1H-ПИРРОЛО[3,4-b]ХИНОЛИН-3,9(2H,4H)-ДИОНЫ, ОБЛАДАЮЩИЕ ПРОТИВОТУБЕРКУЛЕЗНОЙ АКТИВНОСТЬЮ, И СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ
1H-PYRROLO[3,4-b]QUINOLINE-3,9(2H,4H)-DIONES EXHIBITING ANTI-TUBERCULOSIS ACTIVITY AND METHOD FOR PREPARING THEM

Изобретение относится к области органической химии, к производным 4-хинолонов, а именно к неизвестным ранее 1H-пирроло[3,4-b]хинолин-3,9(2H, 4H)-дионам общей формулы 1, которые могут найти применение в медицине в качестве противотуберкулезных средств, а также к способу их получения.
1
1-12
2
n
3-7
2
n
2
n
где R=Cалкил, -(CH)Cциклоалкил, -(CH)арил, -(CH)гетерил, где n=0-6;
2
3
4
5
6
7
8
9
2
3
3
4
4
5
5
6
7
7
8
8
9
R=H, Alk, OAlk, галоген; R=H, Alk, OAlk, галоген; R=H, Alk, OAlk, галоген; R=H, Alk, OAlk, галоген; R=H, Alk, OAlk, галоген; R=H, Alk, OAlk, галоген; R=Н, Alk, OAlk, галоген; R=Н, Alk, OAlk, галоген; R+R, или R+R, или R+R, или R+NH, или R+R, или R+R, или R+R=H, циклоалкил, арил, гетерил, которые также могут иметь заместители Н, Alk, OAlk, галоген, Ar, Het;
Ближайшими структурными аналогами заявляемых соединений являются 1H-пирроло[3,4-b]хинолин-3,9(2H,4H)-дионы 2, которые имеют с заявляемыми соединениями общий пиррольный фрагмент, аннелированный с 4-хинолоновой системой.
Из литературных источников известны следующие способы получения соединений 2.
Способ 1
Окисление по Виндерфельдту 2-метил-2,3,4,9-тетрагидро-1H-β-карболин-1-онов [C.Tratrat, S.Giorgi-Renault, H.-P.Husson. Synlett (1998), 1071-1072], получаемых в три стадии из 2-(1H-индол-3-ил)-1-этанамина согласно схеме
Выход целевых продуктов 70%.
Способ 2:
Циклизация Конрада-Лимпаха этил-4-анилино-5-оксо-2,5-дигидро-1H-пиррол-3-карбоксилатов при нагревании в бифенилоксиде в интервале температур 245-250°C в течение получаса в атмосфере азота [Madhav, R.; Dufresne, Richard F.; Southwick, Philip L. Journal of Heterocyclic Chemistry (1973), 10(2), 225-8].
Выходы соединений 3 составляют 57-99%.
10
11
Все приведенные аналоги 2 содержат общую с заявляемыми соединениями 1 трициклическую конденсированную систему - пирроло[3,4-b]хинолин-3,9(2H,4H)-дионовый фрагмент. Отличия аналогов от заявляемых соединений 1 состоят в том, что в аналогах отсутствуют заместители в положении 1, в ароматическом кольце конденсированной системы, и нет фрагмента R+R, который представляет собой хиназолиновый фрагмент.
Существенным недостатком приведенных методов является их ограниченность: заявляемые 1H-пирроло[3,4-b]хинолин-3,9(2H,4H)-дионы общей формулы 1 нельзя получить ни одним из описанных в литературе способов.
Целью данного изобретения является разработка способа получения новых соединений, которые могут найти применение в препаративной органической химии, а также в медицине в качестве препаратов, обладающих биологической активностью и, в частности, противотуберкулезными свойствами.
Предлагаемый нами способ получения 1H-пирроло[3,4-b]хинолин-3,9(2H,4H)-дионов 1 заключается во взаимодействии исходных 1,4-дигидро-4-оксо-2-хинолинкарбоксилатов с замещенными бензиламинами и их аналогами (схема 1), замещенными о-аминобензиламинами (схема 2) и их ближайшими аналогами. Реакция может быть проведена в обычных органических растворителях (диоксан, ТГФ, спирты и др.). Избыток амина и повышение температуры благоприятствуют увеличению выхода. Время окончания реакции устанавливают с помощью физико-химических методов (например, методом тонкослойной хроматографии).
Схема 1:
Схема 2:
Преимуществами заявляемого способа по сравнению со способами получения аналогов являются одностадийность способа и простота исполнения (в сравнении со способом 1); отсутствие необходимости создания особых условий проведения реакции, например инертной атмосферы (в сравнении со способом 2) или высоких температур (способ 2), а, кроме того, достаточно короткое время проведения реакции, высокие выходы. Можно использовать широкий спектр растворителей (в сравнении со способами 1, 2). Получаемые данным способом структуры могут содержать большой диапазон различных комбинаций заместителей.
Заявляемые 1H-пирроло[3,4-b]хинолин-3,9(2H,4H)-дионы 1 - бесцветные или светло-желтые кристаллические вещества с высокими температурами плавления, растворимые в 1,4-диоксане, ДМФА, ДМСО, трудно растворимые в спиртах, хлороформе, ацетонитриле, нерастворимые в алканах, воде, трудно растворимые в спиртах, хлороформе. Структура соединений 1 подтверждена общими физико-химическими методами.
rd
1H-Пирроло[3,4-b]хинолин-3,9(2H,4H)-дионы 1 являются потенциальными биологически активными веществами, поскольку структура содержит 4-хинолоновый фрагмент. 4-Хинолоны успешно применяются в медицинской практике в качестве антибактериальных препаратов широкого спектра действия [Машковский М.Д. Лекарственные средства, М.: Новая Волна, 2006; D.С.Hooper and E.Rubinstein (eds.), Quinolone Antimicrobial Agents, 3ed, ASM Press, Washington 2003]. Присутствующий в молекуле пирролоновый фрагмент также входит в структуру применяющихся в настоящее время в медицине лекарственных препаратов, а именно изафенина (в качестве слабительного), метисазона (подавляет репродукцию вирусов оспенной группы), оксодолина (диуретическое средство) [Машковский М.Д. Лекарственные средства, М.: Новая Волна, 2006].
50
Для 1H-пирроло[3,4-b]хинолин-3,9(2H,4H)-дионов была определена острая токсичность. Установлено, что данные соединения обладают низкой токсичностью (LD>1000 мг/кг).
Противотуберкулезную активность синтезированных соединений определяли в условиях активного роста микроорганизмов (тест МАВА - Microplate Almar blue assay) [L.Collins, S.G.Franzblau. Antimicrobial agents and chemotherapy (1997), 41(5), 1004-1009]. Процент ингибирования роста микобактерий туберкулеза определяли для концентрации вещества 100 мкмоль/л. В качестве контроля использовали рифампицин.
37
М. tuberculosis HRv (ATCC 27294; American Type Culture Collection, Rockville, Md.) была выращена до поздней логарифмической фазы на питательной среде Middlebrook 7H9 с добавлением 0.2 об.% глицерола, 0.05% Tween 80, 10% добавки OADC (олеиновая кислота, альбумин, декстроза, каталаза). Культура была центрифугирована в течение 15 минут при 4°C (3150 об/мин), дважды промыта и суспендирована в растворе салина в фосфатном буфере. Суспензии были отфильтрованы через фильтр с размерами пор 8 мкм для удаления сгустков и аликвоты были заморожены при - 80°C. Число образующихся колоний было подсчитано на агаре 7Н11.
37
4
Растворы соединений были приготовлены путем последовательного двукратного разбавления в среде Middlebrook 7H12 в объеме 100 мкл, в черном 96-луночном планшете с прозрачным дном (BD Biosciences, Franklin Lanks, N.J.). В каждую лунку было добавлено 100 мкл М. tuberculosis HRv, (число образующихся колоний 2·10).
возб
В качестве нулевого контроля использовали растворы, приготовленные по данной схеме без добавления исследуемого вещества или препарата контроля. Планшеты были инкубированы при 37°C. На седьмой день инкубирования в каждую лунку было добавлено 12,5 мкл 20% Tween 80 и 20 мкл Almar Blue. После дальнейшего инкубирования при 37°C в течение 16-24 часов была измерена флуоресценция для каждой ячейки при λ=590 нм (λ 530 нм).
Результаты исследований представлены в таблице.
Противотуберкулезная активность 1H-пирроло[3,4-b]хинолин-3,9(2H,4H)-дионов 1
<img file="00000008.tif" he="35" wi="57" img-content="undefined" img-format="tif" />
№
R<sup>1</sup>
R<sup>2</sup>
R<sup>3</sup>
R<sup>4</sup>
R<sup>5</sup>
R<sup>6</sup>
Ингибирование роста М. tuberculosis при концентрации 100 мкмоль/л, %
1a
Ph
NHCH<sub>2</sub>Ph
CH<sub>2</sub>Ph
H
H
H
55
1б<sup>*</sup>
Ph
NHCH<sub>2</sub>Ph
CH<sub>2</sub>Ph
H
H
Me
31
1в
Ph
NHCH<sub>2</sub>Ph
CH<sub>2</sub>Ph
Br
H
H
95
1г
Ph
NHCH<sub>2</sub>Ph
CH<sub>2</sub>Ph
F
H
H
59
1д
Ph
<img file="00000009.tif" he="23" wi="27" img-content="undefined" img-format="tif" />
H
H
H
86
1е
Ph
<img file="00000010.tif" he="23" wi="27" img-content="undefined" img-format="tif" />
H
H
Me
80
1ж
Ph
<img file="00000011.tif" he="23" wi="27" img-content="undefined" img-format="tif" />
Br
H
H
93
рифампицин
100
*  соединение испытано в концентрации 50 мкмоль/л
37
Как видно из таблицы процент ингибирования роста М. tuberculosis HRv соединениями 1 приближается к аналогичному показателю для рифампицина.
Таким образом, заявляемые соединения 1 могут найти применение в препаративном органическом синтезе и в медицине в качестве препаратов, обладающих противотуберкулезной активностью в сочетании с низкой токсичностью.
Следующие примеры иллюстрируют заявляемый способ получения и физико-химические характеристики заявляемых соединений.
Пример 1:
2-бензил-1-(бензиламино)-1-фенил-1H-пирроло[3,4-b]хинолин-3,9(2H,4H)-дион (1а)
-1
1
2
2
3
4
3
3
4
3
3
4
CH
CH
2
2
2
2
31
25
3
2
К 1.8 ммоль метил-3-бензоил-4-оксо-1,4-дигидро-2-хинолинкарбоксилата, растворенного в 50 мл диоксана, прибавляли 5.4 ммоль бензиламина. Кипятили с обратным холодильником 4 ч. Маточник упаривали наполовину, выпавший осадок отфильтровывали, перекристаллизовывали из ацетонитрила. Выход 83%, т.пл. 230-232°C (с разл.). ИК-спектр, см: 3292 (NH), 1702 (C(3)=O), 1645 пл., 1626 (С(9)=O), 1594 (C=C). Спектр ЯМР H, м.д.: 3.05-3.09 (м, 1Н, NH); 3.22-3.27 (м, 1Н, NH); 3.41 (т, 1Н, N(1')H); 4.18 (д, 1Н, NCH, J=15.2); 4.67 (д, 1Н, NCH, J=15.2); 7.11-7.25 (м, 13H, Ar); 7.37 (д.д, 1Н, H(7), J=8.0, J=0.8); 7.50-7.53 (м, 2Н, Н(2'), Н(6'); 7.72 (д.д.д, 1Н, Н(6), J=7.6, J=8.2, J=1.6); 7.86 (д, 1Н, Н(5), J=8.0); 8.08 (д.д, 1Н, Н(8), J=8.0, J=1.2); 12.85 (с, 1Н, N(4)H). Найдено, %: С 78.86; Н 5.20; N 8.81. СНNO. Вычислено, %: C 78.96; H 5.34; N 8.91.
Пример 2:
2-бензил-1-(бензиламино)-5-метил-1-фенил-1H-пирроло[3,4-b]хинолин-3,9(2H,4H)-дион (1б)
-1
1
2
2
3
CH
2
2
2
32
27
3
2
Получали аналогично 1а из 2.2 ммоль метил-3-бензоил-8-метил-4-оксо-1,4-дигидро-2-хинолинкарбоксилата и 6.6 ммоль бензиламина. Перекристаллизовывали из диоксана. Выход 86%, т.пл. 236-237°С (с разл.). ИК-спектр, см: 3300 (NH), 1700 (С(3)=O), 1636 (С(9)=O), 1590 (С=С). Спектр ЯМР Н, м.д.: 2.66 (с, 3Н, Me); 3.06-3.25 (м, 3Н, NH, N(1')H); 4.17 (д, 1Н, NCH, J=15.3); 4.63 (д, 1Н, NCH, J=15.3); 7.09-7.29 (м, 13Н, Ar); 7.47-7.55 (м, 3Н, Ar); 7.97 (д, 1Н, H(8), J=8.1); 11.08 (с, 1Н, N(4)H). Найдено, %: С 79.20; Н 5.63; N 8.60. CHNO. Вычислено, %: С 79.15; Н 5.60; N 8.65.
Пример 3:
2-бензил-1-(бензиламино)-7-бром-1-фенил-1H-пирроло[3,4-b]хинолии-3,9(2H,4H)-дион (1в)
-1
1
2
2
4
CH
2
2
2
31
24
3
2
Получали аналогично 1а из 1.8 ммоль метил-3-бензоил-6-бром-4-оксо-1,4-дигидро-2-хинолинкарбоксилата и 5.4 ммоль бензиламина. Перекристаллизовывали из диоксана. Выход 96%, т.пл. 236-238°C (с разл.). ИК спектр, см: 3300 (NH), 1704 (С(3)=O), 1636, 1626 (С(9)=O), 1586 (С=С). Спектр ЯМР Н, м.д.: 3.05-3.12 (м, 2Н, NH); 3.40 (т, 1Н, N(2)H); 4.19 (д, 1Н, NCH, J=15.3); 4.65 (д, 1Н, NCH, J=15.3); 7.11-7.23 (м, 13Н, ArH); 7.48-7.51 (м, 2Н, ArH); 7.79-7.51 (м, 2Н, ArH); 8.14 (д, 1Н, 8-Н, J=2.8); 13.01 (с, 1Н, N(4)H). Найдено, %: С 67.72; Н 4.39; Br 14.56; N 7.40. CHBrNO. Вычислено, %: С 67.64; Н 4.39; Br 14.52; N 7.63.
Пример 4:
2-бензил-1-(бензиламино)-1-фенил-7-фтор-1H-пирроло[3,4-b]хинолин-3,9(2H,4H)-дион (1г)
-1
1
2
2
3
4
CH
2
2
2
31
24
3
2
Получали аналогично 1а из 2.0 ммоль метил-3-бензоил-6-фтор-4-оксо-1,4-дигидро-2-хинолинкарбоксилата и 6.6 ммоль бензиламина. Перекристаллизовывали из диоксана. Выход 89%, т.пл. 233-234°C (с разл.). ИК-спектр, см: 3288 (NH), 1704 (С(3)=O), 1644 (С(9)=O), 1598 (С=С). Спектр ЯМР Н, м.д.: 3.05-3.12 (м, 2Н, NH); 3.39 (т, 1Н, N(2)H); 4.18 (д, 1Н, NCH, J=15.3); 4.64 (д, 1Н, NCH, J=15.0); 7.09-7.23 (м, 12Н, Ar); 7.48-7.51 (м, 2Н, ArH); 7.59-7.72 (м, 2Н, ArH); 7.91 (д.д, 1Н, Н(8), J=9.0, J=4.8); 13.00 (с, 1Н, N(4)H). Найдено, %: С 75.99; Н 4.90; N 8.52. CHFNO. Вычислено, %: С 76.06; Н 4.94; N 8.58.
Пример 5:
13а-фенил-5,8,13,13а-тетрагидрохино[3',2':3,4]пирроло[2,1-b]хиназолин-6,14-дион (1д)
-1
1
3
4
3
3
4
24
17
3
2
К 3.1 ммоль метил-3-бензоил-4-оксо-1,4-дигидро-2-хинолинкарбоксилата, растворенного в 50 мл диоксана, прибавляли 3.1 ммоль о-аминобензиламина. Кипятили с обратным холодильником 2 ч 30 мин. Маточник упаривали наполовину, выпавший осадок отфильтровывали, перекристаллизовывали из диоксана. Выход 88%, т.пл. >315°C. ИК-спектр, см: 3320, 3312 (NH), 1704 (С(6)=O), 1640, 1630 (С(14)=O, 1596 (С=С). Спектр ЯМР H, м.д.: 3.94 (д, 1Н, C(8)H, J=16.8), 5.06 (д, 1Н, C(8)H, J=17.1), 6.62 (т, 1Н), 6.96-7.04 (м, 2Н, Ar), 7.23-7.31 (м, 3Н, Ar); 7.36-7.45 (м, 4Н, Ar); 7.73 (д.д, 1Н, Н(2), J=6.9, J=1.5), 7.84 (д, 1Н, Н(4), J=8.1); 8.10 (д.д, 1Н, Н(1), J=8.4, J=1.2); 13.02 (с, 1Н, N(5)H). Найдено, %: С 75.98; Н 4.21; N 10.81. СНNO. Вычислено, %: С 75.96; Н 4.52; N 11.07.
Пример 6:
4-метил-13а-фенил-5,8,13,13а-тетрагидрохино[3',2':3,4]пирроло[2,1-b]хиназолин-6,14-дион (1е)
-1
1
8
8
3
4
3
3
25
19
3
2
Получали аналогично 1а из 1.6 ммоль метил-3-бензоил-8-метил-4-оксо-1,4-дигидро-2-хинолинкарбоксилата и 1.6 ммоль о-аминобензиламина. Перекристаллизовывали из диоксана. Выход 90%, т.пл. 305-306°C (с разл.). ИК-спектр, см: 3300 (NH), 1704 (С(6)=O), 1634 (С(14)=0, 1578 (С=С). Спектр ЯМР Н, м.д.: 2.66 (с, 3Н, Me); 3.95 (д, 1Н, СH, J=16.8), 5.09 (д, 1Н, СH, J=17.2), 6.64 (д.д, 1Н, Н(12), J=7.6, J=1.2), 6.98-7.06 (м, 2Н, Ar), 7.22-7.34 (м, 4Н, Ar), 7.42-7.46 (м, 3Н, Ar); 7.59 (д, 1Н, Н(3), J=6.4); 8.00 (д, 1Н, Н(1), J=7.2); 11.75 (с, 1Н, N(5)H). Найдено, %: С 76.26; Н 4.77; N 10.54. СНNO. Вычислено, %: С 76.32; Н 4.87; N 10.68.
Пример 7:
2-бром-13а-фенил-5,8,13,13а-тетрагидрохино[3',2':3,4]пирроло(2,1-b]хиназолин-6,14-дион (1ж)
-1
1
3
3
4
3
3
4
4
24
16
3
2
Получали аналогично 1а из 1.2 ммоль метил-3-бензоил-6-бром-4-оксо-1,4-дигидро-2-хинолинкарбоксилата и 1.2 ммоль о-аминобензиламина. Перекристаллизовывали из диоксана. Выход 80%, т.пл. >300°C (с разл.). ИК-спектр, см: 3336 (NH), 1708, 1640 (С(6)=O), 1635, 1624 (С(14)=O), 1588 (С=С). Спектр ЯМР H, м.д.: 3.95 (д, 1Н, С(8)Н, J=16.8), 5.08 (д, 1Н, С(8)Н, J=17.2), 6.64 (д.д.д, 1Н, Н(12), J=7.4, J=7.2, J=1.0); 6.98-7.06 (м, 2Н, Ar); 7.25-7.32 (м, 3Н, Ar); 7.45-7.48 (м, 3Н, Ar); 7.81 (д, 1Н, Н(4), J=8.8); 7.91 (д.д, 1Н, Н(3), J=8.8, J=2.4); 8.18 (д, 1Н, H(l), J=2.4); 13.25 (с, 1Н, N(5)H). Найдено, %: С 62.95; Н 3.54; Br 17.40; N 9.15. СНBrNO. Вычислено, %: С 62.90; Н 3.52; Br 17.43; N 9.17.
Пример 8:
4-метил-2-хлор-13а-фенил-5,8,13,13а-тетрагидрохино[3',2':3,4]пирроло[2,1-b]хиназолин-6,14-дион (1з)
-1
1
8
8
3
3
4
3
4
3
25
18
3
2
Получали аналогично 1а из 1.4 ммоль метил-3-бензоил-8-метил-6-хлор-4-оксо-1,4-дигидро-2-хинолинкарбоксилата и 1.4 ммоль о-аминобензиламина. Перекристаллизовывали из диоксана. Выход 95%, т.пл. >300°C (с разл.). ИК-спектр, см: 3300 (NH), 1704 (С(6)=O), 1634 (С(14)=O, 1578 (С=С). Спектр ЯМР Н, м.д.; 2.66 (с, 3Н, СН), 3.95 (д, 1Н, СН, J=16.9), 5.08 (д, 1Н, CH, J=17.2); 6.64 (д.д.д, 1Н, H(12), J=7.4, J=7.2, J=1.2); 6.98-7.05 (м, 2Н, Ar); 7.22-7.32 (м, 3Н, Ar); 7.41-7.43 (м, 3Н, Ar); 7.76 (д, 1Н, H(3), J=1.2); 7.07 (д.д, 1Н, H(1), J=2.0); 13.03 (с, 1Н, N(5)H). Найдено, %: С 70.25; Н 4.20; N 8.30; Cl 8.34. CHClNO. Вычислено, %: С 70.18; Н 4.24; Cl 8.29; N 9.82.
Пример 9:
2-бензил-1-(бензиламино)-7-бром-1-трет-бутил-1H-пирроло[3,4-b]хинолин-3,9(2H,4H)-дион (1и)
-1
1
3
3
4
4
2
2
31
24
3
2
Получали аналогично 1а из 1.4 ммоль метил-6-бром-3-трет-бутил-4-оксо-1,4-дигидро-2-хинолинкарбоксилата и 5.6 ммоль бензиламина. Перекристаллизовывали из этанола. Выход 50%, т.пл. 228-230°С (с разл.). ИК-спектр, см: 3088 (NH), 1700 (С(3)=O), 1636, 1626 (С(9)=O), 1598 (С=С). Спектр ЯМР Н, м.д.: 0.97 (с, 9Н, 3Ме); 3.10-3.28 (м, 3Н, NHCH); 4.62-4.72 (м, 2Н, NCH); 7.20-7.40 (м, 10Н, ArH); 7.80 (д, 1Н, 6-Н, J=9.2); 7.89 (д.д, 1Н, 6-Н, J=8.8, J=2.4); 8.28 (д, 1Н, 8-Н, J=2.4); 12.99 (с, 1Н, N(4)H). Найдено, %: С 67.72; Н 4.39; Br 14.56; N 7.40. CHBrNO. Вычислено, %: С 67.64; Н 4.39; Br 14.52; N 7.63.