Pages Navigation Menu
Submit scientific paper, scientific publications, International Research Journal | Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal

ISSN 2227-6017 (ONLINE), ISSN 2303-9868 (PRINT), DOI: 10.18454/IRJ.2227-6017
ЭЛ № ФС 77 - 80772, 16+

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2021.9.111.024

Download PDF ( ) Pages: 150-154 Issue: № 9 (111) Part 1 () Search in Google Scholar
Cite

Cite


Copy the reference manually or choose one of the links to import the data to Bibliography manager
Vu K.T. et al. "MASS SPECTROSCOPY OF ADDUCTS OF FREE RADICALS AND IMINOXYL RADICALS OF 6-HYDROXYPYRIMIDINE-4(3H)-ONES". Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal (International Research Journal) № 9 (111) Part 1, (2021): 150. Sun. 03. Oct. 2021.
Vu, K.T., & , Yudin N.V., & Fenin, A.A., & (2021). MASS-SPETROSKOPIYA ADDUKTOV SVOBODNYH RADIKALOV I IMINOKSILYNYH RADIKALOV RYADA 6-GIDROKSIPIRIMIDIN-4(3H)-ONOV [MASS SPECTROSCOPY OF ADDUCTS OF FREE RADICALS AND IMINOXYL RADICALS OF 6-HYDROXYPYRIMIDINE-4(3H)-ONES]. Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal, № 9 (111) Part 1, 150-154. http://dx.doi.org/10.23670/IRJ.2021.9.111.024
Vu K. T. MASS SPECTROSCOPY OF ADDUCTS OF FREE RADICALS AND IMINOXYL RADICALS OF 6-HYDROXYPYRIMIDINE-4(3H)-ONES / K. T. Vu, Yudin N. V. , A. A. Fenin // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal. — 2021. — № 9 (111) Part 1. — С. 150—154. doi: 10.23670/IRJ.2021.9.111.024

Import


MASS SPECTROSCOPY OF ADDUCTS OF FREE RADICALS AND IMINOXYL RADICALS OF 6-HYDROXYPYRIMIDINE-4(3H)-ONES

МАСС-СПЕТРОСКОПИЯ АДДУКТОВ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛОВ И ИМИНОКСИЛЬНЫХ РАДИКАЛОВ РЯДА 6-ГИДРОКСИПИРИМИДИН-4(3H)-ОНОВ

Научная статья

Ву К.Т.1, Юдин Н.В.2, *, Фенин А.А.3

1 ORCID: 0000-0002-4989-7053;

2 ORCID: 0000-0003-4847-9105;

3 ORCID: 0000-0002-5193-3607;

1, 2, 3 Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

* Корреспондирующий автор (yudinnik[at]gmail.com)

Аннотация

Изучена масс-спектроскопия при ионизации электрораспылением (ESI) и диссоциация индуцированная соударением (CID) аддуктов, образованных при взаимодействии свободных радикалов 2-замещенных 6-гидроксипиримидин-4(3H)-онов и иминоксильных радикалов ряда 6-гидроксипиримидин-4(3H)-онов. Показано, что для них характерно образование однозарядных моно-, ди- и тримерных протонитрованных и депротонированных ионов вида [n·M+H]+ и [n·M-H], где n=1-3. При отрицательной ионизации наблюдается отщепление ОН· радикала с формированием ионов [n·M-OH] (n=1-3). В положительном режиме происходит гидратация с образованием ионов [n·M+H3O]+ (n=1-3). Фрагментация аддуктов происходит по единому механизму, первой стадией которого является отщепление N-оксидного кислорода в виде гидрокси-радикала, затем следует фрагментация диоксопиримидинового цикла в конченом итоге приводящая к бициклической структуре.

Ключевые слова: 6-гидроксипиримидин-4(3H)-он, иминоксильные радикалы, аддукты, масс-спектроскопия, диссоциация индуцированная соударением.

MASS SPECTROSCOPY OF ADDUCTS OF FREE RADICALS AND IMINOXYL RADICALS
OF 6-HYDROXYPYRIMIDINE-4(3H)-ONES

Research article

Vu K.T.1, Yudin N.V.2, *, Fenin A.A.3

1 ORCID: 0000-0002-4989-7053;

2 ORCID: 0000-0003-4847-9105;

3 ORCID: 0000-0002-5193-3607;

1, 2, 3 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia

* Corresponding author (yudinnik[at]gmail.com)

Abstract

The current article examines mass spectroscopy of electrospray ionization (ESI) and collision-induced dissociation (CID) of adducts formed by the interaction of free radicals of 2-substituted 6-hydroxypyrimidine-4(3H)-ones and iminoxyl radicals of 6-hydroxypyrimidine-4(3H)-ones. It is shown that they are characterized by the formation of single-charged mono -, di-and trimeric protonated and deprotonated ions of the form [n·M+H]+ and [n·M-H] , where n=1-3. With negative ionization, the cleavage of the OH ·– radical is observed with the formation of [n·M-OH] (n=1-3) ions. In the positive mode, hydration occurs with the formation of [n·M+H 3 O]+ ions (n=1-3).  Fragmentation of adducts occurs by a single mechanism, the first stage of which is the cleavage of N-oxide oxygen in the form of hydroxyl radical followed by fragmentation of the dioxopyrimidine cycle, eventually leading to a bicyclic structure.

Keywords: 6-hydroxypyrimidine-4(3H) – oh, iminoxyl radicals, adducts, mass spectroscopy, collision-induced dissociation.

Введение

Производные пиримидина относятся к важнейшим биохимическим структурам и этим привлекают постоянный интерес исследователей. Среди них можно выделить аналог урацила – 4,6-дигидроксипиримидин (6-гидрокси-пиримидин-4(3H)-он, ). К его производным относится хорошо известная барбитуровая кислота (1b). В последнее время в ряду производных 4,6-дигидроксипиримидина найдены новые соединения, обладающие фермент-ингибирующей активностью [1], [2]. Нитрованием предложено получать нитроформ [3]. Способ получения малочувствительного взрывчатого вещества 1,1-диамино-2,2-динитроэтилена основан на нитровании 6-гидрокси-2-метилпиримидин-4(3H)-он () [4].

В предлагаемой работе представлены результаты масс-спектрометрического исследования мурексидо-подобных аддуктов, образующихся при катион-радикальном нитровании, нитрозировнии и одноэлектронном окислении производных 6-гидроксипиримидин-4(3H)-она в среде трифторуксусной кислоты (ТФУК).

Методы исследования

Исследование проводили с помощью жидкостной хромато-масс-спектрометрии (ЖХМС) при ионизации электрораспылением (ESI) в формиатно-аммиачном буфере при рН = 4,5. Для определения путей фрагментации использовали режим MSn с диссоциацией вызванной соударением (CID) при энергии 18 – 36 eV и, в ряде случаев, меченные изотопом азота N15 нитрозосоединения.

Результаты и обсуждение

Образование аддуктов 7ae протекает в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 1. На первой стадии происходит окисление пиримидина 1a до катиона-радикала 2a. В условиях нитрования и нитрозирования окислителем служит ион нитрозония. В первом случае, при нитровании изопропилнитратом в среде ТФУК, азотистая кислота первоначально выделяется при его кислотно-катализируемом разложении и, далее, накапливается в ходе окислительных процессов.

Образовавшийся катион-радикал может быть превращен в нитрозо-соединение 4aили нитросоединение 5a при взаимодействии с NO· или NO2·, либо депротонирован с образованием радикалов 3а-е. Нитросоединения также образуются в результате окисления нитрозопроизводных.

03-10-2021 19-17-51

Рис. 1 – Схема образования нитрозосоединений 4а-е, нитросоединений 5а-е, аддуктов 7а-е и гидроксиламинов 9а-е

 

5-нитрозопроизводные 4ae находятся в равновесии с оксимой формой, в результате ее окисления образуются иминоксильные радикалы (ИР) 6ae, что подтверждено ЭПР спектроскопией (таблица 1). Следует отметить, что при нитровании образование аддуктов происходит после индукционного периода связанного с накоплением оксидов азота и нитрозосоединений.

 

Таблица 1 – Спектральные параметры ЭПР иминоксильных радикалов 6а-f

Соединение Эксперимент Расчет Литература [5]*
g aN, Гс g aN, Гс g aN, Гс
6a 2,0042 31,0 2,0036 31,0
6b 2,0039 32,5 2,0037 30,3 2,0047 31,71
6c 2,0037 32,0 2,0036 31,1
6d 2,0044 31,0 2,0036 31,0
6f 2,0056 32,6 2,0036 31,0

 

Примечание: * – в водном растворе при рН = 4,5

 

Образование аддуктов 7а-е является результатом взаимодействия иминоксильных радикалов 6а-е с радикалами исходных соединений 3а-е, рисунок 1, маршрут «А». Они, в отличие от других продуктов нитрования и нитрозирования, имеют максимум поглощения в видимой области спектра, что позволяет надежно идентифицировать их на хроматограмме или в реакционной массе. При уменьшении кислотности среды спектральная полоса претерпевает батохромный сдвиг, таблица 2, рисунок 4. Аддукты 7а-е достаточно устойчивы в растворе в ТФУК, в водно-ацетонитрильных буферных растворах (pH ~ 4.5) стабильны от 5 мин до 48 часов при комнатной температуре. Гидроксиламины 9а-е являются продуктами превращения нитроксильных радикалов, образованных в параллельном процессе по маршруту «B» в результате взаимодействия радикалов 3а-е с нитрозопроизводными 4а-е.

При введении в систему 4-гидрокси-5-нитрозо-6-оксо-1,6-дигидропиримидин-2-карбальдегид оксима (4f) индукционный период отсутствует, образующиеся радикалы быстро перехватываются ИР 6f с образованием аддуктов 7fj и процесс идет по схеме, приведенной на рисунке 2.

03-10-2021 19-18-10

Рис. 2 – Схема образования аддуктов 7fj при взаимодействии радикалов 3ae с ИР 6f

 

Аналогичный результат дает использование окислителей: диоксида свинца и солей церия (IV) которые имеют стандартный окислительно-восстановительный потенциал выше, чем у NO+о(NO+/NO) = 1.45 В, Ео(β-PbO2/Pb2+ ) = 1.46 В, Ео(Ce4+/Ce3+) = 1.61 В). Использование AgClO4о(Ag+/Ag) = 0.80 В, как окислителя с низким потенциалом не приводит к образованию аддуктов.

На масс-спектрах ESI аддукты, как правило, наблюдаются в виде протонитрованных [M+H]+ и депротонированных [M-H] ионов. Для них характерно образование кластеров вида [n·M+H]+ и [n·M-H], n=2, 3. Наблюдается отщепление ОН· радикала с формированием ионов [M-OH] и образование гидратированных протонированных ионов [M+H3O]+. Указанные ионы также образуют кластеры [n·M-OH] и [n·M+H3O]+, n=2, 3.

 

Таблица 2 – Псевдомолекулярные ионы и положения максимума поглощения в электронных спектрах аддуктов 7a-j

Аддукт λmax., нм + ESI [M+H]+ – ESI

[M-H]

Аддукт λmax., нм + ESI [M+H]+ – ESI

[M-H]

7a 513 7f 513
7b 513 282 7g 513 311 309
7c 513 7h 517 309 307
7d 518 7i 530 323 321
7e 518 7j 517 337 335

 

Зарегистрированные псевдомолекулярные ионы и максимумы поглощения в видимой области спектра (в растворе в трифторуксусной кислоте) приведены таблице 2, характерный масс-спектр на рисунке 3, характерные УФ-видимые спектры на рисунке 4.

03-10-2021 19-23-26

Рис. 3 – Масс-спектр ESI аддукта 7g:

 сверху – отрицательные ионы; снизу – положительные ионы

03-10-2021 19-20-52

Рис. 4 – УФ-вид спектры аддуктов 7g и 7h при рН=4,5 в водно/ацетонитрильном формиатно-аммиачном буфере

 

Строение аддуктов 7а-j близко к известному аддукту, образованному иминоксильным радикалом виолуровой кислоты и вератриловым спиртом [6] и их фрагментация также описывается схемой с образованием циклических структур [7], [8]. Кроме того, изучение фрагментации полученных аддуктов и сравнение с фрагментацией аналогичных по структуре соединений [6] и мурексида [9] также демонстрирует схожий путь.

03-10-2021 19-28-40

Рис. 5 – Масс-спектр MS2 аддукта 7b. Сверху – CID 20eV:

снизу – изотопно-меченный, CID 25eV; Родительские ионы с m/z 283 и 283 соответственно

 

Наши исследования, проведенные с меченными N15 по нитрозогруппе виолуровой кислотой и 6-гидрокси-2-метил-5-нитрозо-пиримидин-4(3H)-оном, подтверждает такую схему фрагментации. Для изотопно-меченных соединений изменение m/z ключевых ионов соответствует предполагаемой структуре, рисунок 5.

Таким образом, при масс-спектроскопии фрагментация аддуктов 7а-j происходит по единому механизму, приведенному на рисунке 6.

На начальной стадии фрагментации родительского иона а происходит отщепление радикала ОН· с образованием мурексидо-подобного анион-радикала или катион-радикала b (в зависимости от полярности наблюдаемых ионов). Такой ход фрагментации характерен для N-оксидов [10], [11]. Затем происходят превращеня диоксопиримидинового цикла, которые, в итоге, приводит к бициклическому иону f.

03-10-2021 19-33-29

Рис. 6 – Схема фрагментации аддуктов 7 в отрицательных ионах

 

Заключение

Проведенное исследование показало возможность взаимодействия радикалов 2-алкилзамещенных 4,6-дигидроксипиримидинов с иминоксильными радикалами ряда 4,6-дигидроксипиримидинов с образованием мурексидо-подобных аддуктов. Фрагментация полученных соединений происходит по единому механизму, первой стадией которого является отщепление N-оксидного кислорода в виде гидрокси-радикала.

Конфликт интересов

Не указан.

Conflict of Interest

None declared.

Список литературы / References

  1. Muhammad M. Syntheses of 4, 6-dihydroxypyrimidine diones, their urease inhibition, in vitro, in silico, and kinetic studies / M. T. Muhammad, K. M. Khan, A. Khan et al. // Bioorganic chemistry. – 2017. – V. 75. – P. 317–331.
  2. Jansa P. 5-Substituted 2-amino-4,6-dihydroxypyrimidines and 2-amino-4,6-dichloropyrimidines: synthesis and inhibitory effects on immune-activated nitric oxide production / P. Jansa, Holý, M. Dračínský et al // Med. Chem. Res. – 2014. – V. 23. – P. 4482–4490.
  3. Fu-qiang BI. Study on the Preparation Technique of Nitroform with High Security / Bi, B. Wang, X.G. Wang et al // Chinese Journal of Explosives and Propellants. – 2010. – V. 33. – №3. – P. 14 – 17.
  4. Bellamy A. FOX-7 (1,1-Diamino-2,2-dinitroethene) / A. J. Bellamy // Structure and Bonding, High Energy Density Materials: – Berlin: Springer-velag Heidelberg., 2007. – V. 125. – P. 1 – 33.
  5. Kim H.C. Molecular origin of the stability of violuric acid radicals at high pH-values / H.C. Kim, M. Mickel, N. Hampp // Chemical physics letters. – 2003. – 371. – №3-4. – P.410-416.
  6. Mickel M. Origin of the mediator losses in electrochemical delignification processes: primary and secondary reactions of violuric acid and N, N′-dimethylvioluric acid radicals with lignin model compounds / M. Mickel, H.C. Kim, N. Hampp // Green Chemistry. – 2003. – V. 5. – №1. – P.8-14.
  7. Demarque D. P. Fragmentation reactions using electrospray ionization mass spectrometry: an important tool for the structural elucidation and characterization of synthetic and natural products / D. P. Demarque, A. E. Crotti, R. Vessecchi et al // Natural Product Reports. – 2016. – V. 33. – №3. – P.432-455.
  8. Szostek B. Investigation of natural dyes occurring in historical Coptic textiles by high-performance liquid chromatography with UV–Vis and mass spectrometric detection / B. Szostek, J. Orska-Gawrys, I. Surowiec et al // Journal of Chromatography A. – 2003. – V.1012. – №2. – P. 179–192.
  9. Degano I. HPLC-DAD and HPLC-ESI-Q-ToF characterisation of early 20th century lake and organic pigments from Lefranc archives / I. Degano, P. Tognotti, D. Kunzelman et al // Heritage Science. – 2017. – V. 5. – №1. – P. 1-15.
  10. Zagorevskii D. A mass spectrometry study of tirapazamine and its metabolites: Insights into the mechanism of metabolic transformations and the characterization of reaction intermediates / D. Zagorevskii, M. Song, C. Breneman et al // Journal of the American Society for Mass Spectrometry. – 2003. – V. 14. – № – P. 881-892.
  11. Miao X. A tandem mass spectrometric study of the N-oxides, quinoline N-oxide, carbadox, and olaquindox, carried out at high mass accuracy using electrospray ionization / X. S. Miao, R. E. March, C. D. Metcalfe // International Journal of Mass Spectrometry. – 2003. – V. 230. – №2-3. – P.123-133.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.