Synthèse, caractéristirisation et évaluation biologique de dérivés azotés obtenus à partir de composés carbonyés
No Thumbnail Available
Date
2021
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Université Oum El Bouaghi
Abstract
Contexte : Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre de la synthèse organique des composés biologiquement actifs et plus particulièrement la synthèse d’une nouvelle série d’ hydrazones, qui font partie à la fois de deux familles de composés azotés ; imines et amines. En outre, ces hydrazones représentent une classe importante de composés organiques hétéroatomiques, de structure comportant le fragment –C=NNH–. Elles sont liées structuralement aux aldéhydes et aux cétones par le remplacement de l'oxygène par le groupe =NNHR.
Objectif : Maintes recherches menées sur ces molécules ont montré qu’ils présentent une grande diversité tant structurale que thérapeutique. Par ailleurs, la liaison N–N a été considérée comme étant le motif clé dans multiples agents bioactifs. On peut, cependant citer dissemblables aspects de propriétés biologiques, telles que l’activité antibactérienne, antifongique, antitumorale, anticonvulsivante, anti-inflammatoire, antiplaquettaire et antimicrobienne. Ainsi, c’est la majeure raison pour laquelle on a emboité le pas à la présente étude, ayant pour trajectoire : la synthèse de nouvelles hydrazones et dérivés azotés, la caractérisation de leurs structures et l’évaluation de leurs activités via un criblage préliminaire in vitro.
Méthodes : Au départ, on a préparé des énones α, β-insaturées selon la réaction de Claisen-Schmidt, par condensation aldolique mixte; entre des benzaldéhydes substitués et des méthylarylcétones et/ou des cétones aliphatiques énolisables dans des conditions basiques. Les cétones vinyliques ainsi obtenues constituent des précurseurs pour la synthèse des dérivés d'hydrazones, par l’intermédiaire de réactions d'addition-élimination avec la 2,4-dinitrophénylhydrazine. Dans les mêmes conditions, la synthèse d’autres hydrazones a été effectuée suite à la condensation de la DNPH avec des composés carbonylés commerciaux de structures variées, dont deux cétones mono et bicyclique , et un aldéhyde aromatique avec lequel s’est formé une base de Schiff. Une voie alternative de synthèse d’hydrazone de type bis-azine a été effectuée en employant l’hydrazine hydrate. Cette dernière (NH2NH2.H2O) a également servi pour la synthèse d’une pyrazoline. Par ailleurs, la synthèse d’une hydrazide-hydrazone a été faite suite au déploiement de deux stratégies de synthèse distinctes ; one-pot et multi-étapes. D’autres réactions complémentaires ont été effectuées pour conduire à la préparation de mono et bis-benzohydrazides. La caractérisation de ces produits synthétisés a été accomplie par le biais de méthodes spectroscopiques IR, UV, RMN 1H et 13C mono et bidimensionnelles ainsi que par diffraction des rayons X. Une analyse quantitative des interactions intermoléculaires dans les structures cristallines a été réalisée en appliquant la méthode de la surface de Hirshfeld à l’aide du logiciel CrystalExplorer 17.5. En vue de reconnaître et/ou de confirmer la nature électronique des transitions observées dans les spectres d’absorption électronique, on a eu recours à l’étude du phénomène de solvatochromisme suite auquel ; il a été démontré l’influence de deux solvants de polarités différentes sur les propriétés photophysiques de deux hydrazones. L’évaluation et la comparaison des activités biologiques de quelques composés synthétisés ont été établi par des tests antibactériens in vitro suivant la méthode de diffusion sur disque contre les souches bactériennes de référence ; Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa et Escherichia coli, ainsi que par des tests antioxydants via la méthode de piégeage du radical libre DPPH. Les manipulations ont été menées au niveau de : Laboratoire de Recherche de Chimie Appliquée et Technologie des Matériaux, Laboratoire de Recherche des Ressources Naturelles et Aménagement des Milieux Sensibles et les Laboratoires Pédagogiques de l’Université Larbi Ben M’hidi d’Oum El Bouaghi.
Résultats : Synthèse de composés carbonylés α, β-insaturées, dont six chalcones avec des rendements compris entre 28-91%. Tandis que pour les énones de type dibenzylidènecétones, les rendements étaient de 77 à 90,6%. Préparation de dérivés 2,4-dinitrophénylhydrazones à l’état solide avec des rendements compris entre 22-92%, ainsi qu’une bis-azine, pyrazoline et d’autres composés azotés de types hydrazide et hydrazide-hydrazone. L’identification des composés synthétisés a été faite par les méthodes spectroscopiques usuelles. La caractérisation de 5 structures dont deux de stéréochimie (E, Z), deux autres (E) ainsi qu’une structure (E, E) par diffraction des rayons X sur monocristal et/ ou sur poudre. La DRX sur monocristal était le support principal qui nous a permis de déterminer et discuter la stabilité et la stéréochimie des structures (E, Z). Elle a pu démontrer également que leurs chaînes moléculaires en zigzag sont empilées via des contacts non covalents sous forme d’interactions π–π. Parmi les divers composés synthétisés, la chalcone ayant des fragments phényle et para- méthylphényle ; s'est révélée être la plus efficace contre toutes les souches bactériennes avec une zone d'inhibition de 12 mm. Une activité significative a été démontrée contre E. coli ; avec 11 mm d’inhibition pour la 2, 4-dinitrophénylhydrazone portant un substituant chloro en position para du noyau phényle et dérivant de la 1-acétonaphtone. Les bactéries à gram négatif (Pseudomonas aeruginosa et Escherichia coli) exhibent une sensibilité envers la biarylazine pour des zones d’inhibitions de diamètres respectifs de 9 et 10 mm. Les résultats de l’activité antioxydante sont en bonne cohérence avec les structures prédites et/ou caractérisées des composés synthétisés. En effet, seules les hydrazones manifestent une activité modérée par donation d'hydrogène. Cependant, l’hydrazone base de Schiff présente la plus forte activité de piégeage des radicaux libres avec une CI50= 269,55µg/mL.
Background: This thesis work is a part of the organic synthesis of biologically active compounds and more particularly the synthesis of a new series of hydrazones, which belong to both families of nitrogen compounds; imines and amines. In addition, these hydrazones represent an important class of heteroatomic organic compounds, of structure comprising the fragment –C=NNH–. They are structurally linked to aldehydes and ketones by the replacement of oxygen by the group =NNHR.
Purpose: Many researches carried out on these molecules, have shown that they present a great diversity both structural and therapeutic. Furthermore, N–N bond has been considered to be the key motif in multiple bioactive agents. However, dissimilar aspects of biological properties can be cited, such as antibacterial, antifungal, antitumor, anticonvulsant, anti-inflammatory, antiplatelet and antimicrobial activities. Thus, this is the main reason to engage in this study, following the steps: synthesis of new hydrazones and nitrogen derivatives, characterization of their structures and evaluation of their activities via in vitro preliminary screening.
Methods: First, α, β-unsaturated enones were prepared according to Claisen-Schmidt reaction, by the Crossed aldol condensation; between substituted benzaldehydes and methylaryl ketones and / or aliphatic ketones enolisable in basic conditions. Thus, the vinyl ketones obtained constitute precursors for the synthesis of hydrazone derivatives, via addition-elimination reactions with 2,4-dinitrophenylhydrazine. Under the same conditions, the synthesis of other hydrazones was carried out following the condensation of DNPH with commercial carbonyl compounds of various structures, including two monocyclic and bicyclic ketones, and an aromatic aldehyde with which a Schiff base has been formed. An alternative way of synthesizing bis-azine hydrazone has been carried out using hydrazine hydrate. This latter (NH2NH2.H2O) was also used for the synthesis of a pyrazoline. Furthermore, the synthesis of a hydrazide-hydrazone was carried out following the deployment of two distinct synthesis strategies; one-pot and multi-stages. Other complementary reactions have been executed to lead to the preparation of mono and bis-benzohydrazides. The characterization of these synthesized products was accomplished by means of spectroscopic IR, UV, 1H and 13C NMR mono and two-dimensional methods as well as by X-ray diffraction. A quantitative analysis of intermolecular interactions in crystal structures was performed by applying the Hirshfeld surface method using CrystalExplorer 17.5 software., In order to recognize and / or confirm the electronic nature of the observed transitions in the electron absorption spectra, a study of the solvatochromism phenomenon has been carried out following which; the influence of two solvents of different polarities on the photophysic properties of two hydrazones; has been demonstrated. The evaluation and comparison of the biological activities of some synthesized compounds were established by in vitro antibacterial tests according to the diffusion on disc method against the reference bacterial strains; Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa and Escherichia coli, as well as by antioxidant tests via the DPPH free radical scavenging method. The manipulations were carried out at: Research Laboratory of Applied Chemistry and Materials Technology, Research Laboratory of Natural Resources and Management of Sensitive Environments and the Pedagogic Laboratories of Larbi Ben M’hidi University of Oum El Bouaghi.
Results: Synthesis of α, β-unsaturated carbonyl compounds, including six chalcones with yields between 28-91%. Whereas for the enones dibenzylidenecetone type, the yields were from 77 to 90.6%. Preparation of 2,4-dinitrophenylhydrazone derivatives in a solid state with yields between 22-92%, as well as a bis-azine, pyrazoline and other nitrogen compounds like hydrazide and hydrazide-hydrazone types. The identification of the synthesized compounds was done by the usual spectroscopic methods. The characterization of 5 structures including two (E, Z) configurations and two others (E) as well as one structure (E, E) by X-ray diffraction on single crystal and / or on powder. The single crystal DRX was the main support which allowed us to determine and discuss the stability and stereochemistry of the structures (E, Z). It was also able to demonstrate that theirs molecular zigzag chains are interconnected through non-covalent contacts in the form of π–π interactions. Among the various synthesized compounds, the chalcone having phenyl and para-methylphenyl fragments; has been shown to be the most effective against all bacterial strains with a 12 mm inhibition zone. Significant activity has been demonstrated against E. coli; with 11 mm inhibition for 2,4-dinitrophenylhydrazone carrying a chloro substituent in the para position of the phenyl ring and derived from 1-acetonaphtone. Gram-negative bacteria (Pseudomonas aeruginosa and Escherichia coli) exhibit sensitivity to biarylazine for zones of inhibition with 9 and 10 mm diameters, respectively. The results of the antioxidant activity are in good coherence with the predicted and / or characterized structures of the synthesized compounds. In fact, only hydrazones show moderate activity by donation of hydrogen. However, Schiff hydrazone base has the highest free radical scavenging activity with an IC50 = 269.55 µg / mL.
خلفية : ينتمي هذا العمل إلى مجال التخليق العضوي للمركبات النشطة بيولوجيًا ، ويتضمن اصطناع سلسلة جديدة من الهيدرازونات ، والتي هي جزء من عائلتين من مركبات النيتروجين ؛ الأمينات والأيماينات. بالإضافة إلى ذلك، تمثل هذه الهيدرازونات فئة مهمة من المركبات العضوية غير المتجانسة، ذات بنية تشتمل على الجزء –C=NNH–. وهي مرتبطة بنيوياً بالألدهيدات والكيتونات عن طريق استبدال الأكسجين بالمجموعة NNHR=.
هدف: لقد أظهرت الكثير من الأبحاث التي أجريت على الهيدرازونات أنها تقدم تنوعًا كبيرًا من الناحية الهيكلية والعلاجية. علاوة على ذلك، تم اعتبارالرابطة N–N على أنها الجزء الفعال في العديد من الجزيئات النشطة بيولوجيًا. إذ يمكن ذكر جوانب مختلفة من خصائصها البيولوجية ، منها الفعل المضاد للجراثيم ، المضاد للفطريات، المضاد للأورام ، المضاد للاختلاج ، المضاد للالتهابات ، المضاد للصفيحات والمضاد للميكروبات. وتعد هاته المزايا السبب الرئيسي لهذا البحث، الذي كان مساره كالآتي : تخليق هيدرازونات جديدة ومشتقات النيتروجين ، وتوصيف هياكلها وتقييم أنشطتها عبر فحص أنبوبي أولي.
طرق: في البداية ، تم تحضير إينوناتα ، -β غير مشبعة وفقًا لتفاعل كليزن شميدت، بواسطة التكاثف الألدولي المختلط ؛ بين بنزالدهيدات مستبدلة ومثيل أريل كيتونات و / أو كيتونات أليفاتية تملك بروتونات متحركة في شروط قاعدية. كيتونات الڥينيل التي تم الحصول عليها شكلت وسائط لتصنيع مشتقات الهيدرازون، عن طريق تفاعلات إضافة- حذف مع 4،2- ثنائي نيتروفينيل هيدرازين. في نفس الظروف ، تم تحضير هيدرازونات أخرى بعد تكثيفDNPH مع مركبات كربونيل تجارية بصيغ مختلفة ، من بينها مركبين من الكيتونات أحادية وثنائية الحلقات، وألدهيدا عطريا الذي أدى إلى الحصول على قاعدة شيف. تم تنفيذ طريقة بديلة لتصنيع هيدرازون من نوع ثنائي الأزين وذلك باستعمال هيدرات الهيدرازين. استخدم هذا الأخير (NH2NH2.H2O) أيضًا في التفاعل المؤدي إلى البيرازولين. من جهة أخرى، تم تحضير هيدرازيد-هيدرازون وفق طريقتي اصطناع مختلفتين: وعاء واحد ومتعدد المراحل. كما أجريت تفاعلات تكميلية أخرى أدت إلى الحصول على أحادي وثنائي بنزوهيدرازيد. تم التعرف على هذه المركبات بواسطة الطرق الطيفية ,UV, IR الرنين المغناطيسي النووي ل 1H و13C أحادي وثنائي البعد وكذلك حيود الأشعة السينية. وقد تم إجراء تحليل كمي للتداخلات بين الجزيئات في الهياكل البلورية من خلال تطبيق طريقة سطح هيرشفيلد باستخدام برنامج .CrystalExplorer 17.5.من أجل التعرف على و/أو تأكيد الطبيعة الإلكترونية للانتقالات المرصودة في أطياف الامتصاص الإلكتروني، تم دراسة ظاهرة السولفاتوكروميسم التي أثبتت تأثير مذيبين مختلفي القطبية على الخصائص الضوئية الفيزيائية لمركبي هيدرازون. تم تقييم ومقارنة الأنشطة البيولوجية لبعض المركبات المصطنعة عن طريق الاختبارات الأنبوبية المضادة للبكتيريا، باستخدام طريقة الانتشار على القرص ضد السلالات البكتيرية المرجعية : المكورات العنقودية الذهبية، الزائفة الزنجارية و الإشريكية القولونية، وكذا اختبارات مضادة للأكسدة عن طريق تثبيط الجذور الحرة .DPPHتمت الأعمال التطبيقية على مستوى: مختبر البحث للكيمياء التطبيقية وتكنولوجيا المواد ، مختبر البحث للموارد الطبيعية وإدارة البيئات الحساسة وكذا المختبرات البيداغوجية بجامعة العربي بن مهيدي لأم البواقي.
نتائج: تخليق مركبات الكربونيل α ،β- غير المشبعة ، بما في ذلك ستة شالكونات بمردود يتراوح بين 28-91٪ . بينما بالنسبة لأنواع ثنائي بنزيليدين أسيتون ، فإن المردود كان من 77 إلى 90.6٪ .تحضير مشتقات 2،4- ثنائي نيتروفينيل هيدرازون في الحالة الصلبة بمردود يتراوح بين 22-92 ٪، إضافة إلى ثنائي أزين، بيرازولين ومركبات نيتروجينية أخرى من نوع هيدرازيد وهيدرازيد- هيدرازون. تم التعرف على المركبات المخلقة من خلال الطرق الطيفية المعتادة. كما حددت 5 بنيات منها متماكبين (E ،Z)، واثنين آخرين (E) بالإضافة إلى بنية من نوع ( E،E) بواسطة حيود الأشعة السينية أحادي البلورة و/ أو على مسحوق. يعتبر التحليل DRX أحادي البلورة الدعم الرئيسي الذي سمح لنا بتحديد ومناقشة استقرار وكذا الكيمياء الفراغية الخاصة بالبنيتين (E ،Z). كما كان قادرًا على إثبات أن السلاسل الجزيئية المتعرجة لهاتين البنيتين مكدسة نتيجة اتصالات غير تساهمية على شكل تداخلات .π–π من بين المركبات المختلفة التي تم تصنيعها ، ثبت أن الشالكون الذي يحتوي على الأجزاء: فينيل وبارا-ميثيل فينيل ؛ يمثل الأكثر فاعلية ضد جميع السلالات البكتيرية بمنطقة تثبيط تعادل 12ملم. وقد تم إظهار نشاط معتبر ضد الإشريكية القولونية؛ بتثبيط 11 مم بالنسبة لـ 2،4- ثنائي نيتروفينيل هيدرازون الحامل لمستبدل الكلورو في الموقع بارا من حلقة الفينيل والمشتق من 1- أسيتونافتون. تُظهر البكتيريا سالبة الجرام )الزائفة الزنجارية و الإشريكية القولونية (حساسية تجاه ثنائي أريل أزين بمناطق تثبيط ذات أقطار9 و 10 مم ، على التوالي. تتوافق نتائج النشاط المضاد للأكسدة بشكل جيد مع البنية المتوقعة و/أو التي تم التعرف عليها بالنسبة للمركبات المحضرة. في الواقع ، أظهرت الهيدرازونات فقط نشاطًا مقبولًا عن طريق إعطاء هيدروجين. إذ أن الهيدرازون من نوع قاعدة شيف لديه أعلى نشاط مثبط للجذور الحرة بتركيز 269.55=IC50 ميكروغرام / مل.
Description
Keywords
Composé carbonylé, Hydrazone, Méthode spectroscopique