Кристаллография, 2020, T. 65, № 1, стр. 54-58

Кристаллическая и молекулярная структура и кислотно-основные равновесия N-(4-хлорфенил)-2-бензоилэтиламина и бис[1-фенил-3-(o-хлорфенил)аминопропил]диазена

О. В. Ковальчукова 1, А. И. Сташ 12, С. Б. Страшнова 1, Н. А. Полянская 1*

1 Российский университет дружбы народов
Москва, Россия

2 ГНЦ РФ Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова
Москва, Россия

* E-mail: lvitsa534@mail.ru

Поступила в редакцию 19.11.2018
После доработки 05.02.2019
Принята к публикации 06.02.2019

Полный текст (PDF)

Аннотация

В кристаллическом состоянии получены N-(фенил)-2-бензоилэтиламин (I), N-(4-хлорфенил)-2-бензоилэтиламин (II), N-(2-хлорфенил)-2-бензоилэтиламин гидразон (III). В процессе кипячения этанольных растворов соединения III образуется димер – бис[1-фенил-3-(о-хлорфенил)аминопропил]диазен (IV). Методом рентгеноструктурного анализа установлена кристаллическая и молекулярная структура соединений II и IV. Показано, что в кристалле II молекулы упакованы в стопки по типу “голова к голове”, которые стабилизированы межмолекулярными водородными связями с участием атомов кислорода карбонильной группы и водорода при атоме азота. Структурными единицами соединения IV являются две независимые молекулы бис[1-фенил-3-(о-хлорфенил)аминопропил]диазена, каждая из которых представляет собой центросимметричный димер. Водородных связей в соединении IV не обнаружено. Методом спектрофотометрического титрования изучены процессы кислотно-основного равновесия. Константы протонирования составляют 4.68 ± 0.14 для I и 4.11 ± 0.13 для II.

ВВЕДЕНИЕ

В течение многих лет практический интерес к вторичным ароматическим аминам был в основном связан с их широким использованием в качестве ингибиторов окисления органических полимеров, таких как каучуки, резина, смазочные материалы и пр. [13], эффективность которых значительно превосходит экологически более чистые антиоксиданты фенольного типа [4].

Позднее было обнаружено, что производные 3-анилино-1-фенилпропанона-1 обладают выраженной фармакологической активностью в области психотропных воздействий. Ряд соединений способен повышать физическую и умственную работоспособность, а другие имеют седативные эффекты. Так, препарат флуоксетин, гидрохлорид которого находит применение в качестве антидепрессанта, относится к классу 3-фенилпропиламина [57]. В [8, 9] методом компьютерного моделирования (докинг с полиаминоксидазой и анализ количественных корреляций структура–активность) показана потенциальная цитотоксическая активность низкомолекулярных вторичных аминов (замещенные 3-анилино-1-фенил-пропанона-1 и их медные комплексы) в раковых клетках, подтвержденная экспериментально на бесклеточных тест-системах [10]. Установлено, что комплексообразование, при котором происходит взаимодействие электронодонорных фрагментов органических молекул с катионами металлов, обладающими вакантными орбиталями, частично нивелирует антипролиферативные свойства исходных аминов, т.е. ослабляет их цитотоксическую активность.

Образование замещенных 3-анилино-1-фенил-пропанона-1 отмечено в процессе нагревания 3-бензоил-4-гидрокси-1-метил-4-фенилпиперидина в присутствии ариламинов, инициирующих реакцию дециклизации ретроальдольного типа и последующее трансаминирование промежуточного основания Манниха [11, 12]. Однако изучение строения и электронодонорных свойств соединений данного ряда не проводилось.

В настоящей работе представлены результаты рентгеноструктурного анализа (РСА) молекул двух производных 3-анилино-1-фенил-пропанона-1: N-(4-хлорфенил)-2-бензоилэтиламина и бис[1-фенил-3-(о-хлорфенил)аминопропил]диазена. Изучены процессы кислотно-основного равновесия некоторых замещенных 3-анилино-1-фенил-пропанона-1, рассчитаны константы протонирования соединений.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

По методике, описанной в [11, 12], выделены N-(фенил)-2-бензоилэтиламин (I), N-(4-хлорфенил)-2-бензоилэтиламин (II) и N-(2-хлорфенил)-2-бензоилэтиламин гидразона (III). Строение соединений IIII подтверждено с помощью масс-спектроскопии, ЯМР, ИК, электронной спектроскопии и элементного анализа. Перекристаллизацией из этанола получены призматические бесцветные монокристаллы соединения II и ярко-желтые – бис[1-фенил-3-(о-хлорфенил)аминопропил]диазена (C30H28Cl2N4) (IV), которые представляют собой продукт, образующийся при димеризации соединения III в процессе кипячения этанольных растворов последнего.

Кристаллографические характеристики, данные эксперимента и уточнения структур II (C15H14ClNO) и IV (C30H28Cl2N4) приведены в табл. 1. Структуры расшифрованы прямым методом [13] и уточнены полноматричным методом наименьших квадратов в анизотропном приближении для неводородных атомов. Водородные атомы при атомах азота были локализованы в разностном синтезе Фурье, их позиционные и тепловые параметры уточнялись в изотропном приближении. Позиции остальных атомов водорода были рассчитаны геометрически и уточнены методом “наездника”. Расчеты выполняли по программе SHELX-2014 [14]. Кристаллические структуры депонированы в Кембриджской базе структурных данных (CCDC № 1873359 и 1873360) и могут быть свободно получены по запросу на сайте: www.ccdc.cam.ac.uk/data_request/cif.

Таблица 1.

Кристаллографические данные, параметры эксперимента и уточнения структур II и IV

Соединение II IV
Эмпирическая формула C15H14ClNO C30H28Cl2N4
М, г/моль 259.72 515.46
Сингония, пр. гр., Z Триклинная, Р$\bar {1}$, 2
a, b, c, Å 5.829(1), 7.582(2), 14.891(3) 10.922(2), 11.160(2), 12.250(2)
α, β, γ, град 101.19(3), 92.33(3), 91.44(3) 116.67(3), 95.16(3), 92.94(3)
V, Å3 644.7(2) 1321.8(5)
Dx, г/см3 1.338 1.295
Излучение; λ, Å МоKα; 0.71073
μ, мм–1 0.283 0.272
Т, K 293(2)
Размер образца, мм 0.30 × 0.28 × 0.16 0.52 × 0.35 × 0.23
Дифрактометр Enraf-Nonius CAD-4
Тип сканирования ω/2θ
Учет поглощения Нет
θmax, град 25.47 25.47
Пределы h, k, l 0 ≤ h ≤ 7, –9 ≤ k ≤ 9, –18 ≤ l ≤ 18 –13 ≤ h ≤ 13, –13 ≤ k ≤ 0, –13 ≤ l ≤ 14
Число отражений: измеренных/независимых (N1), RintI > 2σ(I) (N2) 2641/2388, 0.049/1428 5180/4907, 0.061/2440
Метод уточнения Полноматричный МНК по F 2
Весовая схема 1/[σ2(F$_{o}^{2}$) + (0.0518P)2 + 0.1246P], где P = (F$_{o}^{2}$ + 2F$_{c}^{2}$)/3 1/[σ2(F$_{c}^{2}$) + (0.0730P)2 + 0.000P], где P = (F$_{o}^{2}$+2F$_{c}^{2}$)/3
Число параметров 164 325
Учет экстинкции, коэффициент SHELXL, 0.021(4) Нет
R1/wR2 по N1 0.075/0.089 0.106/0.124
R1/wR2 по N2 0.029/0.083 0.0386/0.113
S 1.032 0.992
Δρmin/Δρmax, э/Å3 –0.172/0.164 –0.476/0.215

Электронные спектры поглощения этанольных растворов соединений IIII в интервалах рН 7.5–1.5 регистрировались на спектрофотометре Cary 50 в интервале длин волн 200–700 нм. Расчет констант протонирования соединений проводили по методике, описанной в [15, 16 ] .

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Согласно РСА структурными единицами соединения II являются молекулы N-(4-хлорфенил)-2-бензоилэтиламина (рис. 1а). Молекулы практически плоские; средние и максимальные отклонения атомов от плоскости, проведенной через все атомы молекулы, составляют соответственно 0.07 и 0.28 Å. Длина связи С9–О1 соответствует стандартным значениям для карбонильной группы: 1.220 (2) Å. В ароматических системах молекул длина связи С–Cl также стандартная (1.744 (2) Å). В ароматических фрагментах расстояния С–С лежат в пределах 1.375–1.393 Å. Связь С9–С10 (Ar) (1.483 (3) Å) несколько укорочена по сравнению с двумя другими одинарными связями С7–С8 и С8–С9 (1.506 (3) и 1.507 (3) Å соответственно), что указывает на ее частичное сопряжение с бензольным кольцом. Связи N1–C1 (Ar) (1.389 (3) Å) и N1–С7 (1.449 (2) Å) также неравноценны.

Рис. 1.

Молекулярная структура соединения II (а), упаковка молекул II в кристалле (проекция вдоль оси a) (б).

В кристалле молекулы II упакованы в стопки по типу «голова к голове», которые ориентированы вдоль оси b и стабилизированы межмолекулярными водородными связями с участием атомов кислорода карбонильной группы и водорода при атоме азота (рис. 1б). Параметры водородной связи N1–H1…O1 (x + 1, y, z): расстояние N1–H1 равно 0.83 (2) Å, H1…O1 – 2.29 (2) Å; N1…O1 – 3.081 (2) Å; угол N1–H1–O1 равен 160.3 (19)°.

Соседние стопки уложены по типу “голова к хвосту”. Водородные связи между стопками отсутствуют.

Cтруктурными единицами соединения IV являются две независимые молекулы бис[1-фенил-3-(о-хлорфенил)аминопропил]диазена, каждая из которых представляет собой центросимметричный димер. На рис. 2а показана структура одного димера. Обозначения атомов второй независимой молекулы в ячейке отличаются от обозначений первой молекулы индексом А (рис. 2б). По сравнению с молекулами II для IV характерна несколько увеличенная длина связи С9–С10 (1.405(3) Å в IV, 1.394 (2) Å в II). Длина связи N2–N2 (1 – x, –y, –z) составляет 1.406 (3) Å, а N2–C9 – 1.295(3) Å, что указывает на их сопряжение. Расстояния N1–С1 (Ar) и N1–С7 равны соответственно 1.367(3) и 1.449(3) Å. Остальные длины связей стандартные и мало отличаются от таковых, определенных для соединения II. В кристалле димерные молекулы IV объединены попарно (рис. 2б). Бензольные кольца в этих парах молекул, образованные атомами С10С11С12С13С14С15 и С10АС11АС12АС13АС14АС15А, практически параллельны друг другу в пределах трех градусов (рис. 2б). Водородных связей в димерах и между димерами не обнаружено. Упаковка молекул IV в кристалле представлена на рис. 2в.

Рис. 2.

Молекулярная структура соединения IV. Показаны независимые атомы молекул димера (а); взаимное расположение двух димерных молекул в структуре соединения (б); упаковка молекул в кристалле (проекция вдоль оси с) (в).

В связи с тем что изучаемые соединения IIII имеют потенциальную цитотоксическую активность, которая ослабляется при комплексообразовании, представляло интерес изучить электронодонорные свойства молекул. Так как процессы комплексообразования во многом аналогичны процессам протонирования, были записаны электронные спектры поглощения этанольных растворов соединений IIII в интервалах рН от 7.5 до 1.5 (среда HCl). Электронные спектры IIII (рис. 3) характеризуются наличием полосы поглощения в области 240–246 нм (ππ*-переходы ароматических колец) и широким малоинтенсивным плечом в области 300 нм (nπ*-переходы с участием неподеленных электронных пар азота, кислорода и хлора). При постепенном добавлении кислоты к растворам I и II (рис. 3а, 3б) наблюдается тенденция к длинноволновому смещению полос поглощения. В спектрах присутствуют изобестические точки, что указывает на равновесие реакции протонирования. Процесс обратимый. Рассчитанные константы протонирования составляют 4.68 ± 0.14 для I и 4.11 ± 0.13 для II. Величины констант соответствуют таковым для протонирования атома азота вторичных ароматических аминов [16 ] .

Рис. 3.

Электронные спектры поглощения титрования этанольных растворов соединений IIII (а, б, в) раствором НCl.

Добавление кислоты к этанольному раствору III (рис. 3в) приводит к более сложным изменениям в спектре. Наряду с длинноволновым смещением полос ππ*- и nπ*-переходов наблюдается появление дополнительной длинноволновой полосы поглощения в области 362–364 нм, характерной для азосоединений. Процесс неравновесный, необратимый и не сопровождается появлением изобестических точек. Вероятно, добавление соляной кислоты в этанольный раствор III инициирует его димеризацию, приводящую к образованию соединения IV.

Работа выполнена при поддержке Программы РУДН “5-100”.

Список литературы

  1. Ingold K.U. // Chem. Rev. 1961. V. 61. № 6. P. 563.

  2. Денисов E.T. Окисление и деструкция карбоцепных полимеров. Л.: Химия, 1990. 288 с.

  3. Ambelang J.C., Kline R.H., Lorenz O.M. et al. // Rubber Chem. Technol. 1963. V. 36. № 5. P. 1497.

  4. Рогинский В.А. Фенольные антиоксиданты: Реакционная способность и эффективность. М.: Наука, 1988. 247 с.

  5. Машковский М.Д. Лекарственные средства. М.: Новая волна, 2012. 1216 с.

  6. Вознесенская Т.Г. // Клин. фармакол. и терапия. 1999. № 1. С. 34.

  7. Horder J., Matthews P., Waldmann R. // J. Psychopharmacology. 2010. V. 25. P. 1277. https://doi.org/10.1177/0269881110372544

  8. Шевкун Н.А., Варламов А.В., Сяткин С.П., Кутяков С.В. // Тез. междунар. конгрессa “Здоровье и образование в ХХI веке”. 2013. Москва. РУДН. Т. 2. С. 215.

  9. Сяткин С.П., Березов Т.Т., Неборак К.В. и др. // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2011. № 10. С. 53.

  10. Сяткин С.П., Федорончук Т.В., Гридина Н.Я. и др. // Вестн. РУДН. Серия Медицина. 2010. № 3. С. 9.

  11. Волков С.В., Кутяков С.В., Левов А.Н. и др. // Химия гетероцикл. соединений. 2007. № 4. С. 544.

  12. Волков С.В., Кутяков С.В., Левов А.Н. и др. // Химия гетероцикл. соединений. 2007. № 10. С. 1486.

  13. Sheldrick G.M. // Acta Cryst. A. 2008. V. 64. P. 112. https://doi.org/10.1107/S0108767307043930

  14. Бек М., Надьпал И. Исследование комплексообразования новейшими методами. М.: Мир, 1989. 549 с.

  15. Альберт А., Сержент Е. Константы ионизации кислот и оснований. М.; Л.: Химия, 1964. 173 с.

Дополнительные материалы отсутствуют.