ИССЛЕДОВАНИЕ И СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КОМПЛЕКСНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 1,3-ДИБЕНЗИЛХИНАЗОЛИН-2,4-ДИОНА С ЦИНКОМ(II)

АННОТАЦИЯ

Синтезированы лиганд 1,3-дибензилхиназолин-2,4-дион и его комплексные соединения хлоридов, нитратов и ацетатов цинка. Состав и строение синтезированных соединений изучены методами элементного анализа, ИК и ЯМР¹Н-спектроскопии. Смещение всех сигналов, ответственных за водородсодержащие функциональные группы в молекуле лиганда в область слабого поля, а также появление нового сигнала от протонов ацетатного ацидолиганда, свидетельствует о происходящей координации к иону комплексообразователю. Результаты ЯМР¹Н спектроскопического исследования строения синтезированных комплексов подтвердили выводы полученные методом ИК-спектроскопии в части расположения ацидолигандов во внутренней сфере комплексного соединения.

ABSTRACT

The ligand 1,3-dibenzilquinazolun-2,4-diones and its complex compounds of zinc chlorides, nitrates, and acetates have been synthesized.The composition and structure of the synthesized compounds were studied by elemental analysis, IR and 1H-NMR-spectroscopy.The shift of all signals responsible for the hydrogen-containing functional groups in the ligand molecule to the downfield region, as well as the appearance of a new signal from the acetate acid ligand protons, indicates the ongoing coordination to the complexingion.The results of 1H-NMR-spectroscopic study of the structure of the synthesized complexes confirmed the conclusions obtained by IR-spectroscopy regarding the location of acid ligands in the inner sphere of the complex compound.

Ключевые слова: цинк, 1,3-дибензилхиназолин-2,4-дион, лиганд, ИК и  ПМР спектр, синтез, анализ.

Keywords: zinc, 1,3-Dibenzylquinazoline-2,4-dione,ligand, IR and PMR-spectrum, synthesis, analysis.

Введение

В настоящее время бурно развивается химия гетероциклических соединений, что связано с физиологическими свойствами этих веществ. Среди них имеются высокоэффективные лекарственные препараты, химические средства защиты растений от вредителей. На их базе созданы красители, мономеры, термостойкие волокна, полимерные материалы и многие другие практически ценные вещества. Наиболее широко используются препараты, содержащие в своем составе азотсодержащие пяти- и шестичленные гетероциклические системы. К таким системам относятсяхиназолины [1], имеющие конденсированные пиримидиновые и бензольные ядра и обладающие уникальными химическими и фармакологическими свойствами .Основную часть применяемых в народном хозяйстве веществ составляют органические соединения и с каждым днем спрос на них растет. Поэтому разработка удобных, простых методов получения гетероциклических соединений является одной из актуальных задач, стоящих перед химиками. В решение этой проблемы существенную помощь может оказать целенаправленный синтез координационных соединений переходных металлов с физиологически активными органическими лигандами.

Известно, что введение в состав биологически активных препаратов жизненно важных ионов металлов не только уменьшает их токсичность, но и в большинстве случаев увеличивает биологическую активность и нередко приводит к появлению новых биологических свойств[2,3].

В координационной химии существует большое число разнообразных лигандов, сильно отличающихся по свойствам и строению [4-5]. Одним из важных классов таких соединений являются хиназолин-2,4-дион и их производные [6], которые достаточно широко распространены в растительных и биологических объектах. Следовательно, изучение комплексообразующих способностей производных хиназолин-2,4-диона является актуальной проблемой химии координационных соединений. Хиназолины имеют также важное значение с практической точки зрения[7-9]. На базе этих соединений созданы многие биологически активные вещества–гербициды, пестициды, фунгициды, бактерициды и фармакологически активные препараты [10].Поэтому поиск биологически активных соединений в данном ряду представляет особый практический интерес.

Определение бактерицидности проводили методом двукратных серийных разведений в жидкой питательной среде в отношении фармакопейных штаммов: Staphylococcusaureus(АТТС 6538-Р), Escherichiacoli(ATSS 25922). Бактериостатический эффект исследуемых соединений сравнивали с действием диоксидина и этакридиналактата. В результате проведенных исследований установлено, что наиболеецелесообразно проводить поиск высокоактивных соединений с данным видомактивности в рядах N-ацилгидразидовN-ацил-5-бром(йод)антраниловыхкислот, 6-бром(йод)-2-фенил-3-ацнламино-хиназолин-4-(ЗН)-онов и 2-замещенных-З-(К-бензилидениламино)-6-бром(йод)хиназолин-4(ЗН)-онов[11].

Взаимодействие 1,3-дибензоилхиназолин-2,4(1Н,3Н)-диона с карбонатом калия в среде безводного ДМФА прикомнатной температуре приводит к образованию калиевой соли 3-бензоилхиназолин-2,4(1Н,3Н)-диона, алкилирование которой бензилхлоридом дает 1-бензил-3-бензоилхиназолин-2,4(1Н,3Н)-дион. Разработан одностадийный способ получения N1-монозамещенных производных хиназолин-2,4(1Н,3Н)-диона. Изучено влияние природы щелочного реагента на выход и соотношение продуктов дебензоилирования [12].

Несмотря на значительное число работ, посвященных исследованию и свойств хиназолин-2,4-диона и их производных, их комплексные соединения практически мало изучены.

Производные хиназолина также способны образовывать комплексные соединения с различными металлами. Например, взаимодействие 3-меркаптоэтилхиназолин-2,4-диона, салицилового альдегида и 0-аминотиофенола со смешанными солями рения(V) проводит к образованию (2-(3-хиназолин)этилтиолато)-N-(2-меркаптофенил)-салицилидениминато-оксо-рения(V). При взаимодействии 3-меркаптоэтилхиназолин-2,4-диона с 3-тиапентан-1,5-дитиолатом в присутствии смешанных солей рения (V) в диметилформамиде образуется диметилформамидный сольват (2-(1Н, 3Н-хиназолин-2,4-дион-3-ил)этилтиолато)-(3-тиапентан-1,5-дитиолато)-оксо-рения(V) [13].

Следует отметить, что аналог хиназолин-2,4-диона хиназолин-4-он может образовывать комплексные соединения с солями d-металлов. Например, его взаимодействие с CuCl₂ приводит к образованию диаква-дихлоро-бис[хиназолин-4(1Н)-он-кN³]-меди(II) [14].Хлорид триметилолова (IV) с 2-меркаптохиназолин-4-оном образует связь как с атомом серы, так и с атомом азота, в результате чего получается триметил-(2-меркапто-4-гидроксихиназолин-N,S)-олово(IV) [15]. В результате взаимодействия хиназолин-4-она с хлоридом кадмия(II) образуется комплексное соединение [16].  К.М.Фитчету и П.Ж.Стемлу  удалось получить комплексное соединение на основе 2,2'-дихиназолина. Взаимодействием последнего с хлоридом палладия(II) осуществлен синтез (2,2'-дихиназолин)-дихлоро-палладия(II) [17]. Этим же авторам удалось осуществить синтез кадмиевого комплекса 2,2'-дихиназолина – аква-(2,2'-дихиназолино)-динитрато-кадмия(II) [18].В реакции комплексообразования могут вступать и производные хиназолина как с заместителями в гетероцикле, так и в ароматическом ядре. Например, 6-бром-1,4-дигидро-4-гидрокси-1-метил-4-(2'-пиридил)-хиназолин с CuCl₂ образует моногидрат бис-(μ₂-хлоро)-бис-(6-бромо-1,4-дигидро-4-гидрокси-1-метил-4-(2'-пиридил)-1,3-хиназолин-N,N')-дихлородимеди (II) [19]:

Цель исследования

Целью данной работы является разработка методик синтеза и получение комплексные соединения хлоридов, нитратов и ацетатов цинкаc1,3-дибензилхиназолин-2,4-дионом, а также исследование строения и спектральный анализ полученных комплексов.

Материалы и методы

Для получения комплексов использовали хлориды, ацетаты, и нитраты соединений цинка. Для синтеза лигандов использована методика описанная в литературе [20]. Содержание металла в составе комплексов определяли на атомно-абсорбционном спектрофотометре «Perkin-Elmer-432» (США). Элементный анализ на содержание азота и кислорода –осуществлен на приборе «ЕА 1108» фирмы Carlo-Erba (Италия).

ИК-спектры сняты на Фурье спектрометре SpectrumGX фирмы «Перкин-Элмер» (США) в таблетках в области 400-4000см^-1.

Спектры ЯМР ¹H снимали на спектрометре Variana-400  UNITY 400⁺ (400 МГц) в DMSO, внутренний стандарт ТМС. Значения R_f определены на  пластинках«Sorbfil» (Россия) и «Whatman^®UV-254» (Германия), элюент - смесь бензола с этанолом 5:1; проявители: 1 г KMnO₄ + 4 мл H₂SO₄ + 96 мл H₂O, УФ - свет.    Температура плавления синтезированных веществ определяли на приборе «Boetius» (Германия) и «MEL-TEMP» (США).

Результаты и обсуждение

Впервые разработаны способы синтеза и получены координационные соединения цинка с 1,3-дибензилхиназолин-2,4-дионом. В результате проведенных исследований были синтезированы 3 ранее неизвестных в литературе металлокомплексов.

Лиганд 1,3-дибензилхиназолин-2,4-дион (L) синтезировали по следующей методике[21-22].

Выход 1,3-дибензилхиназолин-2,4-диона (L) 3,0 г (88%). Т.пл.=125-127°С. R_f=0,82 (бензол : ацетон=5:1). Лит. т.пл. 123-125 ⁰С.

Для синтеза координационного соединения цинка взвешивали 0,684 г (0,002 моля) лиганда и растворяли в 50 мл ксилола и нагревали  до 125-130 ⁰С, приливали насыщенный раствор 0,219 г (0,001 моля) ацетата цинка в 50 мл ксилола при постоянном перемешивании и нагревали в течение 1 часа на водяной бане с обратным холодильником. После охлаждения из раствора выпадает мелкокристаллический белый осадок; через двое суток осадок отфильтровывали, тщательно промывали спиртом, эфиром и высушивали на воздухе. Выход продукта 3,11 г (51 %), т.пл. 130-132 ⁰С.

Аналогично синтезированы комплексные соединения хлорида, ацетата и нитрата цинка на основе 1,3-дибензилхиназолин-2,4-дионом. Состав и индивидуальность синтезированных комплексов устанавливали при помощи элементного анализа.

Основные характеристики всех синтезированных комплексных соединений приведены в табл.1.

Таблица 1.

Характеристики синтезированных комплексов на основе 1,3-дибензилхиназолин-2,4-диона

L*- 1,3-дибензилхиназолин-2,4-диона

На основании данных элементного анализа можно заключить, что во все синтезированных комплексных соединения состав комплексов соответствует М:L 1:2.

Строение синтезированных соединений установлены с помощью спектроскопических методов анализа. В ИК спектре 1,3-дибензилхиназолин-2,4-диона (рис.1) характеристичные валентные колебания карбонильных групп в положениях 2, 4 наблюдаются для n_as (C=O) при 1763-1731 см^-1, n_s (C=O) при 1656-1697 см^-1. Группа интенсивных полос поглощений в среднечастотной области при 1607-1483 см^-1 отнесена к колебаниям C-N связи гетероцикла[23-24] Колебания метиленовых групп бензольных колец обнаружены в области высоких частот при 2969-3088 см^-1.

Рисунок 1. ИК-спектр лиганда 1,3-дибензилхиназолин-2,4-диона

В области низких частот обнаружены группы полос с высокой интенсивностью отнесенные согласно к колебаниям СН₂ групп молекулы лиганда. В области высоких частот при 3448 см-1 в виде уширенной полосы с малой интенсивностью наблюдается полоса поглощения, отнесенная к колебаниям молекул воды. Вероятно, в лиганде присутствует влага.

Строение синтезированного лиганда 1,3-дибензилхиназолин-2,4-диона было дополнительно установлено методом ЯМР¹Н спектроскопии. В ЯМР ¹Н спектре лиганда в области слабого поля наблюдается группа мультиплетных сигналов при 7.26-7.42, 7.85-7.99 м.д., которые отнесены к сигналам от протонов водородсодержащих метиленовых групп ароматических ядер и от протонов СН₂ групп, связанных с ароматическими циклами. Дублет-дублетные сигналы, зафиксированные при 8.19-8.38 м.д. отнесены к сигналам соседних СН₂ групп хиназолиндионового кольца[25-26].

Рисунок 2. ЯМР ¹Н-спектр лиганда 1,3-дибензилхиназолин-2,4-диона

Взаимодействием растворов лиганда с соответствующими хлоридами, нитратами и ацетатами металлов в мольном соотношении L:М 2:1 получены комплексы с общей для всех синтезированных соединений формулой МL₂Х₂, где: М- Zn; L-1,3-дибензилхиназолин-2,4-дион; Х - СI^-, NO₃^- и CH₃COO^-Основные отнесения ИК-спектров лиганда и комплексов представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Основные в частоты в ИК-спектрах 1,3-дибензилхиназолин-2,4-дионаи его комплексов (см^-1) (L)

L-1,3-дибензилхиназолин-2,4-дион

Анализ ИК-спектра комплекса ZnCl₂L·Н₂О показал, что ацетатный ацидолиганд является координированным. Этот вывод сделан на основе нахождения в ИК спектре комплекса новых отсутствующих в спектре свободного лиганда полос поглощения при 1386 и 753 см^-1, отнесенных согласно [28-29] к симметричным валентным колебаниям связи СОО-группы и валентным колебаниям связи М-О.

Сопоставление ИК спектра Zn(NO₃)₂L·Н₂О со спектром лиганда показало, что в спектре комплекса имеется полоса при 748 см^-1, отсутствующая в спектре лиганда, характерная для колебаний, связи М-О. Кроме того, проявившаяся в ИК спектре комплекса новая полоса при 827 см^-1 отнесена к вне плоскостным деформационным колебаниям координированной нитратной группы. Как указывалось, выше, согласно [30] при координации валентные колебания этой группы должны расщепляться на две полосы. Найденные в ИК спектре комплекса полосы при 1473 и 1278 см^-1 также свидетельствуют в пользу того, что нитратный ацидолиганд является внутрисферным.

Для дополнения результатов, полученных методом ИК-спектроскопии, проведено ПМР-спектроскопическое исследование строения синтезированных диамагнитных комплексов цинка.

ПМР спектры хлоридных, нитратных и ацетатных комплексов немного отличаются от ПМР спектра свободного лиганда. В ПМР спектре комплексов все сигналы водородсодержащих функциональных групп  немного смещены в область слабого поля по сравнению с их расположением в ПМР спектре лиганда, что свидетельствует о происходящей реакции комплексообразования. В ПМР спектре комплекса ZnCl₂L·Н₂О дублет-дублетные сигналы протонов бензольного кольца смещаются в область слабого поля и имеют центры при δ 7.32 и 7.84 м.д. В ЯМР¹Н спектре комплекса ацетата Zn в области сильного поля при δ 1.90-1.94 м.д. наблюдается синглетный сигнал [27], отнесенный к протонам метильной группы ацидолиганда. Смещение всех сигналов, ответственных за водородсодержащие функциональные группы в молекуле лиганда в область слабого поля, а также появление нового сигнала от протонов ацетатного ацидолиганда, свидетельствует о происходящей координации к иону комплексообразователю. Результаты ПМР спектроскопического исследования строения синтезированных комплексов подтвердили ранее полученные выводы методом ИК-спектроскопии о расположении ацидолигандов во внутренней сфере комплексного соединения.

Заключение

На основании обсуждения спектров соединений Zn с 1,3-дибензилхиназолин-2,4-дионаможно представить пространственное строение синтезированных комплексных соединений в виде:

где  М = Zn,X-Cl^-, NO₃^-_,

На основании проведенных спектроскопических исследований можно сделать вывод о том, что гетероциклический лиганд координируется атомом кислорода хиназолиндионового кольца, что является экспериментальным подтверждением теоретических выводов, полученных при квантово-химической оценке реакционной способности конкурирующих донорных центров в молекуле полидентатного гетероциклического лиганда. Ацидолиганды являются координированными и находятся во внутренней сфере координационных полиэдров.

Cписок литературы:

1. Шахидоятов Х.М. Хиназолоны-4-и их биологическая активность. – Ташкент.:ФАН, 1988.– 184 с.
2. Вильямсон Т. Химия хиназолина // Гетероциклические соединения: Сб.науч. тр./Под ред. Р. Эльдерфильда. - М.: ИЛ, 1960. -Т. 6. - С. 268– 311.
3. Albert A. Physical Methods in Heterocyclic Chemistry. – Ed. By A.R. Katritzky. – 1963. P. 1– 24.
4. Оrtikov I.S., Elmuradov B.Zh., Shakhidoyatov Kh.M.//Amer.Chem. Sci. J.– 2014.– 4(6). – Р.774– 786
5. Nasrullayev A.O., Elmuradov B.Zh., Turgunov K.K., Tashkhodjaev B., Shakhidoyatov K.M.// Acta Crystallogr.– 2012.– E68, o1746.
6. Насруллаев А.О., Турдибаев Ж.Э., Элмурадов Б.Ж., Abulimiti Yili., Haji Akber Aisa., Шахидоятов Х.М. //Химия природ. соед.– 2012. – №4. – С. 573– 577.
7. Шахидоятов Х.М., Ходжаниязов Х.У. Функционально-замещенные пиримидины . – Ташкент. :2010. – 250с.
8. Саиткулов Ф.Э., Захидов К.А., Самаров З.У., Шахидоятов Х.М.Синтез и изучение алкилирования 2-фенилхиназолин-4-тиона//Мат.конференции молодых ученых .– Актуальные проблемы химии природных соединений.– Ташкент. – 2015. – С.46.
9. Атаниязов О.Н., Курязов Р.Ш., Тахиров Ю.Р., Атауллаев З.М., Усманов Р.М. Синтез производных цитизина с хиназолоновыми фрагментами // Мат. конференции молодых ученых . – Актуальные проблемы химии природных соединений.– Ташкент.– 2015.– С.242
10. Методы определения микроколичеств пестицидов в продуктах питания, кормах и внешней среде.– Справочник I-том. – М. ,1992. – 438 с.
11. Власова H.A. Синтез и сравнительная характеристика противомикробной активности 6-бром(йод)-2-фенил-3-аминохиназолин-4(ЗН)-онов и их NH-ацильных производных // Вопросы биолог., мед. и фармац. химии. – 2010. – №2. – С. 17-19.
12. Озеров А. А., НовиковМ.С. Селективный синтез 1-бензилхиназолин-2,4(1Н,3Н)-диона // Волгоградский научно-медицинский журнал. – Том 1. – 2019. – С.33-36
13. Leibnits P., Reck G., Pietzsch H.J., Spies H. (2-(3-Quinazoline)-ethiolato)-(N-(2-mercaptophenyl)salicylideneiminato)-oxo-rhenium(V) and (2-(1H,3H-Quinazolin-2,4-dion-3-yl)ethylthiolato)-(3-thiapentane-1,5-dithiolato)-oxo-rhenium(v)dimethylformamide solvate // J. Chem.Soc., 2001. –№11. –Р.146.
14. Turgunov K., Shomurotova S., Mukhamedov N., Tashkhodjaev B. Diaqua-dichlorido-bis(quinazolin-4(1H)-one-kN³)-copper (II) // ActaCrystallogr., Sect. E:Struct. Rep. Online. – 2010. –E.66.m1680.
15. Yang Shi., Chunlin Ma., Rufen Zhang. Trimethyl-(2-mercapto-4-hydroxyquinazoline-N,S)-tin(IV), Triphenyl-2-(2-mercapto-4-hydroquinazoline-N,S)-tin(IV) and Tribenzyl-(2-mercapto-4-quinazoline-N,S)-tin(IV) // J. Organomet. Chem.– 2006. – 691. –Р.1661-1677.
16. Turgunov K., Englert U. Catena-[bis(μ₂-chloro)-bis(quinazolin-4(3H)-one)-cadmium(II)] // ActaCrystallogr., Sect. E:S truct. Rep. Online. – 2010. –E.66. m1457.
17. Fitchett C.M., Steel P.J. Crystal and molecular structure of (2,2'-biquinazoline)-dichloro-palladium (II) // J. Organomet. Chem. – 2006. – 27 (31).    –P. 1527.
18. Fitchett C.M., Steel P.J. Preparation and characterization of aqua-(2,2'-biquinazoline)-metanol-dinitrato-cadmium(II) // J. Struct. Chem. – 2005. – 54. –P. 1790.
19. Visnjevas A., Tusek-Bozic L., Sunjic V. Bis(μ₂-chloro)-bis(6-bromo-1,4-dihydro-4-hydroxy-1-methyl-4-(2'-pyridyl)-1,3-quinazoline-N,N')- dichloro-di-copper (II) monohydrate and cis-dichloro-(6-bromo-1,4-dihydro-4-etoxy-1-methyl-4-(2'-pyridyl)-1,3-quinazoline-N,N')-copper (II) // J. Inorg. Chem. – 2001. – 125.  –Р.2647-2651.
20. Патент №57-116053. Япония. Производные хиназолина и способ их получения // Микки Хидаки // РЖХим. 1983. 1201168П. –С.44.
21. Каримова Г.Ш., Тухтаев Х.Р. Синтез и спектроскопическое исследование комплексов некоторых 3d-металлов с 1-метил-3-бензилхиназолин-2,4-дионом // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. – 2021. – 7(88). URL: https://7universum.com/ru/tech /archive/item/12075.
22. Г.Ш.Каримова, М.М.Ишанходжаева, Ш.А.Кадирова, Н.С.Мухамедов, Н.А.Парпиев Синтез лиганда 1,3-дибензилхиназолин-2,4-диона // Известия СПбГТИ . – Санк-Петербург. – 2012. – 15. (41). –С. 65-68.
23. Казицына Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ-, ИК- и ЯМР-спектроскопии в органической химии. – М.: Книга по требованию. – 2013. – С.272
24. Накамото К. ИК спектры неорганических и координационных соединений. – М: Мир. – 1996. –204 с.
25. Дероум Э. Современные методы ЯМР для химических исследований. – Пер. с англ. М.: Мир.– 1992.– 403 с.
26. Каримова  Г.Ш.,  Кадирова Ш.А,  Парпиев Н.А.,  Мухамедов  Н.С., Шахидоятов  Х.М.,  Ашуров  Ж.М. Изучение строения комплексов Co(II), Ni(II), Cu(II) и Zn(II) с 1,3-дибензилхиназолин-2,4-диона спектроскопическими методами // Доклады АН РУз. – Ташкент. – 2010. – С. 72-75.
27. Козицина Л.А., Куплетская Н.Б. Применение УФ-, ИК- и ЯМР-спектроскопии в органической химии. – Москва: Высшая школа. – 1971. – С. 214-234.
28. Султанов С., Каримова Г.Ш., Мухамедов Н.С., Кадирова Ш.А., Парпиев Н.А., Шахидоятов Х.М. Синтез 1,3-дибензилхиназолин-2,4-диона и комплексов металлов на его основе //  «Актуальные проблемы химии и химической технологии». – Мат.Респ. науч.-прак. конф. – Ургенч, 2011. –С. 80-81.
29. Каримова Г.Ш., Султанов С., Мухамедов Н.С.,  Кадирова Ш.А., Парпиев Н.А., Шахидоятов Х.М.Синтез и спектроскопическое исследование никелевого комплекса с 1,3-дибензилхиназолин-2,4-дионом // «Актуальные проблемы очистки нефти и газа от примесей различными физико-химическими методами» . – Карши. – 2011. –С. 170-171.
30. Karimova G., AshurovJ., Mukhamedov N., Parpiev N., Ibragimov B. 1,3-dibenzyl-1,2,3,4-tetrahydroquinazoline-2,4-dione//ActaCrystallographica Section E, Structure Report. – 2010. E66, m1547-1560.