Синтез и свойства 1- (3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-2-арилбензимидазолов Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 547.785.51

СИНТЕЗ И СВОЙСТВА 1- (Э,5-ДИ-ТР£Т-БУТИЛ-4-ГИДРОКСИФЕНИЛ)-2-АРИЛБЕНЗИМИДАЗОЛОВ

© Т. О. Хубаева

Северо-Осетинская государственная медицинская академия Россия, 362019 г. Владикавказ, ул. Пушкинская, 40.

Тел./факс: +7 (8672) 53 03 97.

E-mail: [email protected]

Конденсацией 2,6-ди-трет-бутил-п-бензохинонимина с ароматическими альдегидами синтезированы 1-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-2-арилбензимидазолы. Вещества охарактеризованы элементным анализом, ИК и ПМР спектрами. Электрохимическое восстановление и окисление соединений изучено методом циклической вольтамперометрии. Обсужден механизм восстановления и окисления соединений, включающий элементарные электрохимические и химические стадии. При электрохимическом окислении соединений возможно протекание окислительной гетероциклизации за счет альтернативного механизма фрагментации ион-радикалов, связанного с особенностями структуры соединений.

Ключевые слова: пространственно-затрудненные фенолы, бензимидазолы, циклическая вольтамперометрия (ЦВА).

Интерес к производным пространственнозатрудненных фенолов огромен. Это связано как с их практической значимостью (радиопротекторы, антиоксиданты, антисептики, фунгицидные препараты), так и с исследованиями важнейших биохимических процессов дыхания, гидроксилирования, окисления и восстановления [1-2]. Бензимидазол является структурным фрагментом природных и синтетических физиологически активных соединений, в частности, антигельминтных, антиоксидант-ных препаратов [3-5], витамина В12 и его метаболита оксикобаламина. С целью расширения круга изучаемых объектов в данной работе сообщается о синтезе и свойствах 1-(3,5-ди-дареда-бутил-4-

гидроксифенил)-2-арилбензимидазолов (1-6), которые являются исходными соединениями в синтезе новых биологически активных веществ:

Соединение R1 R2 R3 R4

І OH CH3 H H

2 OH H CH3 H

3 OH H H CH3

4 OH H H Br

5 OH H H H

б H f-Bu OH f-Bu

1-(3,5-ди-т^ет-бутил-4-гидроксифенил)-2-арилбензимидазолы 1-6 синтезированы по модифицированной методике взаимодействием 2,6-ди-т^ет-бутил-п-бензохинонимина с соответствующими ароматическими альдегидами по схеме 1.

Схема 1

І-б

І-б

t-Bu

Индивидуальность соединений устанавливалась методом тонкослойной хроматографии. Состав и строение полученных веществ 1-6 подтверждены ИК- и ПМР-спектроскопией и методами элементного анализа (табл. 1).

+

2

4

R

3

R

Таблица 1

Методы синтеза, выходы, температуры плавления и данные элементного анализа соединений 1-6

Соединение

Выход, %

Т. пл., “С

Найдено, %

H

Формула

Вычислено, %

H

N

C

N

C

І 74 197-198 77.14 9.б0 б.55 C28H41N2O2 76.89 9.38 б.41

2 70 203-204 77.02 9.б3 б.58 C28H41N2O2 76.89 9.38 б.41

3 72 193-194 77.12 9.51 б.77 C28H41N2O2 76.89 9.38 б.41

4 72 205-206 56.03 б.28 5.09 C27HзбN2O2Br2 55.8б б.21 4.83

5 80 199-200 77.25 8.85 7.03 C27H36N2O2 77.14 8.57 б.б7

б 74 21 б—217 78.85 10.39 5.48 C35H54N2O2 78.б5 10.11 5.24

ИК спектры 1-(3,5-ди-да^еда-бутил-4-гидрокси-фенил)-2-арилбензимидазолов имеют ряд общих особенностей идентичны. В спектрах имеются характеристические полосы валентных колебаний неассоциированной (3560 см-1) и ассоциированной (3450 см-1) групп ОН, полосы валентных колебаний связей С-Н ароматического кольца (3050-3000 см-1), полосы валентных симметричных и асимметричных колебаний связей С-Н да^еда-бутильных групп (2950-2850 см-1), присутствуют также полосы поглощения ароматического кольца (1600-1550 см-1). Также наблюдаются полосы деформационных колебаний да^еда-бутильных групп (1395-1385 см-1), деформационных колебаний групп СН ароматических колец (900-750 см-1).

Спектры ПМР регистрировали в лаборатории ЯМР-спектроскопии НИИФОХ РГУ на спектрометре И№ТУ-300 МГц в вакуумированных стеклянных ампулах (стекло - пирекс, растворитель -СБС13). В ампуле смешивались сухими окислитель и фенол, вакуумировались, молекулярной перегонкой намораживался растворитель, затем ампула отпаивалась под вакуумом. Отсчет химических сдвигов осуществлялся относительно тетраметил-силана. В ПМР спектрах синтезированных соединений имеется синглет протонов трет-бутильных групп (5 1.38-1.48 м.д.); синглет протона гидроксильной группы (5 5.52-5.80), исчезающий при добавлении Б20; сигналы ароматических протонов (5 7.2-7.9 м.д.).

Электрохимические свойства 1-(3,5-ди-да/>еда-бутил-4-гидроксифенил)-2-арилбензимидазолов (1-6) изучены методом циклической вольтамперометрии (ЦВА) на платиновом дисковом стационарном электроде в ацетонитриле. Электрод сравнения -насыщенный каломельный электрод, вспомогательный электрод - платиновая спираль; фоновый электролит- перхлорат тетраэтиламмония. Концентрация деполяризаторов в ЦВА - 5 • 10-3 моль/л, фо-

на - 0.1 моль/л. Циклические вольтамперограммы снимали в атмосфере аргона. Проверку работы прибора производили по омическому эквиваленту (ЭКВ-2) и стандартному раствору ферроцена. Число электронов элементарной стадии определяли, сравнивая величины предельных токов изучаемых веществ с током такой же концентрации (5 10-3 моль/л) перхлората трифенилпирилия (ТФПП), восстанавливающегося на первой стадии одноэлектронно и обратимо и взятого за стандарт. Для сравнения полученных результатов в табл. 2 также приведены данные ЦВА-кривых 2,4,6-три-трет-бутилфенола (ТТБФ) и ферроцена как стандартного вещества при определении числа электронов и электрохимической обратимости редокс-стадий окисления.

В случае электрохимического восстановления соединений 1-6 наблюдается сложная картина: на ЦВА обнаруживаются дополнительные анодные и катодные пики, указывающие на наличие альтернативного механизма фрагментации ион-радикалов, связанного с особенностями структуры соединений [6]. Электрохимическое восстановление протекает в одну необратимую волну (табл. 2). На рис. 1 изображена циклическая вольтамперограмма восстановления соединения 3. В первом цикле катодной кривой наблюдается одноэлектронная обратимая волна субстрата при потенциале пика Епк = -1.78 В, отвечающая образованию анион-радикала. На анодной ветви ЦВА - кривой при Епа = -0.70 В появляется вторая необратимая волна, соответствующая окислению исходного соединения до катион-радикала. Последний претерпевает фрагментацию с отщеплением протона (протон идентифицирован добавками фенола) и превращением в радикал. Радикал при потенциале пика Епк = -1.32 В восстанавливается до аниона, который затем протонируется за счет фенольного фрагмента и превращается в исходный субстрат. Механизм электровосстановления соединений представлен на схеме 2.

Схема 2

Є

- е

+

+

Н

Н

Таблица 2

Электрохимические характеристики восстановления соединений (1-6) методом ЦВА

Соединение Катодная кривая Анодная кривая ЛЕпак, В Вторичные пики

-Епк,В !пк, мкА -Е па, В -Е па, В Ґпа, МкА Ґ^а, МкА -Е*пк, В !*пк, мкА

І 1.70 25.0 1.62 0.60 25.0 18.0 80 1.35 18.5

2 1.73 26.0 1.65 0.63 24.0 18.5 80 1.33 18.0

3 1.78 25.5 1.72 0.70 25.0 18.5 б0 1.32 18.0

4 1.76 28.0 1.70 0.72 25.0 17.5 б0 1.28 18.0

5 1.68 28.0 1.62 0.72 25.0 18.0 б0 1.30 16.5

б 1.10 24.5 0.23 - 23.5 - 80 0.15 21.0

ТФПП 0.38 25.0 0.32 - 25.0 - б0

Схема 3

HO

Рис. 1. Циклическая вольтамперограмма восстановления соединения 3. Сплошная линия - первый цикл записи, пунктирная - второй.

При электроокислении соединений (1-6) возможно протекание окислительной гетероциклизации за счет альтернативного механизма фрагментации ион-радикалов, связанного с особенностями структуры соединений. Для изучаемых соединений возможны следующие таутомерные структуры, представленные на схеме 3.

Стадии образования неустойчивого катион-радикала для соединения 3 соответствует пик потенциала при Епа = 1.03 В. На катодной ветви кривой при Епк = 0.30 В идет восстановление радикала до соответствующего аниона. При повторном цикле при потенциале пика Епа = 0.38 В наблюдается обратимая волна окисления аниона до радикала

(табл. 3). Последний окисляется обратимо до катиона. Процесс электрохимического окисления соединений 1-5 представлен на схеме 4 и рис. 2.

На рис. 3 изображена циклическая вольтампер-ная кривая окисления 6. В первом цикле анодной кривой регистрируется одноэлектронная частично обратимая волна исходного соединения при потенциале пика 1.70 В. На катодной ветви кривой ЦВА при Едк = 0.40 В появляется обратимая волна восстановления радикала с образованием аниона. Во втором цикле записи фиксируется обратимая волна окисления феноксильного радикала при 1.56 В. Механизм окисления соединения 6 показан на схеме 5.

+Е. В

Рис. 2. Циклическая вольтамперограмма окисления соединения 3. Сплошная линия - первый цикл записи, пунктирная - второй.

Схема 4

O

-е

Схема 5

он

он

Электрохимические характеристики окисления соединений 1-6 методом ЦВА

Таблица 4

+ Є

+

н

е

Соединение Анодная кривая Катодная кривая АЕпак, В Вторичные пики

Е1„а, В I1 А па» мкА Е1пк, В Е2ПК, В I1 1 пк мкА I2 1 пк» мкА Е*па, В Е** В Е пш В Е*пк, В I* А па» мкА т** А па» мкА I* 1 пк» мкА Д*Епак, В

1 1.03 25.5 0.30 24.0

2 0.98 26.0 0.32 25.0

3 0.95 25.5 0.32 24.5

4 0.84 24.0 0.28 23.5

5 1.00 25.5 0.32 23.5

6 1.70 24.5 1.62 0.40 25.0 24.0 80

ТТБФ 1.38 25.0 1.32 25.5 60

Ферроцен 0.42 25.0 0.36 25.0 60

0.38 0.42 0.34 25.0 25.0 25.0 80

0.40 0.45 0.37 24.5 24.0 24.0 80

0.38 0.45 0.39 25.0 25.0 25.0 60

0.34 0.40 0.34 24.5 24.0 24.0 60

0.38 0.45 0.39 25.0 25.0 25.0 60

0.34 1.56 1.48 22.5 22.5 23.5 60

+Е, В

Рис. 3. Циклическая вольтамперограмма окисления соединения (VI). Сплошная линия - первый цикл записи, пунктирная - второй.

Экспериментальная часть

ИК спектры синтезированных соединений сняты на двухлучевом спектрофотометре 8ресоМ ГО.-75 (таблетка безводного КВг), спектры ПМР -на спектрометре и№ТУ-300 МГц в СБС13, внутренний стандарт - тетраметилсилан. Спектры ЭПР

сняты на радиоспектрометре Яаёюрап 8Б/Х-2543 в вакуумированных ампулах (5^10-3 мм рт. ст.). Циклические вольтамперограммы снимали на потен-циостате П-5827 с источником треугольных импульсов [7] и самописцем ЛКД-4.

Ацетонитрил после просушки по стандартным методикам перегоняли в вакууме. Перхлорат тетра-этиламмония получали из 10%-ного раствора гидроксида аммония и перекристаллизовывали из смеси горячего изопропанола и воды.

1-(3,5-Ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)-2-фенил-2'гидроксибешимидазол (5). 3.10 г (0.01 моль) 2,6-ди-да^еда-бутил-п-бензохинонимина и

0.38 г (0.01 моль) салицилового альдегида нагревали до 140 °С для расплавления смеси. Температуру повышали до 190 °С и при перемешивании нагревали в течение 2 ч с постепенным повышением температуры до 200 °С. Массу охлаждали до 120 °С, приливали 20 мл безводного толуола. Смесь нагревали и перемешивали до полного растворения плава. Реакционную смесь охлаждали до 20 °С, отделяли осадок, промывали гексаном (15 мл), сушили. Выход 1.08 г (80 %), белый порошок, т. пл. 197-198 °С (из толуола). Найдено, % : С 77.25; Н 8.85; N 7.03. С27Ы36К202. Вычислено, %: С 77.14; Н 8.57; N 6.67.

Спектр ЯМР 1Н соединения (1) (м.д., 7/Гц): 1.46, 1.56 (оба с, по 1Н, С (3) трет-Ви, С(5) трет-Ви, I = 4.88); 5.56 (с, 1Н, С(4) ОН, I = 4.80); 7.50, 7.53 (оба д, по 1Н, Н(5), Н(6), I = 5.15, I = 5.10).

Спектр ЯМР 1Н соединения (2) (м.д., 7/Гц):

1.44, 1.58 (оба с, по 1Н, С (3) трет-Ви, С(5) трет-Ви, J = 4.82); 5.60 (с, 1Н, С(4) ОН, J = 4.90); 7.48,

7.52 (оба д, по 1Н, Н(5), Н(6), J = 5.18, J = 5.12). Спектр ЯМР 1Н соединения (3) (м.д., J/Гц):

1.42, 1.54 (оба с, по 1Н, С (3) трет-Ви, С(5) трет-Ви, J = 4.86); 5.58 (с, 1Н, С(4) ОН, J = 4.92); 7.42, 7.48 (оба д, по 1Н, Н(5), Н(6), J = 5.15, J = 5.10).

Спектр ЯМР 1Н соединения (4) (м.д., J/Гц): 1.40, 1.48 (оба с, по 1Н, С (3) трет-Ви, С(5) трет-Ви, J = 4.94); 5.50 (с, 1Н, С(4) ОН, J = 4.92); 7.44,

7.52 (оба д, по 1Н, Н(5), Н(6), J = 5.17, J = 5.15). Спектр ЯМР 1Н соединения (5) (м.д., 1/Гц):

1.44, 1.52 (оба с, по 1Н, С (3) трет-Ви, С(5) трет-Ви, J = 4.92); 5.52 (с, 1Н, С(4) ОН, J = 4.86); 7.40, 7.46 (оба д, по 1Н, Н(5), Н(6), J = 5.17, J = 5.15).

Аналогично получали соединения (2-4,6), ранее не описанные.

2,6-Ди-трет-бутил-и-бензохинонимин.

4.32 г (0.04 М) о-фенилендиамина и 8.80 г (0.08 М)

2,6-ди-т^ет-бутил-п-бензохинона в пропаноле (30 мл) кипятили с обратным холодильником в течение 4 ч, смесь охлаждали, выливали в воду (100 мл). Выпавший осадок отделяли, промывали водой (50 мл), сушили. Выход 11.20 г (90 %), фиолетовый кристаллический порошок, т. пл. 136-137 °С (из изопропанола).

ЛИТЕРАТУРА

1. Плотников М. Б., Смольякова В. И., Иванов И. С. // Бюллетень экспериментальной и биологической медицины. 2008. Т. 45. №3. С. 296-299.

2. Арефьев Д. В., Белостоцкая И. С., Вольева В. Б., Доленина Н. С., Комиссарова Н. Л., Сергеева О. Ю., Хрусталева Р. С. // Изв. АН. Сер. Хим. 2007.№4. С. 751-760.

3. Просенко А. Е. Перспективные направления развития химии фенольных антиоксидантов // Всерос. науч. конф. «Современные проблемы органич. химии»: Тез. докл. Новосибирск. 2007. С. 28.

4. Ершов В. В., Никифоров Г. А., Володькин А. А. Пространственно-затрудненные фенолы. М.: Химия, 1980. 350 с.

5. Троепольская Т. В., Будников Г. К. Электрохимия азоме-тинов. М.: Наука, 1989. 224 с.

6. Походенко В. Д., Дегтярев Л. С., Кошечко В. Г., Куц В. С. Проблемы химии свободных радикалов. Киев: Наукова Думка, 1984. 264 с.

7. Будников Г. К., Майстренко В. Н., Вяселев М. Р. Основы электрохимического анализа. М.: Мир, 2003. 592 с.

Полупила в рeдакцию 28.09.2010 г. Послє dopa6omKU - 04.07.2011 г.