Synthesis of Pyrazolo[3,4-b]quinoxaline Derivatives (Part II)

Pyrazolo[3,4-b]quinoxaline 유도체의 합성 (제2보)

서 론

헤테로고리 화합물 중 질소 또는 산소 원자를 가지고 있는 헤테로고리 화합물인 pyrazole (1), 1,2,4-triazole (2), quinoxaline (3), 1,3,4-oxadiazole (4) 유도체들은 지금까지 많이 합성되어 있으며, 이들 유도체는 항균성, 항염증성, 제초성, 혈압강하성, 항당뇨성, 항결핵성 및 항암성 등과 같은 생물학적 활성을 가지는 것이 많다고 보고되어 있다(Chart 1).1-17

Chart 1

본 연구실에서는 생리활성을 가지는 새로운 헤테로 고리 화랍물의 합성에 관한 연구를 하던 중 pyrazole, 1,2,4-triazole, quinoxaline 및 1,3,4-oxadiazole 유도체들이 위와 같은 여러 가지 용도에 사용되고 있다는 사실에 관심을 갖고 quinoxaline 고리에 pyrazole, 1,2,4-triazole, 1,3,4-oxadiazole 고리가 접합 및 비접합된 화합물인 pyrazolylquinoxaline류 (5, 6), pyrazolyl-1,2,4-triazolo[4,3-a]quinoxaline류 (7), pyrazolo[3,4-b]quinoxaline 류 (8), 1,2,4-triazolylquinoxaline 류 (9), 1,3,4-oxadiazino[5,6-b]quinoxaline류 (10)를 각각 합성하였으며, 합성한 몇가지 화합물에 대해서는 항균성을 조사한 바 있다 (Chart 2).18-24

본 연구에서는 전보20,25에 이어서 o-phenylenediamine과 dimethyl acetylenedicarboxylate(DMAD)를 반응시켜 얻은 3-methoxycarbonylmethylene-2-oxo-1,2,3,4-tetrahydroquinoxaline (11)을 출발물질로 하여 디아조화반응, 염소화반응 및 고리화반응 등의 몇 단계의 반응을 거쳐 1-(p-fluorophenyl)-3-hydrazinocarbonyl-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline (14)을 합성하였 다. 그리고 화합물 14를 여러 가지 시약과 반응시켜 생리활성을 가질 것으로 예상되는 pyrazolo[3,4-b]quinoxaline류를 합성하고자 하였다. 화합물 14를 alkanoyl chloride류, benzoyl chloride류, 벤즈알데히드류 또는 isothiocyanate 류와 반응시켜 1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline류 (15-18)를 합성하였고, 화합물 18을 2N NaOH 용액에서 환류시켜 분자내 고리화반응으로 1,2,4-triazole 고리가 결합된 1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline류 (19)를 합성하였다. 또한 화합물 17을 아세트산 무수물과 반응시켜 분자내 고리화반응으로 1,3,4-oxadiazole 고리가 결합된 1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline류 (20)도 합성하였다.

Chart 2

 

실 험

시약 및 기기

본 실험에서 사용한 시약은 특급품을 정제하지 않고 그대로 사용하였으며, 용매는 EP급을 사용하였다. 녹는점은 Haake Buchler사의 디지탈 녹는점 측정장치를 사용하여 측정하였고 보정은 하지 않았다. IR 스펙트럼은 Mattson Polaris FT-IR 분광계를 사용하여 얻었으며, 1H NMR 스펙트럼은 Varian Gemini-200(200 MHz) 분광계를 사용하여 얻었다. 그리고 Mass 스펙트럼은 Shimadzu GC/MS QP-5000 분광계를 사용하였다.

화합물의 합성

3-[a-(p-Fluorophenylhydrazono)methoxycarbonylmethyl]-1,2-dihydro-2-oxoquinoxaline (12)의 합성. 환류냉각기가 부착된 300 mL 플라스크에 화합물 11 (4.36 g, 20 mmol), 아세트산 52 mL, 물 24 mL를 넣었다. 별도로 준비한 250 mL 비이커에는 p-fluoroaniline 4.48 g(40 mmol)에 아세트산 36 mL, 10 % 염산 16 mL를 넣고 이 용액을 5 이하로 유지하면서 아질산나트륨 2.76 g(40 mmol)을 물 24 mL에 녹인 수용액을 소량씩 적하시켜 디아조화반응을 시켰다. 이것을 환류냉각기가 부착된 300 mL 플라스크에 가하여 10분간 얼음-물중탕에서 저어준 다음 물중탕에서 40분간 환류시켰다. 반응물을 실온으로 냉각시킨 후 생성된 결정을 N,N-디메틸포름아미드/물로 재결정하여 진한 주홍색 결정인 화합물 12(5.36 g, 수득률 79%)를 얻었다. mp: 244-246 ℃; IR (KBr, cm-1): 1744, 1669, 1515, 1202, 831; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 12.63 (s, 1H, -CONH-), 11.06 (s, 1H, =NNH-), 7.90-7.11 (m, 8H, aromatic), 3.73 (s, 3H, OCH3); MS (m/z): 340 (M+).

2-Chloro-3-[a-(p-fluorophenylhydrazono)methoxy-carbonylmethyl] quinoxaline (13)의 합성. 환류냉각기가 부착된 200 mL 플라스크에 화합물 12 (5 g, 14.7 mmol), phosphoryl chloride 50 mL, 그리고 피리딘 5 mL를 넣고 기름중탕에서 2시간 환류시켰다. 용액을 증발제거 시킨 후 생성된 오일상의 액체에 에탄올 5 mL를 가하여 녹인 다음 얼음물에 넣어 결정을 얻었다. 생성된 결정을 감압여과한 다음 N,N-디메틸포름아미드/물로 재결정하여 밝은 갈색 결정인 화합물 13 (4.47 g, 수득률 85%)을 얻었다. mp: 82-84 ℃; IR (KBr, cm-1): 1729, 1511, 1130, 762, 697; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 10.67 (s, 1H, NH), 8.45-7.12 (m, 8H, aromatic), 4.07 (s, 1H, CH3); MS (m/z) : 358 (M+), 360 (M++2).

1-(p-Fluorophenyl)-3-hydrazinocarbonyl-1H-pyrazolo-[3,4-b]quinoxaline (14)의 합성. 환류냉각기가 부착된 300 mL 플라스크에 화합물 13 (2 g, 5.57 mmol), hydrazine hydrate 5.57 g (111.4 mmol), 그리고 에탄올 150 mL를 넣고 물중탕에서 4시간 환류시켰다. 반응물을 실온으로 냉각시킨 후 생성된 결정을 감압여과하고 N,N-디메틸포름아미드/물로 재결정하여 어두운 녹색 결정인 화합물 14 (1.20 g, 수득률 67%)를 얻었다. mp: 231-233 ℃; IR (KBr, cm-1): 3330, 3270, 1677, 1512, 1208, 764; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 9.94 (s, 1H, NH), 8.55-7.45 (m, 8H, aromatic), 4.90 (brs, 2H, NH2); MS (m/z): 322 (M+).

3-Acylhydrazinocarbonyl-1-(p-fluorophenyl)-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline류 (15)의 합성 (일반적인 방법). 자석젓개를 넣은 100 mL 플라스크에 화합물 14 (1 g, 3.10 mmol), 피리딘 10 mL를 넣은 용액에 acetyl chloride 0.61 g (7.72 mmol)을 클로로폼 20 mL에 녹인 용액을 가하고 실온에서 18시간 교반시켰다. 이 용액을 얼음물 20 mL에 가한 후 4N HCl 용액으로 pH 1-2로 만든 다음 클로로폼으로 추출하였다. 용매를 증발제거하고 생성된 결정을 감압여과 한 후 N,N-디메틸포름아미드/물로 재결정하여 갈색 결정인 3-acetylhydrazinocarbonyl-1-(p-fluorophenyl)-1H-pyrazolo-[3,4-b]quinoxaline (15a) 0.21 g (수득률 19%)을 얻었다. mp: 282-284 ℃; IR (KBr, cm-1): 3219, 1702, 1623, 1510, 1228, 1123, 835; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 10.63 (s, 1H, NH), 10.30 (s, 1H, NH), 8.58-7.48 (m, 8H, aromatic), 2.01 (s, 3H, CH3); MS (m/z): 364 (M+).

3-Butyrylhydrazinocarbonyl-1-(p-fluorophenyl)-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline (15b)은 0.44 g (수득률 36%, 노란색 결정)을 얻었다. mp: 286-288 ℃; IR (KBr, cm-1): 3220, 1700, 1639, 1505, 1230, 1122, 834; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 10.65 (s, 1H, NH), 10.24 (s, 1H, NH), 8.60-7.48 (m, 8H, aromatic), 2.25 (t, J=7.4 Hz, 2H, -COCH2-), 1.65 (sextet, J=7.4 Hz, 2H, -CH2CH2CH3), 0.98 (t, J=7.4 Hz, 3H, CH3); MS (m/z): 392 (M+).

1-(p-fluorophenyl)-3-hexanoylhydrazinocarbonyl-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline (15c)은 0.72 g (수득률 55%, 노란색 결정)을 얻었다. mp: 266-268 ℃; IR (KBr, cm-1): 3220, 1702, 1639, 1509, 1232, 1124, 834; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 10.65 (s, 1H, NH), 10.24 (s, 1H, NH), 8.60-7.45 (m, 8H, aromatic), 2.27 (t, J=7.2 Hz, 2H, -COCH2-), 1.62 (quintet, J=7.2 Hz, 2H, -COCH2CH2-), 1.45-1.15 (m, 4H, 2CH2), 0.91 (t, J=7.2 Hz, 3H, CH3); MS (m/z): 420 (M+).

1-(p-fluorophenyl)-3-heptanoylhydrazinocarbonyl-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline (15d)은 0.88 g (수득률 65%, 진한 연두색 결정)을 얻었다. mp: 246-248 ℃; IR (KBr, cm-1): 3214, 1700, 1638, 1507, 1233, 832; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 10.65 (s, 1H, NH), 10.24 (s, 1H, NH), 8.58-7.48 (m, 8H, aromatic), 2.27 (t, J=7.2 Hz, 2H, -COCH2-), 1.62 (quintet, J=7.2 Hz, 2H, -COCH2CH2-), 1.50-1.15 (m, 6H, 3CH2), 0.90 (t, J=7.2 Hz, 3H, CH3); MS (m/z): 434 (M+).

3-(Substituted benzoylhydrazinocarbonyl)-1-(p-fluorophenyl)-1H-pyrazolo[3,4-b]qui- noxaline류 (16)의 합성 (일반적인 방법). 자석젓개를 넣은 200 mL 플라스크에 14 (1 g, 3.10 mmol), 피리딘 10 mL를 넣은 용액에 benzoyl chloride 0.98 g (7.74 mmol)을 클로로폼 40 mL에 녹인 용액을 가하고 실온에서 18시간 교반시켰다. 이 용액을 얼음물 20 mL에 가한 후 4N HCl용액으로 pH 1-2로 만든 다음 클로로폼으로 추출하였다. 용매를 증발제거하고 생성된 결정을 감압여과 한 후 N,N-디메틸포름아미드/물로 재결정하여 밝은 녹갈색 결정인 3-benzoylhydrazinocarbonyl-1-(p-fluorophenyl)-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline (16a) 0.82 g (수득률 62%)을 얻었다. mp: 252-254 ℃; IR (KBr, cm-1): 3237, 1698, 1650, 1619, 1507, 1231, 1125, 763, 703; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 10.85 (s, 1H, NH), 10.52 (s, 1H, NH), 8.62-7.42 (m, 13H, aromatic); MS (m/z): 426 (M+).

1-(p-fluorophenyl)-3-(o-methylbenzoylhydrazinocarbonyl)-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline (16b)은 0.82 g (수득률 60%, 짙은 녹황색 결정)을 얻었다. mp: 257-259 ℃; IR (KBr, cm-1): 3257, 1702, 1670, 1511, 1232, 1130, 765; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 10.87 (s, 1H, NH), 10.51 (s, 1H, NH), 8.62-7.20 (m, 12H, aromatic), 2.43 (s, 3H, CH3); MS (m/z): 440 (M+).

1-(p-fluorophenyl)-3-(m-methylbenzoylhydrazinocarbonyl)-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline (16c)은 0.78 g (수득률 57%, 녹갈색 결정)을 얻었다. mp: 291-293 ℃; IR (KBr, cm-1): 3234, 1696, 1644, 1515, 1125, 831, 761, 612; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 10.81 (s, 1H, NH), 10.75 (s, 1H, NH), 8.62-7.28 (m, 12H, aromatic), 2.41 (s, 3H, CH3); MS (m/z): 440 (M+).

1-(p-fluorophenyl)-3-(p-methylbenzoylhydrazinocarbonyl)-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline (16d)은 0.66 g (수득률 48%, 녹갈색 결정)을 얻었다. mp: 250-252 ℃; IR (KBr, cm-1): 3235, 1699, 1647, 1509, 1130, 760; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 10.83 (s, 1H, NH), 10.76 (s, 1H, NH), 8.60-7.28 (m, 12H, aromatic), 2.42 (s, 3H, CH3); MS (m/z): 440 (M+).

1-(p-Fluorophenyl)-3-substituted benzylidenehydrazinocarbonyl-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline류 (17)의 합성 (일반적인 방법). 환류냉각기가 부착된 100 mL 플라스크에 화합물 14 (1 g, 3.10 mmol), 벤즈알데히드 0.5 g (4.64 mmol) 그리고 에탄올 30 mL를 넣고 물중탕에서 2시간 환류시켰다. 반응물을 실온으로 냉각시킨 후 생성된 결정을 감압여과하고 N,N-디메틸포름아미드/물로 재결정하여 녹갈색 결정인 3-benzylidenehydrazinocarbonyl-1-(p-fluorophenyl)-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline (17a) 1.04 g (수득률 82%) 을 얻었다. mp: 255-257 ℃; IR (KBr, cm-1): 3239, 1679, 1509, 1231, 1129, 772, 693; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 12.21 (s, 1H, NH), 8.67-7.40 (m, 14H, aromatic and hydrazone CH); MS (m/z): 410 (M+).

1-(p-fluorophenyl)-3-(o-hydoxybenzylidenehydrazinocarbonyl)-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline (17b)은 1.02 g (수득률 76%, 녹갈색 결정)을 얻었다. mp: 258-260 ℃; IR (KBr, cm-1): 3216, 1705, 1509, 1128, 750; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 12.45 (s, 1H, NH), 11.13 (s, 1H, OH), 9.02-6.85 (m, 13H, aromatic and hydrazone CH); MS (m/z): 426 (M+).

1-(p-fluorophenyl)-3-(m-nitrobenzylidenehydrazinocarbonyl)-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline (17c)은 1.30 g (수득률 92%, 녹갈색 결정)을 얻었다. mp: 240-242 ℃; IR (KBr, cm-1): 3223, 1710, 1528, 1355, 1132, 846, 735, 676; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 12.44 (s, 1H, NH), 8.93-7.50 (m, 13H, aromatic and hydrazone CH); MS (m/z): 455 (M+).

3-(p-Chlorobenzylidenehydrazinocarbonyl)-1-(p-fluorophenyl)-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline (17d)은 1.12 g (수득률 81%, 녹갈색 결정)을 얻었다. mp: 265-267 ℃; IR (KBr, cm-1): 3219, 2922, 1678, 1511, 1129, 830; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 12.28 (s, 1H, NH), 8.72-7.53 (m, 13H, aromatic and hydrazone CH); MS (m/z): 444 (M+), 446 (M++2).

1-(p-fluorophenyl)-3-(p-methoxybenzylidenehydrazinocarbonyl)-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline (17e)은 1.04 g (수득률 76%, 녹갈색 결정)을 얻었다. mp: 244-246 ℃; IR (KBr, cm-1): 3210, 1676, 1605, 1509, 1252, 834; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 12.06 (s, 1H, NH), 8.65-6.98 (m, 13H, aromatic and hydrazone CH), 3.84 (s, 3H, OCH3); MS (m/z): 440 (M+).

1-(p-Fluorophenyl)-3-[2-(N-substituted thiocarbamoyl)-hydrazinocarbony]-1H-pyrazolo-[3,4-b]quinoxaline류 (18)의 합성 (일반적인 방법). 환류냉각기가 부착된 100 mL 플라스크에 화합물 14 (1 g, 3.10 mmol), methyl isothiocyanate 0.30 g (3.71 mmol) 그리고 에탄올 30 mL를 넣고 물중탕에서 2시간 환류시켰다. 반응물을 실온으로 냉각시킨 후 감압여과하고 N,N-디메틸포름아미드/물로 재결정하여 녹갈색 결정인 1-(p-fluorophenyl)-3-[2-(N-methylthiocarbamoyl)hydrazinocarbonyl]-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline (18a) 0.88 g (수득률 73%)을 얻었다. mp: 322-324 ℃; IR (KBr, cm-1) : 3319, 3221, 3152, 1693, 1512, 1232, 1137; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 10.70 (brs, 1H, NH), 9.68 (s, 1H, NH), 8.57-7.52 (m, 8H, aromatic), 2.91 (s, 3H, CH3); MS (m/z) : 395 (M+).

1-(p-fluorophenyl)-3-[2-(N-phenylthiocarbamoyl)-hydrazinocarbonyl]-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline (18b)은 1.18 g (수득률 83%, 황갈색 결정)을 얻었다. mp: 244-246 ℃; IR (KBr, cm-1): 3306, 3210, 1666, 1500, 1231, 1125, 761, 692; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 10.69 (brs, 1H, NH), 9.97 (s, 1H, NH), 9.69 (brs, 1H, NH), 8.65-7.02 (m, 13H, aromatic); MS (m/z): 457 (M+).

1-(p-Fluorophenyl)-3-(4-substituted-3-thioxo-2H-1,2,4-triazol-5-yl)-1H-pyrazolo[3,4-b]-quinoxaline 류 (19)의 합성 (일반적인 방법). 환류냉각기가 부착된 100 mL 플라스크에 화합물 18a (1 g, 2.53 mmol), 2N NaOH 30 mL를 넣고 물중탕에서 3시간 가열하였다. 반응물을 실온으로 냉각시킨 후 2N HCl로 pH 1-2로 조정하고 감압여과하였다. 생성된 고체를 N,N-디메틸포름아미드/물로 재결정하여 검정색 결정인 1-(p-fluorophenyl)-3-(4-methyl-3-thioxo-2H-1,2,4-triazol-5-yl)-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline (19a) 0.86 g (수득률 90%)을 얻었다. mp: 294-296 ℃; IR(KBr, cm-1): 3243, 1511, 1467, 1229; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 14.38 (s, 1H, NH), 8.46-7.32 (m, 8H, aromatic), 3.97 (s, 3H, CH3); MS (m/z): 377 (M+).

1-(p-fluorophenyl)-3-(4-phenyl-3-thioxo-2H-1,2,4-triazol-5-yl)-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline (19b)은 0.86 g (수득률 90%)을 얻었다. mp: 356-358 ℃; IR (KBr, cm-1): 1511, 1453, 1232, 762, 692; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 14.55 (s, 1H, NH), 8.38-7.19 (m, 13H, aromatic); MS (m/z): 439 (M+).

3-[3-Acetyl-2-(substituted phenyl)-1,3,4-oxadiazol-5-yl]-1-(p-fluorophenyl)-1H-pyrazolo-[3,4-b]quinoxaline 류 (20, 21)의 합성 (일반적인 방법). 환류냉각기가 부착된 100 mL 플라스크에 화합물 17a (1 g, 2.44 mmol), 아세트산 무수물 30 mL를 넣고 기름중탕에서 2시간 환류시켰다. 반응물을 실온으로 냉각시킨 후 생성된 용액을 얼음물에 가하고 30분간 교반하였다. 생성된 결정을 감압여과하고 에탄올로 재결정하여 진한 노란색 결정인 3-(3-acetyl-2-phenyl-1,3,4-oxadiazol-5-yl)-1-(p-fluorophenyl)-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline (20a) 1.06 g (수득률 99%)을 얻었다. mp: 118-120 ℃; IR (KBr, cm-1): 1671, 1511, 1229, 837, 761; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 8.55-7.25 (m, 14H, aromatic and oxadiazole CH), 2.43 (s, 3H, CH3); MS (m/z): 452 (M+).

3-[3-Acetyl-2-(m-nitrophenyl)-1,3,4-oxadiazol-5-yl]-1-(p-fluorophenyl)-1H-pyrazolo[3,4-b]-quinoxaline (20b)은 1.06 g(수득률 96%, 진한 황갈색 결정)을 얻었다. mp: 170-172 ℃; IR (KBr, cm-1): 1669, 1533, 1510, 1352, 836, 759, 675; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 8.91-7.47 (m, 13H, aromatic and oxadiazole CH), 2.44 (s, 3H, CH3); MS (m/z): 497 (M+).

3-[3-Acetyl-2-(p-chlorophenyl)-1,3,4-oxadiazol-5-yl]-1-(p-fluorophenyl)-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline (20c)은 1.04 g(수득률 95%, 진한 등황색 결정)을 얻었다. mp: 177-179 ℃; IR (KBr, cm-1): 1670, 1511, 1210, 836; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 8.71-7.25 (m, 13H, aromatic and oxadiazole CH), 2.42 (s, 3H, CH3); MS (m/z): 486 (M+), 488 (M++2).

3-[3-Acetyl-2-(p-methoxyphenyl)-1,3,4-oxadiazol-5-yl]-1-(p-fluorophenyl)-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline (20d)은 1.08 g (수득률 99%, 진한 황갈색 결정)을 얻었다. mp: 158-160 ℃; IR (KBr, cm-1): 1673, 1512, 1024, 842; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 8.45-6.95 (m, 13H, aromatic and oxadiazole CH), 3.78 (s, 3H, OCH3), 2.41 (s, 3H, COCH3); MS (m/z): 482 (M+).

3-[3-Acetyl-2-(o-acetyloxyphenyl)-1,3,4-oxadiazol-5-yl]-1-(p-fluorophenyl)-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline (21)은 1.08 g (수득률 90%, 진한 황갈색 결정)을 얻었다. mp: 182-184 ℃; IR (KBr, cm-1): 1768, 1671, 1511, 1195, 761; 1H NMR (DMSO-d6, δ): 8.70-7.20 (m, 13H, aromatic and oxadiazole CH), 2.35 (s, 3H, ester CH3), 2.26 (s, 3H, CH3); MS (m/z): 510 (M+).

 

결과 및 고찰

본 연구는 전보20,25에 이어서 o-phenylenediamine을 에탄올 용매하에서 DMAD와 반응시켜 얻은 lactam type인 3-methoxycarbonylmethylene-2-oxo-1,2,3,4-tetrahydroquinoxaline (11)26-28을 출발물질로 하여 디아조화반응, 염소화반응, 고리화반응 등의 몇 단계의 반응을 거쳐 화합물 14를 합성하였다(Scheme 1).

Scheme 1

Scheme 2

화합물 11을 p-fluoroaniline과 반응시켜 화합물 12를 합성하였는데, 화합물 11의 methylenic 탄소는 Vilsmeier 시약, 니트릴, 아세틸렌 화합물 그리고 이황화탄소 등과 같은 여러 가지 친전자체와 반응하는 것으로 알려져 있다.29 그러므로 화합물 12는 methylenic 탄소에 디아조화반응 즉, 화합물 11의 methylenic 탄소에 친전자체인 p-fluorobenzenediazonium ion이 쉽게 반응하여 화합물 12가 생성된 것으로 생각된다(Scheme 2).30,31

화합물 12의 구조는 IR 스펙트럼에서 1744, 1669 cm-1에서 나타난 2개의 카르보닐기의 신축진동 흡수띠와 831 cm-1에서 나타난 p-치환체의 C-H 면외 굽힘진동 흡수띠, 1H NMR 및 MS 스펙트럼 등으로 확인하였다.

화합물 12를 phosphoryl chloride로 염소화반응시켜 화합물 13을 합성하였다. 화합물 13의 구조확인은 IR 스펙트럼에서 화합물 12의 경우 2개의 카르보닐기의 신축진동 흡수띠가 관찰되었으나 1729 cm-1에서 1개의 카르보닐기의 흡수띠만 나타났다. 그리고 MS 스펙트럼에서는 358 에서 M+ 피이크, 360에서 M++2 의 피이크가 나타났으며, M++2 피이크의 세기가 M+ 피이크의 1/3로 나타난 것으로서 염소 원자가 치환된 것을 알 수 있었다.

화합물 13을 에탄올 용매하에서 같은 당량의 hydrazine hydrate와 반응시키니 반응이 일어나지 않아서 과량인 20배 당량의 hydrazine hydrate와 반응시켜 분자내 고리화반응으로 인한 화합물 14를 합성하였다. 화합물 14는 IR 스펙트럼에서 3330, 3270 cm-1에서 나타난 아미노기의 신축진동 흡수띠와 1677 cm-1에서 나타난 카르보닐기의 흡수띠, 1H NMR 및 MS 스펙트럼 등으로 확인하였다.

그런데 본 연구실에서 합성한 바 있는 3-hydrazinocarbonyl-1-(p-nitrophenyl)-1H-pyrazolo-[3,4-b]quinoxaline (8)은 항균성을 가진다고 보고20하였는데(Chart 2), 화합물 8과 비슷한 구조를 가진 화합물 14의 경우에도 항균성을 나타낼 것으로 기대된다.

Scheme 3

치환기가 다름에 따라 생리학적 활성에도 차이가 있을 것으로 예측되어 화합물 14를 acetyl chloride, butyryl chloride, hexanoyl chloride 및 heptanoyl chloride 등과 같은 alkanoyl chloride류와 클로로폼/피리딘 용매하에서 반응시켜 pyrazolo[3,4-b]quinoxaline 고리의 C3 위치에 alkanoyl 기들이 치환된 화합물 15를 각각 합성하였다(Scheme 3).

화합물 15의 구조확인은 IR 스펙트럼에서 3220-3214 cm-1 부근에서 나타난 NH 신축진동 흡수띠와 1700, 1630 cm-1 부근에서 나타난 2개의 카르보닐기의 신축 진동 흡수띠, 834 cm-1 부근에서 나타난 p-치환체의 C-H면외 굽힘진동 흡수띠, 1H NMR 및 MS 스펙트럼 등으로 확인하였다.

또한 화합물 14를 benzoyl chloride류와도 반응시켜 보았다. 즉, 화합물 14를 benzoyl chloride, o-toluoyl chloride, m-toluoyl chloride 및 p-toluoyl chloride 등과 같은 benzoyl chloride류와 클로로폼/피리딘 용매하에서 반응시켜 화합물 16을 각각 합성하였다(Scheme 3).

화합물 16의 구조는 IR 스펙트럼에서 3257-3234 cm-1 사이에서 나타난 NH 신축진동 흡수띠와 1702-1644 cm-1 사이에서 나타난 2개의 카르보닐기 흡수띠로 확인하였다. 그리고 1H NMR 스펙트럼에서 10.87-10.81 ppm, 10.76-10.51 ppm 사이에서 나타난 2개의 NH 양성자 피이크 및 MS 스펙트럼 등으로 확인하였다.

화합물 14를 치환 벤즈알데히드류와도 반응시켰다. 즉, 화합물 14를 벤즈알데히드, salicylaldehyde, m-nitrobenzaldehyde, p-chlorobenzaldehyde 및 p-anisaldehyde 등과 같은 벤즈알데히드류와 에탄올 용매하에서 반응시켜 hydrazone류인 화합물 17을 각각 합성하였다 (Scheme 4).

화합물 17의 구조는 IR 스펙트럼에서 3239-3210 cm-1 사이에서 나타난 NH 신축진동 흡수띠와 1710-1676 cm-1 사이에서 나타난 카르보닐기의 흡수띠로 확인하였다. 그리고 1H NMR 스펙트럼에서 12.45-12.06 ppm 사이에서 나타난 NH 양성자 피이크 및 MS 스펙트럼 등으로 확인하였다.

이번에는 화합물 14를 isothiocyanate류인 methyl isothiocyanate 와 phenyl isothiocyanate를 에탄올 용매 하에서 반응시켜 화합물 18을 합성하였다(Scheme 5).

화합물 18의 구조확인은 IR 스펙트럼에서 3319-3152 cm-1 부근에서 나타난 NH 신축진동 흡수띠와 1693, 1665 cm-1 에서 나타난 카르보닐기의 신축진동 흡수띠, 1H NMR 및 MS 스펙트럼 등으로 확인하였다.

Scheme 4

Scheme 5

또한 화합물 18을 2N NaOH 용액에서 환류시켜 분자내 고리화반응과 탈수반응에 의해 1,2,4-triazole 고리를 가진 1,2,4-triazolyl-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline 류 (19)를 각각 합성하였다(Scheme 5).32-35 화합물 19의 구조확인은 IR 스펙트럼에서 화합물 18의 경우 1693, 1665 cm-1에서 나타났던 카르보닐기의 흡수띠가 사라진 것과 1H NMR 스펙트럼에서 화합물 18의 경우 10.70-9.68 ppm 사이에서 나타났던 NH 양성자 피이크가 사라진 것 그리고 MS 스펙트럼 등으로 확인하였다.

한편 앞에서 합성한 화합물 17을 아세트산 무수물과 반응시켜 분자내 고리화반응으로1,3,4-oxadiazole 고리를 가진 1,3,4-oxadiazolyl-1H-pyrazolo[3,4-b]quinoxaline 류(20, 21)를 각각 합성하였다(Schemes 6, 7). 그런데 화합물 17b의 경우는 아세트산 무수물과 반응시켰더니 1,3,4-oxadiazole 고리의 2번 위치의 페닐기에 있는 히드록시기도 아세틸화 된 화합물 21이 생성되었다(Scheme 7).

화합물 20의 구조확인은 화합물 17의 경우 1H NMR 스펙트럼에서 12.45-12.06 ppm 사이에서 나타났던 NH 피이크가 없어진 것과 2.42 ppm 부근에서 나타난 COCH3의 메틸기 양성자 피이크 및 MS 스펙트럼 등으로 확인하였다. 그리고 화합물 21의 구조확인은 IR 스펙트럼에서 1768, 1671 cm-1에서 나타난 2개의 카르보닐기의 흠수띠, 1H NMR 스펙트럼에서 2.35 ppm에서 나타난 에스테르의 메틸기 양성자 피이크와 2.26 ppm에서 나타난 아세틸기의 메틸기 양성자 피이크 및 MS 스펙트럼 등으로 확인하였다.

Scheme 6

Scheme 7

이상의 결과와 같이 여러 가지 새로운 pyrazolo[3,4-b]quinoxaline류를 합성하였는데, 이들 화합물에 대한 생물학적 활성에 대한 연구도 계속 진행하여 넓은 항균 스펙트럼을 가지며 활성이 높은 신약을 개발하는데 필요한 방향을 제시하고, 이들 화합물들에 대한 신 항생물질 및 신농약 개발의 활용여부에 관하여도 연구가 계속되어야 할 것이다.