Спеціальность «Фармація, промислова фармація»

Синтез і дослідження властивостей

4-МЕТИЛ-7-ГІДРОКСИКУМАРИНУ

Шифр «Захисти здоров’я»

2019 рік

Анотація

Синтез і дослідження властивостей 7-гідрокси-4-метилкумарину

Шифр «Захисти здоров’я»

Актуальність. Кумарини речовини з важливими фармакологічними

властивостями, мають велике значення в медицині, і необхідні нові

хіміотерапевтичні засоби з кращими характеристиками ефективності та

безпеки.

Метою даної роботи є удосконалення відомих та розробка нових методів

синтезу похідних кумарину, вивчення їх впливу на організм та пошук нових

лікарських форм для більш широкого використання кумаринів у медичній

практиці та фармакології.

Завдання. Задача органічної хімії полягає у тому, щоб розробити

методику одержання органічних речовин, синтезувати їх, ідентифікувати,

визначити їх склад, будову і назву.

Об’єктом дослідження обрані похідні кумарину, які мають гідроксильну

групу, а саме 7-гідрокси-4-метилкумарин.

З огляду на цінні біологічні властивості та широке застосування в

медичній практиці, предметом дослідження стало синтетичне одержання

похідних природніх кумаринів.

Використовувалися методи дослідження – органічний синтез,

спектральні методи, ІЧ спектроскопія, елементний аналіз та інші методи.

При написанні наукової роботи було використано та оброблено багато

джерел інформації, а саме книги, статті, журнали та інтернет. Вдосконалена

методика синтезу 4-метил-7-гідроксикумарин та досліджені різні методи

формілювання кумарину.

Дана наукова робота складається з 26 сторінок, які містять три розділи,

використано 20 наукових джерел.

Ключові слова: кумарин, реакція Пехмана, 7-гідрокси-4-метилкумарин,

7-гідрокси-4-метил-8-формілкумарин, формілювання, метод Реймера-Тімана,

Даффа.

3

ЗМІСТ

ВСТУП……………………………………………………………………..……...4

Перший розділ

1.1. Історична довідка: відкриття кумарину, походження назви……….……..7

1.2. Методи синтезу заданої сполуки та застосування заданої сполуки.……. 7

1.3. Дослідження хімічних і фізичних властивостей сполуки………………..13

Другий розділ

2. Опис методики синтезу кумаринів…………………………....……………..18

Третій розділ

3. Огляд літератури з сучасних наукових досліджень по даній темі…….…..20

Висновки…………………………………………………………...…….………23

Список використаної літератури……………………………………………….24

4

ВСТУП

Кумарини – це речовини природного походження, що останнім часом

викликають підвищений інтерес фармакологів, токсикологів та інших

представників наукової діяльності, оскільки цей клас сполук має широкий

спектр біологічної дії та є структурною одиницею природних сполук.

Природні і синтетичні похідні кумарину мають велике значення в

медицині – володіють протипухлинною, антивірусною, протизапальною,

антикоагулянтною та антиоксидантною активністю. Рак є причиною смерті в

усьому світі, і необхідні нові хіміотерапевтичні засоби з кращими

характеристиками ефективності та безпеки. І тому метою даної роботи було

вдосконалення відомих та розробка нових методів синтезу похідних кумарину.

Саме тому, в основі лежить завдання знайти синтетичні вирішення, які зведуть

до мінімуму шкоду навколишньому середовищу з боку хімічних виробництв,

а в ідеалі зовсім виключають відходи і побічні продукти реакції. У даній роботі

зосереджена увага на різні похідні кумарину, які були синтезовані різними

методами формілювання та вивчення їх впливу на організм.

Не менш важливим є значення антибактеріальних препаратів, які

пригнічують життєдіяльність шкідливих мікроорганізмів [4].

Людський організм – це складна біологічна система, утворена великою

кількістю клітин, тканин та органів, що взаємопов’язані між собою. В ньому

проходить велика кількість процесів, як корисних, так і шкідливих. Одним зі

шкідливих процесів є утворення надлишкової кількості вільних радикалів, що

є причиною багатьох хвороб. За участю вільних радикалів організм здатний

боротися із різними шкідливими бактеріями та вірусами. Проте збільшення їх

концентрації має негативні наслідки. Розвивається ланцюгова реакція, яка

руйнує багато клітин, що є причиною розвитку багатьох небезпечних

захворювань, а також прискорює процеси старіння організму. Зменшити

кількість радикалів можна шляхом введення в організм антиоксидантів [3].

Об’єкт та предмет дослідження. Антиоксидантна активність головним

чином зумовлена присутністю в сполуках фенольних фрагментів. Виходячи з

5

цього, об’єктом дослідження були обрані похідні кумарину, які мають

гідроксильну групу. Слід зазначити, що 7-гідрокси-4-метилкумарин є

доступним та зручним вихідним реагентом для проведення різноманітної

функціоналізації сполук кумаринового ряду.

Хімія ароматичних альдегідів більшості аналогічна хімії аліфатичних

альдегідів, однак існують важливі додаткові аспекти, які потребують

обговорення. Численні методи введення формільної групи дають низькі

виходи продуктів реакції.

Гідроксиальдегіди на основі кумаринів, які необхідні для подальшого синтезу

є важкодоступними речовинами. В літературі описані лиш декілька успішних

методів формілювання відповідних гідроксикумаринів.

Предметом дослідження є реакції Реймера-Тіманна, Даффа, Вільсмаєра

та Гаттерманна-Коха. Для одержання продуктів орто-формілювання

найчастіше використовується реакція Даффа [11].

Вдосконалення даних методів дасть змогу отримати цілий спектр цікавих за

своєю будовою та властивостями сполук, які використовуються і слугують

цілими синтетичними блоками для отримання структур більш складної

будови. Тому актуальним завданням є синтез та вдосконалення методів

введення формільної групи.

Методи дослідження – органічний синтез, спектральні методи ІЧ

спектроскопія, елементний аналіз та інші методи.

Похідні кумарину використовують у медицині як антикоагулянти, що є

конкурентними інгібіторами вітаміну К у біосинтезі протромбіну. Багато

аналогів цього класу сполук володіють гіпотензивною, протимікробною,

гіпотермічною, антигельмінтною дією, а також виявляють активність як

антибіотики, антиалергени, фунгіциди і таке інше. Велику цікавість викликає

їх спазмолітична дія, висока фотосенсибілізуюча активність, яку мають деякі

кумарини та потужна антиоксидантна активність.

З огляду на сказане, можна стверджувати, що синтез нових похідних

кумарину, удосконалення відомих методів синтезу аналогів кумаринів, а

6

також вивчення їх хімічних властивостей та біологічної активності,

представляє велике наукове і практичне значення для біоорганічної хімії,

оскільки зазначені похідні демонструють фактично необмежені можливості

для їх модифікації та створення нових біоактивних речовин [12].

Матеріали наукової роботи відібрані Міжнародним оргкомітетом для

доповідей на: 2nd Conference of Young Scientists at EastWest Chemistry

Conference (Lviv, October 10-11.2018) 19th International Conference for Students

and PhD students “MODERN CHEMISTRY PROBLEMS” (24.05.2018 Kiev), ІІ

Всеукраїнській науково-практичній конференції “Стан і перспективи розвитку

хімічної, харчової, та парфумерно-косметичної галузей промисловості’

(22.05.2018 м. Херсон)(копії публікацій додається).

7

Перший розділ

1.1. Історична довідка: відкриття сполуки, походження назви;

Кумарин вперше був видiленний Фогелем у 1820 році iз плодiв

пiвденно-американського дерева тонко (Dipterix odorata, род. Fabaceae)

містять до 1.5 % кумарину. Свою назву кумарин отримав вiд мiсцевої назви

цього дерева — «coumarouna».

Вперше кумарин був синтезований Перкіним шляхом конденсації

саліцилового альдегіду з оцтовим ангідридом у присутності ацетату натрію у

1868 році. Перша класифікація кумаринів була створена Е. Шпетом у 1937р. і

деталізована Кузнецовою Г. О. у 1967 році. З того часу відслідковується стійка

тенденція до зростання кількості публікацій з хімії кумаринів. На початок 2007

р. у базі даних CAS REGISTRY зареєстровано близько 100 тисяч сполук.

Кожного року з’являється близько 10 патентів і публікується 60-80 статей у

провідних журналах світу [14].

1.2. Методи синтезу заданої сполуки;

Кумарин і його похідні можна синтезувати за реакціями Перкіна,

Пехмана, конденсацією Кневенагеля, реакціями Реформатського або Віттіга.

Одним з найбільш широко використовуваних методів синтезу 4-заміщених

похідних кумарину є реакція Пехмана. Вона передбачає конденсацію фенолів

з β-кетоестерами за наявності кислотних каталізаторів.

Механізм конденсації Пехмана:

8

Реакцію проводять з сильною кислотою Бренстеда або кислотою Льюїса.

Кислота каталізує переестерифікацію, а також кето-енольну таутомерію.

Синтезувати кумарин можна за реакціями конденсації Пехмана і Кневенагеля

за відсутності розчинників, в яких може бути досягнута мінімізація відходів,

простота в експлуатації і більш легка обробка продукту [7].

При конденсації фенолів та β-кетоестерів різної будови можна одержати

кумарини з різноманітними радикалами в бензольному кільці,

гетероциклічному ядрі, бо одночасно в обох кільцях. Існують різні методи

введення формільної групи в ароматичне кільце: реакції Реймера-Тіммана,

Даффа, Вільсмаєра та Гаттерманна-Коха. Для одержання продуктів

о-формілювання найчастіше використовується реакція Даффа. Реакція Даффа

полягає у взаємодії фенолів з гексаметилентетраміном [9].

Вихід продукту, який отримали за допомогою даного методу, низький від 15

до 20 %. Незважаючи на низький вихід, реакція все ще корисна. Головна

цінність в тому, що спостерігається перевага орто-заміщення.

Одним із найкращих методів введення альдегідної групи в ароматичне кільце

є формілювання дихлорметилалкіловими ефірами. Дихлорметилалкілові

9

ефіри в присутності каталізатора Фріделя-Крафтса SnCl4 або TiCl4 за 10-15

хвилин при кімнатній температурі реагують з ароматичним з’єднанням, які

при нагріванні або гідролізі з хорошими виходами утворюють альдегіди.

Порівняно з іншими методами застосовується більше інших способів

формілювання і завдяки його експериментальній простоті з моменту введення

в практику застосовується дуже часто. Головний недолік – невисокий вихід,

як в реакції Гаттермана-Коха.

Оскільки низький вихід продукту, ця тема була цікавою через

необхідність збільшення виходу продукту реакції, але реакцію знову

спробували з диметилхлорксиланом і вихід продукту був значно збільшений.

Тоді було цікаво, чи цей результат можна відтворити, і як це потім можна

застосувати до інших сполук. Хоча це поліпшення виходу продукту,

вважалося, що його можна було б збільшити більше. Диметилдихлорсилан

замінюють на триметилсилілхлорид (III). Це спричинило збільшення виходу

продукту до 65-74 % для реакції:

Метод Даффа був застосований для досить великої кількості фенолів, і

можна зробити висновок, що це загальна реакція, така як реакція Реймера-

Тімана. Метод Даффа коротший і дає кращі виходи. Він був успішно

застосований до ряду фенолів, на яких не вдається реалізувати метод Реймера-

Тімана.

Реакція була відкрита Реймером в лабораторії Гофмана в результаті

експерименту, який проводився з метою вияснення, як буде реагувати фенол з

хлороформом і їдким натром в умовах ізонітрильної реакції Гофмана. Реакція

відбулася, утворився 7-гідрокси-4-метил-8-формілкумарин. Наступне

вивчення за реакцією Тіммана показало, що утворюються альдегіди. Реакція

10

Реймера-Тімана використовується тільки для фенолів, а також деяких

нуклеофільних гетероциклічних сполук, виходи рідко перевищують 50 %.

Незважаючи на погані виходи, синтез Реймера-Тімана застосовується

довільно широко, тому що може використовуватися для введення альдегідної

групи в багатоатомні феноли, оксоальдегіди, оксокислоти і навіть в пірольне

ядро. Реакція відбувається в тому випадку, якщо немає замісників у орто- і

пара- положенні до ОН- групи.

Виходи продуктів реакції збільшуються, якщо в якості розчинника

використовувати спирт. Так, наприклад, Трауб застосував спиртовий розчин

КОН або NaOH замість водного покращив метод отримання ваніліну, причому

вихід збільшився від 5 % до майже теоретичного. Використання спирту,

дозволяє знизити температуру реакції, зменшити кількість введеного в

реакцію КОН або NaOH і прискорити реакцію. Крім того в реакції

зменшується небезпечність осмолення і можливість утворення побічних

продуктів.

В реакції Реймера-Тімана може утворюватися одночасно два альдегіди:

орто- і пара-ізомери.

Отже, виходи по даній реакції невеликі і не постійні по наступним

причинам:

утворюються оксоальдегіди, які у лужному середовищі частково

осмоляються

оксоальдегіди вступають у реакцію з фенолом, причому утворюються

забарвлені речовини типу розової кислоти*

11

частина фенолу не вступає у дану реакцію, тому що утворює з

хлороформом ефір орто-мурашиної кислоти, після підкислення

виділяється зворотньо до 20 % фенолу.

Реакція Реймера-Тіммана проходить погано і максимальний вихід 7-гідрокси-

4-метил-8-формілкумарину становить 5 % від теоретичного [10].

За допомогою реакції Гаттермана-Коха арени формілюють сумішшю

монооксиду вуглецю і хлоридної кислоти в присутності хлориду алюмінію і

хлориду міді (І). На противагу існуючим раніше уявленням цей синтез

альдегідів проходить не через проміжне утворення нестабільного при

кімнатній температурі формілхлориду, а за участю ацильного комплексу, що

утворюється безпосередньо з реагентів. Роль хлориду міді (I) полягає

в первісному утворенні комплексу з монооксидом вуглецю, що підвищує

стаціонарну концентрацію останнього.

Оскільки реакцію Гаттермана-Коха не вдавалось провести з фенолами і

ефірами фенолів, Гаттерман розробив інший метод формілювання.

Формілювання аренів за реакцією Гаттермана відбувається у взаємодії з

ціанідною і хлоридною кислотами, хлорид алюмінію використовується, як

каталізатор.

Використання отруйної ціанідної кислоти можна уникнути, якщо за

Адамсом в реакцію вводити ціанід цинку і хлоридну кислоту. Дані методики

дають хороші виходи альдегідів із фенолів і ефірів фенолів при кімнатній

12

температурі. Без кислоти Льюїса або за низьких температур в реакції можуть

приймати участь інші проміжні частини.

Більшість реакцій, такі як Гаттермана, Коха і Реймера-Тіммана утворюють

ароматичні альдегіди, заміщують гідроген у положенні пара і орто.

За методом Соммле можна синтезувати альдегід з 7-гідрокси-4-

метилкумарину. Реакція проходить в кілька стадій. Перша стадія-

галогенування метильної групи. Друга стадія - це реакція Делепіна:

Утворився амін, який реагує в присутності води з метиленіміном

CH2=NH з переміщенням гідрид-іона від метиленової групи аміну до

метиленаміну з утворенням відповідного іміну і метиламіну, який далі

гідролізується до альдегіду. Утворений в ході реакції Делепіна амін також

може реагувати з формальдегідом, що утворюється при гідролізі уротропіну з

утворенням основи Шиффа.

Оскільки метилювання аміну, що утворюється в ході реакції Делепіна, є

конкуруючим процесом, то збільшення кількості уротропіну збільшує вихід

альдегіду.

Особливо цінним методом є реакція Вільсмеєра.

Реакція застосовується для різних заміщених бензенів, які мають гідроксо-,

алкоксі або диалкіламіногрупи. Незаміщені поліциклічні ароматичні сполуки

взаємодіють з реагентами Вільсмеєра, дають альдегіди з хорошими виходами,

які є найкращими методами для їх синтезу,тому що практично реакція

проста.Більшість реакцій можна проводити в N,N-диметилформаміді, хоча

13

виходи при цьому нижчі. Головна перевага реакції в тому, що надлишок N,N-

диметилформаміду розчинник, тому N,N-диметилформамід змішується з

водою, то продукт піддається гідролізу. Реакція Вільсмеєра є одним із

важливих методів формілювання гетероциклічних сполук.

Застосування

Одне з найбільш відомих похідних кумарину називається варфарином.

Варфарин - це молекула, яка використовується для запобігання утворення

тромбів та інсульту.

У статті “Кумарини як антикоагуляти”, автор Єршов О. В., йдеться про

застосування кумарину в медицині. Варфарин має потужну дію на плазмові

рівні протромбіну, що формуються печінкою. Варфарин викликає цей ефект

конкуруючи з вітаміном К.

Кумарини характеризуються великою різноманітністю біологічної дії на

організм людини, однак широкого застосування вони не одержали через

відсутність оптимальних лікарських форм, створення яких ускладнюється

через їх малу розчинність у воді.

Про флуоресцентні властивості кумаринів в твердому стані відомо дуже

мало. Проте 7-гідрокси-4-метилкумарин знайшов своє використання, як

флуоресцентний реагент в аналітичній хімії. Подібно до інших кумаринів,7-

гідрокси-4-метилкумарин інтенсивно поглинається в ультрафіолетовій

області, поглинання посилюється при утворенні фенолята, який обумовлює

яскраво-блакитну флуоресценцію лужних розчинів 7-гідрокси-4-

метилкумарину, завдяки чому він використовується в якості кислотно-

основного флуоресцентного індикатора при рН 6,5-8,0.

Оптичними відбілюванням з сильним флуоресцентним ефектом і цінними

колористичними властивостями є похідні 7-гідроксо- і 7-амінокумаринів, що

містять фенільний або N-гетероциклічні радикали в положенні 3. Вихідними

продуктами для їх отримання служать похідні кумарину, наприклад 3-

фенілкумарин [1].

1.3. Дослідження хімічних і фізичних властивостей сполуки;

14

Виділенні в індивідуальному стані кумарини – кристалічні речовини,

безбарвні або ледь жовтуваті.

Лікарські рослини, у складі яких є кумарин, характеризуються

різноманітною дією на організм людини, проте широкого використання в

медицині вони не отримали через відсутність оптимальних лікарських форм,

створення яких утруднене поганою розчинністю кумаринів у воді. Тому

перспективним є пошук і розробка нових лікарських форм для більш широкого

використання кумаринів у медичній практиці та фармакології.

Кумарини флуоресціюють в УФ-світлі жовтим, зеленим, блакитним,

фіолетовим світлом. У лужному середовищі флуоресценція посилюється.

Особливо інтенсивно флуоресціює 7-гідроксикумарин, що пов'язано з

хіноїдною структурою. У кислому середовищі флуоресценція стає менш

інтенсивною.

Однією з найбільш характерних властивостей кумаринів є їх специфічне

ставлення до лугу. Для кумаринів характерна велика стійкість лактонного

кільця, яке під дією гарячого розведеного лугу розмикаються з утворенням

солі цис-орто-коричної кислоти. При цьому розчин жовтіє. При підкисленні

розчину α-піронове кільце замикається і кумарини регенеруються в

незмінному вигляді. Ця властивість кумаринів використовується для їх

якісного визначення. Структура кумарину, як лактону о-кумаринової кислоти

була визнана не одразу, але проведений синтез кумарину iз салiцилового

альдегiду з малоновою кислотою вказав на його зв’язок з о- гiдроксикоричною

кислотою [11].

Здатнiсть лактонного кiльця до зворотного розмикання та замикання

залежне вiд рН середовища використовується в гравiметричному методi

визначення суми кумаринiв [13].

Аналізувати ІЧ спектр досліджуваного кумарину можливо після

розподілу його на складові частини, з яких складається сам кумарин.

15

ІЧ спектри характеризується появою полос поглинання, обумовлених

зв’язків С-С і С-Н (СН3, 3000-2800). Гідроксильна група (3500) проявляється

у вигляді вузької полоси в спектрах.

Спектри похідних карбонільних сполук характеризуються інтенсивними

поглинаннями в області 1900-1580, яка називається полосою поглинання. На

положення і інтенсивність цієї полоси впливає структура молекули,

агрегатний стан речовини і розчинник. Ізольованість та висока інтенсивність

цієї полоси обумовлює її особливе значення в ІЧ спектрах. Для окремих

карбонільних сполук частоти поглинання знаходяться у вузькому інтервалі,

тому за положенням цієї полоси можна зробити висновок щодо типу

карбонільного зв’язку.

Молекули ароматичних сполук мають полоси поглинання в трьох

областях: 3000, скелетні коливання С-С зв’язку при 1600-1575 і нижче 900.

В області 3000 проявляється група полос середньої інтенсивності. Якщо

в молекулі арена з’являється алкільний замісник, то полоси поглинання

зв’язків С-Н аром з’являються, як плечі на основній аліфатичній полосі.

Поглинання в області 1600-1500 проявляється у вигляді трьох полос: при

1600 при 1500 і 1450. Полоса при 1500 інтенсивніша, ніж 1600. Введення

спряжених замісників підвищує інтенсивність цих полос. Полоса 1450

перекривається полосою деформаційних коливань СН2. Якщо бензенове

кільце спряжене з ненасиченою групою стає характерним поява полоси при

1580.

У альдегідній групі поглинається вигляді двох полос. Учать в утворенні

водневих зв’язків понижає частоту. У випадку внутрішньо молекулярного Н-

зв’язку в кумариновому альдегіді до 1672. Полоса середньої інтенсивності в

поєднанні з полосою поглинання С=О вказує на альдегідну групу.

Якісні реакції;

З кислотами та аміаком кумарини не взаємодіють. При дії гарячого

розведеного лугу кумарини повільно гідролізуються, при цьому утворюється

16

жовті розчини цис- орто- оксикоричної кислоти. При підкисленні лужних

розчинів, які насиченні СО2, кумарини регенеруються до вихідного стану:

При взаємодії солей діазонію з кумаринами в слабко лужному

середедовищі група ArN=N- вступає в 6- положення кумаринової системи,

тобто в пара-положенні до фенольного гідроксилу. При цьому розчин набуває

червоного забарвлення.

В основу кількісного визначення кумаринів покладені їх специфічні

фізико-хімічні властивості. Методики кількісного визначення кумаринів

можна поділити на об'ємні, оптичні, полярографічні, комбіновані. В даний час

для кількісної оцінки сировини, яка міститься в кумаринах використовують

хроматоспектрофотометричний, спектрофотометричний, полярографічний і

хроматополярографічний методи.

Похiднi кумаринiв флуоресцiюють в ультрафiолетовому свiтлi. Ця

властивiсть використовується для хроматографiчного їх виявлення. Залежно

17

вiд структури кумарини мають блакитну, синю, фiолетову, зелену i жовту

флуоресценцiю, яка посилюється пiсля обробки хроматограм лугом.

Витриманi у сушильнiй шафi при температурi 120°С хроматограми

обробляють дiазотованою сульфанiловою кислотою. Кумарини

забарвлюються у жовтогарячий, червоно-жовтогарячий або фiолетовий колiр.

При кiлькiсному визначеннi кумаринiв беруться до уваги їхнi фiзико-хiмiчнi

властивостi. Здатнiсть лактонного кiльця до зворотного розмикання та

замикання залежно вiд рН середовища використовується в гравiметричному

методi визначення суми кумаринiв.

Специфiчне вiдношення кумаринiв до лугу лежить в основi методу

нейтралiзацiї, яке застосовується для визначення кумаринiв, так i

iндивiдуальних речовин. Кiлькiсне визначення кумаринiв проводять також

полярографiчним методом. Флуоресценцiя в УФ-свiтлi лежить в основi

флуорометричного методу. Здатнiсть кумаринiв давати стiйкi

забарвленi розчини з дiазореактивом у лужному середовищi використовується

в колориметричних методах.

Також для кiлькiсного визначення кумаринiв застосовуються

спектрофотометричнi методи. В основi їх лежить вимiрювання оптичної

густини розчинiв кумаринiв при довжинi хвилi максимуму поглинання в УФ-

областi того чи iншого кумарину в залежностi вiд його концентрацiї. Методу,

передує хроматографiчне розподiлення кумаринiв на паперi i в тонкому шарi

сорбенту, тому цi методи прийнято називати хромато-оптичними.

Розчинність;

Похідні кумаринів, а саме 7-гідрокси-4-метилкумарин і 7-гідрокси-4-

метил-8-формілкумарин добре розчинні в органічних розчинниках і

хлороформі, етиловому ефірі, етиловому спирті, етилацетаті. У воді кумарини,

не розчиняються. Кумарини добре розчиняються у водних розчинах лугів,

особливо при нагріванні за рахунок утворення солей гідроксо коричних

кислот. При нагріванні до 100оС сублімуються у вигляді голчастих кристалів.

18

Другий розділ

Опис методики синтезу заданої сполуки.

Кумарин і його похідні можна синтезувати за реакціями Перкіна,

Пехмана, конденсацією Кневенагеля, реакціями Реформатського або Віттіга.

У даній роботі було синтезовано 7-гідрокси-4-метилкумарин за найбільш

розповсюдженим класичним методом синтезу кумарину - конденсацією

Пехмана, яка дає високі виходи різноманітних похідних кумарину. Ця реакція

має велику користь, оскільки вона використовує дешеві та комерційно

доступні хімічні елементи. Реакція Пехмана полягає у взаємодії фенолів з β-

кетоестерами в присутності каталізатора. Із фенолів найбільш реакційну

здатність виявляє резорцинол.

До 100 мл концентрованої H2SO4 додають по каплі розчин 190 г

резорцинолу в 215 мл свіжоперегнаного ацетооцтового ефіру. Потім реакційну

суміш перемішують 2 години при температурі не більше 10оС і залишають при

20оС на добу. На наступний день реакційну суміш виливають на лід, осад, який

утворюється відфільтровують промивають водою і розчиняють в NaOH.

Розчин фільтрують, підкислюють 25% сульфатною кислотою. Після

перекристалізації із ізопропілового спирту одержують 175 г 7-гідрокси-4-

метилкумарин. Тпл. 190-191оС.

У ході дослідження 7-гідрокси-4-метилкумарин було вирішено

проводити реакцію формілювання за різними методами синтезу з метою

покращення виходів продуктів.

Існують різні методи введення формільної групи в ароматичне кільце:

реакції Реймера-Тіманна, Даффа, Вільсмаєра та Гаттерманна-Коха. Для

одержання продуктів орто-формілювання найчастіше використовується

реакція Даффа. Реакція Даффа полягає у взаємодії фенолів з

гексаметилентетраміном.

19

Розчин 50 г 7-гідрокси-4-метилкумарину і 100 г гексаметилентетрааміну

витримують в 375 мл льодяної оцтової кислоти при температурі 95оС протягом

55 годин після чого до суміші добавляють 75 мл водного розчину хлоридної

кислоти. Отриманий розчин нагрівають при кипінні 30 хвилин потім

охолоджують. Вихід продукту отриманий за допомогою цього методу 1.8%.

Ще одним методом формілювання кумаринів є реакція Реймера-Тіммана.

Вона полягає у взаємодії кумарину з хлороформом і натрій гідроксидом. За

реакцією Реймера-Тіммана утворюються альдегіди з невеликим виходом

продукту реакції.

20

Третій розділ

Огляд літератури з сучасних наукових досліджень по даній темі.

За допомогою реакції Пехмана при ультразвуковому опроміненні в

присутності кислотних цеолітів у 2009 році синтезували 7-гідрокси-4-

метилкумарин, як важливу проміжну речовину для синтезу інсектицидів, що

володіють різними структурними особливостями. Ця методика пропонує

значні поліпшення для синтезу кумаринів щодо виходу продукту, простоти в

експлуатації та уникнення токсичних каталізаторів і розчинників [6].

Визначено, що заміщення атомів галогену в молекулі кумарину є новою

тенденцією в фармацевтичній хімії. Присутність галогенів збільшує

ліпофільную природу молекули і покращує проникненість ліпідної мембрани.

Дослідженні комплекси Co (II), Ni (II) і Cu (II) синтезуються з використанням

основ Шиффа, які отримували з 7-гідрокси-4-метил-8-формілкумарину і 7-

гідрокси-4-метил-3-хлор-8-формілкумарину. Отримані сполуки

характеризувалися спектральними (ІК, ЯМР, УФ-спектрами, мас),

дослідженнями теплової, флуоресцентної і молярної провідності. Всі

синтезовані комплекси металів повністю розчиняються в диметилформаміді і

диметилсульфоксиді. Неелектролітний характер комплексів металів був

підтверджений дослідженнями молярної провідності. Електронні спектральні

результати показують шість скоординованих геометрій для синтезованих

комплексів металів. Основи Шиффа і їх комплекси з металами оцінювали на

антибактеріальні (Pseudomonas aureginosa і Proteus mirabilis), протигрибкові

(Aspergillus niger і Rhizopus oryzae), антигельмінтні (Phettima posthuma) і ДНК-

розщеплення [16].

Гладкі клітини викликають IgE-опосередковані алергічні реакції,

виділяючи різні алергічні медіатори. 7-Гідрокси-4-метил-8-формілкумарин,

спочатку був відомий як інгібітор, але жодне дослідження не вивчало його

зв'язок з клітинами і алергічними захворюваннями. Вперше дослідження

показали, що 7-гідрокси-4-метил-8-формілкумарин пригнічує алергічну

реакцію, зменшує дегрануляцію і продукування запальних цитокінів. Це

21

говорить про те, що 7-гідрокси-4-метил-8-формілкумарин можна

використовувати в якості нового лікарського препарату для боротьби з

алергічними захворюваннями [15].

7-гідрокси-4-метилкумарин використовується понад 20 років для лікування

функціональних і обструктивних спазмів жовчних шляхів. Однак його спосіб

дії як і раніше в значній мірі невідомий [5].

У 1911 році Копп і Йозеф описали УФ-світлофільтри, що містять

кумаринові похідні, в яких смуга поглинання кумарину при 311 нм була

зміщена в більш довгохвильову область по рахунок присутності однієї або

двох груп в 3 і 7-положеннях. Як приклади можна привести ескулетин (L),

дафнетін і 7-гідрокси-4-метилкумарин (Li), які характеризуються

довгохвильової смугою поглинання при 322 нм. Крайс вивчаючи

флуоресценцією, а саме ескулін - глікозид ескулетин, запропонував

використовувати безбарвні флуоресцентні речовини для оптичного

відбілювання. Крім ескуліну відбілюючий ефект виявлений в 7-гідрокси-4-

метилкумарині (Li) і 7-гідрокси-4-метил-8-формілкумарині (LII), що

випускаються під назвами Ультралін і Ультрацелл відповідно [1].

За структурою цитотоксичної активності дослідження 4-метилкумарину ще не

виконані. Метою дослідження був синтез кількох аналогів кумарину для

подальшого вивчення їх біологічного потенціалу. Було виявлено, що

найбільший інтерес має 4-метилкумарин серед різних вивчених похідних

кумаринів.

Кумарини - це натуральні сполуки з важливими фармакологічними

діями, які присутні в багатьох дієтичних рослинах і трав'яних засобах. Рак є

причиною смерті в усьому світі, і необхідні нові хіміотерапевтичні агенти з

кращими характеристиками ефективності та безпеки. І тому було вирішено

дослідити натуральні і синтетичні похідні кумарину з великою

протипухлинною здатністю проти трьох ліній раку людини. Було синтезовано

похідні кумарину в основному з 4-метил заміщеною групою і досліджували їх

цитотоксичний ефект на трьох лініях ракових клітин людини, K562 (хронічна

22

мієлогенна лейкемія), LS180 (аденокарцинома товстої кишки) і MCF-7

(аденокарцинома грудей) методом МТТ- відновлення. 6-бром-4-бромметил-7-

гідроксикумарин), єдине похідне, що містить бром, також демонструє

цитотоксичну активність (діапазон IC50: 32,7-45,8 мкм). Дослідження

структури активності (SAR) 4-метилкумарин показало, що подальше

дослідження цих похідних може привести до відкриття нових протиракових

агентів.

Таким чином, присутність двох гідроксильних груп в позиціях С 7 і С 8,

покращує цитотоксичну активність метилкумарину.

Природний - 7-гідроксикумарин, також тестували для порівняння з

синтезованими похідними 4-метилкумарину, і було виявлено, що вони не

проявляли цитотоксичного ефекту на тестовані клітинні лінії, спостерігалася

антиоксидантна здатність цих сполук.

Деякі з досліджених похідних кумарину показали протипухлинну активність.

А саме, похідні складу:7-гідрокси-4-метилкумарин, 7,8-дигідрокси-4-

метилкумарин, 7-ацетокси-4-метилкумарин. Найбільш ефективний

протираковий ефект має 4-метил-7,8-дигідроксокумарин. Заміщення

алкільного замісника зазвичай покращувало протипухлинну активність,

імовірно, через підвищення ліпофільності і здатності проникати в клітини.

Ці дослідження показують, що дослідження різних похідних 4-

метилкумарину може привести до виявлення нових більш ефективних

протиракових сполук [17].

23

Висновки

1. Вдосконалено методику синтезу 7-гідрокси-4-метилкумарину.

2. Досліджено реакцію введення формільної групи для гідроксикумаринів.

Відомо, що 7-гідрокси-4-метил-8-формілкумарин пригнічує алергічну

реакцію, і його можна використовувати в якості нового лікарського препарату

для боротьби з алергічними захворюваннями.

3. Порівняно реакції Даффа і Реймера-Тімана, виявлено, що кращий вихід

дає реакція Реймера-Тімана, але незважаючи на низький вихід метод Даффа

був успішно застосований до ряду фенолів, на яких не вдається реалізувати

метод Реймера-Тімана, який коротший і дає кращі виходи.

4. Вдосконалено методику реакції Реймера-Тімана, причому вихід

збільшився від 5 % до майже теоретичного. Крім того, зміни в реакції Реймера-

Тімана, дозволяють знизити осмолення і утворення побічних продуктів, що

дозволяє розглядати їх, як корисні та перспективні вихідні речовини у синтезі

препаратів.

5. Визначено, що заміщення атомів галогену в молекулі кумарину є новою

тенденцією в фармацевтичній хімії. Присутність галогенів збільшує

ліпофільну природу молекули і покращує проникненість ліпідної мембрани.

6. Дослідження показують, що дослідження різних похідних 7-гідрокси-

4-метилкумарину може привести до виявлення нових більш ефективних

протиракових сполук.

24

Список використаної літератури

1. Венкатараман К. Химия синтетических красителей / Венкатараман К.—

Л.: Химия , 1977— 464 c.

2. Synthesis and antioxidant activity of selected 4-methylcoumarins/ [S. Cavar,

F. Kovač, M. Maksimović] / Food Chem. – 2009. – Vol. 117. – P. 135–142.

3. Синтез і вивчення антиоксидантної активності 6- та 7- гідрокси-3-

арилкумаринів. / [С. П. Бондаренко, М. С. Фрасинюк, В. П. Хиля, Т. М.

Пантелеймонова, І. С. Безверха] / Ukr. Bioorg. Act. – 2012. – Т. 1. – С.42-

47.

4. Pedersen. Antioxidant activity of 4-methylcoumarins / [Jens Z. Pedersen,

Cristina Oliveira, Sandra Incerpi, Vineet Kumar, Anna Maria Fiore et.all.] /

Journal of Pharmacy and pharmacology. – 2007. – N.59. – P. 1721–1728.

5. Хоффманн Р. М. Deutsche Medizinische Wochenschrift / Schwarz G , Pohl

C , Ziegenhagen DJ , Kruis W (1946) [01.08.2005, 130 (34-35): 1938-1943]

6. Gutiérrez-Sánchez, C., Calvino-Casilda, V., Pérez-Mayoral, E. et al. Catal

Lett (2009) 128: 318 [Електронний ресурс] – режим доступу

https://doi.org/10.1007/s10562-008-9709-9

7. Sugino Teizo Coumarin Synthesis / Tanaka Koichi, Solvent-Free

[Електронний ресурс] –режим доступуhttps://doi.org/10.1246/cl.2001.110

8. M. K. Potdar, S. S. Mohile, M. M. Salunkhe, Tetrahedron Lett. Department

of Chemistry, The Institute of Science, 15 Madam Cama Road, Mumbai 400

032, India, Tetrahedron Lett., 2001, 42, 9285-9287 [Електронний ресурс] -

https://www.organic-chemistry.org/abstracts/literature/770.shtm

9. Lindler, (January 2014). The Duff Reaction: Researching A Modification/

Lindler, Carson, B. -Undergraduate Thesis, East Carolina University

Retrieved (January 2014) from the Scholarship. [Електронний ресурс]-

режим доступу (http://hdl.handle.net/10342/4463.)

10. Л. Физер, Органическая химия. / Л. Физер, М. Физер Углубленный курс,

Том 2

25

11. Властивості кумаринів [Електронний ресурс] – режим доступу

http://ukrbukva.net/page,11,78895-Svoiystva-kumarinov.html

12. de Souza S.M. Antibacterial activity of coumarins. / de Souza S.M., Monache

F.D., Smânia A. Z. Naturforsch. – 2005.- B. 60c, № ½. – S. 693-700.

13. ; Пименов М. Г. Перечень растений — источников кумариновых

соединений. — Л., Химическая энциклопедия. В 5 т. — М., 1990;

14. Эльдерфилд Р. Гетероциклические соединения. Том 2. – 1954, с.136

15. Seung Taek, aПодавление опосредованной IgE активации тучных клеток

и мышечной анафилаксии посредством ингибирования активации Syk 8-

формил-7-гидрокси-4-метилкумарином / [Seung Taek, NamaYoung Hwan

Parka Hyun WooKima Hyuk SoonKima Dajeong Leea Min Bum Leea Young

MiKimb Wahn Soo Choi] 4 мкС. Volume 332, 1 October 2017, Pages 25-

31[Електронний ресурс] – режим доступу

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0041008X17303125?via

%3Dihub

16. Chetan T. Prabhakara Synthesis, characterization and biological approach of

metal chelates of some first row transition metal ions with halogenated

bidentate coumarin Schiff bases containing N and O donor atoms,

[Prabhakara, Sangamesh A. Patil, Shivakumar S. Toragalmath, Shivashankar

M. Kinnal, Prema S. Badami,] Journal of Photochemistry and Photobiology

B: Biology, Volume 157, 2016, Pages 1-14, ISSN 1011-1344,

https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2016.02.004. Keywords: Halogenated

Coumarin Schiff bases; Metal complexes; Fluorescence; DNA cleavage;

Anthelmintic

17. Рамин Мири, Марьям Неяти, Лучиано Сасо, Фатемех Хакдан, Бадри

Паршад, Дивья Матур, Вириндер С. Пармар, Марк Э. Бракке, Ашок К.

Прасад, Сунил К. Шарма и Омидреза Фирузи (2015 год) Исследования

взаимоотношений в структуре и деятельности 4 производные

метилкумарина в качестве противоопухолевых

агентов, Фармацевтическая биология, 54: 1, 105-110, DOI: 10,3109 /

26

13880209.2015.1016183 [Електронний ресурс] – режим доступу

https://www.tandfonline.com/doi/citedby/10.3109/13880209.2015.1016183?

scroll=top&needAccess=true

18. Зиновьева М.Л. Биологическая активность кумарина и его

метаболита умбеллиферона. Роль метаболитов кумарина в реализации

его токсического действия / Сластья Е.А., Жминько П.Г. Проблеми

харчування. — 2009. — № 3 – 4. — С. 37 – 45.

19. Kostova I. Synthetic and Natural Coumarins as Cytotoxic Agents /Curr.

Med. Chem. — Anti-Cancer Agents. — 2005. — № 5. — Р.29 – 46.

20. Машковський М.Д. Лекарствение средства. – 15 изд., – М., 2005 – 27с.