Особенности молекулярного строения замещенных азолов, содержащих биологически активный гетероцикл, а также их комплексов по данным спектроскопии ЯМР высокого разрешения

Проведен анализ строения и состава молекулярных (многоэлектронных) систем по спектрам ядерного магнитного резонанса (ЯМР), полученным от ядер атома водорода и углерода – ЯМР ¹Н и ¹³С. В ряде случаев проводились квантово-химические расчеты. Кроме ¹Н и ¹³С, использовались также спектры ЯМР от других ядер. Изучалось пространственное и электронное строение молекул различных классов, содержащих в своем составе гетероатомы (азот, кислород, серу, кремний, фосфор), а также различные функциональные группы. Серия работ относится к изучению координационных соединений (диамагнитных и парамагнитных), а также комплексных соединений донорно-акцепторного типа. Установлены области значений параметров спектров ЯМР (химических сдвигов и констант спин-спинового взаимодействия, включая величины дальних констант спин-спинового взаимодействия, характерные для азольного цикла) и наиболее известных функциональных групп, входящих в состав замещенных имидазолов и пиразолов. Показано, что указанные параметры могут быть использованы для установления пространственного и электронного строения вновь синтезируемых соединений, содержащих азольный гетероцикл. Проведен анализ спектров ЯМР ¹Н и ¹³С растворов комплексов 1-винилимидазола с хлоридами марганца, кобальта, никеля и меди, а также с органилгалогенстаннанами (C₂H₅)₃ SnX. Доказано, что в растворе парамагнитных комплексов 1-винилимидазола с хлоридами элементов первой переходной группы координирующий атом имеет октаэдрическое окружение, причем четыре молекулы лиганда занимают экваториальное положение. Структура диамагнитных комплексов этого азола с органилгалогенстаннанами представляет собой тригональную бипирамиду. Отработан метод изучения молекулярного строения, основанный на использовании явления ЯМР в парамагнитных системах. Рассмотрены примеры (производные 1-замещенных азолов) применения спектров ЯМР, измененных сверхтонким взаимодействием, для решения различного рода задач, связанных со строением и внутримолекулярной динамикой многоэлектронных систем.

1. Ocansey E., Darkwa J., Makhubela B.C.E. Synthesis, characterization and evaluation of bulky bis(pyrazolyl)palladium complexes in Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions // RSC Advances. 2018. Vol. 8, no. 25. P. 13826-13834. https://doi.org/10.1039/C8RA01430B.

2. Chibac A.L., Georghe R., Corneliu C., Sacarescu G., Simionescu M., Sacarescu L. Pyrazoline based chloride sensor for body fluids screening // Journal of Molecular Liquids. 2019. Vol. 284. P. 139-146. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.04.007.

3. Saliyeva L.N., Diachenko I.V., Vas'kevich R.I., Slyvka N.Yu., Vovk M.V. Imidazothiazoles and their hydrogenated analogs: methods of synthesis and biomedical potential // Chemistry of Heterocyclic Compounds. 2020. Vol. 56, no. 11. P. 1394-1407. https://doi.org/10.1007/s10593-020-02827-w.

4. Petko K.I., Filatov A.A. Addition reaction of various azoles to perfluoromethyl vinyl ether // Chemistry of Heterocyclic Compounds. 2021. Vol. 57. P. 666-671. https://doi.org/10.1007/s10593-021-02965-9.

5. Meanwell N.A., Sistla R. A survey of applications of tetrahydropyrrolo-3,4-azoles and tetrahydropyrrolo-2,3-azoles in medicinal chemistry // Advances in Heterocyclic Chemistry. 2021. Vol. 134. P. 31-100. https://doi.org/10.1016/bs.aihch.2020.10.004.

6. Rotella D.P. Heterocycles in drug discovery: properties and preparation // Advances in Heterocyclic Chemistry. 2021. Vol. 134. P. 149-183. https://doi.org/10.1016/bs.aihch.2020.10.002.

7. Шостаковский М.Ф., Скворцова Г.Г., Домнина Е.С. N-винильные производные пиррольного ряда // Успехи химии. 1969. Т. 38. С. 407-419.

8. Шостаковский М.Ф., Скворцова Г.Г., Глазкова Н.П., Домнина Е.С. Винилирование имидазола и бензимидазола // Химия гетероциклических соединений. 1969. N 6. С. 1070-1072.

9. Малькиуа А.Г., Скворцов Ю.М., Трофимов Б.А., Торяшинова Д.Д., Чипанина Н.Н., Волков А.Н. [и др.]. Цианоацетилен и его производные. Нуклеофильное присоединение азолов к фенилацетилену // Журнал органической химии. 1981. Т. 17. С. 2438-2444.

10. Андриянкова Л.В., Комарова Т.Н., Нахманович А.С., Абрамова Н.Д., Скворцова Г.Г. Взаимодействие бензимидазол-2-тиона с ацетилацетиленами и дибензоил-ацетиленами // Журнал органической химии. 1985. Т. 21. С. 2610-2613.

11. Nedolya N.A., Brandsma L., Trofimov B.A. Directed synthesis of isomeric thiazole and imidazole derivatives from methyl isothiocyanate // Tetrahedron Letters. 1997. Vol. 38, no. 35. P. 6279-6280. https://doi.org/10.1016/S0040-4039(97)01407-X.

12. Trofimov B.A., Adriyankova L.V., Mal'kina A.G., Belyaeva K.V., Nikitina L.P., Baikalova L.V. A pecular vinylation of 1-substituted imidazoles with a,e-acety-lenic Y-hydroxyacid nitriles // Mendeleev Communications. 2007. Vol. 17, no. 4. P. 237-238. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2007.06.019.

13. Trofimov B.A., Adriyankova L.V., Mal'kina A.G., Belyaeva K.V., Nikitina L.P., Afonin A.V., et al. C(2)-functionalization of 1-substituted imidazoles with aldehydes and electron-deficient acetylenes: a novel three-com-ponet reaction // European Journal of Organic Chemistry. 2010. Vol. 2010, no. 9. P. 1772-1777. https://doi.org/10.1002/ejoc.200901397.

14. Trofimov B.A., Adriyankova L.V., Belyaeva K.V. New methodology of functionalization of the imidazole ring by alkynes // Chemistry of Heterocyclic Compounds. 2012. Vol. 48, no. 1. P. 147-154. https://doi.org/10.1007/s10593-012-0978-2.

15. Belyaeva K.V., Adriyankova L.V., Nikitina L.P., Bagryanskaya I.Yu., Afonin A.V., Ushakov I.A., et al. Reaction of 1-substituted benzimidazoles with acylacetylenes and water: ring-opening versus ring-expansion and isotopic effect of deuterium // Tetrahedron. 2015. Vol. 71, no. 19. P. 2891-2899. https://doi.org/10.1016/j.tet.2015.03.056.

16. Miao Q., Nitsche Ch., Orton H., Overhand M., Otting G., Ubbink M. Paramagnetic chemical probes for studying biological macromolecules // Chemical Reviews. 2022. Vol. 122, no. 10. P. 9571-9642. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00708.

17. Voronov V.K., Ushakov I.A. Structure and intramolecular dynamics of biologically active compounds: analysis of NMR spectra transformed by spin labels // Applications of NMR Spectroscopy. 2016. Vol. 5. P. 159-218. https://doi.org/10.2174/9781681082875116050006.

18. Воронов В.К. Исследование молекулярного строения по спектрам ЯМР высокого разрешения, трансформированным парамагнитными комплексами // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2019. Т. 9. N 2. P. 183-193. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2019-9-2-183-193.

19. Voronov V.K., Ushakov I.A., Adamovich S.N., Oborina E.N. NMR spectroscopic studies of ligand exchange in paramagnetic complexes of Co and Ni hydrometal-latranes // Russian Chemical Bulletin. 2021. Vol. 70. P. 2354-2358. https://doi.org/10.1007/s11172-021-3352-7.

20. Voronov V.K., Ushakov I.A., Funtikova E.A. The heterospin cobalt complexes: peculiarities of high-resolution NMR spectra // Heliyon. 2022. Vol. 8, no. 4. P. e09202. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e09202.