СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ АЗОСОЕДИНЕНИЙ НА ОСНОВЕ АМИДА СУЛЬФАНИЛОВОЙ КИСЛОТЫ

АННОТАЦИЯ

Амид сульфаниловой кислоты обладает выраженной биологической активностью. На его основе разработан ряд высокоэффективных лекарственных препаратов. Одним из путей модификации свойств сульфаниламида является синтез его азопроизводных. В представленной работе на основе амида сульфаниловой кислоты и 2-метиланилина, 3-метиланилина, 2,5-диметиланилина синтезированы соответствующие азокрасители. Описана методика их получения, изучены условия синтеза. Определены температуры плавления и исследован ряд физико-химических свойств продуктов. С использованием методов инфракрасной и электронной спектроскопии изучены особенности молекулярного строения. С применением компьютерных технологий выполнен скрининг спектра физиологического действия рассматриваемых веществ. Показана их потенциальная биологическая активность. Синтезированные азосоединения на основе сульфаниламида рекомендуются для дальнейшего изучения.

ABSTRACT

Sulfanilic acid amide has pronounced biological activity. A number of highly effective drugs have been developed on its basis. One way to modify the properties of sulfanilamide is the synthesis of its azo derivatives. In the presented work, the corresponding azo dyes were synthesized based on sulfanilic acid amide and 2-methylaniline, 3-methylaniline, and 2,5-dimethylaniline. The method of their preparation is described, and the synthesis conditions are studied. The melting points were determined and a number of physicochemical properties of the products were studied. Using infrared and electron spectroscopy methods, the features of the molecular structure were studied. Using computer technology, the spectrum of physiological action of the substances in question was screened. Their potential biological activity has been demonstrated. The synthesized azo compounds based on sulfonamide are recommended for further study.

Ключевые слова: амид сульфаниловой кислоты, азосоединения, физико-химические свойства, электронная спектроскопия, ИК Фурье спектроскопия, прогнозирование биологической активности.

Keywords: sulfanilic acid amide, azo compounds, physicochemical properties, electron spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, prediction of biological activity.

Введение

Амид сульфаниловой кислоты известен своей ярко выраженной биологической активностью и является родоначальником целого класса лекарственных субстанций [1,2]. На его основе синтезированы новые высокоэффективные препараты широкого спектра действия [3-5]. Активно используется сульфаниламид и в органическом синтезе [6,7]. Одним из путей модификации свойств сульфаниламида является синтез азосоединений через реакции диазотирования и азосочетания [8], что расширяет спектр биологически активных синтетических красителей [9].

Цель представленной работы заключается в изучении реакции азосочетания диазотированного сульфаниламида с 2-метиланилином, 3-метиланилином и 2,5-диметиланилином и исследовании свойств образующихся азокрасителей.

Объекты исследования – азосоединения (I), (II) и (III), полученные по схеме на рис. 1.

Рисунок 1. Схема синтеза азосоединений

Экспериментальная часть

Диазотирование амида сульфаниловой кислоты проведено нитритом натрия в водном растворе соляной кислоты при температуре 10-15 °С. Сочетание с 2-метиланилином, 3-метиланилином и 2,5-диметиланилином проводилось по следующей общей методике: к водному раствору солянокислой соли амина добавили диазосоединение и перемешивали в течение 15 минут при указанной выше температуре. Затем к реакционной смеси добавляли небольшими порциями с интервалом в 5 минут расчетное количество тригидрата ацетата натрия. В этот период смесь интенсивно перемешивали, поскольку наблюдалось ее загустевание. После прибавления всего ацетата натрия массу перемешивали еще 30 минут. Образовавшийся краситель отфильтровали, промыли водой до нейтральной реакции промывных вод и высушили на воздухе. Окончательную сушку продуктов проводили в сушильном шкафу при 80 °С.

Синтезированные азосоединения – твердые вещества от желтого до темно-красного цвета, нерастворимые в воде, растворимые в полярных органических растворителях. Характеристики соединений представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Характеристики синтезированных соединений

В работе использовано следующее оборудование: лабораторная мешалка Daihan НТ-50DX, сушильный шкаф VACUTherm VT-6130-М, автоматический прибор для определения температуры плавления Stuart SMP40, спектрофотометр EcoView УФ-3200, ИК-Фурье спектрометр ФСМ 1201. Цифровые продукты: FSpec^Ò, Uv-Vis Analyst^Ò, информационно-поисковая система по ИК спектроскопии ZAIR^TM, цифровая платформа PASS Online (www.way2drug.com). Тонкослойную хроматографию проводили на пластинках Silufol, растворитель – диметилформамид, элюент – пропанол-2. При анализе спектральных данных использованы литературные источники [10-12].

Обсуждение результатов

Синтез рассматриваемых соединений протекает достаточно гладко и не вызывает затруднений. Образующиеся продукты не растворимы в воде, что облегчает их выделение и очистку от водорастворимых примесей. Анализ продуктов методом тонкослойной хроматографии подтвердил их индивидуальность. Оптические свойства красителей изучены по данным инфракрасной и электронной спектроскопии.

В табл. 1 приведены основные характеристические полосы и отвечающие им волновые числа в инфракрасных спектрах соединений (I), (II) и (III). Сравнительный анализ полученных данных свидетельствует об их структурном родстве.

Таблица 1.

Данные инфракрасной спектроскопии (KBr)

На рис. 2 представлены электронные спектры азосоединений (I), (II) и (III), измеренные в пропаноле-2 и диметилформамиде в диапазоне длин волн от 300 до 500 нм. Спектры характеризуются одной полосой поглощения (табл. 2), отвечающей p®p* электронным переходам в хромофоре. Введение метильной группы в орто-положение к азогруппе приводит к значительному батохромному смещению полосы поглощения. Это связано с большей поляризацией хромофора за счет усиления электронодонорного влияния заместителей. Спектры в диметилформамиде также имеют одну полосу, батохромно смещенную относительно спектров в пропаноле-2, что объясняется сольватационным эффектом растворителя.

Рисунок 2. Электронные спектры в пропаноле-2 (а) и диметилформамиде (б): 1 – (I); 2 – (II); 3 – (III)

Таблица 2.

Данные электронной спектроскопии

На заключительном этапе исследования с использованием интернет-портала PASS Online [13, 14] выполнен скрининг спектра физиологического действия синтезированных азокрасителей. В табл. 3 приведены полученные результаты в виде значений вероятности наличия Ра и вероятности отсутствия Pi однотипных активностей (в долях единицы). В качестве граничного условия приняты значения Pa больше 0,7 для соединения (I). Данные показывают, что все три красителя можно отнести к потенциально активным веществам с широкой направленностью действия. Поэтому их можно рекомендовать для экспериментального изучения.

Таблица 3.

Физиологическое действие азокрасителей

Выводы

1. Изучена реакция сочетания диазотированного сульфаниламида с 2-метиланилином, 3-метиланилином и 2,5-диметиланилином. Реакция протекает гладко в присутствии ацетата натрия. Образующиеся красители не растворимы в воде, что облегчает их выделение и очистку от водорастворимых примесей. Продукты сочетания представляют собой твердые вещества с высокими температурами плавления, окрашенные в цвета от желтого до темно-красного и растворимые в полярных органических растворителях.
2. Получены инфракрасные спектры синтезированных соединений, выделены основные характеристические полосы и отвечающие им волновые числа. Установлено их структурное родство.
3. Получены электронные спектры красителей в растворе в пропаноле-2 и диметилформамиде. В спектрах присутствует одна полоса поглощения, проявление которой определяется положением и количеством метильных групп в молекуле, а также сольватационным эффектом растворителя.
4. С использованием компьютерных технологий выполнен скрининг спектра физиологического действия рассматриваемых веществ. Показана их потенциальная биологическая активность. Соединения могут быть рекомендованы для дальнейшего изучения.

Список литературы:

1. Харкевич Д.А. Основы фармакологии. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2015. – 720 с.
2. Прошин С.Н., Михайлов И.Б. Фармакология. – Санкт-Петербург: СпецЛит,  2018. – 541 с.
3. Синтез и антибактериальная активность сульфаниламидов с пространственно затрудненными фенольными фрагментами / С.В. Бухаров [и др.] // Журнал органической химии. 2021. Т.57. №10. С.1429-1437 (DOI: 10.31857/S0514749221100086).
4. Синтез и исследование антибактериальной активности полуаминалей и оснований Шиффа на основе сульфаниламида / С.Г. Степин [и др.] // Вестник фармации. 2019. №3(85). С.88-93.
5. Крутиков В.И., Еркин А.В. Эфиры (4-арилсульфамоил)фенилкарбаминовой кислоты II*. Поиск соединения-лидера // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического университета (технического университета). 2020. №55(81). С.43-48 (DOI: 10.36807/1998-9849-2020-55-81-43-48).
6. Эсенбаева В.В., Юнникова Л.П. Амиды сульфаниловой, тио- и угольной кислот в реакции с солями тропилия // Журнал общей химии. 2018. Т.88. №4. С.683-685.
7. Поваров И.Г., Шиленков Н.А., Товбис М.С. Получение новых сульфаниламидных производных аминофенолов и установление их строения // Решетневские чтения. 2018. Т.1. С.614-616.
8. Азосочетание 2-гидроксиметил-4-трет-бутилфенола с сульфамоилбензолдиазонийхлоридом / Р.Г. Тагашева [и др.] // Журнал общей химии. 2016. Т.86. №3. С.571-574.
9. Биологически активные синтетические красители / Д.Н. Кузнецов [и др.] // Известия высших учебных заведений. Серия: химия и химическая технология. 2017. Т.60. №1. С.4-33 (DOI: 10.6060/tcct.2017601.5423).
10. Преч Э., Бюльманн Ф., Аффольтер К. Определение строения органических соединений. Таблицы спектральных данных. М. Мир; БИНОМ. Лаборатория знаний. 2006. 438 с.
11. Tasumi M., Sakamoto A. Introduction to Experimental Infrared Spectroscopy. Fundamentals and Practical Methods. Wiley. 2015. 389 p.
12. Свердлова О.В. Электронные спектры в органической химии. Ленинград. Химия. 1985. 248 с.
13. Поройков В.В. Компьютерное конструирование лекарств: от поиска новых фармакологических веществ до системной фармакологии // Биомедицинская химия. 2020. Т.66. Вып.1. С.30-41 (DOI: 10.18097/PBMC20206601030).
14. Компьютерный прогноз спектров биологической активности органических соединений: возможности и ограничения / В.В. Поройков [и др.] // Известия Академии наук. Серия химическая. 2019. №12. С.2143-2154.