Σύνθεση και μελέτη συμπυκνωμένων με πυρανικό και 6-μελή ετεροκυκλικό δακτύλιο κουμαρινικών παραγώγων με πιθανό βιολογικό ενδιαφέρον

Abstract

The synthesis of various fused 6-membered-ring, containing nitrogen or/and oxygen, pyranocoumarin derivatives and their biological evaluation were presented in this dissertation. Generally, a wide range of new compounds were synthesized, using various known methods or their variations, while some of those were expanded and improved. The synthesis of fused dipyranocoumarins was initially attempted using two methods. The first method referred to the cyclization of dipropargyloxycoumarin derivatives in the presence of gold nanoparticles (Au/TiO2) as a catalyst, using microwave irradiation and heating at 120°C in 1,2-dichloroethane (DCE) as a solvent. The desired dipyranocoumarins were synthesized in very good yields. The second method included the cyclization of dipropargyloxycoumarins in N,N-dimethylformamide (DMF) in the presence of BF3·Et2O using microwave irradiation and temperature 180°C. The last method led to the final desired products in excellent yields. In addition, the synthesis of non-substituted pyridopyranocoumarins was achieved from the corresponding propargylamino-propargyloxycoumarins by heating in DCE under microwave irradiation in the presence of gold catalyst (Au/TiO2). However, this method led to moderate yields. A variation of the above method, using chlorobenzene as a solvent and microwave irradiation at 180°C led to the pyrido-pyranocoumarins in very good yields. Furthermore, the synthesis of various substituted (mono- and disubstituted) fused pyridopyranocoumarins from the corresponding amino-hydroxycoumarins, was also studied. The study of the synthesis of mono-substituted pyridopyranocoumarin derivatives was achieved through a three-component reaction with n-butyl-vinyl ether in the presence of iodine (I2) and refluxing in acetonitrile, which led to the isolation of the 2-methyl substituted pyridocoumarins in very good yields. Then a cyclization reaction took place in chlorobenzene giving the fused pyrano-derivatives in the presence of gold nanoparticles and fused furo-derivatives in the absence of catalyst in excellent yields. At the same time, the synthesis of 2,4-disubstituted pyridopyranocoumarins was achieved. At first, a three-component reaction of amino-hydroxycoumarins with benzaldehyde and phenylacetylene in the presence of iron trichloride (FeCl3) and refluxing in toluene was studied, giving the desired pyridocoumarins in very good yields while the corresponding oxazolocoumarin derivatives were also isolated. A cyclization reaction followed, as mentioned above (chlorobenzene, Au/TiO2), which led to the final desired derivatives in very good yields. Finally, the synthesis of all the above new compounds was accompanied with some specific biological experiments for the investigation of their antioxidant and anti-inflammatory activity, as well their activity against the Alzheimer’s disease. The compounds were tested in vitro for their ability to inhibit: (a) the activity of soybean lipoxygenase, (b) the lipid peroxidation and (c) the acetylcholinesterase. The in vitro biological experiments were accompanied with in silico studies of the newly-formed compounds.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζεται η σύνθεση πυρανοκουμαρινικών παραγώγων με συμπυκνωμένους κυρίως 6-μελείς δακτυλίους, Ν-ούχους και Ο-ούχους, και η μελέτη της βιολογικής δραστικότητάς τους. Κατά τη διάρκεια εκπόνησης της διατριβής συντέθηκαν αρκετές νέες ενώσεις και χρησιμοποιήθηκαν διάφορες γνωστές μέθοδοι της διεθνούς βιβλιογραφίας καθώς και παραλλαγές αυτών, ενώ ορισμένες μέθοδοι βελτιώθηκαν και επεκτάθηκαν. Αρχικά πραγματοποιήθηκε η σύνθεση συμπυκνωμένων διπυρανοκουμαρινών με τη χρήση δύο βασικών μεθόδων. Η πρώτη μέθοδος αφορά την κυκλοποίηση των διπροπαργυλοξυκουμαρινών παρουσία καταλύτη νανοσωματιδίων χρυσού (Au/TiO2) σε διαλύτη 1,2-διχλωροαιθάνιο (DCE) και τη χρήση μικροκυματικής ακτινοβολίας στους 120°C, δίνοντας τις επιθυμητές τελικές ενώσεις σε πολύ καλές αποδόσεις. Η δεύτερη μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε, περιλαμβάνει την κυκλοποίηση των διπροπαργυλοξυκουμαρινών σε διαλύτη Ν,Ν-διμεθυλοφορμαμίδιο (DMF) παρουσία BF3·Et2O με τη χρήση μικροκυματικής ακτινοβολίας στους 180°C, οδηγώντας και πάλι στα επιθυμητά διπυρανο-παράγωγα σε εξαιρετικές αποδόσεις. Παράλληλα μελετήθηκε και η σύνθεση διαφόρων πυριδοπυρανοκουμαρινών, υποκατεστημένων ή μη στον πυριδινικό δακτύλιο. Όσον αφορά τη σύνθεση των μη-υποκατεστημένων πυριδοπυρανοκουμαρινών, αυτή επιτεύχθηκε με θέρμανση των αντίστοιχων προπαργυλαμινο-προπαργυλοξυκουμαρινών σε διαλύτη 1,2-διχλωροαιθάνιο (DCE) παρουσία Au/TiO2 στους 120°C στα μικροκύματα. Τα επιθυμητά προϊόντα παραλήφθηκαν σε σχετικά καλές αποδόσεις. Με τροποποίηση της παραπάνω μεθόδου, χρησιμοποιώντας διαλύτη χλωροβενζόλιο και υψηλότερη θερμοκρασία (180°C), οι επιθυμητές τελικές ενώσεις σχηματίστηκαν σε πολύ καλές αποδόσεις. Επιπλέον πραγματοποιήθηκε η σύνθεση διαφόρων υποκατεστημένων (μονο- και διϋποκατεστημένων) πυριδοπυρανοκουμαρινών. Στα πλαίσια σύνθεσης των μονοϋποκατεστημένων παραγώγων πραγματοποιήθηκε αρχικά αντίδραση τριών συστατικών διαφόρων αμινο-υδροξυκουμαρινών με n-βουτυλο-βινυλαιθέρα παρουσία καταλυτικής ποσότητας στοιχειακού ιωδίου (Ι2) οπότε και σχηματίστηκαν οι αντίστοιχες υδροξυ-πυριδοκουμαρίνες σε πολύ καλές αποδόσεις. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε αντίδραση κυκλοποίησης χρησιμοποιώντας διαλύτη χλωροβενζόλιο, κατά την οποία παρατηρήθηκε ότι παρουσία καταλύτη (Au/TiO2) σχηματίζονται τα επιθυμητά πυρανο-παράγωγα σε πολύ καλές αποδόσεις, ενώ απουσία καταλύτη απομονώνονται τα αντίστοιχα φουρο-παράγωγα. Στα πλαίσια σύνθεσης των διϋποκατεστημένων συμπυκνωμένων πυριδο-πυρανοκουμαρινών, αρχικά χρησιμοποιήθηκε η αντίδραση τριών συστατικών αμινο-υδροξυκουμαρινών με βενζαλδεΰδη και φαινυλακετυλένιο παρουσία τριχλωριούχου σιδήρου (FeCl3) ως καταλύτη και θέρμανση σε διαλύτη τολουόλιο. Με τη βοήθεια της μεθόδου αυτής παρασκευάστηκαν 2,4-διφαινυλο-υποκατεστημένες πυριδοκουμαρίνες σε αρκετά καλές αποδόσεις, ενώ παράλληλα παραλήφθηκαν και τα αντίστοιχα οξαζολοκουμαρινικά παράγωγα. Σε δεύτερο στάδιο ακολούθησε η αντίδραση κυκλοποίησης, όπως και παραπάνω (χλωροβενζόλιο, Au/TiO2), οδηγώντας στα τελικά πυριδοπυρανοκουμαρινικά παράγωγα σε αρκετά καλές αποδόσεις. Η σύνθεση των παραπάνω συμπυκνωμένων πυρανοκουμαρινικών παραγώγων συνοδεύτηκε από τη διεξαγωγή βιολογικών πειραμάτων ώστε να μελετηθεί η αντιοξειδωτική και αντιφλεγμονώδης δράση τους, αλλά και η δράση κατά της νόσου Alzheimer. Τα βιολογικά πειράματα που πραγματοποιήθηκαν in vitro αφορούν τη μελέτη της ικανότητας των παραπάνω ενώσεων να αναστέλλουν τη λιποξυγονάση φυτικής προέλευσης, τη λιπιδική υπεροξείδωση του λινελαικού οξεός και την ακετυλοχολινεστεράση αντίστοιχα. Τα τελευταία in vitro αποτελέσματα συνοδεύονται και από in silico μελέτη των ενώσεων που απομονώθηκαν.