СИНТЕЗ И ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ЗАМЕЩЕННОГО 2-БЕНЗИЛИДЕНЦИКЛОГЕКСАНОНА

SYNTHESIS AND STUDY OF THE PROPERTIES OF SUBSTITUTED 2-BENZYLYDENECYCLOHEXANONE

Mikhail Kulikov

Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Chemical Technology and Ecology of the Berezniki Branch of Perm National Research Polytechnic University,

Russia, Berezniki

Semen Khudyakov

Master student of the Department of Chemical Technology and Ecology of the Berezniki Branch of Perm National Research Polytechnic University,

Russia, Berezniki

АННОТАЦИЯ

В условиях реакции Кляйзена-Шмидта осуществлен синтез замещенного 2-бензилиденциклогексанона. Изучены некоторые физико-химические свойства продукта. Для синтезированного соединения приведены данные инфракрасной и электронной спектроскопии. С использованием ресурса PASSonline выявлена потенциальная биологическая активность вещества.

ABSTRACT

Under the conditions of the Claisen-Schmidt reaction, the synthesis of substituted 2-benzylydenecyclohexanone was carried out. Some physical and chemical properties of the product have been studied. For the synthesized compound, infrared and electron spectroscopy data are given. Potential biological activity of the substance was revealed using the PASSonline resource.

Ключевые слова: реакция Кляйзена-Шмидта, 2-бензилиденциклогексанон, электронная спектроскопия, инфракрасная спектроскопия, биологическая активность, PASSonline.

Keywords: Claisen-Schmidt reaction, 2-benzylydenecyclohexanone, electron spectroscopy, infrared spectroscopy, biological activity, PASSonline.

В последнее время большое внимание ученых привлекают соединения, содержащие в своем составе структурные элементы 2-бензилиденциклогексанона. Такой интерес обусловлен многими факторами. Благодаря своей биологической активности они находят применение в медицине [1,2], а высокая реакционная способность позволяет использовать их в органическом синтезе [3,4]. Поэтому синтез и исследование производных 2-бензилиденциклогексанона можно считать актуальным и перспективным направлением.

Цель представленной работы:

- изучить взаимодействие 4-бром-3-нитробензальдегида с циклогексаноном в условиях реакции Кляйзена-Шмидта;

- изучить некоторые физико-химические и спектральные свойства продукта;

- выполнить скрининг спектра биологической активности с использованием ресурса PASSonline.

Объект исследования: 2-(4-бром-3-нитробензилиден)циклогексанон (I). Химизм синтеза представлен схемой.

Конденсацию исходных компонентов проводили при комнатной температуре в водно-спиртовой среде, продолжительность синтеза составила 2 часа. В качестве катализатора процесса использован гидроксид натрия.

Очистку соединения (I) проводили экстракцией примесей горячим пропанолом-2. Очищенный продукт – твердое вещество бледно-желтого цвета, нерастворимое в воде, очень мало растворимое в пропаноле-2, хорошо растворимое в диметилформамиде. Выход очищенного продукта составил 65 %, его температура плавления 190 °С. Изучение молекулярного строения проводили по данным колебательной и электронной спектроскопии.

В ИК спектре (KBr) выявлены и интерпретированы следующие характеристические полосы, см^–1: 3086 (st ar C–H), 3037 (st C–H), 2954 (st C–H фрагмента циклогексана), 1663 (st C=O), 1605 (ar C=C, C–C), 1532 (st as NO₂), 1430 см^-1 (d CH₂), 1348 (st sy NO₂), 1069 см^-1 (st C–Br), 867 (oop (d C–H 1,2,4-замещение).

Электронные спектры изучены в растворах в ДМФА и концентрированной серной кислоте. Спектр в органическом растворителе в интервале 280-380 нм имеет одну полосу поглощения 326 нм, отвечающую p®p* электронным переходам в молекуле (рис. 1). Причиной того, что поглощение проявляется в ультрафиолетовой области, служит малая протяженность хромофорной системы.

Еще одной причиной отсутствия длинноволнового поглощения в растворе в ДМФА служат стерические искажения молекулярного остова, установленные по данным квантовохимических расчетов (рис. 2).

Переход от органической среды к сернокислотной приводит к смещению поглощения в длинноволновую область до 464 нм. Столь сильное смещение обусловлено процессами ионизации и протонирования молекулы в сильнокислой среде.

Рисунок 1. ЭСП соединения (I): 1 – ДМФА; 2 – конц. H₂SO₄

Рисунок 2. Геометрия и энергетика молекулы (I)

Также по данным квантовохимических расчетов проведен конформационный анализ циклогексанонового фрагмента. Установлено, что он находится в форме «кресла». Анализ диаграммы распределения электростатического потенциала показал его разобщенность, вызванную некопланарностью структуры.

На заключительном этапе исследования выполнено прогнозирование биологической активности с использованием ресурса PASSonline [5,6]. Значения вероятности наличия (Pa) и вероятности отсутствия (Pi) физиологического действия приведены в табл. 1. Результаты приведены для граничного условия вероятности проявления Ра > 0,6.

Таблица 1.

Результаты скрининга спектра активности

Данные табл. 1 показывают, что рассматриваемое соединение можно отнести к ряду потенциально биологически активных. Его влияние может проявляться, в основном, в ингибировании различных ферментативных процессов.

Выводы по результатам работы.

1. При конденсации 4-бром-3-нитробензальдегида с циклогексаноном в условиях реакции Кляйзена-Шмидта синтезирован 2-(4-бром-3-нитробензилиден)циклогексанон в виде порошка бледно-желтого цвета с температурой плавления 190 °С и выходом 65 %. Проведена качественная оценка растворимости соединения, позволившая предложить способ очистки.

2. Изучены инфракрасные спектры синтезированного продукта, выявлены и интерпретированы основные характеристические полосы.

3. Выполнен анализ ЭСП соединения в ДМФА и концентрированной серной кислоте. В обоих растворителях спектр имеет одну полосу, ее положение определяется природой растворителя.

4. По результатам квантовохимических расчетов установлены стерические искажения молекулярного остова. Показана диаграмма распределения величин электростатического потенциала.

5. Выполнено прогнозирование физиологического действия соединения с использованием сервиса PASSonline. По величине Ра его можно отнести к потенциально активным.

Список литературы:

1. Nitric oxide inhibitory activity and antioxidant evaluations of 2-benzoyl-6-benzylidenecyclohexanone analogs, a novel series of curcuminoid and diarylpentanoid derivatives / Leong S.W. [et al.] // Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters. 2015. Vol.25. P.3330-3337 (DOI: 10.1016/j.bmcl.2015.05.056).
2. 2-Benzoyl-6-benzylidenecyclohexanone analogs as potent dual inhibitors of acetylcholinesterase and butyrylcholinesterase / Leong S.W. [et al.] // Bioorganic & Medicinal Chemistry. 2016. Vol.24. P.3742-3751 (DOI: 10.1016/j.bmc.2016.06.016).
3. Вацадзе С.З., Голиков А.Г., Кривенько А.П., Зык Н.В. Химия кросс-сопряженных диенонов // Успехи химии. 2008. Т.77. №8. С. 707-727.
4. Степанова Е.Е., Масливец А.Н. Региоселективная альдольная конденсация пирролобензоксазинтрионов и циклоалканонов // Журнал органической химии. 2014. Т.50. Вып.9. С. 1394-1395.
5. 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.
6. N,N’ -bis(2-bromobenzylidene)-2,2’-diaminodiphenyldisulfide (BBDD): Insights of crystal structure, DFT, QTAIM, PASS, ADMET and molecular docking studies / Jayashakar J.. [et al.] // Journal of Molecular Structure. 2022. Vol.1268. 133657 (DOI: 10.1016/j.molstruc.2022.133657).