АМИНОФЕНОКСИ-ПРОИЗВОДНЫЕ НОРБОРНЕНА В КАЧЕСТВЕ БАКТЕРИЦИДНЫХ ПРЕПАРАТОВ

УДК 547.541.3, 547.542.7 DOI: 10.24412/2071-6176-2023-1-27-36

АМИНОФЕНОКСИ-ПРОИЗВОДНЫЕ НОРБОРНЕНА В КАЧЕСТВЕ БАКТЕРИЦИДНЫХ ПРЕПАРАТОВ

Г.Э. Гаджиева

Показаны результаты научных изысканий в области исследования биологически активных свойств аминофенокси-производных органических соединений, в частности антибактеральной и антифунгальной активности синтезированных соединений. Показано, что аминофенокси-производные органических субстратов проявляют различную биологическую активность, а именно, антимикробную, антифунгальную, ци-тотоксическую и другие свойства, что повышает интерес к этим соединениям с точки зрения фармакологии и фармацевтической химии. Кроме этого, в работе представлены результаты собственных исследований автора, осуществленные в области трехкомпонентной реакции Манниха с участием бензальдегида, вторичных алифатических аминов и норбореннилметанола, предварительно синтезированного на основе циклопентадиена и аллилового спирта по реакции диенового синтеза. Проведенные исследования по изучению антимикробной активности синтезированных ами-нофенокси-производных норборенового ряда выявили наличие высокой антимикробной и антифунгальной активности синтезированных нами соединений, что создает предпосылки для рекомендации к применению полученных нами соединений в качестве местных антисептических препаратов

Ключевые слова: аминфоенокси-производные органических соединений, основания Манниха, антимикробная и антифунгальная активность, минимальная ингиби-рующая концентрация.

Введение

Известно, что реакция аминометилирования, более известная в научной литературе как реакция Манниха, является одним из важнейших методов получения в-карбонильных соединений. Как правило, эта реакция является трехкомпонентной и среди одного из таких компонентов обычно применяют формальдегид или ароматические альдегиды. Часто это бензальдегид, при использовании которого образуются аминофенокси-производные органических соединений. Эти соединения обладают высокой биологической активностью, о чем свидетельствуют результаты целого ряда научных исследований. Так, в работе [1] ряд новых оснований Манниха (НЪ1-НЬ13), полученных из 2-гидрокси-1,4-нафтохинона (лавсона), замещенных бензальдегидов [C6H2R1R2R3C(O)Н] и различных первичных аминов (КНЖ4, R4= н-бутил, бензил, аллил, 2-фурфурил), и их комплексы Си2+, [Си(Ь1)2]-[Си(Ь13)2], были синтезированы и полностью охарактеризованы аналитическими и спектроскопическими методами. Структуры комплексов определяли рентгеноструктурным исследованием монокристаллов. Все комплексы кристаллизуются в центросимметричных пространственных группах с атомом меди в центре инверсии. Два лиганда

L координируются через нафталин-2-оляты атомами кислорода и вторичным амином-N, образуя шестичленные хелатные кольца вокруг атома меди в транс-N2O2-окружающей среде; спектроскопические данные подтверждают, что другие комплексы имеют сходное молекулярное расположение. Антимикробная активность всех соединений была протестирована на семи различных штаммах бактерий: Bacillus cereus, Bacillus subtilis, Escherichia coli, Enterococcus faecalis, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aureus. Показано, что в целом основания Манниха более активны, чем комплексы HL11 и HL13, являющиеся наиболее сильными ингибиторами. МИК для наиболее активного соединения HL11 в отношении S. ^li составила 20 мкмоль/л (8 мкг/мл), лучше, чем хлорамфеникол (90 мкмоль/л), и значительно ниже большинства значений, полученых для других нафтохинонов:

R1 = R2 = R3 - Н; р>4 - BUi 1

R1 = R3 = H; R2 = N02; Bu, 2 R1 = R3 = H;R2 = N02; R4= Bz, 3 R1 = R2 = CI; R3 = H; R^ Bu, 4 R1 = R2 = CI; R3 = H; R4^ Bz, 5

R1 = OH R1 = OH R1 = OH R1 = OH R1 = OH R1 = OH R1 = OH R1 = OH

R2 = R3 = H; R4= alyl, 6

R2 = R3 = H; R*= Bu, 7 r2 = r3 = h; r4= bz, 8

R2 = R3 = H; CH2C4H30, 9

R2 =H R2=H R2=H R2=H

R3 = Me; R4= Bu, 10 R3 = Me; R4= Bz, 11 r3 = вг; R4= Bu, 12 r3 = вг; r4= Bz, 13

Сообщается [2], что поиск антибактериальных средств для борьбы с внутрибольничными инфекциями является актуальной задачей, так как устойчивые к антибиотикам бактерии продолжают процветать. Было изучено влияние индолиновых заместителей на антибактериальные свойства аминоалкилфенолов, что привело к разработке серии соединений с минимальными ингибирующими концентрациями (МИК) всего 1,18 мкМ. Два новых аминоалкилфенола были отнесены к многообещающим веществам, после определения их МИК и минимальных бактерицидных концентраций (МБК) в отношении группы эталонных штаммов грамположительных бактерий, а также применены в отношении 40 клинических изолятов (Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium, и Listeria monocytogenes). Те же два аминоалкилфенола показали низкую токсичность в отношении двух моделей in vivo (артемия соляная креветка и Saccharomyces cerevisiae). Также была проведена оценка

цитотоксичности in vitro (на кератиноцитах человека и клеточных линиях эмбриональных фибробластов легких человека) тех же соединений. Они продемонстрировали особенно токсическое действие на клеточные линии фибробластов, при этом IC50 составило 1,7-5,1 мкМ, что сужает их клиническое применение. Желаемое усиление антибактериальных свойств аминоалкилфенолов, особенно производных индолина фенольных оснований Манниха, было достигнуто введением дополнительной нитрогруппы в индолинильный заместитель или заменой метила биоизостерическим трифторметильным заместителем в бензильной группе, введенной за счет использования бороновых кислот в реакции Петасиса-бороно-Манниха. Примечательно, что введение дополнительной нитрогруппы не придавало аминоалкилфенолам дополнительной

токсичности:

0,N

1а X = Me 2a X = Cl.

В работе [3] замещенные бензолы были использованы в синтезе оснований Манниха 1-фениламинометил-нафталин-2-ола (MB1) и (2-{[2-гидроксиэтил)амино]метил}фенил)фенилпероксиангидрида (MB2) и были охарактеризованы ультрафиолетовой/видимой и инфракрасной спектроскопией. Пики, обусловленные функциональными группами ОН, СО и NH, были заметными. Высокие температуры плавления при 134 °C (MB1) и 122 °C (MB2) и значения Rf подтвердили чистоту соединений. Оба соединения практически нерастворимы в воде, но растворимы в органических растворителях. Они проявляли умеренную антимикробную активность в отношении Escherichia coli, Klebsiellas pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Salmonellae typhi, Aspergillus niger, Candida albicans, Penicillum notatum и Rhizopus stolonifer, но значительный ингибирующий эффект наблюдался в отношении Staphylococcus aereus и Bacillus subtilis по сравнению со стандартами, гентамицином и тиоконазолом для бактерий и грибов соответственно. Таким образом, эти основания Манниха могут служить в качестве интермедиатов в синтезе противомикробных агентов.

Серия из нескольких 1-аминоалкил-2-нафтолов была синтезирована путем прямой реакции Манниха 2-нафтолов с (гетеро)ароматическими альдегидами и вторичными аминами [4]. Все основания Манниха, имеющие в своей структуре тиофен-2-ильное кольцо, обладали хорошей активностью в отношении грамположительных бактерий независимо от природы аминогруппы.

Показано [5], что бактерии с множественной лекарственной устойчивостью в настоящее время представляют собой одну из самых больших угроз для здоровья населения и являются причиной большинства внутрибольничных инфекций. В этой работе авторы сообщают об эффективном и легком синтезе антибактериальных агентов аминоалкилфенолов, полученных из 5-нитросалициладегида с помощью многокомпонентной реакции Петазиса бороно-Манниха (рис.1). Минимальные ингибирующие концентрации (МИК) всего лишь 1,23 мкМ для производного хлора были определены для полирезистентных грамположительных бактерий, а именно Staphylococcus aureus и Enterococcus faecalis, двух патогенов, ответственных за инфекции в больничной среде. Наиболее многообещающие антибактериальные агенты были дополнительно протестированы против восьми штаммов четырех грамположительных видов, чтобы выяснить широту их антибактериального действия. Анализ цитотоксичности наиболее активного аминоалкилфенола in vitro выявил значительно более низкую токсичность в отношении клеток млекопитающих, поскольку для индуцирования гибели клеток кератиноцитов человека требовались концентрации на порядок выше установленных МИК. Было подтверждено, что фенольный фрагмент играет важную роль в признании антибактериальных свойств анализируемых соединений, хотя корреляции между такими свойствами и их антиоксидантной активностью не наблюдалось (рисунок).

wi

Синтез антибактериальных агентов аминоалкилфенолов, полученных из 5-нитросалициладегида с помощью многокомпонентной реакции

Петазиса бороно-Манниха.

Работа [6] посвящена синтезу нового основания Манниха с использованием различных замещенных ароматических альдегидов через реакцию Манниха. Синтезированные основания Манниха охарактеризованы с помощью различных спектральных исследований. (ИК, 1H и 13C ЯМР спектроскопии). Антимикробные исследования выявили активность оснований Манниха при использованиеи патогенных бактерий, таких как Klebsiella pneumonia, Staphylococcus epidermidis и Bacillus subtilis. Авторами было обнаружено, что синтезированные основания Манниха обладают антимикробным действием от хорошего до умеренного.

В наших исследованиях [7-11] осуществлена реакция аминометилирования бензальдегида с норборненилметанолом и вторичными аминами (алифатическими, алициклическими и гетероциклическими).

Материалы и методы

Для синтеза аминофеноксипроизводных норборненового ряда использовали норборненилметанол, бензальдегид и вторичные амины. Для синтеза 5-(норборн-2-енил)метанола(3) был использован дициклопен-тадиен (ДЦПД), взятый из побочной фракции С5 жидких продуктов пиролиза, которые получают на установке ЭП-300 в городе Сумгайыт. Фракция С5 жидких продуктов пиролиза, состоящая, главным образом, из пентан-амиленов, изопрена, пипериленов, ЦПД, метилциклопентадиенов, а также в некотором количестве сопутствующих бензола и толуола, представляет собой жидкость желтоватого оттенка, с неприятным запахом, выкипающая в пределах 32-72 °С. В начале пироконденсат с пиролизной установки перегоняли простой перегонкой отделив С5 фракцию с температурой кипения 32-72 °С, которую затем в течение 2 ч нагревали в автоклаве. Далее атмосферной перегонкой содержимого автоклава отделялась фракция пентадиенов (смесь изопрена и пиперилена). Остаток перегоняли в вакууме для отделения фракции ДЦПД.

Исходный аллиловый спирт (реактивный) перед использованием сушили над MgSO4 и перегоняли. Вторичные амины и бензальдигид использовали коммерческие. Перед использованием все реагенты перегнали и определили их физико-химические константы, которые совпадают с литературными данными. В качестве растворителя был использован бензол.

Физико-химические показатели исходных соединений представлены в табл. 1.

Таблица 1

Физико-химические показатели исходных соединений

Реагент Состояние при н.у. М, г/моль Тпл., °С Ткип., °С & г/см3 20 П D Химическая структура

Дициклопентадиен Жидкость 132 32,5 173 0,975 1,5110

Циклопентадиен Жидкость 66 -97 41 0,802 1,445 О

Аллиловый спирт Жидкость 58 -129 97 0,854 1,4135

Диэтиламин (2) Жидкость 73,14 -48 56,3 0,707 1,3864 С2Н5^-С2Н5

Дипропиламин (3) Жидкость 101,2 -39 110 0,738 1,4040 С3Н7

Дибутиламин (4) Жидкость 129,24 -62 159,6 0,766 1,4175 С4Н9-ЫН-С4Н9

Дипентиламин (5) Жидкость 157,3 -90 203 0,7771 1,4272 С5Нп-ЯН-С5Н11

Дигексиламин (6) Жидкость 185,36 - 193 0,795 1,4320 СеНи-ЯН-С6Н13

Бензальдегид Жидкость 106,12 -26 178,1 1,0415 1,5455 О^сно

Бензол Жидкость 78 5,5 81 0,879 1,5011 о

Обсуждение результатов

Трехкомпонентной реакцией аминометилирования на основе норборненилметанола (1), бензальдегида и алифатических аминов [диэтиламин (2), дипропиламин (3), дибутиламин (4), дипентиламин (5), дигексиламин (6)] синтезированы новые аминометоксипроизводные норборнена по следующей схеме:

где R = С2Н5 (2, 7); С3Н7 (3, 8); С4Н9 (4, 9); С5Н11 (5, 10); СбШз (6, 11).

Выход синтезированных соединений составил 42-75%. Реакции провели в растворе бензола при 78-80 °С в течение 6-7 ч при мольном соотношении реагентов: норборненилметанола (1), бензальдегида и аминов (2-6) - 1:1:1 соответственно. Определены физико-химические

показатели синтезированных соединений. Полученные соединения (7-11) представляют собой жидкости с характерным запахом, нерастворимые в воде, хорошо растворимые в органических растворителях (этанол, ацетон, бензол, СС14, СНС1з и др.). В табл. 2 показаны физико-химические свойства и показатели ИК-спектроскопии полученных соединений (7-11).

Таблица 2

Физико-химические свойства и данные ИК-спектроскопии соединений

№ Т 1 кип °С, (р, мм рт. ст) 4 , а, °С) кг/м3 Выход, % Брутто-формула Найдено % Вычислено ИК-спектр, V, см 1

С Н N

7 60

8 177179

9 190192

10 196198

11 232235

Как видно из табл. 2, при одинаковых условиях проведения реакции высокий выход целевого продукта 75% у соединения (6) с фрагментом дигексиламина, меньший выход 42% у соединения (2) с фрагментом диэтиламина. Выходы остальных соединений находятся ближе к максимальному.

Состав и строение полученных соединений, (7-11) подтверждены с помощью данных элементного анализа, ИК-, 1Н, 13С ЯМР-спектроскопии.

В ИК-спектрах синтезировнных аминофенокси-производных норборненового ряда наблюдается полоса поглощения, характерная для гидроксильной группы. Полоса поглощения в области 3324 см-1 в ИК-спектрах соединений (7-11) не наблюдается. Вместо полос поглощения характерных связи Ы-Н (ук-н) в ИК-спектрах соединений (7-11) в области 1273-1201 см-1 наблюдаются слабо- и среднеинтенсивные полосы, соответствующие деформационным колебаниям С-Ы (ус-ы) связи NRз. Валентные (ус-н) и деформационные (8с-н) полосы поглощения С-Н связи СН, СН2 и СНз групп проявляются в областях 2957-2756 и 1494-1301 см-1, соответственно.

Антифунгальную активность полученных соединений изучали дисперсионно-контактным методом, т.е. методом серийных разведений. В качестве тест-культуры использовали дрожжеподобные грибы рода Кандида. В качестве питательной среды использовали среду Сабуро для грибов. Длительность инкубации в термостате для грибов 1 - 10 дней при 28 °С. Степень разведения соединений составляла 1:100, 1:200, 1:400 и 1:800 соответственно. Высевы делались через 5, 15, 30, 45, 60 мин (для соединений (7-11)). Результаты испытаний представлены в табл. 3.

Таблица 3

Изучение антифунгальных свойств синтезированных оснований

Манниха

Исследуемые соединения

IS я я п § В 7 8 9 Этанол (контроль) Карболовая кислота Хлорамин

й * « s 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

а га 0 1 2 4 0 1 2 4 0 1 2 4 0 1 2 4 0 1 2 4 0 1 2 4

5 + + + + + + + + - - - -

15 + + + + + + + + - - - -

30 + + + + + + + + - - - -

45 + + + + + + + + - - - -

60 + + + + + + + + - - - -

Примечание: (+) рост; (-) отсутствие роста.

Таким образом, из табл. 3 видно, что синтезированные соединения обладают высокой активностью в отношении дрожжеподобных грибов рода Кандида (С. albicans). Кроме того, для сравнения были проведены испытания с контрольными препаратами, находящими широкое применение в медицинской практике (этанол, хлорамин, карболовая кислота). Показано, что синтезированные норборненсодержащие основания Манниха обладают более высокой антифунгальной

активностью в отношении грибов Кандида по сравнению с контрольными препаратами (за исключением хлорамина). В связи с этим синтезированные соединения были рекомендованы для применения в качестве фунгицидных препаратов.

Заключение

Обобщая приведенные и полученные нами результаты, можно прийти к выводу о наличии высокой биологической активности для аминофеноксипроизводных органических субстратов в целом и для аминофеноксипроизводных норборненового ряда в частности.

Список литературы

1. Novel aminonaphthoquinone Mannich bases derived from lawsone and their copper(II) complexes: Synthesis, characterization and antibacterial activity / Neves A.P., Barbosa C., Greco S. [et al.] // Journal of the Brazilian Chemical Society, 2009. V. 20. № 4. P. 712-727.

2. Increased antibacterial properties of indoline-derived phenolic Mannich bases / Rimpilainen T., Nunes A., Calado R. [et al.] // Eur. J. Med. Chem., 2021. V. 220. № 5. P. 113459-113465.

3. Oloyede G., Fisavo-Bambi E. Spectroscopic Properties and Antimicrobial Activity of Synthesized Mannich Bases: 1-phenylaminomethyl-naphthalen-2-ol and (2-{[2-hydroxy ethyl) amino] methyl}phenyl) Phenyl Peroxyanhydride // American Journal of Drug Discovery and Development, 2014. V. 4. N 2. P. 113-120.

4. Antibacterial activity of Mannich bases derived from 2-naphthols, aromatic aldehydes and secondary aliphatic amines / Gheorghe R., Nastasa V., Bostanaru A-C. [et al.] // Bioorg. Med. Chem. Lett., 2016. V. 26. № 10. P. 24982502.

5. Aminobenzylated 4-Nitrophenols as Antibacterial Agents Obtained from 5-Nitrosalicylaldehyde through a Petasis Borono-Mannich Reaction / Rimpilainen T., Andrade J., Nunes A. [et al.] // ACS Omega, 2018. V. 3. № 11. P. 16191-16202.

6. Hema S.G., Bheeter S.R., Mohamed M.R. Synthesis, spectral characterization and biological screening for some benzaldehyde derived Mannich bases // International Journal of Pharmacy and Biological Sciences, 2019. V. 9. № 2. P. 51-54.

7. Hajiyeva G.E. Synthesis of Mannich bases based on norbornenylmethanol, cyclic amines and benzaldehyde and their antimicrobial activity // AKJ, 2019. № 3. P. 68-72.

8. Синтез и свойства норборненсодержащих оснований Манниха на основе бензальдегида / Гаджиева Г.Э., Мамедбейли Э.Г., Исмайылова С.В. [и др.] // Тезисы и материалы Международной научной конференции

«Перспективы инновационного развития химической технологии и инженерии», Сумгаит, 2019. C. 38-39.

9. Synthesis and properties of Mannich bases on the basis of norbornenylmethanol, aliphatic amines and benzaldehyde / Mammadbayli E.G., Hajiyeva G.E., Ibrahimli S.I. [et al.] // PPOR, 2020. V. 21. № 1. P. 36-44.

10. Норборненсодержащие основания Манниха как ингибиторы биокоррозии / Мамедбейли Э.Г., Гаджиева Г.Э., Ибрагимли С.И. [и др.] // Нефтепереработка и нефтехимия, 2020. № 2. C.20-23.

11. Hajiyeva G.E. Aminomethylation reactions in the presence of ionic liquids // PPOR, 2020. V. 21. № 4. P. 440-455.

Гюльсум Энвер гызы Гаджиева, канд. хим. наук, вед. науч. сотр. лаборатории ««Исследвоание антимикробных свойств и биоповреждений», gulsum.mete@mail.ru, Азербайджан, Баку, Институт Нефтехимических процессов

AMINOPHENOXYDERIVATIVES OFNORBORNENE AS BACTERICIDAL

PREPARATIONS

G.E. Hadjiyeva

The presented article shows the results of scientific research in the field of studying

the biologically active properties of aminophenoxy derivatives of organic compounds, in particular, the antibacterial and antifungal activity of the synthesized compounds. It has been shown that aminophenoxy derivatives of organic substrates exhibit different biological activity, namely, antimicrobial, antifungal. Cytotoxic and other properties, which increases the interest in these compounds from the point of view of pharmacology and pharmaceutical chemistry. In addition, the paper presents the results of the author's own research, carried out in the field of a three-component Mannich reaction involving benzaldehyde, secondary aliphatic amines, and norborenylmethanol, previously synthesized from cyclopentadiene and allyl alcohol by a diene synthesis reaction. The conducted antimicrobial studies on the study of the antimicrobial activity of the synthesized aminophenoxy-derivatives of the norborene series revealed the presence of high antimicrobial and antifungal activity of the compounds synthesized by us, which creates the prerequisites for recommending the use of the compounds we obtained as local antiseptic drugs.

Key words: aminophenoxy derivatives of organic compounds, Mannich bases, antimicrobial and antifungal activity, minimum inhibitory concentration.

Gulsum Enver Hadjiyeva, candidate of chemical sciences, researcher of laboratory "Investigation of antimicrobial properties and biodamages", gulsum.mete@,mail.ru, Azerbaijan, Baku, Institute of Petrochemical Processes