Novos derivados do sistema heterocíclico 1H-pirazolo[3,4-b]piridina: síntese e assinalamentos de hidrogênios e carbonos por RMN 1D e 2D

New derivatives of 1H-pyrazolo[3,4-b]pyridine heterocyclic system: synthesis and hydrogen and carbon assignments by 1D and 2D NMR

Resumo

The synthesis and NMR analysis of seven new 4-(aryl)amino-5-carboethoxy-1,3-dimethyl-1H-pyrazolo[3,4- b]pyridines (7-13) are described. The synthetic approach used involved the preparation of intermediates 5-aminopyrazol (4), the enamine derivative (5) and the 4-chloro-1H-pyrazolo[3,4-b]pyridine (6). Compounds (7-13) were obtained by treatment of 6 with the desired aniline. The structures of new heterocyclic compounds and their precursors intermediates were assigned on the basis of spectral analysis including 1D and 2D NMR experiments [¹H; 13C{¹H} and DEPT; ¹H x ¹H - COSY; ¹H x13C - COSY, nJ CH, n = 1, 2 or 3 (HETECOR and COLOC)].

1H-pyrazolo[3,4-b]pyridine; 1D and 2D NMR; heterocyclic compounds

1H-pyrazolo[3,4-b]pyridine; 1D and 2D NMR; heterocyclic compounds

ARTIGO

Novos derivados do sistema heterocíclico 1H-pirazolo[3,4-b]piridina: síntese e assinalamentos de hidrogênios e carbonos por RMN 1D e 2D

Heloisa de Mello, Edson Fernandes da Silva, Aurea Echevarria, Mário Geraldo de Carvalho

Departamento de Química - Instituto de Ciências Exatas - Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro - 23851-970 - Seropédica - RJ

Alice Maria Rolim Bernardino

Departamento de Química Orgânica - Instituto de Química - Universidade Federal Fluminense - 24020-150 - Niterói - RJ

Recebido em 3/10/97; aceito em 18/3/98

New derivatives of 1H-pyrazolo[3,4-b]pyridine heterocyclic system: synthesis and hydrogen and carbon assignments by 1D and 2D NMR. The synthesis and NMR analysis of seven new 4-(aryl)amino-5-carboethoxy-1,3-dimethyl-1H-pyrazolo[3,4- b]pyridines (7-13) are described. The synthetic approach used involved the preparation of intermediates 5-aminopyrazol (4), the enamine derivative (5) and the 4-chloro-1H-pyrazolo[3,4-b]pyridine (6). Compounds (7-13) were obtained by treatment of 6 with the desired aniline. The structures of new heterocyclic compounds and their precursors intermediates were assigned on the basis of spectral analysis including 1D and 2D NMR experiments [¹H; ¹³C{¹H} and DEPT; ¹H x ¹H - COSY; ¹H x ¹³C - COSY, ⁿJ_CH, n = 1, 2 or 3 (HETECOR and COLOC)].

Keywords: 1H-pyrazolo[3,4-b]pyridine; 1D and 2D NMR; heterocyclic compounds.

INTRODUÇÃO

Os compostos heterocíclicos do sistema 1H-pirazolo[3,4-b] piridina (1) apresentam relação estrutural com os indóis, azaindóis e as bases purínicas do DNA, cujas importâncias biológicas são muito significativas. Diversos derivados polissubstituídos desse sistema, cujo primeiro relato data de 1906¹, tem sido sintetizados. Este sistema heterocíclico desperta grande interesse devido, principalmente, a sua ocorrência na composição de moléculas com diversificada atividade farmacológica^2,3.

A literatura relata que alguns desses derivados se apresentam como novos e promissores antimetabólitos purínicos ou pirimidínicos⁴. Substâncias do tipo 2, foram sintetizadas como análogos mais ativos do alopurinol, 3, utilizado no tratamento clínico da "gota", como inibidor da xantina oxidase⁵ e, na quimioterapia de alguns tumores^3,6, enquanto que o derivado 4, apresenta atividade ansiolítica e anticonvulsivante⁷.

A síntese de compostos contendo o sistema 1H-pirazolo [3,4-b]piridina, entre outras opções, pode ser realizada mediante a utilização de piridinas apropriadamente substituídas ou a partir de amino-pirazóis^8-14.

Dando continuidade ao programa de pesquisa que visa a síntese de novos compostos heterocíclicos contendo o sistema 1 em sua estrutura, com possível atividade antiparasitária, entre elas a antimalarial^15,16, este trabalho apresenta a obtenção de sete novos derivados 5-carboetoxi-1,3-dimetil-1H-pirazolo[3,4- b] piridinas (7-13) substituídos nas posições para ou meta do anel piridínico e, sua caracterização através da análise espectroscópica de infravermelho e RMN de ¹H e ¹³C{¹H} (Proton Noise Decoupled) com experimentos uni- (1D) e bi-dimensionais (2D), utilizando-se as técnicas DEPT (Distortionless Enhancement by Polarization Transfer), ¹H x ¹H - COSY (Correlation Spectroscopy), ¹H x ¹³C - COSY, ¹J_CH (HETECOR - Heteroscalar Correlation) e ¹H x ¹³C - COSY, ⁿJ_CH, n = 2 ou 3 (COLOC - Correlation spectroscopy via Long-range Couplings).

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A partir do 5-amino-1,3-dimetilpirazol (4) e do etoximetilenomalonato de dietila, foi obtido o intermediário a-carboetoxi-b-(1,3-dimetil-5-aminopirazolilamino) acrilato de etila (5). Este, quando reagido com oxicloreto de fósforo levou ao 5-carboetoxi-4-cloro-1,3-dimetil-1H-pirazolo[3,4- b]piridina^2,3,17 (6), que posteriormente em reações de acoplamento^18,19 com as anilinas apropriadas produziu a 4-fenilamino-5-carboetoxi-1,3-dimetil-1H-pirazolo[3,4- b]piridina (7) e as 4-(aril)amino-5-carboetoxi-1,3-dimetil-1H-pirazolo[3,4- b]piridinas (8-13), Figura 1. Estes produtos foram obtidos com rendimentos entre 65 - 90%, com exceção dos derivados 10 e 13 (30%) e, purificados por recristalização em etanol.

Os espectros na região do infravermelho mostraram absorções entre 3100 - 3250 cm^-1 (7-13) referentes ao estiramento da ligação do grupo -NH. Para o composto 10 foi observada, também, a absorção em 3500 - 3000 cm^-1 referente ao grupo -OH. A banda de absorção correspondente ao estiramento do grupo carbonila ocorreu na faixa de 1720 cm^-1 (6) e 1640 - 1630 cm^-1 (7-13). A formação de ligação do tipo ponte-de-hidrogênio interna e o efeito de ressonância são responsáveis pela diminuição da frequência de absorção deste estiramento (Fig. 2).

Os assinalamentos dos prótons e carbonos nos espectros de RMN do intermediário 6, puderam ser confirmados através da comparação com dados obtidos na literatura³ para a molécula 1,3-dimetil-1H-pirazolo[3,4-b]piridina, Figura 3.

Os espectros de RMN de ¹H das substâncias em estudo neste trabalho revelaram a absorção dos prótons piridínicos H-6 e do grupamento -NH nas faixas de d7,9 - 9,0 e d9,3 - 10,4, respectivamente. Para os compostos 10 e 11, foram observados ainda singletos em d8,7 e 3,7, referentes aos prótons da hidroxila ligada ao carbono C-4' e metoxila ao carbono C-3', respectivamente. Estes espectros mostraram também singletos intensos em d1,6 e 4,0 (7); 1,7 e 4,0 (8); 1,7 e 4,0 (9); 0,6 e 3,0 (10); 1,6 e 4,0 (11); 1,7 e 4,0 (12) e 1,7 e 4,0 (13) referentes aos prótons das metilas 3-CH₃ e N-CH₃, respectivamente (Tabelas 1 e 2).

Experiências bidimensionais de correlação homonuclear (¹H x ¹H - COSY) mostraram as correlações já esperadas entre o tripleto e quarteto [d1,4 (t, J=7,0 Hz) e 4,4 (q, J=7,0 Hz) (7); d1,4 (t, J=7,1 Hz) e 4,4 (q, J=7,1 Hz) (8-9); d0,4 (t, J=7,0 Hz) e 3,4 (q, J=7,0 Hz) (10); d1,4 (t, J=7,0 Hz) e 4,3 (q, J=7,0 Hz) (11); d1,4 (t, J=7,0 Hz) e 4,4 (q, J=7,0 Hz) (12); d1,4 (t, J=6,8 Hz) e 4,4 (q, J=6,8 Hz) (13)] referentes aos prótons do grupo etoxi das moléculas. Nestas experiências, as demais correlações dos sinais na região de prótons aromáticos associadas as suas multiplicidades e respectivas integrações, foram utilizadas em conjunto com as análises bidimensionais a longa distância, possibilitando os assinalamentos dos prótons aromáticos do grupo fenila. Os dubletos em d7,1 (d, J=8,5 Hz) e 7,3 (d, J=8,5 Hz) (8); d7,0 (d, J=8,7 Hz) e 7,4 (d, J=8,7 Hz) (7); d6,9 (d, J=8,6 Hz) e 7,2 (d, J=8,6 Hz) (10) se relacionaram então, aos prótons H-2´ e H-3´,5 ´, respectivamente e, os sinais em d7,1 (m) e 7,3 (m) aos prótons H-2´ e H-3´ (11), respectivamente (Tabela 3).

Os espectros de RMN de ¹³C{1H} e os espectros com sequências de pulsos DEPT [q = 90, sinais de CH₂ e q = 135, sinais de CH e CH₃ em fase oposta a CH₂] permitiram distinguir os sinais correspondentes aos carbonos metílicos, metilênicos e metínicos (Tabelas 1 e 2).

As análises dos espectros bidimensionais de correlações heteronucleares spin-spin (acoplamento escalar) a uma ligação (1H x ¹³C - COSY - ¹J_CH) associadas às informações acima citadas, permitiram a distinção entre os sinais dos carbonos C-6, O-CH₂, CH₂ - CH₃ e N-CH₃ (Tabelas 1 e 2).

Utilizando as correlações a longa distância (1H x ¹³C - COSY - ⁿJ_CH, n = 2 ou 3) dos prótons das metilas menos protegidas com os carbonos distantes a 2 e 3 ligações [²J_CH = C-3 (3-CH₃), C-5 (H-6); ³J_CH = C-3a (3-CH₃, NH), C-4 (H-6), C-5 (NH), C-7a (H-6, N-CH₃)], Tabela 3, a avaliação dos assinalamentos efetuados para outras moléculas contendo o sistema 1H-pirazolo[3,4-b]piridina^{16, 20} e, com o auxílio da regra da aditividade^21a, foi possível atribuir inequivocamente as frequências dos carbonos quaternários destas moléculas. Ainda nestes espectros pôde-se observar para os compostos 8 e 9, as correlações do próton do grupo NH com C-2'6´ (³J_CH) que permitiram os assinalamentos dos carbonos C-2'6´ em d123,8 (8) e 124,1 (9) e, consequentemente identificar, sem margem de erro, os carbonos C-3'5´ em d129,6 (8) e 132,6 (9). Através destes dados e por analogia com outras moléculas contendo o mesmo sistema heterocíclico²⁰, estes mesmos carbonos puderam ser assinalados em 10 (C-2'6´ em d116,2 e C-3'5´ em 125,5).

Para a molécula não-substituída, 11, a correlação bidimensional heteronuclear (¹J_CH) entre o sinal em d122,9 e o multipleto em d7,1, confirmou os assinalamentos dos C-2'6´, de acordo com a atribuição anterior dos H-2'6´ 4´. O sinal em d125,0 foi atribuído para o C-4, pois mostrou-se correlacionado (¹J_CH) também com o multipleto em d7,12. Finalmente os carbonos C-3'5´, por mostrarem uma correlação ¹J_CH com H3'5´, foram assinalados em d129,5. Estas atribuições para o anel fenila estão de acordo com o esperado, segundo o efeito de ressonância (+R) de proteção do grupo NHR.

No caso das moléculas meta-substituídas, 12 e 13, os carbonos C-2'4´, foram tidos como mais blindados quando comparados aos C-5'6´, devido ao efeito de proteção gama (g), exercido pelos grupos NO₂ e OCH₃,sendo que, o C-2´ [d116,2 (12) e 108,6 (13)] é o de menor deslocamento químico em função do efeito mesomérico de proteção do NHR e, o C-5´ mais desblindado [130,3 (12) e 130,2 (13)], por não sofrer nenhum efeito de proteção significativo. Essas atribuições tiveram sua confirmação nos espectros bidimensionais (ⁿJ_CH , n = 1 e 3). Restaram assim, as atribuições dos carbonos quaternários C-1´, C-4´ os para- e, C-3´ para os meta-substituídos, que mostraram correlações nos espectros bidimensionais a longa distância com sinais em d129,9 e 141,6 (8); d117,5 e 142,3 (9); d133,8 e 155,5 (10), para os carbonos C-1´ C-4´, respectivamente; d144,6 e 149,2 (12) e d144,0 e 160,7 (13), para os carbonos C-1´ C-3´, respectivamente.

Para a molécula 7, foram observados sinais desdobrados de carbonos metínicos em d124,9 e 116,4 que se mostraram correlacionados com os sinais dos prótons em d7,1 e 7,0.

Baseando-nos em assinalamentos efetuados para derivados aromáticos p-fluorosubstituídos^21b e através da comparação dos valores das constantes de acoplamento ¹³C - ¹⁹F a uma ligação (¹J_CF = 158 - 400 Hz), duas ligações (²J_CF = 15 - 25 Hz), três ligações (³J_CF = 0 - 15 Hz) e quatro ligações (⁴J_CF = 2 - 3 Hz), pôde-se atribuir a C-2´ 6´ o sinal em d124,9 (³J_CF = 7,9 Hz) e a C-3´ sinal em d116,6 (²J_CF = 22,6 Hz). Assim os sinais em d7,1 e 7,0 se relacionam aos prótons H-2´ e H-3´, respectivamente. Foi observado também, o desdobramento do sinal de carbono quaternário em d162,6 (¹J_CF = 242,2 Hz) atribuído a C-4´, restando ao valor d139,1 ser relacionado ao carbono C-1´.

CONCLUSÃO

A metodologia sintética utilizada para preparação dos sete novos derivados do sistema 1H-pirazolo[3,4-b]piridina mostrou-se eficiente, apresentando bons rendimentos, com exceção dos derivados para-OH e meta-OCH₃, e facilidade na purificação dos produtos intermediários e finais.

A análise estrutural utilizando técnicas modernas de RMN, envolvendo experiências 1D e 2D, levaram aos assinalamentos inequívocos dos átomos de H e C para esses novos heterocíclos.

Resultados preliminares da determinação de atividade anti-parasitária desses derivados, particularmente anti-leishmania, indicam-nos promissoras perspectivas para um posterior estudo envolvendo correlações entre a estutura química e a atividade biológica.

PARTE EXPERIMENTAL

Os pontos de fusão foram determinados em aparelho Mel-Tem II e não foram corrigidos. Os espectros na região do infra-vermelho foram obtidos em espectrofotômetro Perkin Elmer, FT 200, em pastilha de KBr. Os espectros de RMN foram obtidos em espectrômetro Brüker, AC-200, operando a frequência de 200,13 MHz para próton e a 50,3 MHz para carbono em CDCl₃ (7-9, 11-13) e DMSO-d₆ (10) com TMS como referência interna, em tubos de 5 mm. Os experimentos em duas dimensões foram feitos utilizando-se programas da Brüker, COSY.AU para correlação homonuclear (¹H x ¹H - COSY) e XHCORR.AU para correlação heteronuclear entre prótons e carbonos (D₃ = 0,5 / 2 J_CH) com pulso otimizado para J_CH = 135 Hz para uma ligação e, para correlações a duas e três ligações J_CH = 8 Hz. Os experimentos do tipo DEPT foram feitos usando-se o programa DEPTVAR.AU (q = 90 e 135).

5-amino-1,3-dimetilpirazol (4); a-carbetoxi-b-(1,3-dimetil-5-pirazolilamino)acrilato de etila (5); 5-carbetoxi-4-cloro-1,3-dimetil-1-H-pirazolo[3,4-b]piridina (6) - Estes derivados foram preparados de acordo com os métodos descritos na literatura^{2, 3, 17}. 4-(4'- ou 3'-X-fenil)amino-5-carbetoxi-1,3-dimetil-1H-pirazolo[3,4-b]piridina (7-9, 11-13) - Uma mistura contendo 1,1 mmoles do derivado clorado (6) e 1,1 mmoles da anilina correspondente, foi aquecida por cerca de 1 hora. Após resfriamento a mistura foi tratada com solução de NaOH, até reação alcalina frente a papel indicador universal, obtendo-se por precipitação o produto final, posteriormente purificado por recristalização em etanol¹⁸. Os rendimentos brutos e os correspondentes pontos de fusão foram: 89% e 104-106C (7); 90% e 105-107C (8); 78% e 110-112C (9); 80% e 137-140C (11); 65% e 168-170C (12); 30% e 123-124C (13). As principais bandas de absorção nos espectros de I.V. (em Kbr, cm^-1): n_NH 3230 (7 e 8); 3130 (9); 3250 (11-13); n_C=O 1630 (7-8, 13); 1640 (9, 12); 1650 (11); n_C-O 1250, 1260 (7-8); 1250 (9, 11-13); n_C=C 1560, 1600 (7-9); 1590, 1575 (11-13); n_C-Halif. 2880, 2940 (7); 2940, 3000 (8 e 9); 2975, 2950 (11-13).

4-(4'-hidroxifenil)amino-5-carbetoxi-1,3-dimetil-1H-pirazolo[3,4-b]piridina (10) - Preparou-se uma solução etanólica com 2,2 mmoles do cloridrato de 4-aminofenol e adicionou-se 1,1 mmoles do composto clorado (6). A mistura de reação permaneceu em refluxo por 18 horas e o produto bruto obtido por precipitação, foi recristalizado em etanol¹⁹. Rendimento bruto 30%; ponto de fusão 274-276C; I. V. (em KBr, cm^-1): 3050, 3300 (n_O-H); 2969, 2920 (n_N-H); 1680 (n_C=O); 1260 (n_C-O); 1580, 1600 (n_C=C); 2900, 3000 (n_C-Halif.).

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem as bolsas (HM, EFS, AE e MGC) e apóios financeiros concedidos pela CAPES, CNPq, FINEP-PADCT e FAPERJ.

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21. a) Kalinowski, H. O.; Berger, S. e Braun, S.; Carbon-13 NMR Spectroscopy; John Wiley & Sons Ed.; New York, 1988; pg 313. b) ibid. p. 585.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  11 Set 2000
• Data do Fascículo
  Fev 1999

Histórico

• Aceito
  18 Mar 1998
• Recebido
  03 Out 1997