СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ N-АЛКИЛ-N-{ [3-АЛКИЛ-3,8-ДИАЗАБИЦИКЛО[3.2.1]ОКТА-1(7),5-ДИЕН-8-ИЛ]МЕТИЛ} АМИНОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В КАЧЕСТВЕ СРЕДСТВ С АНТИМИКРОБНОЙ АКТИВНОСТЬЮ
METHOD OF PRODUCING N-ALKYL-N-{[3-ALKYL-3,8-DIAZABICYCLO[3_2_1]OCTA-1(7),5-DIEN-8-YL]METHYL}AMINES AND USE THEREOF AS ANTIMICROBIAL ACTIVITY AGENTS

Предлагаемое изобретение относится к области новых средств для борьбы с патогенными и условно патогенными микроорганизмами, конкретно, к способу получения N-алкил-N-{[3-алкил-3,8-диазабицикло[3.2.1]окта-1(7),5-диен-8-ил]метил}аминов общей формулы (1)
Известен способ [U. Yunus, М.Н. Bhatti, N. Rahman, N. Mussarat, S. Asghar, В. Masood. Synthesis, Characterization, and Biological Activity of Novel Schiff and Mannich Bases of 4-Amino-3-(N-phthalimidomethyl)-1,2,4-triazole-5-thione // Journal of Chemistry, 2013, P. 8, http://dx.doi.org/10.1155/2013/638520] многостадийного получения производных 4-амино-3-(N-фталимидометил)-1,2,4-триазол-5-тиона (2), синтез соединения (2) проводят по схеме:
Известным способом не могут быть получены N-алкил-N-{[3-алкил-3,8-диазабицикло[3.2.1]окта-1(7),5-диен-8-ил]метил}амины общей формулы (1).
Известен способ [Иванов А.В., Маркова М.В. Трофимов Б.А., Ушаков И.А., Собенина Л.Н. Аминометилирование замещенных пирролов и 4,5,6,7-тетра-гидроиндолов биогенными циклическими аминами // Журнал органической химии, 2017, 53, 2, С. 196 - 202] получения 2-аминометилпирролов (3) реакцией 2-метил(арил)пирролов с морфолином и формальдегидом (5% водно-этанольный раствор) при комнатной температуре в течение 5 суток по схеме:
Известным способом не могут быть получены N-алкил-N-{[3-алкил-3,8-диазабицикло[3.2.1]окта-1(7),5-диен-8-ил]метил}амины общей формулы (1).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ [W.J. Burke, G.N. Hammer. 2,3-Dihydro-1H-imidazo[1.5-a]pyrroles. Condensation of Pyrroles and Formaldehyde and Primary Amines // J. Am. Chem. Soc., 1954, 76 (5), P. 1294-1296] получения 2,3-дигидро-1H-имидазо[1,5-а]пирролов (4) реакцией 3-карбэтокси-2,4-диметилпиррола с формальдегидом (37% водный раствор) и циклогексиламином в среде 1,4-диоксана при температуре 95°С в течение 1 ч по схеме:
Известным способом не могут быть получены N-алкил-N-{[3-алкил-3,8-диазабицикло[3.2.1]окта-1(7),5-диен-8-ил]метил}амины (1), сведения о которых в литературе отсутствуют.
Известно, что соединения (2) обладают антимикробной активностью в отношении штаммов Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter cloacae, Klebsiella pneumoniae и грибка Candida albicans.
Известно [A. Idhayadhulla, R.S. Kumar, A. Jamal, A. Nasser. Characterization and Antimicrobial Activity of New Pyrrole Derivative // J. Мех. Chem. Soc. 2011, 55(4), P. 218-223], что соединения общей формулы 3,5-dimethyl-N2,N4-bis(4-phenylthiazol-2-yl)-1H-pyrrole-2,4-dicarboxamide (5) обладают антимикробной активностью в отношении штаммов Е. coli, S. aureus, A. niger и С.albicans.
Известно [D. Deidda, G. Lampis, R. Fioravanti, M. Biava, G.С. Porretta, S. Zanetti, R. Pompei. Bactericidal Activities of the Pyrrole Derivative BM212 against Multidrug-Resistant and Intramacrophagic Mycobacterium tuberculosis Strains // Antimicrob. Agents Chemother. 1998, 42 (11), P. 3035-3037], что производное пиррола (коммерческое название ВМ212) [1,5-диарил-2-метил-3-(4-метилпиперазин-1-ил)пиррол (6) обладает ингибирующей активностью в отношении М. tuberculosis и М. avium, которые являются двумя наиболее распространенными микобактериями, также имеет заметную активность против нескольких видов дрожжей, включая Candida albicans и Cryptococcus neoformans.
Применение соединений общей формулы (1) в качестве средств с антимикробной активностью неизвестно.
Предлагается новый способ получения N-алкил-N-{[3-алкил-3,8-диазабицикло[3.2.1]окта-1(7),5-диен-8-ил]метил}аминов общей формулы (1) на основе пиррола, первичных алкиламинов и параформальдегида.
2
2
2
2
2
Сущность способа заключается во взаимодействии пиррола с первичными алкиламинами общей формулы R-NH (где R=Bu, t-Bu, Hex) и параформальдегидом в присутствии катализатора ZrOCl⋅8НО при мольном соотношении пиррол : первичный амин : параформальдегид : ZrOCl⋅8НО=1:2:3:(0.03-0.07), предпочтительно 1:2:3:0.05, в среде метанола при температуре 0°С и атмосферном давлении в течение 5-7 ч, предпочтительно 6 ч, с образованием N-алкил-N-{[3-алкил-3,8-диазабицикло[3.2.1]окта-1(7),5-диен-8-ил]метил}аминов общей формулы (1) с выходом 32-71%.
Реакция проходит по схеме:
2
2
2
2
N-Алкил-N-{[3-алкил-3,8-диазабицикло[3.2.1]окта-1(7),5-диен-8-ил]метил}амины общей формулы (1) образуются с участием пиррола, первичных аминов и параформальдегида, взятых в мольном соотношении пиррол : первичный амин : параформальдегид, равном 1:2:3. При другом соотношении исходных реагентов снижается селективность реакции. Без катализатора реакция проходит не селективно. Проведение указанной реакции в присутствии катализатора ZrOCl⋅8НО больше 7 мол. % не приводит к существенному увеличению выхода целевого продукта (1). Использование катализатора ZrOCl⋅8НО менее 3 мол. % снижает выход (1). Реакции проводили при температуре 0°С. При температуре выше 0°С (например, 20°С) реакция проходит не селективно, выход продукта (1) снижается.
Существенные отличия предлагаемого способа:
2
2
В предлагаемом способе в качестве исходных реагентов применяются пиррол, первичные алкиламины и параформальдегид с участием катализатора ZrOCl⋅8НО. Предлагаемый способ позволяет получать N-алкил-N-{[3-алкил-3,8-диазабицикло[3.2.1]окта-1(7),5-диен-8-ил]метил}амины формулы (1). В известном способе в качестве исходных реагентов применяются 1,2,3-тризамещенный пиррол, водный раствор формальдегида и циклогексиламин. Известным способом не могут быть получены N-алкил-N-{[3-алкил-3,8-диазабицикло[3.2.1]окта-1(7),5-диен-8-ил]метил}амины.
Способ поясняется следующими примерами:
Пример 1. Методика получения N-алкил-N-{[3-алкил-3,8-диазабицикло[3.2.1]окта-1(7),5-диен-8-ил]метил}аминов
2
4
9
4
9
6
13
2
2
2
2
3
В стеклянный реактор, установленный на магнитной мешалке, загружают 0.09 г (3 ммоль) параформальдегида и 3 мл метанола, полученную суспензию перемешивают в течение 2 ч при температуре 60°С, затем прикапывают 2 ммоль соответствующего первичного амина R-NH, где R=n-СН, t-CH, n-СН. По истечении 1 ч реакционную массу охлаждают до 0°С с последующей загрузкой 0.07 мл (1 ммоль) пиррола и 5 мол % ZrOCl⋅8HO. Реакционную смесь перемешивают в течение 6 ч. Далее смесь пропускают через слой SiO, упаривают на роторном испарителе, очищают колоночной хроматографией на SiO. (элюент циклогексан: CHCl : EtOAc, 1:2:5)
Все опыты проводили при мольном соотношении пиррол, первичный амин, параформальдегид, равном 1:2:3 в среде метанола при температуре 0°С.
Спектральные характеристики соединений (1а-с).
f
3
2
2
2
2
2
Pyr
2
2
3
3
2
2
2
2
2
Pyr
2
2
2
Pyr
отн
3
2
3
2
8
18
10
21
2
13
23
2
15
27
3
-1
1
2
2
2
13
+.
H
H
H
C
C
C
N-Бутил-N-{[3-бутил-3,8-диазабицикло[3.2.1]окта-1(7),5-диен-8-ил]метил}амин (1а). Оранжевое масло, R 0.61. ИК спектр, ν, см: 617, 792, 1141,1193, 1242, 1593, 3045, 3340. Спектр ЯМР H, δ, м. д. (J, Гц): 0.92 (6Н, т, J=7.4, 2СН); 1.31-1.38 (4Н, м, СН); 1.42-1.49 (4Н, м, СН); 2.50 (2Н, т, J=7.4, NCPr); 3.48 (2Н, т, J=7.4, NHCPr); 3.64 (4Н, уш. с, N(CHC)); 4.86 (2Н, с, NCNH); 6.00 (2Н, с, Н Pyr); 9.15 (1Н, с, NH). Спектр ЯМР С, δ, м. д.: 13.7 (СН); 14.0 (СН); 20.4 (СН); 20.7 (СН); 29.8 (СН); 49.9 (NHHEt); 50.9 (N(HC)); 52.6 (NHEt); 74.6 (NCHNH); 107.1 и 127.6 (C). Масс-спектр, m/z (I, %): 249 [M] (20), 163 [М-СН(СН)NHCH] (70), 121 [M-CHN] (100), 80 [M-CHN] (50), 42 [M-CHN] (20). Найдено, %: С 72.18; H 10.95; N 16.81. CHN. Вычислено, %: С 72.24; Н 10.91; N 16.85.
f
3
3
3
3
2
Pyr
2
2
3
3
3
3
3
3
3
3
2
Pyr
2
2
Pyr
отн
3
3
2
8
18
10
21
2
13
23
2
15
27
3
-1
1
13
+.
H
С
С
С
С
C
N-Трет-бутил-N{[3-(трет-Бутил-3,8-диазабицикло[3.2.1]окта-1(7),5-диен-8-ил]метил}амин (1b). Оранжевое масло, R 0.60. ИК спектр, ν, см: 611, 725, 882, 1082, 1115, 1215, 1657, 3103, 3326. Спектр ЯМР Н, δ, м. д.: 1.19 (9Н, с, С(СН)); 1.36 (9Н, с, С(СН)); 3.64 (4Н, уш. с, N(CHC)); 4.77 (2Н, с, NCNH); 5.99 (2Н, с, Н Pyr); 7.28 (1Н, с, NH). Спектр ЯМР С, δ, м. д.: 27.2 (С(Н)); 29.2 (С(Н)); 39.3 ((СН)); 39.7 ((СН)); 45.3 (N(HC)); 63.6 (NCHNH); 107.7 и 127.0 (C). Масс спектр, m/z (I, %): 249 [М] (10), 163 [M-(CH)CNHCH] (55), 121 [M-CHN] (50), 80 [М-CHN] (100), 42 [M-CHN] (45). Найдено, %: С 72.18; Н 10.94; N 16.88. CHN. Вычислено, %: С 72.24; Н 10.91; N 16.85.
f
3
2
2
2
Pyr
2
2
3
2
2
2
2
2
2
Pyr
2
2
2
Pyr
19
35
3
19
35
3
-1
1
2
2
13
+
+
H
C
N-Гексил-N-{[3-гексил-3,8-диазабицикло[3.2.1]окта-1(7),5-диен-8-ил]метил}амин (1с). Оранжевое масло, R 0.72. ИК спектр, ν, см: 628, 729, 1078, 1150, 1200, 1215, 1270, 1660, 3101, 3379. Спектр ЯМР H, δ, м. д. (J, Гц): 0.92 (6Н, т, J=7.4, 2СН); 1.21-1.25 (2Н, м), 1.32-1.37 (4Н, м) и 1.39-1.50 (2Н, м, 8СН); 2.42 (4Н, т, J=7.4, 2NCH); 3.58 (4Н, уш. с, N(CHC)); 4.44 (2Н, с, NCNH); 5.93 (2Н, с, Н Pyr); 7.29 (1Н, с, NH). Спектр ЯМР С, δ, м. д.: 13.9 (2СН); 22.3 (2СН); 27.0 (2СН); 27.2 (2СН); 31.5 (2СН); 49.9 (NHCH); 50.9 (N(HC)); 52.6 (NCH); 74.6 (NCHNH); 107.8 и 128.6 (C). Найдено, m/z: 305.128 [M]. CHN. Вычислено, m/z: 305.282 [М]. Найдено, %: С 74.64; Н 11.59; N 13.72. CHN. Вычислено, %: С 74.70; Н 11.55; N 13.75.
N-Алкил-N-{[3-алкил-3,8-диазабицикло[3.2.1]окта-1(7),5-диен-8-ил]метил}амины общей формулы (1) проявляют антимикробную активность в отношении Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Acinetobacter baumannii, Candida albicans, Cryptococcus neoformans, Klebsiella pneumoniae.
Противомикробный скрининг был проведен в организации CO-ADD (The Community Organization for Antimicrobial Drug Discovery), при финансовой поддержке Wellcome Trust (Великобритания) и Университетом Квинсленда (Австралия).
Образцы были приготовлены в ДМСО с конечной концентрацией тестирования 32 мг/мл, в 384-луночном планшете для каждого бактериального/грибкового штамма с конечной максимальной концентрацией ДМСО ~ 1%.
600
600
5
Все бактерии культивировали в среде Мюллера Хинтона при 37°С в течение ночи. Полученные в результате средние логарифмические фазы разводили (КОЕ/мл, измеренные с помощью OD), затем добавляли в каждую лунку планшета, содержащего соединение, и получали плотность клеток 5×10 КОЕ/мл и общий объем 50 мкл. Все планшеты закрывали и инкубировали при 37°С в течение 18 ч без встряхивания. Ингибирование роста бактерий определяли при измерении поглощения при 600 нм (OD) с использованием планшета Tecan M1000 Pro. Процент ингибирования роста рассчитывали для каждой лунки с использованием отрицательного контроля (только для среды) и положительного контроля (бактерии без ингибиторов) на той же пластинке.
6
6
530
3
530
Штаммы грибов культивировали в течение 3 дней на дрожжевом экстракте пептон Декстроза при 30°С. Суспензию дрожжей 1×10 и 5×10 КОЕ/мл (как определено OD) готовили из пяти колоний. Затем суспензию разбавляли и добавляли в каждую лунку пластины, содержащие соединения, и получали конечную плотность клеток суспензии грибов 2.5×10 КОЕ/мл и общий объем 50 мкл. Все чашки закрывали и инкубировали при 35°С в течение 24 часов без встряхивания. Ингибирование роста С. albicans определяли путем измерения поглощения при 530 нм (OD). Абсорбцию измеряли, используя планшет Biotek Synergy НТХ. Для соединений общей формулы (1) была определена минимальная ингибирующая концентрация MIC (мг/мл) в отношении Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Acinetobacter baumannii, Candida albicans, Cryptococcus neoformans, Klebsiella pneumoniae (Таблица 2).
Таблица 2. Оценка N-алкил-N-{[3-алкил-3,8-диазабицикло[3.2.1]окта-1(7),5-диен-8-ил]метил}аминов (1) на тест-культур микроорганизмов.
Вещества общей формулы (1) проявляют антимикробную активность по отношению к Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Acinetobacter baumannii, Candida albicans, Cryptococcus neoformans, Klebsiella pneumoniae, задерживая их развитие в опытах in-vitro (Таблица 2).