CC BY
13Ученые записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского Биология. Химия. Том 9 (75). 2023. № 2. С. 276-283.
УДК 547.917 + 542.97
йО! 10.29039/2413-1725-2023-9-2-276-283
СИНТЕЗ И ПРОГНОЗИРУЕМАЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ МЕТИЛОВОГО ЭФИРА И ГИДРАЗИДА 4-ГИДРОКСИБЕНЗОЙНОЙ
КИСЛОТЫ
Цикалова В. Н., Цикалов В. В., Кальчук А. С.
Институт биохимических технологий, экологии и фармации ФГАОУВО «КФУ им. В.И. Вернадского», Симферополь, Республика Крым, Россия Е-шаИ: [email protected]
С целью поиска наиболее эффективных условий для синтеза получены метиловый эфир 4-гидроксибензойной кислоты в бензоле и в среде метилового спирта, а также гидразид 4-гидроксибензойной кислоты гидразинолизом метилового эфира и методом активированных эфиров. Приведены прогнозируемые данные по биологической активности синтезированных соединений, полученные в программе РА880п1ше.
Ключевые слова: этерификация, гидразинолиз, гидроксикислоты, РА880п1ше. ВВЕДЕНИЕ
Гидроксибензойные кислоты широко известны, а также изучены как природные компоненты. Обычно они присутствуют в растениях в связанной форме и высвобождаются при гидролизе. Например, 4-гидроксибензойная кислота в свободном виде обнаруживается в зверобое, витексе, кокосе, ваниле, антильском крыжовнике, нефильтрованном оливковом масле, виноградном вине. Эфиры и-гидроксибензойной кислоты являются парабенами и широко применяются как консерванты пищевой, фармацевтической и косметической промышленности. Так, метиловый эфир и-гидроксибензойной кислоты (Е 218) является пищевой добавкой и обладает антисептическими и антигрибковыми свойствами, этиловый эфир и-гидроксибензойной кислоты - консервант с легким анестезирующим действием на язык (Е 214) [1]. Он используется в косметических и фармацевтических препаратах. Испытания на грызунах показали, что парабены относительно нетоксичны и не накапливаются в организме. Исследования острых, субхронических и хронических эффектов на грызунах также показали, что парабены практически нетоксичны [2, 3]. Парабены быстро всасываются, метаболизируются и выводятся из организма [2].
Поэтому интерес для биологических исследований представляют собой не только сами гидроксибензойные кислоты как самостоятельные вещества, но и их модификации, такие как эфиры, гидразиды и амиды.
Классическим вариантом этерификации кислот является синтез эфира на основе карбоновых кислот и спиртов в среде органического растворителя в присутствии неорганических кислот или катионита КУ-2, однако для ароматических оксикислот такой подход не дает высокие выходы [4, 5].
Гидразиды карбоновых кислот, в свою очередь, традиционно получают гидразинолизом метиловых или этиловых эфиров кислот. В работе [6] показано применение микроволнового синтеза для данного типа реакций, что существенно повышает выход реакции. Для модификаций карбоксильных групп карбоновых и аминокислот с целью получения гидразидных производных используется метод активированных эфиров в сочетании с карбодиимидным методом [7, 8]. Так в работе [9] гидразид 3-гидрокси-2-нафтойной кислоты 1, полученный гидразинолизом соответствующего метилового эфира, конденсировали с трет-бутилоксикарбонил-£-аланином (Вос-£-аланин) в два этапа. Вос-£-Аланин активировали в присутствии 1,5-кратного избытка ^-гидроксисукцинимида и дициклогексилкарбодиимида, а затем отделяли дициклогексилмочевину. После фильтрования полученный раствор активированного эфира соединяли с раствором гидразида 3-гидрокси-2-нафтойной кислоты в ацетонитриле. После выделения был получен соответствующий диацилгидразид 2 с выходом 50 %. Таким же методом активированных эфиров был получен конъюгат 3 с выходом 70 %. Эта методика получения активированных эфиров была использована в данном исследовании как альтернативная гидразинолизу.
Целью данной работы является получение метилового эфира и гидразида 4-гидроксибензойной кислоты разными подходами, а именно гидразинолизом метилового эфира и методом активированных эфиров, а также расчет прогнозируемой биологической активности полученных соединений с помощью программы PASSOnline [10].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В работе использованы: 4-гидроксибензойная кислота, ^-гидроксисукцинимид (HOSu), дициклогексилкарбодиимид (DCC), метанол.
О
О
3
2
Анализ состава реакционных смесей, чистоты синтезированных соединений, а также контроль хода реакций осуществляли методом тонкослойной хроматографии (ТСХ) на пластинках Kieselgel 60-F254 (Merck) в системе растворителей бензол-пропан-2-ол, 10:1 (А). Вещества обнаруживали визуально по люминесценции в УФ (254 нм).
ИК-спектры сняты с жидких образцов на ИК-спектрофотометре ФСМ-2202, ИК-Фурье спектрометр «Инфраспек».
Метил-4-гидроксибензоат (5).
Рис. 1. Схема синтеза эфира 5.
Вариант 1. 4-Гидроксибензойную кислоту массой 13,8 г (0,1 моль) растворили в 50 мл бензола, добавили 5-кратный мольный избыток метанола (20,2 мл; 0,5 моль), 2 мл концентрированной серной кислоты. Смесь кипятили и отделяли воду с использованием ловушки Дина-Старка в течение 6 часов. После отделения воды, органический слой промывали водой 3 раза по 10 мл. Растворитель упаривали, а метил-4-гидроксибензоат перекристаллизовывали из спирта (рис. 1). Выход полученного соединения 5 составил 13 %. Т пл. 126-127 °С. Лит. данные: т. пл. 127-128 °С [11].
ИК-спектр (v, см-1): 3279 (O-H), 2963 (O-CH3), 1677 (С=0), 1379-1512 (C-H); (5, см-1): 848 (С-H аром).
Вариант 2. 4-Гидроксибензойную кислоту массой 2 г (0,0145 моль) поместили в метанол объемом 6 мл и добавили 0,5 мл концентрированной серной кислоты. Смесь нагревали на водяной бане в течение 4-х часов до исчезновения исходной кислоты по данным ТСХ. Выпавший осадок эфира 5 отфильтровали, промыли холодным метанолом и высушили. Выход соединения 5 составил 27 %.
Гидразид-4-гидроксибензоат (6).
Рис. 2. Схема синтеза гидразида 6 на основе метилового эфира.
Вариант 1. Метил-4-гидроксибензоат массой 0,5 г (0,0033 моль) растворили в 5 мл метанола и добавили 1,5-кратный мольный избыток гидразингидрата (0,25 г, 0,005 моль). Смесь нагревали до кипения метанола на водяной бане в течение 3 часов. Через несколько дней выпавший осадок гидразида отфильтровали, промыв на фильтре 5 мл охлажденного метанола (рис. 2). Выход гидразида 6 составил 48 %. Т. пл. = 265-269 °С. Лит. данные: т. пл. 266-269 °С [6].
ИК-спектр (v, см-1): 3305 (O-H), 3250 (N-H), 1630 (С=0 амид I), 1535(С=0 амид II), 1393-1465 (C-H); ( 5, см-1): 838 (С-H аром).
4
5
5
6
Рис. 3. Получение гидразида 6 через образование соответствующего активированного эфира 7.
Вариант 2. 4-Гидроксибензойную кислоту массой 1,0 г (0,0072 моль) растворили в 5 мл ацетонитрила. В полученный раствор добавили 1,24 г (0,0108 моль) К-гидроксисукцинимида и 2,22 г (0,0108 моль) дициклогексилкарбодиимида. Смесь перемешивали до исчезновения исходной кислоты по данным ТСХ. После отделения осадка мочевины в полученный раствор добавили 0,54 г (0,0108 моль) гидразингидрата и перемешивали смесь в течение 1 суток. По окончании реакции полученный гидразид отфильтровали и перекристаллизовали из этилового спирта. Выход соединения 6 составил 64 % (рис. 3).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В первом варианте этерификации и-гидроксибензойная кислота взаимодействовала с полуторакратным мольным избытком метанола при кипении в бензоле в качестве растворителя с каталитическим количеством концентрированной серной кислоты. В этом случае выход составил 13 %. Гораздо лучший выход оказался без применения бензола, когда синтез проходил в чистом спирте. В этом случае выход метилового эфира и-гидроксибензойной кислоты составил 27 %.
сн3он
но-
соон
СбНб
сн3он
н2эо4
Гидразид и-гидроксибензойной кислоты вначале получали гидразинолизом метилового эфира соответствующей кислоты полуторократным избытком гидразингидрата в метаноле с выходом гидразида 48 %.
но-
соосн
]\Н2-]\Н2 (н2о)
сн3он
но
\\ //
//
о
с
\
48%
шш
2
7
Но лучший результат синтеза гидразида был при использовании метода активированных эфиров. Исходная кислота подвергалась воздействию полуторакратного мольного избытка ^-гидроксисукциимида и дицииклогексилкарбодиимида в ацетонитриле. После исчезновения исходной кислоты по данным тонкослойной хроматографии активированный эфир без выделения подвергался действию гидразингидрата. В этом случае выход гидразида и-гидроксибензойной кислоты составил 64 %.
Л—Л 1. БСС, НО8и 2.]Н2-]Н2 (Н2О) /=\ 7/°
НО ^ Х^СООН -- -- НО^ч /)—Сч 64%
\==/ СН3С] СН3С] V-/ ]Н]Н
Для полученных веществ и исходной кислоты оценили прогнозируемую биологическую активность с помощью программы РАББОпНпе (табл. 1).
Таблица 1
Оценка биологической активности в программе PASS Online
Вещество Ра Р1 Активность
^wœoH 0,902 0,004 Antiseborrheic
0,831 0,006 Membrane permeability inhibitor
0,872 0,003 Fibrinolytic
0,847 0,003 Preneoplastic conditions treatment
0,809 0,030 Phobic disorders treatment
0,752 0,004 Insulysin inhibitor
0,793 0,014 Mucositis treatment
0,858 0,009 Antieczematic
^-^,COOCH3 HO^^ 0,906 0,004 Antiseborrheic
0,885 0,004 Membrane permeability inhibitor
0,856 0,004 Fibrinolytic
0,826 0,003 Preneoplastic conditions treatment
0,833 0,022 Phobic disorders treatment
0,722 0,006 Insulysin inhibitor
0,702 0,024 Mucositis treatment
0,707 0,043 Antieczematic
O ho^Xn"NH- 0,731 0,032 Antiseborrheic
0,654 0,059 Membrane permeability inhibitor
0,593 0,077 Fibrinolytic
0,575 0,030 Preneoplastic conditions treatment
0,746 0,056 Phobic disorders treatment
0,402 0,087 Insulysin inhibitor
0,475 0,081 Mucositis treatment
Расчеты в программе PASSOnline для 4-гидроксибензойной кислоты показали следующие возможные виды биологической активности - «антисеборейная» с вероятностью 90 %, «антиэкземная» с вероятностью 86 %, «ингибитор инсулина» с вероятностью 75%, «фибринолитическая» с вероятностью 87 %, «ингибитор проницаемости митохондриальных мембран» с вероятностью 83 %, «лечение мукозита» с вероятностью 79 %, «лечение фобических растройств» с вероятностью 81 %, «лечение преднеопластических состояний» с вероятностью 85 %.
Программой PASSOnline для метилового эфира «-гидроксибензойной кислоты были выявлены следующие возможные виды биологической активности -«антисеборейная» с вероятностью 91 %, «антиэкземная» с вероятностью 71 %, «ингибитор инсулина» с вероятностью 72 %, «фибринолитическая» с вероятностью 86 %, «ингибитор проницаемости митохондриальных мембран» с вероятностью 89 %, «лечение мукозита» с вероятностью 70 %, «лечение фобических растройств» с вероятностью 83 %, «лечение преднеопластических состояний» с вероятностью 82 %.
Программой PASSOnline для гидразида «-гидроксибензойной кислоты были выявлены следующие возможные виды биологической активности -«антисеборейная» с вероятностью 73 %, «ингибитор инсулина» с вероятностью 40 %, «фибринолитическая» с вероятностью 59 %, «ингибитор проницаемости митохондриальных мембран» с вероятностью 65 %, «лечение мукозита» с вероятностью 48 %, «лечение фобических растройств» с вероятностью 75 %, «лечение преднеопластических состояний» с вероятностью 58 %.
Расчётные значения потенциальной биологической активности «-гидроксибензойной кислотой и её метилового эфира близки. В сравнении с «-гидроксибензойной кислотой и её метиловым эфиром, гидразид «-гидроксибензойной кислоты, проявляет меньшую расчетную биологическую активность, например, «антисеборейная» 73 % против 90 % и 91 % соответственно, «фибринолитическая» 59 % против 77 % и 76 % соответственно, «лечение мукозита» с вероятностью 48 % против 79 % и 70 % соответственно, «ингибитор инсулина» 40 % против 79 % и 70 % соответственно, а «антиэкземная» вообще не прогнозируется.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Для получения метилового эфира 4-гидроксибензойной кислоты целесообразнее проводить синтез в среде спирта без использования дополнительного растворителя.
2. Гидразид 4-гидроксибензойной кислоты удобно получать гидразинолизом как метилового эфира кислоты, так и ее активированного эфира, но в последнем случае выход выше, поскольку отсутствует стадия выделения активированного эфира как самостоятельного соединения.
Список литературы
1. Codex alimentarius fao/who Coordination Committee for Europe - CCEURO. - Режим доступа: https://web.archive.org
2. Safety assessment of esters of p-hydroxybenzoic acid (parabens) / M. G. Soni, I. G. Carabin, G. A. Burdock // Food and Chemical Toxicology journal. - 2005. - Vol. 43, № 7. - P. 985-1015.
3. Evaluation of the health aspects of methyl paraben: a review of the published literature / M. G. Soni, S. L. Taylor, N. A. Greenberg [et al.] // Food and Chemical Toxicology journal. - 2002. - Vol. 40, № 10. - P.1335-1373.
4. Храмкина М. Н. Практикум по органическому синтезу / М. Н. Храмкина - Л.: Химия, 1977. -С. 150-152.
5. Органикум. Практикум по органической химии. Том II / Г. Беккер, В. Бергер, Г. Домшке [и др.] // М.: Мир, 1979. - С. 74-85.
6. Microwave assisted synthesis of biologically active 4-hydroxy-7v-(phenylcarbonyl)-2ff-1,2-benzothiazine-3-carbohydrazide 1,1-dioxide derivatives / M. Zaheer, M. Zia-Ur-Rehman, S. Rahman [et al.] // J. Chil. Chem. Soc. - 2012. - Vol. 57, № 4. - Р. 1492-1496.
7. Якубке Х.-Д. Аминокислоты. Пептиды. Белки. Пер. с нем. к.х.н. Н. П. Запеваловой, к.х.н. Е. Е. Максимова, под ред. д.х.н., проф. Ю. В. Митина / Х.-Д. Якубке, Х. Ешкайт - М.: Мир, 1985. -С. 146-153.
8. Гершкович А. А. Синтез пептидов. Реагенты и методы / А. А. Гершкович - Киев: Наукова думка, 1987. - 264 с.
9. Synthesis of conjugates of glycoamino acids and glycopeptides with carboxylic acid hydrazides / A. E. Zemlyakov, V. O. Kur'yanov, V. N. Tsikalova //Chemistry of natural compounds. - 1997. -Vol. 33, № 5. - P. 568-570.
10. Pharma expert predictive services «PASS online» [Electronic resource]: FSBI «Research Institute of biomedical chemistry named after V.N. Orekhovich» The Russian Academy of medical Sciences. - Mode of access: URL: http://pharmaexpert.ru/PASSOnline.
11. Open Melting Point Dataset / J. Bradley, A. Williams, S. I. D. Andrew [et al.] // Figshare. - 2014. -Режим доступа: https://figshare.com/articles/dataset.
SYNTHESIS AND PREDICTED BIOLOGICAL ACTIVITY OF METHYL ESTER AND HYDRAZIDE OF 4-HYDROXYBENZOIC ACID
Tsikalova V. N., Tsikalov V. V., Kalchuk A. S.
V. I. Vernadsky Crimean Federal University, Simferopol, Crimea, Russia Federation
E-mail: [email protected]
In order to find the most efficient conditions for the synthesis methyl ester of 4-hydroxybenzoic acid was obtained in benzene and pure alcohol. Hydrazide of 4-hydroxybenzoic acid has also been prepared by two approaches hydrazinolysis of methyl ester of corresponding acid and the activated ester method. In the first variant of the esterification, p-hydroxybenzoic acid reacted with a 1.5-fold excess of methanol by boiling the benzene solvent with a small amount of concentrated sulfuric acid. In this case, the yield was 13 %. A much better yield was found without the use of benzene, when the synthesis took place in pure alcohol. In this case, the yield of p-hydroxybenzoic acid methyl ester was 27 %. Hydrazide of p-hydroxybenzoic acid was first obtained by hydrazinolysis of the methyl ester of the corresponding acid with a 1,5-fold excess of hydrazine hydrate in methanol with a yield of 48 % hydrazide of p-hydroxybenzoic acid.
But the best result in the synthesis of hydrazide was when using the method of activated esters. The starting acid was exposed to a 1,5-fold excess of N-hydroxysuccinimide and dicyclohexylcarbodiimide in acetonitrile. The activated ester was subjected to the action of hydrazine hydrate without stages separation. In this case, the yield of hydrazide of p-hydroxybenzoic acid was 64 %.
The resulting substances, together with the original acid, were tested for predicted biological activity using the PASSOnline program. The calculated values of the potential biological activity of p-hydroxybenzoic acid and its methyl ester turned out to be the same. Compared to p-hydroxybenzoic acid and its methyl ester, p-hydroxybenzoic acid hydrazide exhibits less calculated biological activity. For example, "anti-seborrheic" 73 % compared 90 % for p-hydroxybenzoic acid, "fibrinolytic" 59 % compared 77 % for p-hydroxybenzoic acid, "treatment of mucositis" with a probability of 48 % compared 79 % for p-hydroxybenzoic acid, "insulin inhibitor" 40 % compared 79 % for p-hydroxybenzoic acid, and "anti-eczema" is not predicted at all.
Keywords: esterification, hydrazinolysis, hydroxy acids, PASSOnline.
References
1. Codex alimentarius fao/who Coordination Committee for Europe - CCEURO.
2. Soni M. G., Carabin I. G., Burdock G. A. Safety assessment of esters of p-hydroxybenzoic acid (parabens), Food and Chemical Toxicology journal, 43(7), 985 (2005).
3. Soni M. G., Taylor S. L., Greenberg N. A., Burdock G. A. Greenberg. Evaluation of the health aspects of methyl paraben: a review of the published literature M. G., Food and Chemical Toxicology journal, 40(10), 1335 (2002).
4. Hramkina M. N. Workshop on organic synthesis. (Leningrad: Chemistry, 1977) (in Russ.)
5. Becker G., Berger V., Domshke G. Organicum. Workshop on organic chemistry. (V 2. Moscow: Mir, 1979) (in Russ.)
6. Zaheer M., Zia-Ur-Rehman M., Rahman S., Ahmed N., And Chaudhary M. N. Microwave assisted synthesis of biologically active 4-hydroxy-7v-(phenylcarbonyl)-2H-1,2-benzothiazine-3-carbohydrazide 1, 1 -dioxide derivatives, J. Chil. Chem. Soc, 57(4), 1492 (2012).
7. Jakubke H.-D., Eshkayt H. Amino acids. Peptides. (Moscow: Mir, 1985) (in Russ.)
8. Gershkovich A. A. Synthesis of peptides. Reagents and methods. (Kyiv: Naukova dumka, 1987) (in Russ.)
9. Zemlyakov A. E., Kur'yanov V. O., Tsikalova V. N., Chirva V. Y. Synthesis of conjugates of glycoamino acids and glycopeptides with carboxylic acid hydrazides, Chemistry of natural compounds, 33(5), 568 (1997).
10. Pharma expert predictive services «PASS online» [Electronic resource]: FSBI «Research Institute of biomedical chemistry named after V. N. Orekhovich» The Russian Academy of medical Sciences. -Mode of access: URL: http://pharmaexpert.ru/PASSOnline.
11. Bradley J., Williams A., Andrew S. I. D. Open Melting Point Dataset, Figshare, (2014). https://figshare.com/articles/dataset.
