АЗОМЕТИНОВЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ ЗАМЕЩЕННЫХ ХАЛКОНОВ

АННОТАЦИЯ

В работе обсуждаются результаты исследований новых азометиновых соединений на основе замещенных халконов. Интерес к данному направлению продиктован востребованностью халконов и их производных как биологически активных веществ. Синтез продуктов проведен конденсацией замещенных халконов с производным 4-аминоазобензола в кипящем изопропиловом спирте. Для полученных веществ определены температуры плавления, их индивидуальность установлена по данным тонкослойной хроматографии. Изучение строения азометиновых соединений проведено с использованием инфракрасной и электронной спектроскопии. По результатам квантовохимических расчетов показана подверженность молекул значительным стерическим искажениям, обусловленным взаимным влиянием отдельных фрагментов.

ABSTRACT

The paper discusses the results of studies of new azomethine compounds based on substituted chalcones. Interest in this area is dictated by the demand for chalcones and their derivatives as biologically active substances. The synthesis of the products was carried out by condensation of substituted chalcones with a 4-aminoazobenzene derivative in boiling isopropyl alcohol. The melting points of the obtained substances were determined, and their individuality was established using thin-layer chromatography data. The structure of azomethine compounds was studied using infrared and electronic spectroscopy. The results of quantum chemical calculations show that molecules are susceptible to significant steric distortions caused by the mutual influence of individual fragments.

Ключевые слова: халкон, азометиновое соединение, физико-химические свойства, электронная спектроскопия, инфракрасная спектроскопия.

Keywords: chalcone, azomethine compound, physicochemical properties, electron spectroscopy, infrared spectroscopy.

Введение

Халконы относятся к классу a,b-ненасыщенных кетонов и являются структурной составляющей природных красителей и пигментов – флавонов. Халконы обладают выраженной биологической активностью и находят применение, как в медицине, так и в аграрном деле [1-6]. Большое внимание также уделяется развитию методов синтеза и исследованию других прикладных свойств халконов [7-10]. Одним из путей модификации халконов может служить синтез на их основе азометиновых соединений конденсацией с первичными аминами.

Целью представленной работы является изучение реакции замещенных халконов с производным 4-аминоазобензола и исследование свойств образующихся азометиновых соединений.

Объекты исследования – азометиновые соединения (IV) и (V), полученные по схеме, изображенной на рис. 1.

Рисунок 1. Схема синтеза азосоединений

Экспериментальная часть

Халконы (I) ((II)) получены конденсацией 4-диметиламино-3-нитробензальдегида с ацетофеноном (4-хлорацетофеноном) [11]. Производное 4-аминоазобензола (III) получено по методике [12].

Конденсацию исходных компонентов, взятых в эквимольном соотношении, проводили в среде кипящего изопропилового спирта (ИПС) при перемешивании в течение 30 минут. Затем смесь охлаждали до комнатной температуры при перемешивании. Образовавшийся осадок отфильтровали, промыли небольшим количеством ИПС и высушили при температуре 80 °С.

Синтезированные азометиновые соединения – твердые вещества красного цвета, нерастворимые в воде и неполярных растворителях, растворимые в полярных органических растворителях. Их характеристики приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Характеристики азометиновых соединений

Материально-техническое обеспечение исследования: 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, компьютерные программы (FSpec^Ò, Uv-Vis Analyst^Ò, информационно-поисковая система по ИК спектроскопии ZAIR^TM, цифровая платформа PASS Online). Тонкослойная хроматография (ТСХ) проведена на пластинках Silufol, растворитель – диметилформамид (ДМФА), элюент – ИПС. При анализе спектральных данных использованы литературные источники [13-15].

Обсуждение результатов

Образование азометиновых соединений протекает гладко при взаимодействии эквимольных количеств халкона и амина в среде кипящего ИПС. Образующиеся продукты при охлаждении реакционной смеси переходят в твердую фазу, поэтому их выделение не вызывает затруднений. Исследование веществ методом ТСХ подтвердило их индивидуальность (значения Rf в табл. 1). Для изучения оптических свойств азометиновых производных использованы инфракрасная и электронная спектроскопии.

Инфракрасные спектры азометиновых производных (IV) и (V) получены в твердых образцах с бромидом калия. В спектрах выделен и интерпретирован ряд характеристических полос, подтверждающий структурное родство соединений (табл. 2).

Таблица 2.

Результаты инфракрасной спектроскопии

Электронные спектры азометиновых соединений (IV) и (V) измерены в ДМФА и ИПС. В диапазоне длин волн от 300 до 500 нм в спектрах присутствует одна полоса поглощения (рис. 2, табл. 1), отвечающая p®p* электронным переходам в молекулярном хромофоре. Введение в молекулу атома хлора приводит к слабому батохромному смещению полосы поглощения в обоих растворителях. Переход от менее полярного ИПС к более полярному ДМФА также вызывает небольшой батохромный сдвиг, что согласуется с представлениями о влиянии полярности растворителя на электронные спектры [15].

Рисунок 2. Электронные спектры соединения (IV) (а) и соединения (V) (б): 1 – ДМФА; 2 – ИПС

Спектры в концентрированной серной кислоте также имеют по одному максимуму. Их положение гипсохромно смещено относительно ДМФА, что может быть связано с изменением электронного состояния молекул в сильнокислой среде.

Прогнозирование биологической активности азометиновых соединений проведено на интернет-портале PASS Online. Результаты показали, что вероятность проявления биологической активности Ра составляет значения, в основном, меньшие 0,5. Значения Ра > 0,5 получены только для двух видов активности (табл. 3). Несмотря на это, рассматриваемые соединения могут быть рекомендованы для дальнейшей экспериментальной апробации.

Таблица 3.

Биологическая активность азометиновых соединений

Для изучения структурной геометрии молекул выполнены квантовохимические расчеты полуэмпирическими методами. Визуализация полученных результатов в виде 3D моделей приведена на рис. 3, 4. Молекулы подвержены значительным стерическим искажениям, обусловленным взаимным влиянием отдельных фрагментов (табл. 4). Также наблюдается неравномерность в распределении электростатического потенциала.

Рисунок 3. 3D модель молекулы (IV)

Рисунок 2. 3D модель молекулы (V)

Таблица 4.

Расчетные значения торсионных углов

Выводы

1. Конденсацией замещенных халконов с производным 4-аминоазобензола синтезированы новые азометиновые соединения в виде порошков красного цвета. Реакция протекает гладко в среде кипящего ИПС, продукты конденсации кристаллизуются при охлаждении реакционных смесей. Синтезированные азометиновые соединения имеют высокие температуры плавления, растворимы в полярных органических растворителях. Их индивидуальность подтверждена данными ТСХ.

2. Изучены инфракрасные спектры азометиновых соединений, выделен и интерпретирован ряд характеристических полос, подтверждающий их структурное родство.

3. Электронные спектры азометиновых соединений в ДМФА, ИПС и H₂SO₄ характеризуются одной полосой поглощения, отвечающей p®p* электронным переходам в молекулярном хромофоре. Показано влияние природы растворителя на положение спектральных максимумов азометиновых соединений.

4. На интернет-платформе PASS Online проведено прогнозирование биологической активности синтезированных продуктов. Установлено, что только для двух видов активности вероятность их наличия превышает 0,5.

5. По результатам квантовохимических расчетов показана подверженность молекул значительным стерическим искажениям, обусловленным взаимным влиянием отдельных фрагментов, а также неравномерность в распределении электростатического потенциала.

Список литературы:

1. Черников М.В. и др. Антицитокиновые эффекты аналогов халкона при экспериментальном «цитокиновом шторме» у крыс // Медицинский академический журнал. – 2021. – Т.21. – №1. – С.31-38 (DOI: 10.17816/MAJ60081).
2. Синютина С.Е., Шубина А.Г., Розенблюм Л.В. Влияние халконов и флавонов на зимазную активность дрожжей Saccharomyces cerevisiae // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2021. – Т.27. – №3. – С.442-448 (DOI: 10.17277/vestnik.2021.03.pp.442-448).
3. Медведева И.Н., Чирков С.В., Упилкова Ж.А. Эффективность применения регуляторов роста из группы халконов против болезней яровых зерновых культур в Предуралье // Пермский аграрный вестник. – 2022. – №1(37). – С.58-67 (DOI: 10.47737/2307-2873_2022_37_58).
4. Ibrayev M.K. et al. Synthesis, structure and antimicrobial activity of substituted chalcones and their derivatives // Bulletin of the Karaganda University. Chemistry series. – 2019. – №3(95). – P.28-36 (DOI: 10.31489/2019Ch3/28-36).
5. Мартинкевич Д.С. и др. Синтез и противомикробная активность новых пиразольных производных на основе халконов // Журнал органической химии. – 2022. – Т.58. – №5. – С.516-525 (DOI: 10.31857/S0514749222050093).
6. Одинцов П.С., Медведева И.Н. Эффективность приемов ухода за яровыми зкрновыми культурами с использованием халконов в Среднем Предуралье // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. – 2019. – №1(75). – С.29-32.
7. Чухланцева А.Н. и др. Синтез и физико-химические свойства новых халконов, содержащих 2-хлоримидазо[1,2-А]пиридиновый фрагмент // Журнал органической химии. – 2021. – Т.57. – №12. – С.1717-1726 (DOI: 10.31857/S0514749221120065).
8. Игнашевич А.Н. и др. Синтез и оптические свойства новых халконов, содержащих 3,4-этилендиокситиофеновый фрагмент // Журнал органической химии. – 2020. – Т.56. – №11. – С.1710-1720 (DOI: 10.31857/S0514749220110051).
9. Попова С.А., Павлова Е.В., Чукичева И.Ю. Синтез замещенных халконов на основе 1,3-дигидрокси-4-изоборнилбензола // Известия Академии наук. Серия химическая. – 2020. – №11. – С.2198-2204.
10. Муродов Д.С. и др. Синтез некоторых производных халконов // Вестник педагогического университета. Естественные науки. – 2022. – №2(14). – С.116-121.
11. Куликов М.А. Синтез и некоторые свойства несимметрично замещенных халконов // Вестник технологического университета. – 2021. – Т.24. – №9. С.5-7.
12. Куликов М.А. Синтез и исследование свойств азосоединений на основе амида сульфаниловой кислоты // Universum: химия и биология. – 2024. – №3(117). – Ч.2. – С.10-14.
13. Преч Э., Бюльманн Ф., Аффольтер К. Определение строения органических соединений. Таблицы спектральных данных. – М. Мир; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. – 438 с.
14. Tasumi M., Sakamoto A. Introduction to Experimental Infrared Spectroscopy. Fundamentals and Practical Methods. – Wiley, 2015. – 389 p.
15. Свердлова О.В. Электронные спектры в органической химии. – Л.: Химия, 1985. – 248 с.