Синтетический дизайн потенциальных промоторов полимеризации b-тубулина на основе каркасных структур адамантанового и бицикло[3.3.1]нонанового типа Нуриева Евгения Владимировна

Содержание к диссертации

Введение

1. Обзор литературы 5

1.1. Физиологическая активность молекулы таксола 5

1.2. Полусинтетическое получение таксола 6

1.3. Биологически активные конформации таксола 8

1.4. Взаимосвязь структуры и активности для аналогов таксола 11

1.4.1. Таксотер 11

1.4.2. Вариации заместителей в таксановом ядре 12

1.4.3. Модификации в боковой цепи и одновременные модификации в таксановом ядре и боковой цепи 29

1.4.4. Скелетные аналоги таксола 38

2. Обсуждение результатов 44

2.1. Создание обобщенных моделей потенциальных лигандов тубулина на основе каркасных структур 48

2.2. Синтез эфиров N-бензоилфенилизосерина с каркасными спиртами 48

2.2.1. Препаративный синтез (2/?,35)-Ы-бензоилфенилизосерина

2.2.2. Реакция этерификации циклических и каркасных спиртов с модельной аминокислотой 51

2.2.3. Синтезы адамаитановых производных, соответствующих обобщенной Модели II 58

2.2.3.1. Введение защитных групп в молекулу фспилизосерина 58

2.2.3.2. Синтез адамантилового эфира (2#Д9)-Ы-бензоилфенилизосерипа 60

2.2.3.3. Синтез 1 -{{2R,5Л,)-Ы-бснзоилфенилизосерилокси)-4-бспзоилокси-адамантана 62

2.2.4. Синтезы бицикло[3.3.1]иопановых производных, соответствующих обобщенной Модели I 64

2.2.4.1. Синтез 7-э//^)о-((2/?,ЗЛ,)-Ы-бензоилфенилизосерилокси)-3-э/ч-зо-метоксикарбонилбицикло[3.3.1]нонана 66

2.2.4.2. Синтез 1-{{2R,ІЛ')^-бензоилфенилизосерилокси)-1-гидроксибицикло-[3.3.1]нонана 68

2.2.4.3. Синтез 7-э//<)о-((27?,5Л')-Ы-бензоилфенилизосерилокси)-2-бензоилоксибицикло[3.3.1]нонана 69

2.2.4.4. Синтез 7-((2/?,3<У)-Ы-бензоилфепилизосерилокси)-2-бензоилокси-3-мстоксикарбонилбицикло[3.3.1]нонана 71

2.2.4.5. Синтез 7-э//г)о-((2/?,55)-М-бензоилфенилизосерилокси)-2-бензилокси-3-ж:?о-метоксикарбопилбицикло[3.3.1 ]нонана 78

2.2.4.6. Синтез l-oudo-{{2R, J^-N-бснзоилфенилизосерилокси)-1 -гидрокси-3-э/ао-метоксикарбонилбицикло[3.3.1]нонана 80

2.3. Тестирование эфиров (2/?Д9)-М-бензоилфеііилизосерина с каркасными спиртами на биологическую активность 81

2.4. Изучение роли структурных фрагментов (2У?,55)-К-беизоилфенилизоссрилокси- адамантана для проявления тубулин-агрегирующей активности 83

2.4.1. Роль адамантанового фрагмента в обеспечении тубулин-агрегирующей активности 83

2.4.1.1. Синтез ((2/?,55)->І-беіізоилфенилизосерилокси)-циклогексана 83

2.4.1.2. Синтез 1-((2Л^^-К-бензоилфенилизосерилокси)-4,4-димстил-2-никлогексена 84

2.4.1.3. Синтез 1-((2Л,3^-Ы-бснзоилфенилизосерилокси)-/и/ю//с-дскалина 85

2.4.1.4. Синтез 3-((2Л,Зі5)-М-бснзоилфенилизосерилокси)-бицикло[3.3.1 jnonaiia 86

2.4.2. Изучение влияния небольших заместителей в адамантаповом каркасе на тубул и н-агрегирующук> "активность 86

2.4.2.1. Синтез 1-((2/?,55)-К-беизоилфенилизосерилокси)-4-оксоадамаитапа 86

2.4.2.2. Синтез 1-((2Я,35)-Ы-бензоилфенилизоссрилокси)-4-мстил-адамаитана и 1-((2/?^уЫ-бензоилфенилизосерилокси)-4,4-димстил-адамаптана 86

2.4.3. Изучение роли (2R,З^-Ы-бензоилфенилизосерина в обеспечении тубулии -агрегирующей активности 89

Выводы 90

• Полусинтетическое получение таксола
• Модификации в боковой цепи и одновременные модификации в таксановом ядре и боковой цепи
• Реакция этерификации циклических и каркасных спиртов с модельной аминокислотой
• Синтез 7-((2/?,3<У)-Ы-бензоилфепилизосерилокси)-2-бензоилокси-3-мстоксикарбонилбицикло[3.3.1]нонана

Введение к работе

Во второй половине XX века из природных источников - экстрактов коры Уіш/.v brevifolia было выделено химическое соединение таксол (наклитакссл), 1, которое обладало высокой аффинностью к клеточному белку р-тубулину и проявляло противоопухолевую активность [1-3]. Сложная и необычная структура этою дітерпенового алкалоида, а также уникальный механизм его действия, стимулировали появление огромного количества работ (химических, биологических, фармакологических и медицинских) по изучению его молекулы [см. обзоры 4-11].

В настоящее время таксол используется в клинической практике как противоопухолевое средство, однако его применение существенно ограничивается сложностью его структуры и вытекающей из этого необходимостью получения гаксола полусинтетическим путем из природных источников. Именно поэтому в последние годы возник интерес к решению важной проблемы создания структурно более простых соединений, обладающих подобной таксолу активностью. Хотя подавляющее большинство описанных в литературе аналогов таксола по своей структуре очень близко природной молекуле и представляет собой лишь незначительные модификации последней, тем не менее, в последние годы появились работы но созданию новых классов чисто синтетических, «структурно упрощенных» соединений с похожей физиологической активностью. Дизайн подобных аналогов таксола базируется па идее о возможности замены дитерпеиового фрагмента в структуре 1 на другой, менее сложный фрагмент.

В русле этой научной тенденции и находится настоящая работа. Ке задачей явилось изучение возможности создания новых классов потенциальных лигапдов Р-тубулина на основе каркасных структур адамантанового и бицикло[3.3.1]нонанового типа. Выполнение этой работы включало в себя осуществление классической для медицинской химии логической цепи исследований: 1) компьютерное моделирование и предсказание структур; 2) их синтетическая реализация и 3) тестирование на биологическую активность.

Полусинтетическое получение таксола

В настоящее время известно шесть вариантов полного синтеза соединения (1), имеющего сложную полициклическую систему и большое количество асимметрических атомов углерода. В синтезах Холтопа [12-16], Всидсра [15,17-25] и Мукаияма [26-481 использован «линейный» подход, предполагающий последовательное формирование таксольного скелета. Три других синтеза (Николао [49-65], Дапишсвскою [65-68] и Куваджима [69-79]) основаны на конвергентной стратегии, предполагающей предварительное получение основных молекулярных фрагментов и их последующую сшивку. Параллельно с разработкой схем полного синтеза проводились исследования по получению отдельных фрагментов молекулы таксола и его аналогов [80-88]. Однако, несмотря на эти и другие разработки, направленные на уменьшение количества стадий и использование доступных реагентов, выполнение каждой из полных схем сннгеза таксола требует огромных затрат времени при конечном выходе продукта 1-5%. Для коммерческих целей таксол получают полусиптетичееким путем из природного 10-дезацетилбаккатина 111 (2), к которому на одной из стадий присоединяют боковую цепь - остаток (2/?Д )-М-бснзоилфенилизосерина [89]. Аналогичным образом синтезируют и большинство аналогов таксола с модифицированной боковой цепью (см. ниже). подхода к этой группе этерификация обычным образом защищенным (2R,3S)-N-бензоилфепилизосерином и его аналогами протекает с небольшим выходом [118], часто используются циклические защищенные формы: р-лактамы (3) [71,119] (этот способ применяют в коммерческом синтезе таксола), оксазолидины (4) [120,121], оксазолины (5) [122] и другие [11,117]. Эффективные методики получения соответствующих соединений разработаны в последние годы [11,94,123]. В заключение этого раздела отметим, что разработка схем получения (2RJS)-фенилизосерина и его присоединения к таксановому скелету, сыграла важную роль в создании методов синтеза широкого круга аналогов таксола. 1.3. Биологически активные конформации таксола. Противоопухолевое действие таксола, как указывалось выше, обусловлено его связыванием с тубулином. Хотя таксол взаимодействует также с белком Вс1-2 и вызывает гиперфосфорилирование последнего [124,125], недавно было показано, что этот процесс, по-видимому, является результатом образования комплекса таксола с тубулином [126]. Область (сайт) связывания молекулы таксола с тубулином - сф-димерпым белком -находится на Р-субъединице. В общих чертах пространственное строение указанного сайта, представляющего собой глубокий гидрофобный карман вблизи поверхности белка, было определено кристаллографическими методами [127,128] и с помощью фотоаффинных меток [129,130]. Тем не менее, до настоящего момента не существует единой точки зрения относительно конформации, которую принимает таксол в биоактивной форме.

Очевидно, что из-за наличия нескольких свободно вращающихся связей в четырех подвижных цепях, присоединенных к жесткому таксановому скелету, возможно множество различных конформационных состояний. Попытки выявления из них биоактивных конформеров были сделаны с помощью кристаллографических и Я MP исследований. а) неполярная форма б) полярная форма Первая предложенная биоактивная конформация таксола и некоторых его аналогов получила название «неполярной формы» , так как наблюдалась в ЯМР экспериментах с соединением (1) в неполярных растворителях. Эта конформация характеризуется наличием водородных связей между эфирным карбонилом при С1, гидроксилом при С2 и NH группой боковой цени, а также гидрофобными взаимодействиями бсизоила при С" и бензамидной группы при С3 (рис.іа). При этом З -фенильная группа удалена от таксанового ядра [131-135]. В более поздних исследованиях, однако, было показано, что в полярных растворителях конформация молекулы таксола изменяется. Основными характеристиками этой конформации, получившей название «полярная форма» или «гидрофобный коллапс», являются гидрофобные взаимодействия бензоила при С , фенила при С и ацетила при С . причем заместитель у амидной группы (Ph для таксола) не участвует в этом взаимодействии (рис. 16) [132,136-138]. Через несколько лет после выявления указанной Отметим, что в некоторых работах эта конформация называется «открытой» формой, чю неудачно, с нашей точки зрения. конформации появилось первое кристаллографическое исследование димсра сф-тубулипа (выполненное с небольшим разрешением) [127,137], что позволило создать его пространственную модель, координаты которой находятся в настоящее время в банке данных белковых кристаллических структур (PDB). Ряд работ по результатам докипга такеола в указанную модель и другим исследованиям [129,138,139] свидетельствуют в пользу того, что таксол связывается с биомишенью именно в конформации гидрофобного коллапса. Тем не менее, в работах последних лет высказываются предположения о существовании других возможных биоактивных конформеров такеола. Так, в работе [140 с помощью метода NAMFIS (NMR analysis of molecular flexibility in solution), были выявлены восемь оптимизированных конформеров, в том числе «открытые формы» (например, на рис. 1в), в которых гидрофобные взаимодействия бензоила при С с каким-либо из фенилов боковой цепи отсутствовали.

Было сделано интересное предположение, что заместители вытянутой таксольпой цепи в этих конформациях взаимодействуют с аминокислотными остатками тубулииа, а не друг с другом. В 1999 г. был проведен докинг тубулииа в карту электронной плотности фрагмента микротрубочки, что позволило уточнить пространственное строение этого белка [130,138]. Результаты докинга ряда наиболее вероятных биоактивных конформеров такеола в экспериментальную карту электронной плотности уточненной модели тубулииа показали, что у большинства исследованных конформеров, в том числе у полярной, неполярной и некоторых «открытых» форм, бензольные кольца боковой цени оказались в области, практически лишенной электронной плотности [137]. Оптимальный же конформер, но результатам этого исследования, характеризовался практически равной удаленностью бензольного кольца бензоила при С от обоих бензольных колец заместителей при CJ (рис. 1г) [137]. Докинг указанного конформера, названного «Т-формой» или «бабочкой» в уточненную модель тубулииа показывает, что в этом случае имидазольное кольцо одного из остатков гистидина (IIis229) встраивается между фенилами при С5 и С2 такеола, предотвращая гидрофобный коллапс. Рассматриваемая модель комплекса «тубулин-таксол в Т-конформации» хорошо согласуется с данными исследований Р-тубулина с помощью аффинных меток, но с ее помощью удается объяснить не все случаи мутаций в структуре этого белка в устойчивых к таксол у опухолях [137]. Докинг представляет собой исследование с помощью метода молекулярного моделирования, которое имеет целью нахождение оптимального соответствия между лигандом и связывающим его центром (сайтом). Однозначное установление биоактивных конформаций все еще остается чрезвычайно важной задачей в создании аналогов таксола. Хотя некоторые из вышеуказанных моделей хороню согласуются с данными исследований структура-активность, ни одна модель не объясняет всех полученных закономерностей (см. ниже). 1.4. Взаимосвязь структуры и активности для аналогов таксола. При рассмотрении зависимости структура-активность в качестве меры последней нами принята способность аналога таксола промотировать полимеризацию тубулина и образование микротрубочек , так как именно эта величина обусловлена связыванием с тубулином, и эффективность этого связывания может быть предсказана па основе компьютерного моделирования. В некоторых случаях (для сравнения или из-за отсутствия соответствующих данных в статье) приводится значение цитотоксичности соединения. Необходимо, однако, иметь в виду, что эти две величины не обязательно коррелируют между собой, поскольку цитотоксичность определяется не только сродством аналога к тубулину, но и его способностью проникать через клеточную мембрану, усгойчивостыо к метаболическим ферментам и др. факторами.

Модификации в боковой цепи и одновременные модификации в таксановом ядре и боковой цепи

Многочисленные исследования соотношений структура-активность для аналогов таксола свидетельствуют о значительном влиянии боковой цепи при С/? как па способность вызывать неконтролируемую полимеризацию тубулипа, так и на цитотоксичность. Сам по себе баккатин (2) без заместителя при С/-ї неактивен и практически неиитотоксичен [141,157]. Перенос цепи в положение при С14 [соединение (43)] [224], а также ее гомологизация [230] или замена на остатки коричной или кротоновой кислот существенно уменьшает или сводит на нет активность полученных аналогов [176]. Весьма важным фактором для связывания с белком является конфигурация боковой цепи. (2 S, 3 /?), (2 R, 3 /?), (TS, З -Изомеры таксола и таксотера соответственно в 1.3 - 4.5 раза и в 3.6-60 раз менее активны, чем исходные молекулы. Аналогичные закономерности наблюдаются и для некоторых их производных [141,131]. Замена сложноэфирной связи в боковой цепи на амидпую приводит к получению практически неактивных и нецитотоксичных аналогов (44, R= II; Ас; -СО Ме) [163]. И если для соединения с гидроксильной группой при С этого следовало ожидать, то для других аналогов этот результат необычен (производное таксола с метилкарбонатом при С очень активно, см. выше), и, по-видимому, объясняется изменением конформацпи боковой цепи при замене эфирной группировки на амидную. Каждый из заместителей при С2, С3 и C3N вносит важный вклад в активность. В работе [141] была показана аддитивность этих вкладов для серии аналогов с последовательно удаленными заместителями. Гак, по сравнению с таксотером способность к ингибированию деполимеризации микротрубочек у 2 -дегидрокси- и З -де-ш еот-бутоксиаминотаксотера уменьшается соответственно в 4.1 и 4.5 раза, а у 2"- дегидрокси-3 -дс-/и/;е/и-бутоксиаминотаксотера - в 17 раз. Активность аналога, не содержащего заместителей при С2 и С3 уменьшается в 41 раз [141]. Как следует из результата для 2 -дегидрокситаксотера, наличие группы Oil при С" важно для обеспечения высокой активности соединения. В ранних исследованиях взаимосвязи структуры и активности для аналогов таксола [131,231] было показано, что тубулин-полимеризующая способность 2 -ацстоксипроизводных таксола и таксотсра (45, R= Ас) более чем на порядок меньше таковой для исходных молекул. Объяснение этого факта объемом ацетильной группировки [232] не слишком удачно, так как активность 2 -дезокси-аналогов тоже уменьшается (см. выше).

Так же неудачной оказалась идея об «организующей роли» группы ОН при придании боковой цепи нужной копформации для образования водородной связи между карбонилом при С7 и гидроксилом при С , которая нарушается при ацетилировании последнего [141]. ЯМР исследования 2 -0-ацетилпроизводного таксотсра (45, R= Ас) в полярных и пенолярньїх растворителях показали, что в растворах его боковая цепь имеет такую же конформацию, как и в таксоле [233]. В настоящее время с помощью меченного флуоресцентной группой аналога 2 -ОАс-таксола (содержащего флуорофор при С7) показано, что группа 2 -ОП образует водородную связь с амидным карбонилом остатка Arg369 [137,177]. Уменьшение активности у 2 -дезокси- и 2 -0-ацетилпроизводных объясняется нарушением указанного взаимодействия. » К настоящему моменту в литературе не описано аналогов с модифицированным заместителем при С2, равных по тубулин-иолимеризующей способности таксолу и таксотеру. Так, активность С" -дегидроксилированных производных (46, R= Ph, R-R"= 11 и R= Me, R- H, R"= Ac) уменьшается в 20-100 раз, а у соединений (46, R= Ph. R =R"=C02CH2CC13; R = C02CH2CC13, R"= Ac) исчезает совсем [176]. (2 A ,3\S Производные таксола, 10-ацетилтаксола и таксотера, в которых изменен порядок заместителей при С и С (47, R= Bz или Вое) и аналогичное им соединение (47, R= Ts), а также их (2\V,3 /?)-3HaHTHOMepbi (48, R= Bz или Вое) в 10-100 раз менее активны, чем таксол [176]. К такому же результату приводит элиминирование грушп.і 2 -ОН с заменой в положении 3 [структура (49)] [235], а также ее "включение" в оксазолоновое кольцо [соединение (50) практически неактивно] [236]. Отметим, что низкая активность аналогов с модифицированной ОН группой в положении 2 была недавно предсказана на основании корреляции структура-активность С -аналогов таксола, полученной с помощью квантово-механических расчетов [237]. Важное замечание следует сделать относительно цитотоксичиости 2 -аналогов таксола. Цитотоксичность 2 -дезокси-, 2 -метокси- и 2 -фтортаксола меньше чем у таксола в 70-200 раз [238]. Однако, если заместитель при С является группой, легко гидролизующейся клеточными ферментами, то в клетках может происходить постепенное выделение цитотоксичного природного вещества. Поэтому рассмотренный выше аналог (45, R=Ac), будучи неактивным, по цитотоксичиости равен таксолу. Таким образом, указанное соединение выступает как пролскарство. По всей вероятности, именно гидролизом сложноэфирной связи при С2 объясняется весьма высокая цитотоксичность других 2 -эфирных аналогов 10-дезацетил- и 7-дезокси-10-дезацетил-таксола, например, (51, R=R =COPr; COBn; COC6I-l4N02-o; COCII2C6H4N02-o; СОСбІЦОМс-и). То есть, эти соединения также являются пролекарствами. Некоторые аналоги 7-дсзокси-10-дезацстил-таксола [51, R=R,=CO(CH2)4CH3; R=R =CO(CH2)6CH3; R=R,=COCII=CIIPh], однако, нецитотоксичны, что возможно является следствием затрудненности гидролиза этих соединений [207]. Отметим, что в литературе описано очень много работ по созданию пролскарств путем замещения группы 2 -ОП [157,169,183,207,232,236,239-242).

Из других аналогов с модификациями при С" описано производное (52) с дополнительной метальной группой в этом положении, которое в 1.5 раза более активно и цитотоксично, чем таксол. Этот результат может быть объяснен снижением степени свободного вращения вокруг связи С -С или дополнительным взаимодействием метилыюй группы с белком [243-245]. Одну из самых многочисленных групп аналогов таксола и таксотера образуют производные по положению С3. Фенильные заместители при С3 и С -гЧ-бснзоилыюй группы могут быть заменены на замещенные ароматические, гетероциклические и алифатические, что часто приводит к получению активных аналогов [246-248]. Вариации заместителей в бензольном кольце при С показали, что введение групп /7-ОМе и и-ОН повышает активность соответственно в 2 и в 1.5 раза, а заместители п-\: и п-С\ уменьшают ее в 1.1 и в 2 раза. Введение двух атомов хлора (по одному в пара- и в мета-иопожспия) снижает активность в 7 раз [249,250]. Похожие закономерности наблюдались и при аналогичных вариациях в кольце З Ы-бснзоила. Введение хлора, трифторметила, метила и группы HO2S снижало активность соответственно в 2, в 6, в 1.1 и в 5.5 раз, а введение метокси-замсстителя- повышало ее в два раза [176,250]. Исследования по замене фенилыюго фрагмента при С3 в таксоле на пиридиновые и фурановыс гетероциклы показали, что, хотя активность этих аналогов сравнима с активностью таксола (в 1.1-2 раза выше), их цитотоксичность зависит от положения гетероатома. Например, цитотоксичность 2-фурильного аналога примерно на порядок-больше, чем у 3-фурильного, а 2- и 4-пиридильного - в 25-30 раз больше, чем 3-пиридилыюго [235,249]. Отмстим, что аналог 10-ацетилтаксотера с 2-фурильпым заместителем при С в 5 раз более активен и вдвое более цитотоксичен, чем таксол [235]. Аналогичные замены бензольного кольца при С -амидной группировке таксола привели к уменьшению активности для 2- и 4-пиридильпых производных соответственно в 3.5 и 2 раза и небольшому увеличению (в 1.5-2 раза) - для 3-пиридилыюго и фурильпых аналогов. Максимальная активность и цитотоксичность в этой серии наблюдалась у 3-фурильного аналога - примерно в 2 раза выше, чем у таксола, в то время как цитотоксичность всех пиридиновых аналогов была существенно ниже таксолыюй [235]. Наличие ароматических групп при С не является обязательным требованием для связывания аналога с тубулином." Производные таксотера, содержащие вместо С" -фенила разветвленный алкильный радикал, например, трет-бутши изобутил или ею ненасыщенный аналог изобутенил, в 1.5-3 раза активнее таксола (причем наиболее активным является аналог с /и/ яг-бутильной группой). Дальнейшее увеличение углеродной цени заместителя до неопентильного приводит к небольшому снижению активности [129,252,253].

Реакция этерификации циклических и каркасных спиртов с модельной аминокислотой

Как указывалось выше (см. лит. обзор) в литературе описано несколько методов синтеза (2ДЗ -К-бензоилфенилизосерина, позволяющих получить микроколичества этого соединения [см., например, 98, 289, 113]. Изначально мы предприняли попытку разработать препаративный синтез N-замещенных производных фенилизосерина на основе метода, описанного в работе [98] и протекающего по схеме 4. Исходным соединением в этом случае является фенилглицин 98, который в четыре стадии превращается в метиловый эфир фенилизосерина 102. На заключительной стадии для восстановления карбонильной группы соединения 101 используется ферментативный катализ, обеспечивающий получение требуемого энантиомера 102. Для последнего в дальнейшем проводят также реакции бензоилирования и гидролиза с целью получения N-бензоилфенилизосерииа. Схема 4. Варьирование условий проведения первой стадии указанной схемы превращений показало, что при выдерживании фенилглицина с РСІ5 в хлористом метилене в течение 3 ч выход производного 99 составляет 100 % (аналогичный выход получен в работе [98J с SOCb в СІЬСІг). Однако, в дальнейшем методику работы [98J воспроизвести не удалось, так как на второй стадии образовывалось, согласно данным хромато-масс-спсктрометрии, очень большое количество различных соединений, являющихся, по всей вероятности, продуктами межмолекулярной конденсации соединения 100. В связи с этим, для разработки препаративного метода синтеза N-бензоил- и N-трет-бутоксикарбонил-(2/?,55)-фенилизосерина мы воспользовались схемой превращений, предложенной в работе [289] (схема 5). На первой стадии имин 103 был получен реакцией 8-(а)-фснилэтиламипа и бензальдегида в хлористом метилене в присутствии молекулярных сит. Последующее взаимодействие имина 103 с ацстоксианетилхлоридом (получен по слегка модифицированному нами способу [290]) по реакции Штаудингсра [291] привело к образованию смеси двух изомерных 2-оксо-4-фенил-1-(1-фенилэтил)-3-азетапил ацетатов (104 и 105).

Для получения спектральных характеристик небольшая порция (100 мг) смеси изомеров была очищена нами с помощью метода флэш-хроматографии на колонке с силикагелем (элюснт этилацетат - петролейный эфир (40-60С) в соотношении 1:3). в результате чего было получено 54 мг бесцветной вязкой жидкости. Данные спектра ЯМІ 1II (5, м.д., СОС13/ГМДС) для изомера 104: 1.44 д. (ЗН, СНСН3); 1.57 с. (311, ОССН.,); 4.59 Основная часть смеси соединений 104 и 105 была без выделения обработана 2N гидроксидом калия при температуре 0-3С (мы показали, что указанная концентрация КОН и температурный интервал являются оптимальными), после чего перекристаллизацией из этилацетата был получен нужный (l S, 3R, 4S)-(+) - изомер лактама 106. Выход соединения 106 из имина 103 составил 52% (лит. [289] 49%). Раскрытие лактамного кольца осуществляли пропусканием газообразного хлористого водорода через суспензию лактама 106 в метаноле с последующей нейтрализацией образовавшегося гидрохлорида эфира 107 насыщенным раствором соды, в результате чего был получен свободный эфир 107 с 90% выходом. Восстановление соединения 107 с образованием метилового эфира фенилизосерина (102) осуществляли в автоклаве действием водорода на Pd/C катализаторе. Проведенное в настоящей работе изучение протекания этой реакции при различных температурах и давлениях, а также варьирование других параметров показало, что оптимальным является проведение восстановления при температуре реакционной смеси 45-50С, давлении водорода 1.5 атм, концентрации палладия в катализаторе 5% и соотношении растворителей МеОП:ЛсОН, равном 3:1. Полученное соединение 102 без выделения превращали в N-замсщенпыс производные взаимодействием с бензоилхлоридом или дитретбутилдикарбонатом. В результате были получены эфиры 108 и 109 с 72 и 78% выходами соответственно. Спектральные данные производных 108 и 109 совпадают с литературными (см. [292] и экспериментальную часть). Таким образом, предлагаемый препаративный способ синтеза N-замеіцепних производных фенилизоссрииа, основанный на шестистадийной схеме превращений (схема 5), позволил получить метиловые эфиры N-бензоил- и Ы-третбутоксикарбоиил-(2Л,5Л )-фенилизосерина с суммарными выходами, равными 31 и 34% соответственно. Последующий гидролиз соединений 108 и 109 приводит к соответствующим кислотам. 2.2.2. Реакция этерификации циклических и каркасных спиртов с модельной аминокислотой. На следующем этапе синтетической части настоящей работы была изучена реакция этерификации с аминокислотами, не исследовавшаяся рапсе для циклических и каркасных спиртов, и являющаяся важной стадией получения соединений, соответствующих Моделям I и II. Па примере двух модельных соединений - циклогексанола и адамантанола были подобраны оптимальные условия проведения этерификации с использованием в качестве модельного аминокислотного фрагмента N-бенюил-р-аланина (близкого по структуре N-бензоилфенилизосерину), полученного стандартным способом реакцией р-аланина с бензоилхлоридом.

Оптимальные условия для проведения этой реакции, не изучавшейся ранее для циклических и каркасных спиртов, подобраны на примере двух модельных соединений -циклогексанола и адамантанола (схема 6). Продукты реакции - эфиры ПО и 111 были получены с хорошими выходами (см. табл. 1) при выдерживании при комнатной температуре в течение 12-15 ч в ТГФ, в присутствии 4-(диметиламипо)пиридина (ДМЛП) в качестве катализатора и М,1Ч -дициклогексилкарбодиимида (ДЦК). Первый путь синтеза 1-(М-бензоил-р-аланилокси)-4-бензоилоксиадамаптана (115) предполагал введение в молекулу кемантана аминокислотного фрагмента посредством реакции этерификации [294] в указанных выше условиях, приводящей к образованию эфира 113. 1-(Ы-Бензоил-Р-аланилокси)-4-оксиадамантан (114), используемый в дальнейшем для получения целевого соединения 115, синтезировали восстановлением 1-(Ы-бепзоил-Р-аланилокси)-адамантан-4-она (113) боргидридом натрия. В качестве растворителя в этой реакции использовали смесь метанола и диэтилового эфира согласно методике [295]. Строение спирта 114, представляющего собой смесь аксиального и экваториального изомеров, доказывали спектрально (см. табл. 2). В ПМР-сисктрс соединения 114 помимо сигналов протонов аминокислотного фрагмента и основного каркаса присутствуют также два триплета в области 3.74, м. д. и 3.92 м. д., принадлежащих каркасному протону при гидроксильной группе для г/г/о и трапс-изомера соответственно. (Отнесение сигналов к каждому изомеру было сделано па основании соотнесения спектров ЯМР Н и 3С с литературными данными по спектрам структурно аналогичных соединений [296,297]). Соотношение цае- и транс- изомеров в соединении 114 равно 1:1. На последней стадии проводили бензоилирование 1-(М-бензоил-р-аланилокси)-4-оксиадамантана (114) взаимодействием с хлористым бензоилом в пиридине 29 S. Отметим, что оптимальными условиями выделения конечного продукта 115, позволившими получить его с хорошим выходом (см. табл. 1) явилось хроматографическое деление на колонке с силикагслем с использованием в качестве элюента системы этилацетат:петролейный эфир в соотношении 1:2.5. Структура полученного 1-(Ы-бс1130ил-р-аланилокси)-4-бснзоилоксиадамантана (115) была подтверждена данными ЯМР н и 13С (см. табл. 2). Важно отметить, что соотношение ш/с-и трапе- изомеров в конечном соединении составило 1:2. Второй вариант получения 1-(Ы-бснзоил-р-аланилокси)-4-бензоилоксиадамантана (115) предполагал обратный порядок введения заместителей. На первой стадии кемантан был восстановлен алюмогидридом лития до 1,4-диоксиадамантаиа (116) по модифицированной нами методике [299]. Реакция последнего с бензоилхлоридом в пиридине позволила получить 1-окси-4-бензоилоксиадамантан (117) с 31% выходом. Проведенное в настоящей работе варьирование соотношений реагентов в этой реакции показало, что оптимальным для бензоилирования только одной спиртовой группы диола 116 является соотношение диол:В7.С1, равное 1:0.8. Для выделения соединения 117 из реакционной смеси элюентом является система этилацегат-петролейиый эфир, оптимальное соотношение - 1:4. В ПМР спектре соединения 117 (см. табл. 2) помимо сигналов, соответствующих ароматическим и основным каркасным протонам, присутствует также триплет в области 4.84 м. д., принадлежащий каркасному протону при бсизоилокси-группе для г/мс-изомера. Полученные данные свидетельствую!" о преимущественном образовании в данной реакции г/мс-изомера по положению 4.

Синтез 7-((2/?,3<У)-Ы-бензоилфепилизосерилокси)-2-бензоилокси-3-мстоксикарбонилбицикло[3.3.1]нонана

Такой способ получения тризамешенных бицикло[3.3.1]нонановых производных является новым и предложен нами впервые. 4-Гидроксиадамантан-2-он (149) в виде двух С -изомеров был получен по модифицированной нами методике из оксагомоадамантапоиа (130) [325] (схема 14а). Из литературы известно, что эта реакция протекает с перегруппировкой оксагомоадамантанового каркаса [326,327] с образованием смеси двух изомеров, соотношение которых зависит от различных факторов. В нашем случае соотношение аксиального и экваториального изомеров" составило 5:1 (в соответствии с интегральной интенсивностью сигналов протона при С4 для изомеров соединения 149 в обласні ft = 4.28 (J= 5.48 Гц, ./ = 3.30 Гц) и 3.96 (./= 3.29 Гц) м. д.). Соотнесение сигналов производили на основании литературных данных [325] . При проведении реакции Байера-Виллигера для соединения 149 в присутствии 30% перекиси водорода в уксусной кислоте, нами был выделен гидрокси-оксагомоадамантанон в виде смеси нескольких изомеров с выходом 92% (Схема 146). Наличие смеси продуктов явилось следствием протекания данной реакции но двум направлениям (из-за несимметричности исходной молекулы) с образованием двух изомерных лактонов 150 и 151. Кроме того, каждый из полученных лактопов и свою очередь может существовать в виде смеси двух геометрических изомеров но гидроксильной группе. Из литературы известно, что соотношение региоизомеров в реакции Байера-Виллигера для 4-замещенных адамантанонов определяется природой заместителя [131]. Для 4-гидроксиадамантанона эта реакция не изучалась . В ИК спектре продукта рассматриваемой реакции наблюдаются полосы поглощения лактонного карбонила (1720 см 1) и гидроксилыюй группы (3300-3500 см"1). В масс-спектре наблюдаются пик молекулярного иона: in/z 182 (М+) и пики 164 (IVT-IIiO), 154 (М+-СО), 138 (М+-С02), 120 (М+-Н20-С02). Эти данные, а также результаты элементного анализа подтверждают образование гидрокси-оксагомоадамантаноиа. Определение соотношения изомеров проводилось на основании данных спектров ЯМР її и 13С. В спектре ЯМР Н (рис. 15) наблюдали сложный мультиилет при 6=4.47-4.50 м. д., который, вероятно, соответствует протонам при углероде, связанном с лактонпым атомом кислорода для нескольких изомерных продуктов. Мультиплеты в области 6=3.03, 3.08 и 3.34 м. д. (11:3:10) могут быть отнесены к а-i іротоїшм карбонильной группы, причем сигналы с большей интенсивностью соответствуют изомерам с аксиальным положением гидроксила, так как исходный кстоо.ч 149 содержал в большем количестве именно аксиальный изомер.

В таком случае сложный сигнал при 3.93-3.99 м. д. соответствует С""протонам нескольких изомерных гидроксилактоиов. Это предположение подтверждается данными ІІМР П с использованием метода двойного резонанса. Оказалось, что при подавлении сигнала 3.93-3.99 м. д. наблюдается изменение констант спин-спинового взаимодействия у мультиплстов 4.50 и 3.34 м. д. Таким образом сигнал при 3.34 м. д. относится к С Н изомера 151 " , а протон при С изомера 150аАС, вероятно, расположен и обласні мультиплета 4.50 м. д. Небольшие сигналы при 4.15 и 3.08 м.д. , а также 4.28 и 3.99 м.д. соответствуют протонам минорных экваториальных изомеров лакгонов (их соогнсссиие не проводилось вследствие недостаточного разрешения спектров). Данные спектра ЯМР ,3С подтверждают образование двух преобладающих изомеров и одного изомера в меньшем количестве. В этом спектре наблюдаются сигналы с химическими сдвигами 178.3 и 177.0 м. д., и сигнал с меньшей интенсивностью 166.1 м. д., соответствующие атомам углерода лактоиной карбонильной группы. Сигналы при при С - 71.0, 69.3 м. д. и 67.9 м. д. - также расположены в порядке уменьшения их интенсивностей. Таким образом, проведенное изучение окисления по Байеру-Виллигеру для 4-гидроксиадамантан-2-она показало, что в данном случае реакция протекает по двум направлениям с образованием смеси лактонов 150 и 151. Поскольку разделение полученной смеси изомеров является трудноразрешимой задачей, нами была предпринята попытка уменьшить количество образующихся изомеров введением объемной защитной группы в гидроксил исходного кетоола 149 (Схема 15). Так, например, было получено бензоильное производное 152, выделенное после перекристаллизации из изопропанола с выходом 87% в виде смеси аксиального и экваториального изомеров в соотношении 7:1. Окисление его смесью ІЬСЬ-ЛсОП дает лишь один региоизомер лактона с выходом 82% (аксиальный изомер). При подавлении сигнала при 5.26 м. д. (CHOBz) в спектре полученного лактона наблюдали нарушение характера расщепления мультиплета при 3.49 м. д., принадлежащего а-протону при карбонильном атоме углерода. Этот факт является доказательством встраивания кислородного атома между С и С исходного кетона в реакции окисления по Вайеру-Виллигеру и образованию структуры 153. Таким образом введение в четвертое положение адамаптанонона объемных заместителей приводит к региоселективпому протеканию указанной реакции.

Дальнейшее раскрытие оксагомоадамантанонового цикла в силыющслочпой среде приводило к снятию бензоилыюй защиты, при этом образовывалась сложная смесь водорастворимых продуктов. Использование устойчивой в щелочной среде дигидропирановой защиты привело к производному 154 в виде смеси аксиального и экваториального изомеров в соотношении 5:1. Однако, в реакциях окисления кетона 154 различными надкислотами, в том числе и среде слабой л/-хлоропербензойной кислоты происходило снятие защиты и образование подобной описанной выше смеси изомерных гидроксилактонов (схема 15). Следующей попыткой синтеза 7-гидрокси-2-бензоилокси-3-метоксикарбоиил-бицикло[3.3.1]нонана было осуществление не описанной ранее для подобных систем многостадийной схемы получения соединений 158 и 159, в которой гидрокспльную группу не защищали, а окислили до кетонной, предварительно переведя исходный кстоп 149 в дикеталь 155 (схема 16). В процессе синтеза на стадии окисления 2,2-этилендиоксиадамантан-4-ола (155) к соответствующий кетон нами была подобрана удобная окислительная система -хлорхромат пиридиния на оксиде алюминия, что позволило значительно упростить обработку реакционной смеси и впервые получить продукт 156 в кристаллическом виде. Окисление кетона 156 в лактон 157 провели с помощью .и-хлороиадбензойной кислоты п хлороформе в присутствии небольшого количества гидрокарбоната натрия, что позволило получить лактон 157 с 72% выходом. При подборе оптимальных условий реакции в качестве растворителя был также использован хлористый метилен. Реакцию с ним проводили при комнатной температуре и при кипячении, время реакции увеличивали до 4 суток, выход продукта при этом не превышал 60%. Оказалось, чго при очистке продукта на хроматографической колонке можно также выделить и исходный не прореагировавший кетон 156 (26% от загруженного в реакцию). Даже при увеличении времени реакции до нескольких суток и добавлении тройного избытка окислителя провести реакцию до конца не удалось. Спектральные данные (ЯМР їІ и 13С) свидетельствуют об образовании единственного рсгиоизомера лактона, структура которого подтверждается и строением продуктов его раскрытия (см. описание структуры 160). В спектре ЯМР Н полученного продукта наблюдаются сигналы при ЗЛО и 4.46 м.д., соответствующие протонам при С6 и С , а также мультиплет 3.96-4.14 м.д., принадлежащий протонам этиленгликолевой защитной группы. Раскрытие лактона 157 гидроксидом натрия в смеси МсОН-НгО и последующая обработка метанолом в присутствии эфирата трехфтористого бора привели к образованию продукта, в спектре ЯМР Н которого наблюдаются сигналы мегокси- и СІЮ- прогонов при 3.37 и 4.41 м.д. Но в ИК-спектре полученного продукта отсутствуют ожидаемые сигналы гидроксильной и сложноэфирной групп, кроме того в спектре ЯМР 3С из десяти различных атомов углерода в наиболее слабом поле обнаруживается сигнал при 108.42 м.д., который может соответствовать только дикетальному атому углерода.

Похожие диссертации на Синтетический дизайн потенциальных промоторов полимеризации b-тубулина на основе каркасных структур адамантанового и бицикло[3.3.1]нонанового типа

Синтетический дизайн потенциальных промоторов полимеризации В-тубулина на основе каркасных структур адамантанового и бицикло[3.3.1]нонанового типаНуриева Евгения Владимировна

Поиск наборов декскрипторов, повышающих эффективность прогнозирования физиологической активности веществ на основе их структурыТанчук, Всеволод Юльевич

Синтез и изучение физико-химических свойств молекулярных структур на основе порфиринов, аминокислот и хинонов Ларкина Екатерина Александровна

Синтетический дизайн потенциальных промоторов полимеризации Z-тубулина на основе каркасных структур адамантанового и бицикло[3.3.1]нонанового типаНуриева Евгения Владимировна

Синтез замещенных 1,4-дигидроциклопента[b]индолов и их структурных аналогов - перспективных предшественников металлокомплексных катализаторов полимеризации олефиновТайдаков Илья Викторович

Супрамолекулярные катализаторы на основе b-циклодекстринов в вакер-окислении непредельных соединенийЖучкова Анна Яковлевна

Закономерности образования разнолигандных комплексов на основе b-дикетонатов лантанидов и нейтральных лигандовРогачев Андрей Юрьевич

Микроструктура, процессы намагничивания-перемагничивания и термофлуктуационная магнитная вязкость дисперсных магнетиков на основе соединения Nd2 Fe14 B в широком диапазоне химических составовНепомнящий, Сергей Генриевич

Синтез тетрагидроизоиндоло[2,1-a]хинолинов и тетрагидроизоиндоло[2,1-b]бенз-2-азепинов на основе N-арил(бензил)-3-аза-4-оксо-10-оксатрицикло[5.2.1.01,5]дец-8-еновБолтухина Екатерина Викторовна

Физико-химические свойства монослоев и пленок Ленгмюра-Блоджетт на основе силилированных бромсодержащих производных b-циклодекстринаИноземцева Ольга Александровна