Metil 4-metoksi-3-oksobutanoattan kazanılan kenetlenme ürünleri ve bunlardan oluşan bazı hidrozonopirazolonlar /
Yazar: GÜLTAZE ÇAPAN
Danışman: PROF. DR. NEDİME ERGENÇ
İstanbul Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmasötik Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 1990
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology
Dizin: Beta ketoesterler = Beta ketoesthers ; Diazonyum bileşikleri = Diazonium compounds ; Farmasötik kimya = Chemistry-pharmaceutical ; Hidrazonlar = Hydrazones ; Hidrazonopirazolonlar = Hydrazonopyrazolone ; Pirazoller = Pyrazoles

Özet:
- 285 - ÖZET 3-ketoesterlerdeki. asidik protonun kolayca ayrılabilmesi rezonans stabilize bir anyonun oluşmasına neden olmakta ve bu anyon iyi bir nükleofil gibi hareket etmektedir. Bu anyonun arildiazonyum klorürlerle kenetlenmesi, 2-arilazo/hidrazo türevlerini vermekte, bunlardan da azo/ hidrazo sübstitüe değişik heterosiklik bileşikler kazanılabilmektedir. Yapılarının tartışmalı oluşu (azo-hidrazo) yanında boya endüstrisinde kullanılabilmeleri, ayrıca değişik biyolojik aktiviteye sahip bulunan he terosiklik bileşiklerin sentezine olanak vermeleri, kenetlenme ürünlerini üzerlerinde en çok araştırma yapılan bileşikler arasına sokmaktadır. Bu çalışmada kullanılan ve bir 3-keto ester olan metil 4-metoksi- 3-oksobutanoatın arildiazonyum klorürlerle benzer şekilde kenetlenme- siyle, metil 2-( f enil/sübstitüef enilhidrazono)-4-metoksi-3-oksobutanoat yapısında [RC6H4NH-N=C(C00CH3)C0CH20CH3; R=H, 4-Br, 4-C1, 4-1, 4-CH3> 4-0CH3, 4-C00C2H5, 4-S02NH2, 2-N02, 4-N02 ] on yeni madde (I-X) oluşturul muş ve bu maddelerin yapılarının aydınlatılmasında elementel analiz yanında UV, İR, H-NMR ve kütle spektrumu verilerinden yararlanılmıştır. Maddelerimizin UV spektrumlarında 355-387 nm, 228-275 nm ve 196- 198 nm'de alınan üç maksimum sırasıyla hidrazon,. karbonil grupları ve benzenoid yapıdan kaynaklanmaktadır. İR spektrumlarında 3200 cm dolayında çıkması beklenen hidrazon N-H bandı, C=0 grubu ile çok kuvvetli bir intramoleküler H bağı oluşması nedeniyle maddelerin çoğunda (başka araştırmacıların da(182) belirttiği gibi) gözlenmemektedir.- 286 - H-NMR spektrumları da IR'deki durumu doğrulamakta ve hidrazon NH protonunun labil hidrojenine ait iki düşük alan singleti gözlenmektedir. NH dışındaki protonların, yani (a),(b),(c) protonları ile fenil halkası nın hidrazon grubuna göre 2- konumundaki protonların da çift sinyal ver meleri, I-X maddelerimizin iki geometrik izomer şeklinde bulunduğunu (syn-anti) göstermektedir. ^OOCHj ^K £-CH2OCH3 T^N, V)-0CH' V^ H-tf (b) (c) ^~y Yl=(f (a) tOCH2OCH3 (b) (c) NH protonuna ait pik alanlarının integral değerlerinin kıyaslanması 1:1 oranını vermekte ve sadece madde VIII ve XIX un durumu buna uymamaktadır. El ve CI-CH, kütle spektrumlarında maddelerin molekül ağırlığını doğrulayan moleküler iyon (CI da kuasi-moleküler iyon) pikleri alınmakta, hem El hem CI spektrumlarında özellikle hidrazon NH-N bağının kopması, CH2OCH4,COOCHl ya da OCHÖ ve H' atılması ile yürüyen parçalanmalar ortak olarak gözlenmektedir. Maddelerimize kimyasal reaksiyon olarak, hidrazin hidratla redüksüyon uygulanmış ve diazolamada kullanılan amin komponentinin oluştuğu saptanmıştır. Maddelerimizin NaOH ile ısıtılması ester grubunun hidrolizi ile sonuçlanmıştır.... I-X maddeleri hidrazin hidrat ile 4-(fenil/sübstitüefenilhidrazo- no)-3-metoksimetil-2-pirazolin-5-on'lara, fenilhidrazin ile l-fenil-4- (fenil/sübstitüefenilhidrazono)-3-metoksimetil-2-pirazolin-5-onlara siklize edilmiş ve hidrazin hidrat ile madde XI-XX, fenilhidrazinle madde XXI-XXX kazanılmıştır. 2-Pirazolin-5-on çekirdeği totomerizm açısından ilginç bir yapı sergilemekte ve CH,NH,OH formu olmak üzere üç totomerik şekilde bulunmak tadır. Bu çekirdeğe C-4 konumundan bir arilazo/hidrazono grubu girmesi- 287 - totomerizasyon olanağını artırmak suretiyle durumu daha da komplike kıl maktadır. Literatürde bu alanda çıkmış olan yayınların çoğu 4-arilhidra- zonopirazolon yapısını kabul etmekte ve hidrazon NH protonunun pirazolon karbonili ile H bağı yapmış olduğunu söylemektedir; bununla beraber başka totomerik formlara öncelik tanıyan bazı yayınlara da rastlanmaktadır. 1 13 XI-XXX maddelerimize ait İR, H-NMR, C-NMR ve kütle spektrumu verile- +2 rinin literatürdeki verilerle karşılaştırılması ve madde XXVI nın Cü' ile.oluşturduğu bakır türevinin İR spektrumunda, diğer maddelerde 1650 cm dolayında izlenen ve pirazolon halkasının karbonil grubuna atfedilen bandın bulunmaması bunların da intramoleküler H- bağı yapmış hidrazon (hidrazono-keton) formunda olduğunu ortaya koymaktadır. XI-XXX maddelerinin UV spektrumları da hareket maddeleri olan I-X a benzer şekilde maksimumlar göstermiş, ancak bu maksimumlar hareket maddelerine göre daha uzun dalga boyunda (395-436 nm, 222-270 nm, 198- 204 nm) çıkmış; bu arada 400 nm in üzerindeki bandların kelatize 4-aril- hidrazonopirazolon molekülünün yapısının bütününden kaynaklanabileceği de düşünülmüştür. XI-XX maddelerinin katı fazda (KBr) alınan İR spektrumları 3200 cm de band vermiş ve bundan hidrazon NH'ının kelatize olduğu anlaşıl mıştır. Örnek olarak seçilen bazı maddelerin İR spektrumu CHC1" içinde -1 alınmış ve bunlarda 3400 cm dolayında ilave bir bandın gözlenmesi mad delerde intermoleküler H bağının da bulunduğunu ortaya koymuştur. XI-XX maddelerinin H-NMR spektrumları D"0 ile değişebilen iki düşük alan sinyali vermiş, bunlardan pirazolon halkasının Nl-H protonuna ait olan sinyal 8.96-12.01 ppm, hidrazon NH sinyali 13.20-14.68 ppm dola yında gözlenmiştir. Nl-konumunda fenil sübstitüenti bulunan XXI-XXX mad deleri sadece kelatize hidrazon NH sinyalini vermiş ve bu sinyal 13.34- 14.88 ppm dolayında çıkmıştır. XI-XXX maddelerimizin El ve CI-CH4 kütle spektrumları hesaplanan molekül ağırlıklarını doğrulayan M ve/veya MH iyonlarını vermiş, yine I-X maddelerindeki gibi ana bölünme hidrazon NH-N bağının kopması ile yü-- 288 - rümüş ve bu da dolaylı olarak maddelerimizin hidrazon totomerik formuna sahip bulunduğunu göstermiştir. Bu maddelerde de yine OCIL ve H' kaybı baş lıca parçalanma yollarından birini oluşturmaktadır. Bu yapılar da hidrazinhidrat ile redüksüyona uğramakta ancak alkali ve asid etkisi ile hidrolize uğramamaktadır. Literatüre göre 4-arilhidrazono-2-pirazolin-5-on' lar değişik biyolojik aktiviteler göstermektedir. Bu aktivitelerden biri olan antibakter- yel etkiyi araştırmak üzere I-XXX maddeleri dokuz bakteri ve bir mantar türüne karşı denenmiş ve mikrobiyolojik testler, bazı maddelerimizin B.subtilis, S.flexneri, S. aureus ve C. albicans 'a karşı MİK değerleri 62.5 iig/ml-500 pg/ml arasında değişen bir aktiviteye sahip olduklarını ortaya koymuştur. Maddelerimiz Sittingbourne Araştırma Merkezinde (İngiltere) insektisit, bitki büyümesini düzenleyici ve bitki mantarlarına karşı aktiviteleri yönünden de inceletilmiş ve ön çalışmalar bazı maddelerin insektisit ve fungusid etkilerinin olduğunu göstermiştir; ancak araştırma merkezi daha ileri deneylerde istenen düzeyde aktivite saptamadığını bildirmiştir. XI-XXX maddeleri, pirazolon çekirdeği taşımaları nedeniyle, analjezik ve antienflamatuar etki yönünden de araştırmaya değer bulunmuş ye bu araştırmanın İstanbul Tıp Fakültesi öğretim üyelerinden Prof.Dr.Lütfiye Eroğlu ile ayrı bir çalışma şeklinde yürütülmesine karar verilmiştir.

Abstract:
- 289 - SUMMARY The acidic proton of 3-ketoesters may easily be abstracted and a resonance stabilized anion results which also is a good nucleophile. Reaction between this anion and aryldiazonium chlorides affords 2-arylazo/ hydrazono derivatives which in turn may be cyclized to give various heterocycles. The controversial tautomeric structure of the coupling products (azo-hydrazone) as well as their versatility in the synthesis of heterocycles which may be used in dye industry or demonstrate various biological activities have placed these structures among the most investigated. Coupling of methyl 4-methoxy-3-oxobutanoate with aryldiazonium chlorides similarly gives ten new methyl 2-(phenyl/substituted phenyl- hydrazono)-4-methoxy-3-oxobutahoates (I-X) with the structure RC--H,NHN= C(C00CH3)C0CH20CH3 where R=H, 4-Br, 4-C1, 4-1, 4-CH3, 4-0CH3> 4-C00C2H5, 4-S02NH2, 2-N02 and 4-N02 respectively. Spectral data (UV, IR, LH-NMR and mass spectra) and results of elemental analysis provide proof for the correctness of the expected structures. The UV spectra of compounds I-X show three maxima at about 355- 387, 287-275 and 196-198 nm attributed to the hydrazone, car bony 1 and benzenoid bands respectively. The NH band which is expected to occur at about 3200 cm- in the IR spectra and is typical of chelated hydrazone structures is not displayed by the majority of the compounds. The absence of this band, as- 290 - stated by other workers(182), points to the existence of strong intra molecular hydrogen bonding between the NH group and the carbonyl groups. H-NMR spectra substantiate IR findings and show two distinct low field singlets associated with the NH group. Duplication of other signals attributed to (a), (b), (c) and the ortho protons of the phenyl hydrazono moiety shows that the compounds exist as a mixture of two geometrical isomers. ^OOCHj (b) (c) tOCHjOCH, (b) (c) Integration of the peak areas associated with the NH proton gives a 1:1 ratio. Only two compounds (compound VIII and IX) deviate from this figure. EI and CI-CH, mass spectra give molecular ions which confirm the molecular weights. Both spectra show similar fragmentation modes which primarily involve the breaking of the hydrazone NH-N bond and loss of CI^OCHj, COOCH3 orOCHg and H'. When reduced with hydrazine hydrate the structure is cleaved and the amine component used in the coupling reaction is obtained. Treatment with NaOH and heating results in the hydrolysis of the ester group. Cyclization of the above coupling products with hydrazine hydrate and phenylhydrazine affords 3-methoxymethyl-4-(phenyl/substituted phenylhydrazono)-2-pyrazolin-5-ones (XI-XX) and 3-methoxymethyl-l- phenyl-4-(phenyl/substitutedphenylhydrazono)-2-pyrazoline-5-(XXI-XXX) respectively. 2-Pyrazoline-5-one nucleus is very interesting as far as tautomerism is concerned and it may exist in three tautomeric forms (CH,- 291 - NH, OH). Incorporation of an arylazo/arylhydrazono group at C-4 makes the picture more complicated because of an additional tautomeric form which may result. Although majority of the papers appearing in the literature support the chelated hydrazone structure (chelation between the hydrazone NH and the pyrazolone carbonyl group) there are some papers which give priority to other tautomeric forms. Comparison of the spectral data (IR, "hl-NMR, 13C-NMR, Mass spectra) of compounds XI-XXX, with literature findings and absence of the band at about 1650 cm (attributed to the pyrazolone C=0 stretching) in the IR spectrum of the Cu derivative (XXVT-A) reveals that our compounds also exist in the chelated hydrazone (hydrazono-keto) form. The UV spectra of XI-XXX also show similar absorption maxima but at longer wavelengths when compared to compounds I-X (395-436 nm, 222- 270 nm and 198-204 nm). Bands above 400 nm may be thought to result from the total structure of the chelated 4-arylhydrazonopyrazolone molecule. IR spectra (KBr) of XI-XX display N-H bands in the 3200 cm-1 region which again points to hydrogen bonding. IR spectra of chloroform solutions of some examples display additional bands at about 3400 cm which show that the molecules are also involved in intermolecular hydrogen bonding. H-NMR spectra of compounds XI-XX show two low field absorbtions (exchangeable with D2*-0 which may be attributed to the pyrazolone NH and hydrazone NH at about 8.96-12.01 and 13.20-14.68 ppm respectively. Compounds XXI-XXX which are substituted at N-l show only one low field resonance between 13.34-14.88 ppm which characterizes the chelated hydrazone NH. Mass spectra (EI and CI-CH, ) show molecular ions (M and/or MH ) which confirm the molecular weights. As in compounds I-X cleavage of the hydrazone NH-N bond remains the prominent fragmentation pathway, which again indirectly proves the hydrazone structure. Loss of 0CH" and H' is also a major fragmentation pathway in these compounds.- 292 - These structures are also reduced with hydrazine hydrate but reaction with acids or bases does not lead to hydrolytic cleavage. According to the literature 4-arlhydrazono-2-pyrazoline-5-ones demonstrate various biological activities. In line with the biological activities reported in the literature we tested compounds I-XXX against nine bacteria and one fungus. Microbiological testing revealed some activity against B.subtilis, S.flexneri, S. aureus and C. albicans with MIC values ranging from 62.5 yg/ml to 500 ug/ml. Compounds were also tested for insecticidal, plant growth regulant and fungicidal activities at Sittingbourne Research Centre, UK. Although preliminary test results pointed to some insecticidal and fungicidal activity further testing of the compounds showed that they were not as active as expected. Analgesic and antiinflammatory activities of compounds XI-XXX will be investigated at Istanbul Medical Faculty in a joint project with the cooperation of Prof.Dr.Lütfiye Eroğlu and the results will be given in a separate publication.