Sübstitüe kinazolinonilmerkaptoasetik asid hidrazidlerinden kazanılan tiyosemikarbazidler ve tiyazolidonlar /
Yazar: NİLGÜN KARALI
Danışman: PROF.DR. AYSEL GÜRSOY
İstanbul Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Farmasötik Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 1993
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology

Özet:
- 292 ÖZET 3-Fenil-4(1H,3H)-kinazolinon-2-tiyon (madde A1 alkali ortamda tiyon-tiyol totomerisi nedeniyle tiyol formundadır. İyi bir nükleofil olan bu anyon etil oc-bromoasetat ile nükleofilik yer değiştirme (SN2) reaksiyonuna göre etkileşerek 3-fenil-4(3H)-kinazoli- non-2-ilmerkaptoasetik asid etil esterini (madde B) vermekte, bu bileşiğin hidrazin hid ratla reaksiyonundan da hidrazid türevi (madde C) kazanılmaktadır. Değişik farmakolojik aktivitelere sahip 4(3H)-kinazolinon çekirdeğinin birçok düz zincir yada heterosiklik yapının sentezinde hareket maddesi olarak kullanılması, literatürde bu yapılarla ilgili bir çok araştırmanın konusunu oluşturmaktadır. Bu çalışmanın birinci bölümünde 6-kloro-4(1H,3H)-kinazolinon-2-tiyon (madde A2), etil a-bromoasetat ile benzer şekilde etkileştirilerek 6-kloro-3-fenil-4(3H)-kinazoli- non-2-ilmerkaptoasetik asid etil esteri (madde I), bunun da hidrazin hidratla reaksiyo nundan 6-kloro-3-fenil-4(3H)-kinazolinon-2-ilmerkaptoasetik asid hidrazidi (madde II) sentezlenmiş, yapıları elementel analiz UV, İR, 1H-NMR ve kütle spektrum bulguları ile aydınlatılmıştır. UV spektrumlarında madde l'in 210.7 227.0 281.2 nm, madde ll'nin 211.2, 227.0, 282.0 nm alanında saptanan üç maksimumu 2-merkapto-4(3H)-kinazolinon yapısından ileri gelmektedir. Madde I ve ll'nin İR spektrumlarında ortak olan 6-kloro-3-fenil-4(3H)-kinazolinon halkasının laktam C=0 gerilme bandı 1696 ve 1700 cnr1, C=N gerilme bandı 1606 ve 1620 cm"1 de izlenmekte, madde l'de ester C=0 gerilme bandı 1740 cm-1 de gözlenirken, madde ll'nin hidrazid C=0 gerilme bandı 1650 cm-1 de, NH gerilme bandı hidrojen bağı oluşturması nedeniyle 3308 cm-1'de sinyal vermektedir. Madde I ve ll'nin 1H-NMR spektrumları, kinazolinon halkası protonlarının litera türe uygun alanda ve bölünme şekillerinde pik verdiğini göstermekte, SCH2 grubu protonları madde l'de 3.96 ppm, madde ll'de 3.83 ppm'de singlet halinde gözlenirken, madde ll'de NH2 protonları 4.28 ppm'de NH protonları 9.33 ppm'de singlet olarak saptan maktadır.293 Madde I ve ll'nin CI kütle spektrumlarında maddelerin molekül ağırlığını doğrula1 yan kuasi-moleküler iyon (MH+) pikleri yanında, maddelerin klor içermesi nedeniyle (MH+2)+ pikleri de belirlenmekte, tiyoeter bağının her iki yanından kopması, COR+ ve R+ atılması ile oluşan iyonlar da maddeleri tanımlamaya yardımcı olmaktadır. Çalışmanın ikinci bölümünde hidrazid yapısındaki madde C ve II, alkil ya da aril isotiyosiyanatlarla etkileştirilmiş, nükleofilik katım reaksiyonu ile madde C'den 1-(3-fenil- 4(3H)-kinazolinon-2-ilmerkaptoasetil)-4-alkil/ariltiyosemikarbazidler (madde III-XII), mad de IPden 1 -(6-kloro-3-fenil-4(3H)-kinazolinon-2-ilmerkaptoasetil)-4-alkil/ariltiyosemikar- bazidler (madde XIII-XVI) kazanılmıştır. Prototip olarak seçtiğimiz madde XII asid ve alkali ile hidroliz edilmiş, her iki koşulda 3-fenil-4(3H)-kinazolinon-2-ilmerkaptoasetik asid İTK ile belirlenirken, asid hidrolizle 3-fenil-4(1H,3H)-kinazolinon-2-tiyon, alkali hidrolizle 3-fenil-2,4(1H,3H)-kinazolindi- on billuri olarak kazanılmıştır. Madde Ill-XVI'mn UV spektrumlarında üç ayrı bölgede, madde lll-Xllde 202.0- 202.9, 228.9-235.1 ve 272.0-275.6 nm arasında, madde Xlll-XWda 203.7-207.6, 226.4- 235.0 ve 279.6-282.0 nm arasında üç maksimum saptanmıştır. Bu maksimumlar hareket maddeleri ile kıyaslandığında ilk bölgedeki maksimumda belirgin bir fark gözlenmezken, ikinci bölgedeki maksimumda (madde X dışında) batokromik kayma görülmekte, bu da ti- yosemikarbazid artığındaki azotların ortaklanmamış elektronlarını dönüşümlü olarak tiyo- karbonil karbonuna vermelerine bağlanabilmektedir. Üçüncü bölgedeki maksimum ise N4- alkilsübstitüe türevlerde aynı kalırken, aromatik halka içeren türevlerde aromatik halka ile tiyokarbamoil azotunun mezomeriye girerek elektron alışverişinin dönüşümlü olma olasılığını ortadan kaldırması nedeniyle hipsokromik kaymaya uğramaktadır. III-XVI maddelerinin potasyum bromür içinde alınan İR spektrumlarında açiltiyo- semikarbazid artığındaki amid ve tiyoamid N-H gerilme titreşimlerine ait iki absorpsiyon bandı 3225-3095 ve 3470-3300 cnr1 alanında saptanmış, NH'lardan birinin cis yapısın dan dolayı hidrojen bağı oluşturduğu düşünülmüştür. Kinazoiinon halkasının laktam C=0 gerilme titreşimi 1700-1684 cm-1, amid C=0 gerilme, amid I bandı 1690-1650 cnrr1, C=S gerilme titreşimi 1204-1162 cm*1 alanında belirlenmiştir. III-XVI maddelerinin 1H-NMR spektrumlarında SCH2CO grubu metilen protonları 3.94-4.01 ppm alanında singlet ya da N-H'ın kükürtle hidrojen bağı yapmasına bağlı olarak 4.03 ve 4.16 ppm'de iki singlet halinde (madde XI ve XV) gözlenmekte, tiyosemikar- bazid rsK.N2 ve N1-H protonları da sırasıyla 7.70-9.56, 9.15-9.87 ve 9.89-10.37 ppm değerlerinde yine singlet olarak pik vermektedir. N4'ün ortaklanmamış elektronlarını halka-294 - ya vermesi, N2'nin ortaklanmamış elektronlarını karbona yönlendirerek elektronların kükürt üzerine açılmasını sağlaması, N2-H'ın N4-H'dan daha düşük alanda gözlenmesine neden olmaktadır. Maddelerin El kütle spektrumlarında amid bağının bölünmesi ile oluşan iyonlar genellikle temel piki oluşturmakta, tiyoamid, NH-NH, tiyoeter bağlarının kopması ve hidrojen kaymaları oluşan iyonlar da ortak olarak gözlenmektedir. Çalışmanın üçüncü bölümünde tiyosemikarbazid türevleri (madde II1-XVI) etil oc-bromoasetat ile siklize edilerek 2-(6-kloro/nonsübstitüe-3-fenil-4(3H)-kinazolinon-2-il- merkaptoasetilhidrazono)-3-alkil/aril-4-tiyazolidonlar (madde XVII-XXVIII) kazanılmıştır. Asimetrik tiyoürelerden hareketle tiyazolidon siklizasyonunda, en-tiyol formu izomer yapıların oluşmasında anahtar rol oynamakta, totomerinin N2-H ya da N4-H'dan yürümesine bağlı olarak iki izomer yapı meydana gelmektedir. Totomeri daima elektron çeren artığa bağlı NH yönünde olduğundan, 1-açil-4-alkil/ariltiyosemikarbazidleri asimetrik tiyoüre gibi düşünürsek, N2'ye bağlı açilamino artığının N4e bağlı alkil/arli gruplarından daha fazla elektron çeken artık olduğu ve bu nedenle totomerinin N2H'dan yürümesine katkıda bulunduğunu söyleyebiliriz. Söz konusu olan iki izomer yapıda fonksiyonel gruplar aynı olduğundan UV, İR, 1H-NMR, 13C-NMR ve kütle spektrumları ile yapılarını kesin olarak tanımlamak mümkün olmamakta, ancak asid hidroliz sonucunda 3-alkil/aril-2,4-ti- yazolidindionun saptanması yapının 2-hidrazono-3-alkil/aril-4-tiyazolidon olduğunu kesin olarak doğrulamaktadır. XVII-XXVIII maddeleri asid ve alkali hidroliz ile 3-fenil-2,4(1H,3H)-kinazolindion, merkaptoasetik asid ve hidrazin hidrata parçalanırken, asid hidrolizde ayrıca 3-alkil/aril- 2,4-tiyazolidindionun belirlenmesi, alkali hidroliz ile tiyazolidon halkasının da bölünmeye uğradığını göstermesi açısından önemlidir. XVII-XXVIII maddelerinin UV spektrumları incelendiğinde hareket maddeleri olan madde Ill-XVI'ya kıyasla ikinci ve üçüncü bölgede izlenen maksimumlarda hipsokromik kayma, 3-konumunda aril içeren tiyazolidon bileşiklerinde üçüncü bölgede alkil sübstitüe bileşiklere nazaran 5 nm'lik batokromik kayma gözlenmekte, hipsokromik kayma hareket maddelerinin tiyoamid azotlarındaki ortaklanmamış elektronlarını kükürde vermelerinin tiyazolidon halkasının kapanması ile ortadan kalkmasına, batokromik kayma da azotun ortaklanmamış elektronlarını fenil halkasına vermesine bağlanabilir. XVII-XXVIII maddelerinin potasyum bromür içinde alınan İR spektrumlarında NH gerilme bandlarının 3220-3160 cm'1 arasında gözlenmesi NH'ların cis yapıda hidrojen bağı oluşturduğunu göstermekte, kinazolinon laktam ve amid C=0 gerilme bandları sıra-295 sıyla 1690-1678 ve 1682-1650 cm'1 alanında izlenirken, 4-tiyazolidon halkasını tanımla yıcı üçüncü C=0 gerilme bandı 1730-1699 cm-1 alanında gözlenmektedir. XVII-XXVIII maddelerinin 1H-NMR spektrumlarında halka dışı ve tiyazolidon SCH2CO protonları, CONH protonunun kükürt ile hidrojen bağı yapması nedeniyle iki ay rı singlet halinde, sırasıyla 3.94-4.02, 3.97-4.12 ppm ve 4.00-4.19, 4.19-4.29 ppm bölgelerinde pik vermekte (madde XXIII ve XXVIII hariç), CONH protonları da N=C çifte bağı na komşu olmaları nedeniyle, hareket maddelerine göre yaklaşık 0.5 ppm'lik kayma göstererek 10.44-10.60 ppm alanında singlet olarak (madde XXVIII hariç) belirlenmektedir. Tiyazolidon serisi XVII-XXVIII maddelerinin El yöntemi ile alınan kütle spektrumları incelendiğinde birkaçı dışında tüm bileşiklerde M+ pikinin bulunduğu, ancak intansi- telerinin oldukça düşük olduğu saptanmakta, moleküldeki ana bölünmenin amid bağından olduğu ve bu bölünme ile kazanılan iyonların, maddelerin hepsinde temel piki oluşturduğu gözlenmektedir. Bu bölünmeyle kazanılan hidrazonotiyazolidon artığı taşıyan yan iyonların da tiyazolidon yapısı için karakteristik olan bölünmelere uğrayarak değişik iyon pikleri verdiği saptanan bulgular arasındadır. Kinazolinon halkası taşıyan tiyosemikarbazid ve tiyazolidon yapısındaki maddelerimizden prototip seçilenlerde, antikonvülsan tarama programı kapsamında antikonvül- san araştırma merkezinde (National Institute of Neurological Disorders and Stroke MD, USA) antikonvülsan etki araştırılmış, test edilen bileşiklerden bazıları (madde III.XIII, XIV.XVIII) farelerde i.p. yolla antikonvülsan tanıma testi olan Faz 1 testinde ümit verici sonuçlar vermiştir. Bu bileşikler ileri tarama programı kapsamında antikonvülsan aktivi- tenin kantitatif tayini için Faz 2 testinde yine farelerde i.p. yolla 500 mg/kg'lık dozda de nenmiş, III.XIV ve XVIII maddelerinde MES testinde sırasıyla % 25, % 50 ve % 50, ScMet testinde % 100, % 50 ve % 28 korunma saptanmıştır. Antimikrobial etki araştırması için I-XXVIII maddeleri E.coli, S.aureus, P.aerugi- nosa, K.pneumoniae ve C.aibicans'a karşı denenmiş, denenen konsantrasyonda kayda değer önemli bir etkinin bulunmadığı gözlenmiştir. Antitüberküler etki araştırmasında prototip seçilen ll-IV,XI,XIII,XV,XVII ve XXVII maddeleri M.tuberculosis H37Rv susuna karşı test edilmiş, 200 n-g/ml'de etki bulunamamıştır. Madde lll,V,VII-XX ve XXVII bitkiler üzerinde büyümeyi düzenleyici insektisid, herbisid ve fungisid aktivitelerinin araştırılması için, Sittingbourne Araştırma Merkezi'ne (İngiltere) gönderilmiş, deney sonuçları henüz tamamlanmamıştır.

Abstract:
296 SUMMARY 3-Phenyl-4(1H,3H)-quinazolinone-2-thione (compound A-)) favors the thiol form in alkaline medium. Being a good nucleophile, this anion reacts with ethyl a-bromoacetate according to the SN2 reaction and affords 3-phenyl-4(3H)- quinazolinone-2-ylmercaptoacetic acid ethyl ester (compound B) which in turn is reacted with hydrazine hydrate to yield to hydrazide derivative (compound C). 4(3H)- quinazolinone nucleus has been reported to possess diverse biological activities and thus numerous heterocyclic and straight chain derivatives have been prepared by different research groups. In the first part of this research 6-chloro-4(1H,3H)-quinazolinone-2-thione (compound A2) was reacted with ethyl a-bromoacetate as described above to yield 6- chloro-3-phenyl-4-(3H)-quinazolinone-2-ylmercaptoacetic acid ethyl ester (compound I). Subsequent treatment of I with hydrazine hydrate afforded 6-chloro-3-phenyl-4(3H)- quinazolinone-2-ylmercaptoacetic acid hydrazide (compound II). The structures of compounds I and II were determined by analytical and spectral methods (CHN, UV, IR, 1H-NMR, MS). The three maxima observed in the UV spectra of compounds I and II at about 206.2, 220.0, 312.4 nm and 211.2, 227.0, 282.0 nm were attributed to the 2- mercapto-4(3H)-quinazolinone moiety. IR spectra of compounds I and II showed the lactam C=0 band of the common 6- chloro-3-phenyl-4(3H)-quinazolinone ring at 1696 and 1700 cm"1, C=N stretching at 1606 and 1620 cm'1, ester C=0 at 1740 cm"1 and C=0 stretching of the hydrazide at 1650 cnr 1 and the NH stretching of the same function at 3308 cm-1 due to hydrogen bonding. 1H-NMR spectra of compounds I and II showed the protons of the quinazolinone ring in the expected regions with splitting patterns in accordance with the literature. SCH2 protons of compounds I and II, NH2 and NH protons of compound II were observed at 3.96, 3.83, 4.28 and 9.33 ppm as singlets respectively. CI MS of chlorine bearing compounds I and II showed isotopic (MH+2)+ peaks in addition to the quasi-molecular ions (MH+). Diagnostic ions that were formed as the thioether linkage was cleaved from both sides, or with loss of COR+ and R+ fragments provided confirmatory evidence for structural proof.297 In the second part of the research compounds C and II were reacted with alkyl/aryl isothiocyanates and as the result of this nucleophilic addition 1-(3-phenyl- 4(3H)-quinazolinone-2-ylmercaptoacetyl)-4-alkyl/arylthiosemicarbazides (compounds III- XII) and 1 -(6-chloro-3-phenyl-4(3H)-quinazolinone-2-ylmercaptoacetyl)-4-alkyl/arylthio- semicarbazides (compounds XIII-XVI) were obtained respectively. Alkaline and acid hydrolysis of a representative member from the series (compound XII) yielded 3-phenyl-4(3H)-quinazolinone-2-ylmercaptoacetic acid (TLC) whereas acid hydrolysis yielded 3-phenyl-4(1H,3H)-quinazolinone-2-thione and alkaline hydrolysis yielded 3-pheny!-2,4(1H,3H)-quinazolidinedione which were isolated from the medium in crystalline form, in addition to the first product. UV spectra of compounds lll-XVI showed three separate bands (compounds III- XI 202.0-202.9, 228.9-235.1 and 272.0-275.6 nm; compounds XIII-XV 203.7-207.6, 226.4-235.0 and 279.6-282.0). When these maxima were compared with those of the starting materials no difference was observed in the first band whereas the second band was shifted to longer wavelengths (except for compound X) and this can be attributed to the mesomeric effect of the nitrogen lone pair as it migrates to the thiocarbonyl group of the thiosemicarbazide residue. The third band was observed in the same region in the f^-alkyl substituted derivatives, whereas it was shifted to shorter wavelengths in the N4- aryl substituted compounds due the mesomery between the aromatic ring and the thiocarbamoil nitrogen which limits electron transfer. IR spectra of compounds lll-XVI (KBr) showed two bands resulting from the N-H stretchings of the amide and thioamide functions in the 3225-3095 and 3470-3300 cm"1 regions. It was thought that one of the N-H groups was hydrogen bonded and thus was in the cis conformation. The lactam C=0 stretching of the quinazolinone ring was observed in the 1700-1684 cm-1; amide C=0 stretching and amide I band and C=S stretching were observed in the 1690-1650 cm-1 and 1204-1162 cm-1, regions respectively. In the 1H-NMR spectra the SCH2CO protons were observed as singlets or two separate singlets (compounds XI and XV) in the 3.94-4.01 and 4.03 and 4.16 ppm region due to hydrogen bonding between N-H function and S atom. The N4, N2 and N1-H of the thiosemicarbazide residue were observed in the 7.70-9.56, 9.15-9.87 and 9.89-10.37 ppm regions respectively. NP-H was observed at a lower field when compared to N4-H. f^-directs its lone pair to the ring and N2-directs its lone pair towards the carbon atom providing polarization of the C=S linkage in the direction of the S atom. And in our opinion this accounted for the order of the chemical shifts observed.- 298 In the El MS the fragments which were formed by the cleavage of the amide linkage were generally the base peaks. Still other common ions were observed which were formed as the thioamide, NH-NH and thioether linkages were broken and hydrogen was transferred among the fragments. In the third part of the research thiosemicarbazid derivatives (compounds III- XVI) were cyclized with ethyl oc-bromoacetate to afford 2-(6-chloro/nonsubstitue-3- phenyl-4(3H)-quinazolinone-2-ylmercaptoacetylhydrazono)-3-alkyl/aryI-4-thiazolidones (compounds XVII-XXVIII). When asymmetric thioureas are used in thiazolidone cyclization the key intermediate en-thiol form determines isomeric structure which may be obtained. Two isomers are possible depending upon the nitrogen atom (N2 or N4) involved in tautomerism. Tautomerism is always directed towards the nitrogen atom to which the electron attracting residue is attached. If we think of 1-acyl-4- alkyl/arylthiosemicarbazides as asymmetric ureas the acylaminogroup attached to N2 is the more electron attracting group when compared to alkyl/aryl groups of N4. All the above considerations contributes to the involvement of N2 in tautomerism. Because all the functional groups are the same in the two isomers UV.IR, 1H-NMR, 13C-NMR and MS could not help in isomeric differentiation. Therefore we carried out acid hydrolysis which yielded 3-alkyl/aryl-2,4-thiazolidinedione and thus confirmed that our compounds were 2- hydrazono-3-alkyl/aryl-4-thiazolidones. When compounds XVII-XXVIII were subjected to acid and alkaline hydrolysis they yielded 3-phenyl-2,4(1H,3H)-quinazolinedione, mercaptoacetic acid and hydrazine hydrate. In acid hydrolysis 3-alkyl/aryl-2,4-thiazolidinedione was also detected. Absence of this structure among alkaline hydrolysis products showed that thiazolidone nucleus was also destroyed in alkaline medium. When UV spectra of compounds XVII-XXVIII were compared with those of compounds lll-XVI hypsochromic shifts were observed in the maxima of the second and third bands. When the third bands of compounds bearing aryl substitutents at 3- position with those of alkyl bearing thiazolidones were compared bathochromic shifts were observed (5 nm) for the former. Hypsochromic shift may be the result of inhibition of direction of the lone pair of the thioamide nitrogen towards the sulphur atom by thiazolidone cyclization whereas the bathochromic shift may be the result of the direction of the nitrogen lone pair towards the phenyl ring. Observation of NH stretching bands of compounds XVII-XXVIII in the IR spectra (KBr) in the 3220-3160 cm"1 region pointed to the presence of hydrogen bonding and to299 cis conformation. Quinazolinone lactam and amide C=0 bands and C=0 stretching frequency which was diagnostic for the thiazolidone ring were observed at 1690-1678, 1682-1650 and 1730-1699 cm"1 regions, respectively. 1H-NMR spectra of compounds XVII-XXVIII showed the exocyclic and endocyclic SCH2 protons, as two separate singlets at 3.94-4.02, 3.97-4.12 and 4.00-4.19, 4.19-4.29 ppm due to hydrogen bonding between the NH group and the S atom (except for compounds XXIII and XXVIII). Due to the neighboring C~N function CONH protons were observed at 10.44- 10.60 ppm with 0.5 ppm shift when compared to the starting materials. El MS of compounds XVII-XXVIII of the thiazolidone series showed molecular ions (M+) with a few exceptions, but with low intensity. The most important fragmentation pathway involved the cleavage of the amide linkage which led to fragment ions that were the base peaks. Hydrazonothiazolidone residue formed via this route further fragmented via the routes proposed for the thiazolidone structure affording evidence for structural proof. Selected members from the thiosemicarbazides and thiazolidones carrying the quinazolinone structure were subjected to anticonvulsant activity tests by the National Institute of Neurological Disorders and Stroke MD, USA. Some of the compounds tested (compounds III, XIII, XIV and XVIII) showed promising results in mice (i.p., Phase 1 anticonvulsant identification). These compounds were also moved to phase 2 (anticonvulsant quantitation, mice, i.p.) trials. Compounds III, XIV and XVIII showed 25%, 50% and 50% protection in the MES test at a dose of 500 mg/kg and 100%, 50% and 28% protection in the ScMet test at the same dose level. Compounds l-XXVIII were also evaluated for antimicrobial activity against E.coli, S.aureus, P.aeruginosa, K.pneumoniae and C.albicans but no remarkable activity was observed. Selected members from the series (compounds ll-IV,Xi,XIII,XV,XVII and XXVII were also evaluated against M.tuberculosis H37Rv but were found inactive at 200 u.g/ml. Compounds lll,V,VII-XX and XXVII are still being investigated for plant growth regulant, insecticidal, herbicidal and fungicidal activity at Sittingbourne Research Centre, (UK).