	H	H	Н	Н	S	O	NH4+	33а	3е	4а

^а Выход указан после повторной кристаллизации.

 

Выходы симметрично замещенных N-алкилпурпуратов 2а, 2б, 5а, 5в, 5д–ж достаточно высоки (50–80%), но при получении асимметрично замещенных продуктов, таких как соединения 5б и 5и, требовалась дополнительная очистка, что существенно снижало конечный выход (табл. 1). Образование примесей в данном случае связано с побочной реакцией обмена, протекающей между исходным субстратом 4 и конечным продуктом (пурпуратом). Также низкий выход получен в случае N,N′-дифенилзамещенного тиопурпурата 5з, что обусловлено повышенной гидролитической лабильностью этого соединения.

Все пурпураты представляют собой ярко окрашенные вещества, в электронных спектрах которых присутствуют характерные полосы поглощения: А (λ_max = 245–250 нм), В (λ_max = 315–340 нм) и С (λ_max = 530–570 нм) (рис. 1, табл. 2).

 

Рис. 1. Спектры поглощения соединений 2а, 5е, 5и в концентрации 1 · 10^–4 моль/л (вода, рН = 7).

 

Таблица 2. Максимумы поглощения (λ_max) и мольные коэффициенты экстинкции (ε) производных пурпуровой и 2-тиопурпуровой кислот 2, 5

Соединение	λmax, нм (ε × 10–4)
	А	В	С
2а	246.5 (1.60)	320.0 (0.83)	521.0 (1.04)
2б	252.0 (1.69)	317.0 (1.19)	529.5 (1.36)
5а	249.0 (1.62)	321.5 (0.77)	525.5 (1.33)
5б	247.5 (1.83)	322.0 (0.86)	525.5 (1.44)
5в	250.0 (1.58)	322.0 (0.95)	528.5 (1.29)
5г	247.5 (1.55)	323.0 (0.75)	525.0 (1.21)
5д	248.0 (1.66)	321.0 (0.82)	526.5 (1.38)
5е	244.5 (1.80)	337.0 (1.50)	568.5 (1.95)
5ж	243.0 (2.54)	339.0 (2.27)	571.5 (2.68)
5з	246.0 (2.16)	339.5 (1.74)	572.0 (1.81)
5и	246.5 (1.65)	331.0 (1.04)	549.5 (1.50)

 

По данным спектрофотометрии, замена водорода при атомах азота в соединении 2а на алкильные или арильные заместители сопровождается гиперхромным эффектом. При замене кислорода на серу в положениях 2(2′) гиперхромный эффект еще более выражен, при этом наблюдается также батохромный сдвиг длинноволновой полосы С (табл. 2).

Характеризуя свойства синтезированных соединений, важно оценить их гидролитическую устойчивость в водных растворах. Как известно, мурексид в подкисленных растворах разрушается на аллоксан и урамил, гидролиз ускоряется с понижением рН среды [21]. Аналогичная зависимость прослеживается и для пурпуратов 5, при этом скорость гидролиза зависит также и от структуры заместителя. Константа скорости гидролиза мурексида K_г = 1.9 · 10^–3 с^–1, для его N-алкилпроизводных 5а, 5в K_г = 1 · 10^–3 с^–1 (рН = 2.7, 25°С), т. е. последние почти в 2 раза устойчивее мурексида в данных условиях. Дифенилпроизводное 5д в кислой среде еще более устойчиво (K_г = 3 · 10^–4 с^–1 при рН = 2.7), однако в слабощелочных растворах (рН = 8) оно гидролизовалось быстрее, чем мурексид и его N-алкилпроизводные 5а, 5в. 2,2′-Дитиоаналоги пурпуровой кислоты 5е, 5ж, 5з гидролитически менее устойчивы, чем соответствующие кислородные производные, особенно соединение 5з (K_г = 0.01 с^–1 при рН = 2.7 и K_г = 2 · 10^–3 с^–1 при рН = 8). В целом, можно отметить, что пурпураты наиболее устойчивы в нейтральных растворах, а сдвиг рН как в кислую, так и в щелочную область приводит к ускорению гидролиза.

ВЫВОДЫ

Таким образом, найден простой и удобный подход к синтезу N-замещенных производных пурпуровой кислоты и их 2-тиоаналогов. Полученные соединения представляют интерес для биологического тестирования. В частности, по прогнозу, сделанному с помощью программы PASS Online, они с высокой (0.98) вероятностью могут быть перспективны как средства для лечения синдрома непереносимости глютена, а также как ингибиторы тестостерон-17β-дегидрогеназы, птерин-деаминазы, трансглутаминазы-2 и ряда других ферментов.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В качестве стандарта использовали мурексид категории ЧДА с чистотой не менее 99%. Электронные спектры записаны на спектрофотометре Shimadzu UV-1800 с использованием стандартных кварцевых кювет. Спектры ЯМР ¹H и ¹³С сняты в ДМСО-d₆ на приборе Bruker Avance 400WB при рабочей частоте 400 и 100 МГц соответственно. Чистоту синтезированных соединений контролировали методом ВЭЖХ на хроматографе Shimadzu LC-20 Prominence с СФ детектором диодно-матричного типа. Разделение проводили на обращенно-фазной колонке монолитного типа (Chromolit Performance-RP) длиной 10 см, в качестве подвижной фазы использовали ацетонитрил (фаза А) и водный раствор ацетата аммония 0.1% (фаза Б) в условиях градиентного элюирования.

Скорость гидролиза производных пурпуровой кислоты 2, 5 в водных растворах оценивали спектрофотометрически по изменению оптической плотности в видимой области спектра с заданными значениями рН при 25°С, при концентрации исследуемых соединений от 1 · 10^–4 до 1 · 10^–5 моль/л.

Исходные барбитуровые кислоты 3 получены из замещенных мочевин и малонового эфира, виолуровые кислоты 4 синтезированы нитрозированием соответствующих барбитуровых кислот 3 по методике, описанной в работе [22]. Все остальные реагенты коммерчески доступны.

(5E)-5-[(6-Гидрокси-2,4-диоксо-1,2,3,4-тетрагидропиримидин-5-ил)имино]пиримидин-2,4,6(1H,3H,5H)-триона аммониевая соль (мурексид) (2а). 0.005 моль (0.785 г) виолуровой кислоты 3а и 0.005 моль (0.64 г) барбитуровой кислоты 4а растворяли в 10 мл ДМСО при 50°С. К этому раствору при перемешивании добавляли 0.01 моль ацетата аммония, растворенного в 3 мл метанола. Полученную смесь перемешивали при 50°С в течение 1 ч, затем разбавляли ее 25 мл 3%-ного водного раствора ацетата аммония и выдерживали 1 ч при комнатной температуре для формирования осадка. Осадок отделяли на фильтре Шотта, промывали 20 мл 1%-ного водного раствора ацетата аммония, затем 10 мл воды и сушили на воздухе при 50°С. Получали 1.0 г соединения 2а в виде темно-красного порошка с т. разл. свыше 250°С. Электронный спектр 2а соответствует стандартному образцу и данным работы [23].

Аналогично получали соединения 5д–ж, и.

(5E)-5-[(6-Гидрокси-1-фенил-2,4-диоксо-1,2,3,4-тетрагидропиримидин-5-ил)имино]-1-фенилпиримидин-(1H,3H,5H)-2,4,6-триона аммониевая соль (5д) получали из 1-фенилвиолуровой кислоты 3д и 1-фенилбарбитуровой кислоты 4д. Темно-красный порошок с т. разл. >250°С. Спектр ЯМР ¹Н (ДМСО-d₆), d, м. д.: 6.7–8.5 уш. с (4Н, NH₄⁺), 7.23 м (4Н, Ar), 7.39 м (6Н, Ar), 10.0–11.0 уш. с (2Н, 2NH). Спектр ЯМР ¹³С (ДМСО-d₆), d_C, м. д.: 119.6 (С⁵ + С^5а), 127.7 (2С_Ar), 128.6 (4С_Ar), 129.3 (4С_Ar), 136.1 (2С_Ar), 150.0 (2С²О), 155–165 уш. (4СО).

(5E)-5-[(6-Гидрокси-2-тио-4-оксо-1,2,3,4-тетрагидропиримидин-5-ил)имино]-1-пиримидин-(1H,3H,5H)-2-тио-4,6-диона аммониевая соль (5е) получали из 2-тиовиолуровой кислоты 3е и 2-тиобарбитуровой кислоты 4е. Красно-фиолетовый порошок с т. разл. >200°С. Спектр ЯМР ¹³С (ДМСО-d₆), d_C, м. д.: 121.8 (С⁵ + С^5а), 157.5 уш. (4СО), 175.5 (2СS).

(5E)-5-[(6-Гидрокси-1-метил-2-тио-4-оксо-1,2,3,4-тетрагидропиримидин-5-ил)имино]-1-метилпиримидин-(1H,3H,5H)-2-тио-4,6-диона аммониевая соль (5ж) получали из 1-метил-2-тиовиолуровой кислоты 3ж и 1-метил-2-тиобарбитуровой кислоты 4ж. Темно-фиолетовый порошок с т. разл. >200°С. Спектр ЯМР ¹Н (ДМСО-d₆), d, м. д.: 3.53 с (6Н, NСН₃), 8.0–10.0 уш. с (6Н, 2NH + NH₄⁺). Спектр ЯМР ¹³С (ДМСО-d₆), d_C, м. д.: 33.7 (2СН₃), 121.9 (С⁵ + С^5а), 157.0 уш. (4СО), 176.5 (2СS).

(5E)-5-[(6-Гидрокси-2-тио-4-оксо-1,2,3,4-тетрагидропиримидин-5-ил)имино]-1-пиримидин-(1H,3H,5H)-2-тио-4,6-диона аммониевая соль (5и) получали из 2-тиовиолуровой кислоты 3е и барбитуровой кислоты 4а. Темно-красный порошок с т. разл. >200°С. Спектр ЯМР ¹³С (ДМСО-d₆), d_C, м. д.: 118.9 (С⁵), 121.8 (С^5а), 150.0 (С²О), 156.1 уш. (2СО), 162.3 уш. (2СО), 175.0 (СS).

(5E)-5-[(6-гидрокси-1,3-диметил-2,4-диоксо-1,2,3,4-тетрагидропиримидин-5-ил)имино]-1,3-диметилпиримидин-2,4,6(1H,3H,5H)-триона аммониевая соль (мурексид) (2б). 0.005 моль 1,3-диметилвиолуровой кислоты 3б и 0.005 моль 1,3-диметилбарбитуровой кислоты 4б растворяли в 7 мл ДМСО при 40°С. К этому раствору при перемешивании добавляли 0.01 моль (0.77 г) ацетата аммония, растворенного в 3 мл метанола. Полученную смесь перемешивали при 50°С в течение 1 ч, затем разбавляли ее 25 мл 3%-ного метанольного раствора ацетата аммония и выдерживали 2 ч при 10°С. Выделившийся осадок отделяли на фильтре Шотта, промывали 20 мл 1%-ного водного раствора ацетата аммония, затем 10 мл воды и сушили на воздухе при 50°С. Получали 1.43 г соединения 2б в виде темно-красного порошка с т. разл. >250°С. Спектр ЯМР ¹Н (ДМСО-d₆), d, м. д.: 3.17 с (12Н, NСН₃), 7.0–8.0 уш. с (4Н, NH₄⁺). Спектр ЯМР ¹³С (ДМСО-d₆), d_C, м. д.: 27.6 (4СН₃), 117.5 (С⁵ + С^5а), 150.1 (2С²О) 159.0 уш. (4СО).

(5E)-5-[(6-Гидрокси-1-метил-2,4-диоксо-1,2,3,4-тетрагидропиримидин-5-ил)имино]-1-метилпиримидин-(1H,3H,5H)-2,4,6-триона натриевая соль (5а). 0.005 моль 1-метилвиолуровой кислоты 3в и 0.005 моль 1-метилбарбитуровой кислоты 4в растворяли в 8 мл ДМСО при 40°С. К этому раствору при перемешивании добавляли раствор 0.01 моль (0.77 г) ацетата аммония, растворенного в 3 мл метанола. Полученную смесь перемешивали при 50°С в течение 1 ч и затем разбавляли 30 мл 3%-ного водного раствора гидрокарбоната натрия. Реакционную смесь выдерживали 2 ч при комнатной температуре для формирования осадка. Осадок отделяли на фильтре, промывали 20 мл 1%-ного водного раствора NaHCO₃, затем 10 мл воды и сушили на воздухе при 40°С. Получали 0.99 г соединения 5а в виде темно-красного порошка с т. разл. >250°С. Спектр ЯМР ¹Н (ДМСО-d₆), d, м. д.: 3.14 с (6Н, NСН₃), 10.94 уш. с (2Н, NH). Спектр ЯМР ¹³С (ДМСО-d₆), d_C, м. д.: 27.2 (2СН₃), 117.6 (С⁵ + С^5а), 150.4 (2С²О), 155.0 уш. (2СО), 163.3 уш. (2СО).

Аналогично получали соединения 5б–г.

(5E)-5-[(6-Гидрокси-1,3-диметил-2,4-диоксо-1,2,3,4-тетрагидропиримидин-5-ил)имино]пиримидин-(1H,3H,5H)-2,4,6-триона натриевая соль (5б) получали из виолуровой кислоты 3а и 1,3-диметилбарбитуровой кислоты 4б. Темно-красный порошок с т. разл. >250°С. Спектр ЯМР ¹Н (ДМСО-d₆), d, м. д.: 3.17 с (6Н, NСН₃), 8.47 уш. с (2Н, NH). Спектр ЯМР ¹³С (ДМСО-d₆), d_C, м. д.: 27.9 (СН₃), 28.0 (СН₃), 118.2 (С⁵), 119.6 (С^5а), 150.0 (С²О), 151.0 (С^2аО), 156.0 уш. (2СО), 162.8 уш. (2СО).

(5E)-5-[(6-Гидрокси-1-бутил-2,4-диоксо-1,2,3,4-тетрагидропиримидин-5-ил)имино]-1-бутилпиримидин-(1H,3H,5H)-2,4,6-триона калиевая соль (5в) получали из 1-бутилвиолуровой кислоты 3г и 1-бутилбарбитуровой кислоты 4г. Темно-красный порошок с т. разл. >250°С. Спектр ЯМР ¹Н (ДМСО-d₆), d, м. д.: 0.89 т (6Н, СН₃, J 7.2 Гц), 1.28 м (4Н, СН₂), 1.50 м (4Н, СН₂), 3.72 к (4Н, NСН₂, J 7.2 Гц). Спектр ЯМР ¹³С (ДМСО-d₆), d_С, м. д.: 13.7 (2СН₃), 19.6 (2СН₂), 30.0 (2СН₂), 79.1 (2СН₂N), 118.1 (С⁵ + С^5а), 150.8 (2С²О), 156.6 уш. (2СО), 162.5 уш. (2СО).

(5E)-5-[(6-Гидрокси-1-бутил-2,4-диоксо-1,2,3,4-тетрагидропиримидин-5-ил)имино]пиримидин-(1H,3H,5H)-2,4,6-триона натриевая соль (5г) получали из виолуровой кислоты 3а и 1-бутилбарбитуровой кислоты 4г. Темно-красный порошок с т. разл. >250°С. Спектр ЯМР ¹Н (ДМСО-d₆), d, м. д.: 0.89 т (3Н, СН₃, J 7.2 Гц), 1.28 м (2Н, СН₂), 1.49 м (2Н, СН₂), 3.72 к (4Н, NСН₂, J 7.2 Гц), 4.5 уш. с (2Н, NH). Спектр ЯМР ¹³С (ДМСО-d₆), d_C, м. д.: 13.7 (СН₃), 19.6 (СН₂), 30.0 (СН₂), 79.1 (СН₂N), 119.3 (С⁵ + С^5а), 150.2 (2С²О) 155.5 уш. (2СО), 162.2 уш. (2СО).

(5E)-5-[(6-Гидрокси-1-фенил-2-тио-4-оксо-1,2,3,4-тетрагидропиримидин-5-ил)имино]-1-фенилпиримидин-(1H,3H,5H)-2-тио-4,6-диона калиевая соль (5з). 1.24 г (0.005 моль) 1-фенил-2-тиовиолуровый кислоты 3з и 1.1 г (0.005 моль) 1-фенил-2-тиобарбитуровой кислоты 4з растворяли в 10 мл ДМСО при 40°С. К реакционной смеси при перемешивании добавляли 0.77 г (0.01 моль) ацетата аммония, растертого с 3 мл ДМСО. Полученную смесь перемешивали при 50°С в течение 10 мин и затем разбавляли 30 мл 3%-ного водного раствора KHCO₃ с добавкой 0.1 мл уксусной кислоты. Реакционную смесь выдерживали 20 мин при 10°С до формирования осадка. Осадок отделяли на фильтре Шотта, промывали 10 мл 1%-ного водного раствора KHCO₃, затем 5 мл воды и сушили на воздухе при комнатной температуре. Получали 0.56 г соединения 5з в виде красно-фиолетового порошка с т. разл. >200°С. Спектр ЯМР ¹Н (ДМСО-d₆), d, м. д.: 7.23 м (4Н, Ar), 7.38м (6Н, Ar), 12.28 уш. с (2Н, NH). Спектр ЯМР ¹³С (ДМСО-d₆), d_C, м. д.: 119.6 (С⁵ + С^5a), 127.7 (2С_Ar), 128.6 (4С_Ar), 129.3 (4С_Ar), 136.1 (2С_Ar), 150.0 (2С²О), 155–165 уш. (4СО).

ФИНАНСОВАЯ ПОДДЕРЖКА

Работа выполнена в рамках государственного задания Научно-клинического центра токсикологии им. С. Н. Голикова ФМБА России на 2024–2026 г.г. (шифр «Виолурат»).

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Об авторах

К. А. Краснов

Научно-клинический центр токсикологии имени академика С. Н. Голикова Федерального медико-биологического агентства России

Автор, ответственный за переписку.
Email: institute@toxicology.ru
ORCID iD: 0000-0003-1503-2243
Россия, Санкт-Петербург, 192019

К. А. Феклистова

Научно-клинический центр токсикологии имени академика С. Н. Голикова Федерального медико-биологического агентства России

Email: institute@toxicology.ru
ORCID iD: 0009-0006-3670-2145
Россия, Санкт-Петербург, 192019

А. А. Краснова

Научно-клинический центр токсикологии имени академика С. Н. Голикова Федерального медико-биологического агентства России

Email: institute@toxicology.ru
ORCID iD: 0009-0004-1666-2161
Россия, Санкт-Петербург, 192019

В. Т. Папп

Научно-клинический центр токсикологии имени академика С. Н. Голикова Федерального медико-биологического агентства России

Email: institute@toxicology.ru
Россия, Санкт-Петербург, 192019

С. С. Гафт

Научно-клинический центр токсикологии имени академика С. Н. Голикова Федерального медико-биологического агентства России

Email: institute@toxicology.ru
ORCID iD: 0009-0008-5092-8161
Россия, Санкт-Петербург, 192019

Список литературы

Дополнительные файлы