Pirimido[1,2-a]pirimidinlerin Tek Basamakta Sentezi

Tezin ana amacı olan pirimido[1,2-a]pirimidinler, literatürde sınırlı sayıda çalıĢmanın yer aldığı, çok az bilinen bileĢiklerdir. Pirimido[1,2-a]pirimidin üzerine detaylı çalıĢma grubumuz tarafından, aktif malonat esterleri kullanılarak gerçekleĢtirilmiĢtir (Güllü 2010). Bu anlamda, pirimido[1,2-a]pirimidinlerin sentezi konusunda bir diğer kapsamlı araĢtırmayı bu tez çalıĢması oluĢturmaktadır. Bu çalıĢma, hem pirimido[1,2-a]pirimidinlerin yeni türlerinin farklı bileĢenlerden sentezine yönelik kapsamlı bir çalıĢma olması, hem de kinolon antibiyotiklerinin benzerlerinin elde edilmesi açısından oldukça önemlidir.

Bu doğrultuda ilk aĢamada; ucuz ve uygun çıkıĢ maddeleri kullanılarak, birkaç basamaklı reaksiyonlar üzerinden 2-aminopirimidinlerin farklı türevleri elde edilmiĢtir.

Projenin bu aĢamasında; hedeflenen 4-keto-3-karboetoksi pirimido[1,2-a]pirimidinleri sentezlemek için 2-aminopirimidinler ile dietil etoksimetilenmalonatın (EMME)

BileĢik R1 R2 Baz Süre

(dk)

R3 R4 Yöntem Verim (%)

102 CH₃ CH₃ Na₂CO₃ 30 CH₃ CH₃ A 66

89 CH₃ OC₂H₅ Na₂CO₃ 30 OH CH₃ A 76

106 OC2H5 OC2H5 NaOEt 20 OH OH B 90

100

reaksiyonları araĢtırılmıĢtır. Bu doğrultuda, tezin bu bölümünde 2-aminopirimidin türevleri ile EMME’nin doğrudan halkalaĢma tepkimelerinin hem klasik yöntemle hem de mikrodalga enerjisi ile yürütülen sentez çalıĢmalarının ayrıntılarına yer verilmiĢtir.

Kinolon antibiyotiği sınıfına dahil olan ve günümüzde ilaç olarak kullanılan birçok bileĢiğin, ikinci halkası üzerinde 3- ve 4- konumunda keto ve karboksilik asit gruplarını bulundurmasının, molekülün antibakteriyel etkinliğine önemli bir katkısının olduğunu daha önce belirtmiĢtik. Bu grupların, hedef moleküllerin yapısına sentez aĢamasında dahil edilmesi için dietil etoksimetilenmalonat (EMME) en uygun reaktif olarak kullanılmıĢtır (Akgün vd. 2013). Tez çalıĢmamızda da, kinolon antibiyotiklerine benzer yapıya sahip ikinci pirimidin halkası üzerinde 4-keto ve 3-karboksilik asit gruplarını içeren hedef pirimido[1,2-a]pirimidinlerin sentezi için, 2-aminopirimidinlerin öncelikle EMME ile reaksiyonlarının araĢtırılması planlanmıĢtır. 2-Aminopirimidinler ile EMME arasında gerçekleĢen halka kapanma reaksiyonlarının yüksek verimle sonuçlanabilmesi için literatür verileri göz önünde bulundurularak reaksiyon sıcaklığı, reaksiyon süresi, substrat:EMME oranı gibi parametrelerin optimizasyonu gerçekleĢtirilmiĢtir. Deneysel parametrelerin optimizasyon aĢamasında, ön çalıĢmalar ticari olarak temin edilen ve ucuz olan 2-aminopirimidin ile yapılmıĢtır. Buradan elde edilen veriler daha sonra diğer 2-aminopirimidin türevlerine uygulanmıĢtır. Klasik ısıtma yöntemi ile çalıĢmalar, içerisinde yer alan çözücü sayesinde sıcaklık dalgalanmasının önüne geçilmesini sağlayan hücre sistemi kullanılarak gerçekleĢtirilmiĢtir. Çözücü seçiminde ise, benzer halkalaĢma reaksiyonlarında etkin Ģekilde kullanılan difenil eter tercih edilmiĢtir.

Kaynama noktasının yüksek oluĢu, inert bir yapıya sahip olması ve reaksiyon karıĢımından kolaylıkla uzaklaĢtırılabilir olması en önemli avantajlarındandır.

Literatürde yer alan farklı kinolon türevi bileĢiklerin halkalaĢma reaksiyonları incelenmiĢtir. Kinolin, naftiridin ve diğer pirimidopirimidinler için halkalaĢma reaksiyonlarının 200°-250 °C sıcaklık aralığında gerçekleĢtirildiği görülmüĢtür. Bu doğrultuda, kendi çalıĢmalarımız için referans olarak alınan sıcaklık aralıkları bu Ģekilde belirlenmiĢtir. 2-Aminopirimidin ile yürütülen ön denemeler, ilk olarak 200 °C sıcaklıkta gerçekleĢtirilmiĢtir. Ürün dağılımının ĠTK ile takip edildiği çalıĢmalarda, reaksiyon süresinin uzatılmasına karĢılık baĢlangıç maddelerinin tam olarak

101

harcanmadığı gözlenmiĢtir. Tepkimenin enamin basamağında kalmıĢ olması reaksiyon sıcaklığının halkalaĢma için yetersiz kaldığını göstermiĢtir. Bunun üzerine üst sıcaklık değeri olarak belirlenen 250 °C’de deneysel çalıĢmalar tekrar edilmiĢtir. Reaksiyonun ilk baĢlarında baĢlangıç maddelerinin tamamen harcandığı ve enamine dönüĢtüğü belirlenmiĢ; ancak, enaminin halkalaĢması ve pirimido[1,2-a]pirimidine dönüĢmesi için geçen sürede, reaksiyon süresi uzadıkça ĠTK’da çözücüyle yürümeyen, katranımsı koyu renkli bozunma ürünlerinin oluĢtuğu gözlenmiĢtir. EMME ile yapılan farklı heterohalkalı ürünlerin sentez tepkimelerinde, özellikle yüksek sıcaklıkta uzun süre devam ettirilen reaksiyonlarda benzer bozunma ürünlerinin gözlendiği Moyano ve grubu tarafından 2014 yılında yayımlanan çalıĢmada rapor edilmiĢtir (Moyano vd.

2014). BaĢlangıç maddelerinin tamamen tükendiği, enamin türevinin reaksiyon ortamında oluĢup devamında halkalaĢarak harcandığı noktada veya bozunma ürünlerinin oluĢmaya baĢladığının belirlendiği noktada deneyler sonlandırılmıĢtır. Bu Ģekilde, farklı sıcaklıklarda tekrar edilen birkaç denemenin ardından, halkalaĢma reaksiyonları için uygulanacak sıcaklık aralığı 210-220 °C olarak belirlenmiĢtir.

Buradan elde edilen veriler daha sonraki aĢamada diğer 2-aminopirimidin türevlerine uygulanmıĢtır. Her bir 2-aminopirimidin için sıcaklık parametresi dar bir aralıkta tekrar incelenerek optimum halkalaĢma sıcaklığı belirlenmiĢtir.

Daha önce bahsedildiği üzere; pirimido[1,a]pirimidin sentezi ilk aĢamada; 2-aminopirimidin ile EMME’nin katılma-ayrılma üzerinden yürüyen sübstitüsyon reaksiyonu ile enamin oluĢumu ve devamında bu ara ürünün elektrofilik halka kapanma basamağı ile pirimidopirimidini oluĢturması ile sonuçlanmaktadır. Bu anlamda hedeflenen pirimdopirimidin verimini, baĢlangıç maddelerinin reaksiyon koĢullarında etkileĢerek ne ölçüde enamini oluĢturduğu ve bunun ne kadarının halkalaĢarak ürüne dönüĢtüğü belirlemektedir. Bu nedenle tepkime sırasında in situ olarak en iyi dönüĢümle enamin türevini elde etmek önemli bir parametredir. Literatürdeki benzer çalıĢmalar incelenmiĢ ve kullanılan eĢdeğer mol miktarları referans olarak alınmıĢtır.

Var olan çalıĢmaların çoğunun substrat:EMME için 1:1 ve 1:3 arasında değiĢen oranlarda gerçekleĢtiği belirlenmiĢtir. Bu doğrultuda öncelikli olarak 1:1 eĢdeğer mol miktarlar ile çalıĢılmıĢtır. BaĢlangıç maddelerinin ortamda tam olarak harcanmadığının belirlenmesi üzerine bu kez EMME oranı 2 eĢdeğer mol katına çıkarılmıĢ ve deneyler

102

tekrar edilmiĢtir. 2-Aminopirimidinin tamamen harcanmasına karĢılık EMME’nin ortamda kalması ve reaksiyona girmeden kalan EMME’nin geri kazanılamaması; hem kıymetli bir kimyasalın israf edilmesine hem de çevreye gereksiz kimyasal salınmasına sebep olduğu düĢünüldüğünden, EMME deriĢimi 2 eĢdeğer mol miktarın altına düĢürülerek 2-aminopirimidinlerle denemelere devam edilmiĢtir. Ürün dağılımı ĠTK ile kontrol edilerek tekrarlanan çok sayıda deneysel çalıĢma sonucunda farklı 2-aminopirimidinlere karĢılık en uygun eĢdeğer miktarın 1:1.1 ve 1:1.3 değerleri olduğu belirlenmiĢtir.

Sentezlenen 2-aminopirimidinlerin her biri, yukarıda belirlenen deneysel koĢullar referans alınarak EMME ile reaksiyona sokulmuĢtur. Ġlk aĢamada 4,6-disübstitüe 2-aminopirimidinlerin reaksiyonları denenmiĢtir. Elde edilen sonuçlara çizelge 5.2’de yer verilmiĢtir.

*: Reaksiyon sıcaklığı yükseltilmiĢ reaksiyon süresi uzatılmıĢ ancak ürün elde edilememiĢtir.

103

Çizelge 5.2’de; 4,6-disübstitüe-2-aminopirimidinlerin tek bir sıcaklıkta yürütülen reaksiyonlarına ait sonuçları değil; aksine farklı sıcaklık ve sürelerde gerçekleĢtirilen çok sayıda deneysel çalıĢma arasından ürün izolasyonu mümkün olan çalıĢmaların sonuçlarını özetlemektedir. Görüldüğü üzere 4,6-disübstitüe 2-aminopirimidinler ile klasik ısıtma koĢullarında baĢarılı sonuçlar elde edilememiĢtir. 2-Aminopirimidinin 4 ve 6-konumlarındaki grupların varlığının buna sebep olduğu düĢünülmektedir. Yapılan araĢtırmalar halkalaĢma basamağının 2-aminopirimidinin 4- veya 6-konumuna komĢu azotu üzerinden gerçekleĢtiğini göstermektedir (Güllü 2010). Bu nedenle bu konumda yer alan hacimli gruplar, yarattıkları sterik engel ile halkalaĢma basamağının enerji bariyerini yükseltmekte ve ayrıca benzer etkiyle azot üzerindeki ortaklaĢılmamıĢ elektronları kapatarak, enamin aĢamasında elektrofilik ester karboniline nükleofilik katılmayı zorlaĢtırmaktadır. Bunun sonucunda ürün veriminin ciddi derecede düĢtüğü veya ürünün elde edilemediği anlaĢılmıĢtır. Bu aĢamada, 4,6-disübstitüe-2-aminopirimidinler ile EMME’nin yüksek sıcaklıklarda tek basamakta yürütülen reaksiyonlarından hedef pirimido[1,2-a]pirimidinlerin yalnızca bir kısmı düĢük verimlerle sentezlenebilmiĢtir. Ürün oluĢumu ĠTK ile takip edilmiĢtir (pirimidopirimidinler ĠTK’da belirli aralıkta ve kendilerine özgü renkli nokta Ģeklinde gözlenirler). 4,6-Disübstitüe pirimido[1,2-a]pirimidinlerin bazı türevlerinin ĠTK’sında bilinen aralıkta herhangi bir lekenin gözlenmemesi nedeniyle saflaĢtırma iĢlemleri ile uğraĢılmamıĢtır. DüĢük verimle elde edilen; etil 6,8-dimetil-4-okso-4H-pirimido[1,2-a]pirimidin-3-karboksilat (131), etil 6-metil-8-morfolin-1-il-4-okso-4H-pirimido[1,2-a]pirimidin-3-karboksilat (132) ve etil 6-metil-8-(N-metilpiperazin-1-il)-4-okso-4H-pirimido[1,2-a]pirimidin-3-karboksilat (133) GC-MS ile tespit edilebilmiĢ (EK 39, EK 41, EK 43) ve FT-IR analizleri yapılabilmiĢtir (EK 38, EK 40, EK 42). Elde edilen spektrumların yapıyı desteklediği görülmüĢtür. Ancak ¹HNMR analizleri yapılamamıĢtır. Verimlerin düĢük olması ve saflaĢtırma iĢlemlerinde baĢarılı olunamamasından ötürü bu bileĢiklerin sentezinden vazgeçilmiĢtir.

Pirimido[1,2-a]pirimidinlerin sentez çalıĢmaları 6-konumunda sübstitüent içermeyen 4-sübstitüe 2-aminopirimidinler ile devam ettirilmiĢtir. Difenil eter içerisinde EMME ile reaksiyonlar 200-240 °C sıcaklık aralığında öncelikle denenmiĢtir. Deneysel koĢulların iyileĢtirilmesi için her bir 2-aminopirimidin türevi ile 200-240 °C sıcaklık aralığında

104

farklı sürelerde ve ĠTK kontrollü pek çok deneysel çalıĢma gerçekleĢtirilmiĢtir.

Beklendiği gibi 6-konumunda sübstitüent içermeyen 2-aminopirimidinlerin halkalaĢma reaksiyonları sonucu pirimido[1,2-a]pirimidin türevleri iyi verimlerle elde edilebilmiĢtir. Reaksiyon koĢulları ve ulaĢılan verimler çizelge 5.3’te detaylandırılmıĢtır.

Çizelge 5.3 4-Sübstitüe-2-aminopirimidinlerden pirimido[1,2-a]pirimidinlerin klasik ısıtma ile sentezleri

Çizelgede yer alan her bir pirimido[1,2-a]pirimidin türevinin spektral analizleri FT-IR, GC-MS ve ¹H-NMR kullanılarak yapılmıĢtır. Etil 4-okso-4H-pirimido[1,2-a]pirimidin-3-karboksilat (134), etil 8-metil-4-okso-4H-pirimido[1,2-a]pirimidin-4-okso-4H-pirimido[1,2-a]pirimidin-3-karboksilat (135), etil 8-(N-metilpiperazin-1-il)-4-okso-4H-pirimido[1,2-a]pirimidin-3-karboksilat (136), etil 8-morfolin-1-il-4-okso-4H-pirimido[1,2-a]pirimidin-3-karboksilat (137), etil 8-piperidin-1-il-4-okso-4H-pirimido[1,2-a]pirimidin-3-karboksilat (138), etil 8-pirolidin-1-il-4-okso-4H-pirimido[1,2-a]pirimidin-3-karboksilat (139) ve etil 8-piperazin-1-il-4-okso-4H-pirimido[1,2-a]pirimidin-3-karboksilat (140) molekülüne ait FT-IR spektrumlarına sırasıyla EK 44, EK 47, EK 50, EK 52, EK 55 EK 58 ve EK 60’da yer verilmiĢtir. Spektrumlarda, baĢlangıç maddesinin ve enamin ara ürünün yapısında bulunan -NH grubuna ait gerilme pikinin gözlenmemesi, bunun yanı sıra halkalaĢmanın varlığını iĢaret eden amit grubunun 1650-1600 cm^-1 aralığındaki 1. amit

105

bandına ait absorpsiyon piklerinin varlığı yapıyı desteklemektedir. Benzer Ģekilde GC-MS analizleri sonucunda ester türevlerinin kütlelerine karĢılık gelen molekül iyon pikleri spektrumlarda yer alırken, parçalanmalar detaylı incelendiğinde yapıyı desteklediği belirlenmiĢtir. Spektrumlar sırasıyla EK 45, EK 48, EK 53, EK 56 ve EK 61’de verilmiĢtir.

1H-NMR spektrumlarının değerlendirilmesi sonucunda hedef ürünlerin oluĢtuğu kanıtlanmıĢtır. AĢağıda Ģekil 5.13’te etil 8-metil-4-okso-4H-pirimido[1,2-a]pirimidin-3-karboksilat (135) bileĢiğine ait ¹HNMR spektrumu görülmektedir. 10-11 ppm arasında enamin protonuna ait olduğu bilinen tek hidrojen integrasyonlu ikiye yarılmıĢ pikin gözlenmemesi enaminin harcandığının göstergesidir. Bunun yanı sıra;

pirimidopirimidin halkasının oluĢtuğunun en önemli kanıtı Hc protonunun varlığıdır.

9.16 ppm’de tekli pik Ģeklinde görülmektedir. Aromatik hakada yer alan Hd protonu, komĢu He protonu ile ikiye yarılmıĢ halde 9.22 ppm’de gözlenmektedir. Yine aromatik halkada bulunan He protonu 7.2 ppm civarında ikili yarılma ile spektrumda gözlenmektedir. Alifatik gruplara ait yarılmalara bakıldığında; ester grubuna bağlı metilen karbonu protonları (Hb) iki hidrojen integrasyon ile 4.43 ppm’de dörtlü yarılma Ģeklinde gözlenirken Hf protonları 2.76 ppm’de üç proton integrasyon ile tekli pik Ģeklinde spektrumda yer almaktadır. Son olarak Ha protonları yine üç hidrojen integrasyon ile 1.42 ppm’de üçlü yarılma Ģeklinde gözlenmektedir. Elde edilen sonuçlar molekülün baĢarılı Ģekilde sentezlendiğini doğrulamaktadır. Diğer pirimido[1,2-a]pirimidinlere ait ¹H-NMR spektrumları sırasıyla EK 46, EK 49, EK 51, EK 54, EK 57, EK 59 ve EK 62’de yer almaktadır.

106

ġekil 5.13 Etil 8-metil-4-okso-4H-pirimido[1,2-a]pirimidin-3-karboksilat’ın ¹HNMR Spektrumu

Tez kapsamında farklı 2-aminopirimidinler ile EMME’nin tek basamakta sentez reaksiyonlarında mikrodalga enerjisi ile ısıtma tekniği de kullanılmıĢtır. Bu doğrultuda, klasik ısıtma yöntemiyle yürütülen çalıĢmalardan elde edilen deneysel sonuçlar, mikrodalga koĢullarına uyarlanarak 4-sübstitüe-2-amiopirimidinlerden pirimido[1,2-a]pirimidinlerin iyi verimlerle sentezlenmesi amaçlanmıĢtır.

Bilindiği üzere mikrodalga Ģartlarında klasik yönteme göre çok daha homojen ısıtma sağlanmaktadır. Ayrıca belirlenen sıcaklık değerine çok kısa sürelerde çıkılabilmektedir.

Mikrodalga Ģartlarında reaksiyon süreleri kısa olduğundan, bozunma ve yan ürünlerin oluĢması gibi olumsuzlukların meydana gelme ihtimali önemli ölçüde azaltılmaktadır.

Bu sayede klasik ısıtma yöntemi ile çoğunlukla bozunma ile sonuçlanan yüksek sıcaklıktaki (≥240 °C) halkalaĢma reaksiyonları mikrodalga Ģartlarında tekrar denenmiĢtir. Ancak, 2-aminopirimidin ile EMME’nin 240 °C sıcaklıkta 1-3 dakika arasında değiĢen sürelerde mikrodalga ile ıĢınlanarak denenen halkalaĢma reaksiyonlarında da hedeflenen ürünler elde edilememiĢtir. Deney süresi kısa tutulmasına rağmen reaksiyonların bozunma ile sonuçlandığı, ortamda katranımsı türlerin oluĢması ile anlaĢılmıĢtır. Elde edilen bu sonuçlar doğrultusunda reaksiyon sıcaklığı klasik ısıtma deneylerinden elde edilen sıcaklık aralığına düĢürülerek deneyler

107

tekrar edilmiĢtir. ĠTK kontrollü olarak 4-sübstitüe 2-aminopirimidinlerin EMME ile 210-220 °C sıcaklık aralığında farklı sürelerde gerçekleĢtirilen halkalaĢma reaksiyonları sonucunda hedeflenen pirimido[1,2-a]pirimidin türevleri iyi verimlerle sentezlenmiĢtir.

Sentezlenen her bir pirimido[1,2-a]pirimidin türevinin karakterizasyonu bir önceki aĢamada verilen analizlere benzer Ģekilde gerçekleĢtirilmiĢtir. Elde edilen spektrumlar pirimido[1,2-a]pirimidinlerin yapılarını doğruladığı görülmüĢtür. Deneysel çalıĢmalara ait reaksiyon koĢulları ve elde edilen verimler çizelge 5.4’te özetlenmiĢtir.

Çizelge 5.4 Mikrodalga enerjisi ile ısıtmayla tek basamakta pirimido[1,2-a]pirimidinlerin sentezi

Çizelge 5.4 incelendiğinde mikrodalga ile sentez reaksiyonlarının avantajları çok daha net görülebilmektedir. Reaksiyon süreleri 2-8 saatlik dilimlerden 15-20 dakikalar arasına düĢürülmüĢtür. Aynı zamanda ürünlere ait verimlerdeki artıĢ da yine bu yöntemin baĢarısını göz önüne sermektedir.

108

Görüldüğü üzere; 4-sübstitüe-2-aminopirimidinlerin EMME ile yüksek sıcaklıklarda mikrodalga enerjisi kullanılarak gerçekleĢtirilen doğrudan halkalaĢma reaksiyonları ile farklı sübstitüentler içeren pirimido[1,2-a]pirimidin türevleri baĢarılı Ģekilde sentezlenmiĢtir.