Синтез производных пиразино[1,2-a]пиразинов - потенциальных миметиков b-поворота в белках Лукина Татьяна Викторовна

Содержание к диссертации

Введение

1. Литературный обзор.

1.1. Конструирование моделей миметиков /?-поворота в белках 8

1.1.1. Общие принципы создания миметиков поворота 8

1.1.2. Типы /7-поворотов в белках 9

1.1.3. Классификация ^поворотов в белках 10

1.1.4. Критерии для дизайна миметиков/ї-поворота 11

1.1.5. Классификация миметиков /^-поворота 11

1.1.6. Линейные аналоги пептидов как миметики /^-поворота 13

1.1.7. Макроциклические миметики ^-поворота 14

1.1.7.1 .Макроциклические пептиды па основе SHAT циклизации 14

1.1.7.2.Макроциклические пептиды на основе SN2 циклизации 16

1.1.8. Лактамы со средним размером цикла 17

1.1.8.1.Капролактамы. Первая стратегия синтеза 17

1.1.8.2.Капролактамы,Вторая стратегия синтеза 19

1.1.9. Девяти-десятичленные циклические миметики /^-поворота 20

1.1.9.1 .Первое поколение миметиков /^-поворота и их применение 20

1.1.9.2.Второе поколение миметиков ^-поворота и их применение 21

1.1.10. Бициклические миметики /ї-поворота и их применение 24

1.1.10.1.Тетрагидро-2Н-пиразино[1,2-а]пиримидин-4,7-дионы 24

1.1.10.2.Бициклические дикетопиперазины 26

1.1.11. Заключение 29

1.2. Взаимодействие органических азидов с неактивированными и электронообогащенными алкенами 30

1.2.1 Механизм реакции 1,3-Дитюлярного присоединения азида к алкену 31

1.2.2 Присоединение азидов по поляризованной двойной связи 32

1.2.3 Присоединение азидов по неактивированной двойной связи 38

1.2.4 Примеры синтетического использования 1,3-Диполярного циклоприсоединения азидов по двойной связи алкенов 44

1.3. Заключение 47

2. Синтез производных пиразино[1,2-а]пиразинов - потенциальных миметиков 49

2.1. Выбор стратегии синтеза 49

2.1.1. Синтез пергидропиразино[1,2-й]пиразинов через образование дикетопиперазина 50

2.1.2. Синтез пергидропиразино[1,2-л]пиразинов через образование 2,5-замещенных пиперазинов 53

2.2. Синтез производных Л^-(2-азидоэтил)аллиламинов 53

2.2.1. Синтез аллилазидов из замещенных 2-(аллиламино)этанолов 55

2.2.2. Синтез аллилазидов из замещенных 2-азидоэтиламинов 56

2.2.3. Химические свойства триазолинов 63

2.2.3.1. Взаимодействие с донорами протонов 63

2.2.3.2. Взаимодействие с восстановителями 64

2.2.3.3. Взаимодействие салкил-и апилгалогенидам 65

2.3. Синтез производных пергидропиразии[1,2-а]диразинов 67

3. Экспериментальная часть 77

Выводы 101

• Взаимодействие органических азидов с неактивированными и электронообогащенными алкенами
• Примеры синтетического использования 1,3-Диполярного циклоприсоединения азидов по двойной связи алкенов
• Химические свойства триазолинов
• Синтез производных пергидропиразии[1,2-а]диразинов

Введение к работе

Количество факторов, определяющих биологическую активность соединений, столь велико и многообразно, что попытка учесть их в полном объеме является в настоящее время задачей неразрешимой. В то же время существуют различные подходы, позволяющие в той или иной степени построить модельные схемы направленного отбора биологически активных веществ и на их основе проводить поиск новых лекарственных препаратов. В последнее время наблюдается возрастающий интерес к лекарствам с повышенной биодоступностью, низкой токсичностью, обладающими оптимальными фармакокинетическими параметрами биотрансформации и т.д. [1]. Важно отметить, что первоочередной задачей исследователей в биоорганической и медицинской химии является поиск пути построения структуры, способной к взаимодействию с теми участками биологической системы, которые отвечают за проявление тех или иных физиологических эффектов. При этом особенную роль играет изучение взаимодействия низкомолекулярного соединения (потенциального лекарства) и белкового рецептора. Очевидно, что для субстрат-рецепторного взаимодействия необходимо выполнение целого ряда условий, основные из которых - «подобие» их структур и наличие группировок, способных к связыванию друг с другом. Определяющее условие взаимодействия активного центра рецептора с молекулой субстрата - соответствие пространственных и стерических характеристик [2]. Связывание вещества с рецептором количественно описывается законом действия масс, а взаимодействие лекарство-рецептор, как известно, не обусловлено образованием прочных ковалентных связей [3]. Юэвалентные связи образуются в редких случаях. Значительно более частыми и значимыми для взаимодействия являются слабые связи, обусловленные образованием координационных связей, ион-ионного и ион-динолыюго взаимодействия, водородных и Ван-дср-Ваальсовых связей, образованием комплексов с переносом зарядов. Фиксирование молекул на рецепторе и способность вызывать эффект после образования соответствующих комплексов и является главным фактором, отвечающим за биологическую активность. Взаимодействие с рецепторной поверхностью довольно хороню обьясняет действие антагонистов - веществ, которые связываются с рецепторами и ингибируют его. Антагонисты, связываясь с рецептором, препятствуют действию веществ, способных при подобном взаимодействии вызывать биологический ответ. Напротив, стимулирующее действие агонистов вызывает соотвествующий биологический ответ. Очевидно, что наиболее эффективно с рецептором будут взаимодействовать соединения белковой природы. Однако, быстрое расщепление белков пептидазами, неселективная адсорбция и, следовательно, низкая биодоступность потенциальных лекарств белковой природы делает их малопригодными для тсрапеїітических целей [4]. В связи с этим в последнее время достаточно широко развивается отдельное направление медицинской химии, связанное с моделированием и синтезом пептидомиметиков [5, 6]. Пептидомимстики являются низкомолекулярными веществами, способными к взаимодействию с активным центром рецептора. Для конструирования структуры пептидомиметика необходимо иметь представление о строении активного центра рецептора, отвечающего за желаемый биологический ответ. На данный момент известно, что важную роль в этом взаимодействии играют /^-повороты в белках. В связи с этим, синтез миметиков /^-поворотов в белках представляет несомненный научный интерес.

Известны различные классы миметиков /ї-поворотов, такие как циклические пептиды [7], лактамы [8], макроциклы [9], конденсированные гетероциклы [10] и др. В последнее время внимание многих исследователей привлекают бициклические гетероциклы, которые являются агонистами/антагонистами к большому числу рецепторов. Например, после установления строения мелаиокортинового рецептора было найдено, что замещенные пергидропиразино[1,2-я]пиразины проявляют высокую степень сродства к рецепторам МК1Р, МК2Р, МКЗР, МК4Р [11]. Известные методы синтеза таких структур приводят к смесям диастереомеров, которые достаточно сложно разделить даже современными методами хроматографии. Кроме того, они являются многостадийными и дорогостоящими из-за применения твердофазных методов синтеза. Таким образом, производные пергидропиразино[1,2-а]пиразинов представляются ценными объектами для поиска новых биологически активных соединений и создания новых лекарств, а разработка стерсоселективного метода их синтеза из доступных реагентов является достаточно актуальной задачей.

Цель работы состояла в разработке и оптимизация метода синтеза производных пергидропиразино[1,2-д]пиразинов. При этом особое внимание планировалось уделить стереоселективности предлагаемых методов синтеза.

Научная новизна. Впервые разработан и осуществлен стереоселективный 10-стадийный синтез производных 2,4,7,8-замещенных пергидропиразино[1,2-а]пиразин-3-онов.

Впервые показана возможность использования [2+3]-внутримолекулярного циклоприсоединения азидов к не активированной двойной связи для синтеза 2,5-дизамещенных пиперазииовых структур, являющихся удобными предшественниками целевых соединений. Реакцией [2+3]- внутримолекулярного циклоприсоединения впервые синтезированы 6-замещешше 3,За,4,5,6,7-гексагидро[1,2,3]триазоло[1,5-а]пиразины и изучены их химические свойства.

Впервые показана возможность стереоселективного синтеза 2,5-замещенных пиперазинов через раскрытие триазолинового цикла при действии различных элсктрофилов.

Показана возможность С-алкилирования в ряду Л^-алкил-М-шшеразинона^.

Практическая значимость работы. Разработан метод стереоселективного синтеза производных 2,4,7,8-замещепных пергидропиразино[1,2-а]пиразин-3-онов из доступных аминоспиртов, позволивший синтезировать большую серию этих соединений, перспективную для тестирования на биологическую активность. В условиях разработанного метода получены и охарактеризованы производные 2,4,7,8-замещенных пергидропиразино[1,2-а]пиразин-3-опов для тестирования в качестве агонистов к меланокортиновым рецепторам, в частности, к МК4Р.

Апробация работы и публикации. Основные результаты работы представлены на

Международном симпозиуме по поиску новых лекарств (ASDD, Москва, 2005), на Международном симпозиуме по перспективам синтетической, комбинаторной и медицинской химии (ASCMC, Москва, 2004), на Ш-м Московском Международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2005), на 11-й международной научно-практической конференции «Новые технологии в медицине - 2005» (Санкт - Петербург, 2005).

По теме диссертационной работы опубликованы две статьи в журнале Tetrahedron Letters.

Структура и обьем работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и приложения. Содержит 9 таблиц, 33 рисунка, 62 схемы, список цитируемой литературы включает 132 наименования.

Автор выражает благодарность Шоршнсву С. В. за запись и помощь в интерпретации двумерных корреляционных спектров ЯМР и Александрову Г. Г. за рентгенографические исследования.

Взаимодействие органических азидов с неактивированными и электронообогащенными алкенами

Взаимодействие органических азидов с алкенами представляет большой интерес как один из методов построения новых гетероциклических систем [70]. Органические азиды -диполи пропаргил-аллепового типа и являются широко используемыми реагентами для получения новых органических, в том числе, природных соединений [71]. С тех пор, как более 100 лет назад было открыто образование триазола из фенилазида и димстилацетилендикарбоксилата [72], синтетическое значение азидов как 1,3-диполей для синтеза гетероциклов, а также сложных природных продуктов, непрерывно возрастает. Все многообразие взаимодействия органических азидов с алкенами можно разделить на два класса реакций. Первый представляет собой 1,3-диполярное циклоприсосдинение азида к алкену и реализуется, как правило, в мягких термических условиях. Реакции этого типа далее будут детально систематизированы. Во втором случае происходит предварительное образование интермедиата - нктрена и дальнейшее его присоединение к кратной углерод-углеродной связи. Такой механизм реализуется в жестких термических условиях, при температуре разложения азида и сопровождается отщеплением молекулы азота. При фотохимическом проведении реакции зафиксировано также образование нитрена [73]. Ключевыми факторами при этом являются легкость образования нитрена и его стабильность, поэтому наибольшее синтетическое значение имеют азиды с акцепторными заместителями, такие как цианазид, алкилазидоформаты и карбонилдиазид: Авторы [77] показали, что сопряжение двойной связи увеличивает ее диполярофильность и облегчает реакции с азидами. Также они обнаружили, что ароматические азиды имеют различную ориентацию при присоединении к электроно-избыточным или электрондефицитиым диполярофилам. Электрондефицитные олефины легче реагируют с азидами, имеющими допорные заместители и наоборот. Это объясняется стабилизацией частичного положительного или отрицательного заряда на ос-атоме азота в переходном состоянии. Таким образом, присоединение арилазидов к диполярофилам происходит преимущественно по синхронному механизму и включает стадию с частичным разнесением зарядов. Одним из условий протекания реакции по механизму 1,3-диполярного циклоприсоединения является ее температура, которая должна быть ниже температуры разложения азида.

Механизм 1,3-циклоприсоедипения азидов и других диполей (таким как диазоалканы, азаметины, имины, нитроны, нитрилимины, питрилоксиды) к алкенам впервые детально описал Хьюисген в 1961 г, [78]. Присоединение 1,3-диполя к диполярофилу происходит по механизму, в котором две новых а-связи образуются одновременно, хотя с разными скоростями. Как следствие наблюдается сохранение конфигурации алкена, то есть реакция идет стереоселективно. Таким образом, присоединение и-метоксифенилазида 79 к диметилфумарату 80 приводит к 1-(-«-метоксифенил)-4,5-тр шс-дикарбометокситриазолину 81 (Схема 13). Реакция присоединения азидов к алкену легче всего идет в случае, если двойная связь поляризована. Результат реакции 1,3-циклоприсоединения азидов к алкенам сильно зависит от природы заместителя при двойной связи. Алифатические и ароматические азиды легко реагируют с олефипами, имеющими акцепторные заместители при двойной связи, с образованием, как правило, дигидротриазолов или продуктов их перегруппировок. Например, американские ученые исследовали циклоирисоединение арил- и алкилазидов к такого рода активированным олефинам (Схемы 14, 15) [79]. Таким образом, реакции 1,3-Дшюлярного циклоприсоединения азидов к активированным двойным связям могут приводить к дигидротриазолам, которые в зависимости от стабильности и от дальнейших условий реакции, могут превращаться в азиридины или диазосоединения. Азиридины являются основными продуктами при фотохимическом протекании реакции. Также необходимо отметить, что если дигидротриазол, который образуется в качестве иптермедиата, имеет электронобогащенные заместители при атоме азота, то он становится лабильным и быстро перегруппировывается, давая соответствующий азиридин [80]: Наиболее часто результатом циклоприсоединения является смесь продуктов, одним из которых может быть азиридин, а другим, как правило, дигидротриазол. Также можно отметить реакции пиклоприсоединения азидов к олефинам, имеющим акцепторные заместители, которые приводят к получению сложных пространственных структур. Например, синтез 11-арил-П-аза[5.3.1]пропеллан-2-она 92 был проведен при помощи межмолекулярного пиклоприсоединения циклогептенона 89 к арилазиду. Азиридин 92 получался через промежуточные триазолины 90, 91 (Схема 16) [81]. Поляризация олефиновой связи также может быть достигнута наличием донорных заместителей. На настоящий момент известны реакции 1,3-диполярного пиклоприсоединения азидов к подобным двойным связям, в которых результатом являются 1,2,3-триазолы, как в случае аналогичных реакций с алкииами. Например, в работе [82] исследовали присоединение азидов по дезактивированым двойным связям. 1,3-Диполярное циклоприсоединение арилазидов 93 к енаминам 94 а,б проводили в кипящем этаноле.

Триазолы 95 были получены с высокими выходами (Схема 17). В реакциях 1,3-ииклоприсоединения азидов к алкенам иногда встречаются случаи перегруппировок, в результате которых получаются имины. Например, французские ученые [84] исследовали циклоприсоедипение азидов к 2-метиленазетидинам 100 (Схема 19). Межмолекулярное циклоприсоединение азида к двойной связи енамина приводило к образованию триазолииа 101, как иптермедиата, после чего происходило раскрытие триазолинового кольца и перегруппировка, которая приводила к получению иминолактама 103. Попытки вернуть иминолактам 103 в исходный р-лактам, из которого было получено соединение 100, в кислых условиях нс привели к ожидаемому результату, хотя в щелочных условиях образовался [З-аминоамид 104. Енамины содержат электронобогащенные двойные связи и поэтому легко реагируют с азидами, во многих случаях при комнатной температуре. При этом образуется только один ітродукт присоединения, 5-амино-триазолин, что является результатом электронного контроля [85]. Таким образом, 1-(р-нитрофенил)-4-этил-5-морфолино-триазолин 106 получается при реакции присоединения р-нитрофенилазида к 1-морфолино-1-бутену 105 (Схема 20). При нагревании продукта происходит выброс азота с переходом в амидин 107. Иногда реакции циклоприсоединсния азидов к алкенам сопровождаются скелетными перегруппировками и приводят к сужению или расширению цикла. Например, исследователи [87] докладывали о новом подходе к синтезу циклопентсновых систем 113 на основе 1,3-диполярного циклоприсоединения и-бромбензолсульфонилазидов с электронобогащенными 1,4-циклогександиенольными эфирами 110 с последующим сужением углеродного кольца, протекающим при умереной температуре (Схема 22). 1,3-Диполярное циклоприсоединение происходит предпочтительно по электронобогащенной двойной связи и приводит к нестабильному триазолину 111, термический распад которого сопровождается выбросом азота и последующей перегруппировкой в пиклопентеновое производное 113. Пример расширения углеродного цикла описан в работе [88], где было исследовано циклоприсоединение электрон-дефицитных азидов с кетен-(5,5)-ацеталями 114 (Схема 23). Реакция р-толуолсульфонилазида с 114 приводила к нестабильным циклоаддуктам 115, которые затем перегруппировывались в соединения 116 с 24-89 % выходом. В случае этилазидоформиата после образования соответствующих циклоаддуктов 115 происходило отщепление азота с образованием аминокстеп-(5,5)-ацеталей 117 с 5-33 % выходом, предположительно через промежуточный азиридин.

Примеры синтетического использования 1,3-Диполярного циклоприсоединения азидов по двойной связи алкенов

Польские ученые [103] провели направленный синтез (+)-клавиципитшювой кислоты, который включает внутримолекулярное 1,3-диполярное циклоприсоединение (Схема 35). Обработка метилового эфира производного малоповой кислоты 162 гидридом натрия и TsN3 позволяет получить азид 163. При нагревании до 195 С в о-дихлорбензоле в течение 8 часов азид 163 превращается в имин 165 после образования промежуточного нестабильного триазолина. Затем в три стадии из имина 165 можно получить целевой продукт 166. (+)-Клавиципитиновая кислота является антибиотиком, близким по структуре к эргоалкалоидам. Авторы [104] разработали короткий путь энантиселектиктивиого синтеза индолизидинового алкалоида (-)-сваинзонина 172, включающий внутримолекулярное цикл о присоединение азида к алкену (Схема 36). Соединение 168 получали реакцией Виттига 2,3 -О- изо пропил иден-О-эритрозы 167 и последующим тозилированием. Обработка тозилата 168 гидридом натрия приводила к иминоэфиру 170 через образование нестабильного триазолина 169. Изомеризация иминоэфира 170 в енамин и последующая циклизация в кипящем толуоле привели к образованию лактама 171. Из лактама 171 реакцией гидроборирования и последующим окислением Н2О2 получили требуемый сваинзонин 172 с 55 % выходом. Таким образом, 1,3-дииолярное пиклоприсоединение азидов к алкенам находит широкое применение при синтезе гетероциклов, природных соединений и их синтетичеких аналогов. Однако, особенности 1,3-диполярного циклоприсоединения еще недостаточно изучены и представляют интерес для дальнейших исследований. Анализ литературных данных показывает, что одними из наиболее перспективных миметиков / -поворота с широким спектром биологической активности являются бицикличсские пиперазины и родственные им соединения.

Следует отметить, что эти химические структуры удовлетворяют основным критериям, которые требуются при конструировании потенциальных миметиков /ї-поворота в белках: - расчетные растояния между функциональными группами соответствуют таковым в треугольниках Гарлапда (Рис. 20) [34]. На основании сравнительного анализа литературных данных мы предложили структуру нового миметика / -поворота на основе бициклической структуры пиразино[1,2-«]пиразинов. Предложенная нами структура отличается от ранее известных тем, что имеет меньшее количество карбонильных функций, что способствует большей гибкости молекулы и несет алкильпый заместитель в положении 7, наличие которого необходимо для создания треугольника Гарланда (Рис.4). Большим преимуществом предложенной нами модели перед известными в литературе является наличие четырех точек дериватизации, т.е. данная модель может дать большое количество различных аналогов. Таким образом, нами был смоделирован пептидомиметик на основе пергидропиразин[1,2-п]ииразинов. Вместе с тем из анализа литературных данных следует возможность получения 2,5-дизамещенных пиперазинов путем внутримолекулярного 1,3-диполярного циклоприсоєдинения азидов по неактивированным двойным связям. Это дает возможность получения необходимых интермедиатов для построения предложенной бициклической структуры. В соответствии с поставленной целью, на первом этапе работы решалась задача разработки стереоселективного пути к производным пергидропиразиио[1,2-а]пиразинов 173, включающая выбор стратегии синтеза, подбор условий реакций и анализ полученных результатов. По литературным данным одним из возможных подходов к этой гетероциклической системе является путь через дикетопиперазины 176 [69]. Мы предложили альтернативный подход, исходя из амииоспиртов 179 (Схема 37). Следует отметить, что для получения целевой структуры синтез в обоих случаях возможен на основе дизамещенного бицикличєскога производного 175. В стратегии, основанной на дикстопиперазинах, предполагается получение пиперазинового предшественника 174 из аминокислоты 177 с функцией R и О-защищенного производного серина. В предложенном нами подходе аналогичное производное строится на основе /?-аминоспиртов 179. В литературе описано несколько подходов к получению бициклических пиперазинонов, основанных на использовании твердофазного синтеза [62]. Эти стратегии, как правило, включают иммобилизацию защищенного по аминогруппе пиперазина 181 на полимерную матрицу и затем постадийный пептидный синтез. В результате образуются производные гексагидропиразино[1,2-а]пиразин-1,4-диона 180 (Схема38). Расположение кетогрупп в таких структурах строго фиксировано, и, таким образом, в этих структурах имеется только три точки для дальнейшей дериватизации. Другим способом восстановления является использование никеля Ренея [106,107]. При этом также используются высокие температуры (до 200 С), что исключает применение метода для синтеза сложных функционализированных пиперазииов. Эти примеры скорее относятся к крупнотоннажным производствам, а к наиболее мягким методам, используемым в лабораторной практике, стоит отнести восстановление дикетопиперазинов алюмогидридом лития в эфире или тетрагидрофурапе [108]. Как правило, реакция требует длительного нагрева, что связано с плохой растворимостью исходных дикетопиперазинов.

Использование IJAIH4 сильно сокращает список допустимых защитных групп, ограничивая их в основном группами алкилыюго типа. Это, в свою очередь, приводит к низким выходам на стадии формирования дипептида из-за стерической затрудненности. Очевидно, что набор пиперазинов, которые можно получить данным методом, существенно зависит от доступности и стоимости соответствующих аминокислот 182, 183. Другим существенным недостатком этого подхода является опасность рацемизации хиральных центров дикетопиперазина 185 при его восстановлении, что снижает стереоселективность синтеза. Кроме того, из-за жестких условий восстановления, возникают серьезные ограничения на введение дополнительных функциональных групп в пиперазиновое кольцо. Стратегия синтеза производных общей формулы 173 через образование 2,5-замещенных пиперазинов была предложена нами после получения данных, что при алкилировании бромистым аллилом jVs-защищенного аминоазида 192 вместо ожидаемого продукта был получен 2,5-замещенпый пиперазин 194 (Схема 41). Структура и стереохимия пиперазина 194 была установлена методами Н ЯМР, а также Н- Н COSY. Из аминоазида 192, синтезированного из D-фенилаланинола, был получен единственный изомер пиперазина 194. Первоначально мы предполагали, что возможно также образование азиридина, который затем раскрывается избытком бромистого аллила, однако дальнейшие исследования этой реакции привели к выводу о том, что происходит непосредственная реакция аллилбромида с образующимся триазолином 193. В любом варианте предполагаемые превращения не затрагивают первоначально имеющийся хиральный центр, что делает реакцию потенциально пригодной для хирального синтеза дизамещеипых пиперазинов. Несмотря на то, что синтезировать другие 2,5-замещенные пиперазины таким путем не удалось, была исследована возможность внутримолекулярного [2+3]-циклоприсоединения азидов к неактивированной двойной связи. Примеров подобного превращения очень немного, а высокий синтетический потенциал такой реакции очевиден. Таким образом, для синтеза целевых пиперазинов 174 стояла задача реализовать вышеупомянутое превращение на соответствующих аллилазидах 178 (Схема 42). В качестве исходных соединений были выбраны доступные Р-аминоспирты 179, из которых планировалось получить 5-замещенные-2-азидометил пиперазины, являющиеся удобными интсрмедиатами для синтеза конечной бициклической системы. Предполагалось получить Л О-дизащищеииый аминоспирт и после аллилирования атома азота, снять О-защиту и трансформировать спирт в азид (Схема 43).

Химические свойства триазолинов

С целью определения синтетического потенциала триазолинов 212 были исследованы некоторые их химические превращения. Триазолины достаточно хорошо взаимодействуют с различными электрофилами и восстановителями. Некоторые из этих реакций представляют практический интерес, поскольку приводят к образованию насыщенных гетероциклических структур; другие могут быть полезны для изучения механизмов реакций, а также химических свойств триазолинов. 2.2.3.1. Взаимодействие с донорами протонов Триазолины 212 легко взаимодействуют с кислотами с образованием пиперазинов 216. Значительно медленнее (в течение суток) они реагируют со спиртами: можно было предположить, что первоначально происходит протонирование триазолина 212, которое сопровождается раскрытием цикла в соответствующее производное диазония 214 (Схема 52). Далее возможно либо присоединение аниона, либо образование азиридина или диазосоедипепия с последующими превращениями. В ходе экспериментальной проверки версия образования азиридина 213 не подтвердилась из-за отсутствия региоизомерных продуктов. Наиболее вероятно в этой реакции происходит образование промежуточного диазосоединения. Из литературы [126, 127] известны примеры синтетического использования подобного раскрытия триазолинов, однако в нашем случае из-за низких выходов и большого количества побочных продуктов требует дополнительного исследования, выходящего за рамки настоящей работы. Поскольку такие пиперазины 217 могут быть получены более простыми методами, дальнейших исследований в этом направлении нами не проводилось, первой термической стадии реакции, восстановление протекало через образование азиридина или имина. Сходное воостановление проводилось в работе [128] системой PdCb-NaBH,}, однако если судить по первой термической стадии реакции, восстаповление протекало через образование азиридина или имина. 2.2.3.3. Взаимодействие с алкил- и ацилгалоген идами При взаимодействии триазолинов 212 с алкилгалогепидами образуется преимущественно 2,5-замещенные пиперазины 218 (Схема 54). Механизм взаимодействия триазолинов 212 с алкилгалогепидами, по нашим предположениям, совпадает с механизмом, обсуждавшимся для доноров протонов (см. схему 52).

В качестве побочных продуктов были выделены ненасыщенные продукты 219, которые, вероятно, образуются из шшеразина 218 под действием оснований и их содержание не превышает 14 %. Оказалось, что скорость взаимодействия триазолинов 212 с алкилгалогенидами существенно зависит от реакционной способности последних. Так в случае реакдионноспособных бензилбромида и аллилбромида реакция проходит за 1 -2 сут., в то время как для менее реакционное пособных бутилбромида, бензилхлорида взаимодействия пе было. Результаты реакции с бепзилбромидом приведены в таблице б. При использовании высоко реакционноспособного метилиодида был выделен продукт кватернизации 220. По всей вероятности, соль 220 образуется вследствии использования избытка йодистого метила и отсутствия стерических затруднений. Триазолины 212 реагируют сходным образом с ацилгалогенидами, также образуя ниперазиновые галогениды 218. В отличие от алкилгалогенидов, реакции с ацилгалогенидами идут практически мгновенно и для полной конверсии достаточно 10-15 минут. Реакции протекают существенно чище, не сопровождаясь осмолением. Стоит тшоке отметить, что реакции триазолииов с бензилхлорформиатом протекают более гладко, чем для бензоилхлорида и с большими выходами (таблица 6). Также было показано, что выходы в реакциях триазолииов с ацилгалогенидами прямо пропорциональны объему заместителя R : чем объемней R1, тем выше выход в реакции этого триазолина с ацилгалогенидами. Таким образом, наименьший выход наблюдался для аланинового производного R = Me. Структура соединения 218г была подтверждена методами двумерного ЯМР. Полное отнесение сигналов протонов и углсродов проведено на основании данных двумерных спектров LH- H-COSY, H- C-HSQC и Н-ВС-НМВС. В спектре Н ЯМР присутствуют два сходных мультиплета, один более слабопольный при 3.94 м.д., второй -сильнопольный при 2.54 м.д. Подобные мультиплсты могут давать только СН-2 и СН-5. Очевидно, что в более слабопольной области спектра скорее будет находиться СН-5, поскольку рядом электроотрицательная группа Ns, в более сильнопольной, при 2.54 м.д - СН-2. Тогда в спектре COSY по кросс-пикам от протона СН-2 можно обнаружить пары сигналов от протонов СН2-8 и СНг-З.

Один из протонов СН2-8 должнен образовать кросс-пики с СН2-7 в спектре NOESY. В свою очередь, протоны СН2-7 легко найти в спектре !Н ЯМР, так как они должны давать два дублета , которые и обнаружены при 2.90 м.д. и при 4.16 м.д. В спектре NOESY действительно обнаруживаются кросс-ники от протона СН-7 с СН.2-8, Таким образом находим соответствующие сигналы при 3.76 м.д. и 3.54 м.д. от протонов СН2-8 и при 3.80 м.д. и при 3.56 м.д. от протонов СН2-3. Проверяем отнесения по спектру HSQC. При 32.85 м.д. находится сигнал от углерода СН2-8, при 45,27 м.д,- от СНг-3. В спектре COSY от протона СН-5 находятся кросс-пики с протонами СН2-6 при 2.15 и 2.69 м.д. соответственно. По кросс-нику от протона СНг-6 при 2.15 м.д. можно обнаружить пару СНг-9 при 2.87 м.д. и 3.10 м.д. соответственно. Таким образом, структура соединения 218г была установлена методом двумерного ЯМР. 2.3 Синтез производных перги дрошіразин[1,2-я] шгразинов Взаимодействие триазолинов 212 с бромуксусным эфиром необходимо рассмотреть более подробно, поскольку именно эта реакция бьша использована нами в дальнейшем синтезе пиразино[1,2-а]пиразинов (Схема 55). Для проведения реакции необходимо достаточное разбавление, поскольку в концентрированных растворах она сопровождается образованием побочных продуктов. Повышение выхода наблюдалось также при добавлении карбоната кальция, который не участвуя непосредственно в реакции, по-видимому подавляет ряд побочных процессов. Тем не менее, поднять выход больше, чем 60% не удалось. Надо отметить, что в случае R = Et растворимость исходного триазолина в ацетонитриле, в котором проводится реакция, очень низкая, поэтому требуется предварительное медленное растворение триазолина при 40 С с последующим добавлением бромуксусного эфира. Можно предположить, что низкий выход при взаимодействии триазолинов с бромуксусным эфиром объясняется тем, что скорость побочных процессов превышает скорость растворения исходного триазолина, а также и скорость взаимодействия с бромуксусным эфиром (таблица 7). В этой реакции наблюдалась зависимость скорости реакции от заместителя R!H более объемные заместители, например R = /Рг, ускоряют ее. Структура полученных продуктов 221 была подтверждена методами хромато-масс-спектрометрии (LCMS) и данными Н ЯМР, причем для получения удовлетворительного разрешения спектров необходимо использовать CDCh в качестве растворителя. При съемке спектров в -ДМСО наблюдалось сильное уширение всех сигналов, связанное по-видимому с тем, что в полярных растворителях алкилгалогенид 221 находится в равновесии с бицикличсской азиридшшевой формой 222 (Схема 55). Замена галогена на азид под действием азида натрия в ДМФА при комнатной температуре в течение 2 суток, приводила к пиперазину 223 [129]. Реакция сопровождалась перегруппировкой с образованием побочного продукта 224, содержание которого не превышало 15% и поэтому он мог быть легко отделен хроматографически. Мы предполагаем, что расширение цикла происходит в результате образования и последующего раскрытия промежуточного азиридина 222 (путь Ь) (Схема 56).

Синтез производных пергидропиразии[1,2-а]диразинов

Для спектральных исследований использо пались аналитически и хроматографически чистые образцы. Спектры ЯМР Н регистрировались на приборе Varian XL-400 (400 МГц) в CDCb, ДМСО-і/б (шкала 5, внутренний стандарт ТМС, в случае использования D2O, внутренний стандарт - DSS). Для соединений 194, 212а, 212д, 218г, 231а, 2316, 231в снимали двумерные спектры ЯМР ( Н-ЕН COSY, lH-13C НМВС, H3C HSQC) на том же приборе с рабочей частотой 100 МГц для ядер С в CDCb при 30 С. Для всех соединении, описанных в диссертации были записаны спектры LCMS. Спектры LCMS получены на приборе 1100 LCMSD VL series, Agilent Technologies (USA), оборудованным градиентным насосом и диодно-матричным детектором. Дополнительный детектор ELSD PL-ELS-1000, Polymer Laboratories (Великобритания). Контроль за ходом реакций и индивидуальностью полученных соединений осуществляли методом ТСХ на пластинках Merck Silica gel 60 F 254 (сорбент: силикагель) в системах растворителей: а) гексан - хлористый метилен, 1:1; б) гексан- этилацетат, 2:1; в) хлористый метилен. С той же целью использовали пластинки Merck Aluminium oxide 60 F254 neutral (сорбент: нейтральная окись алюминия) в системе растворителей гексан -этилацетат, 2:3 (г). Разделение и очистку веществ проводили на колонке с силикагелем Silica gel 60, элюируя в градиенте гексан - хлористый метилен - хлороформ, а также для веществ 212а-д — на колонке с окисью алюмипия Aluminium oxide 90 active basic (сорбент: основная окись алюминия), элюируя смесью этилацетат-гексан 1:1. Элементные анализы выполнены на автоматических анализаторах CARLO-ERBA 1106 и 1500. Кристаллографические данные для соединений 212а, 212д и 2316 получены на автоматическом дифрактометре "Enraf-Nonius, Cad-4" (IMoKa, графитовый монохроматор, to-сканирование) и обработаны программой SHELX97. (21?,5Л)-1-Аллил-5-беіпші-2-бромометил-4-(2-иитробензолсульфонил)-пиперазин (194). К раствору азида 192 (1.0 г, 2.8 ммоль) в ДМФА добавляют 60% суспензию NaH в минеральном масле (0.1 г, 2.8 ммоль) и аллилбромид (0.4 г, 2.8 ммоль). Реакционную смесь перемешивают при комнатной температуре в течение 8 часов. Затем добавляют 10 мл воды и экстрагируют этилацетатом (20 мл х 3), промывают водой (20 мл х 3).

Органический слой сушат над Na2S04, упаривают. Остаток хроматографируют на колонке с силикагелем в системе гексан:хлороформ (2:1). Получают белое кристаллическое вещество. Выход: 0.4 г (30%). т. пл. 122-124С. R/0.60 (б). Спектр Н ЯМР 5, м.д. CDC13 : 2.37 (Ш, дд,/ = 12.2 Гц, ./=3.4 Гц), 2.47-2.99 (Ш, м), 2.78 (1Н, дд, J= 12.2 Гц, J= 1.3 Гц), 2.88-2.99 (2Н, м), 3.23 (III, дд,./= 12.8 Гц,/=9.3 Гц), 3.38 (Ш, дд,/ = 14.0 Гц,/=4.9 Гц), 3.43-3.50 (2Н, м), 3.59 (1Н,дд,/= 11.4Гц,/=4.9Гц), 3.76(1Н,дд,/- 13.7 Гц,/=3.4 Гц), 4.06-4.13 (1Н, м), 5.12-5.21 (2Н,м), 5.76-5.89 (Ш,м), 7.12-7.23 (5Н, м), 7.57-7.69 (ЗН, м), 7.89 (Ш, д, /= 7.8 Гц). Найдено, % : С 50.65; Н 4.85; Вг 16.18; N 8.43, S 6.48. CiiIbBrNsO S. Вычислено, % С 51.02; Н 4.89; Вг 16.16; N 8.50, S 6.49. Общая методика получения 2-нитробсшолсульфонамидов 195а-с на примере 195а. 20 г исходного аминоспирта 179а (0.33 моль) растворяют в 200 мл этилацетата, добавляют 100 мл насыщенного раствора ИаНСОз. Затем растворяют 72 г (33 ммоль) 2-нитрофенилсульфонил хлорида и прикалывают в течение часа. Затем промывают органический слой несколько раз насыщенным раствором NaHCCb, сушат над ЫагЭСч и упаривают. Остаток кристаллизуют из эфира. Фильтруют, промывают эфиром. Лг-(2-гидроксиэтил)-2-нитробензолсульфонамид (195а) Белые кристаллы. Выход: 65.6 г (95 %). т. пл. 72-74 С. R/ 0.50 (б). Спектр !Н ЯМР б, м.д. ДМСО- 4 : 2.96 (2Н, кв, /= 6.1 Гц), 3.41 (2Н, т, /= 6.1 Гц), 4.74 (Ш, с), 7.82-7.89 (2Н, м), 7.93-8.05 (ЗН, м). ІУ-(2-гіщрокси-1-метилзтил)-2-нигробеіізолсульфоііамид (1956) Белые кристаллы. Выход: 65.0 г (94 %), т. пл. 75-78 С. R/ 0.56 (б). Спектр Н ЯМР 6, м.д. ДМСО- /6 : 0.98 (ЗН, д, /= 6.6 Гц), 3.16-3.25 (1Н, м), 3.25-3.37 (2Н, м), 4.73 (1Н, t, /= 5.4 Гц), 7.81-7.87 (ЗН, м), 7.91-7.96 (Ш, м), 8.04-8.09 (1Н, м). Лг-(2-(гіщроксиметил)-пропил)-2-нитробешолсульфонамид (195в) Белые кристаллы. Выход: 60 г (97.5 %). т. пл. 95-97 С. R/ 0.56 (б). Спектр И ЯМР 5, м.д. ДМСО- /6 : 0.69 (ЗН, т, /= 7.4 Гц), 1.30-1.50 (2Н, м), 3.22-3.38 (ЗН, м), 7.81-7.88 (211, м), 7.92-7.97 (1Н, м), 8Л7(1Н,д,/=7.4Гц). Лг-(1-(гидроксимстил)-2-метилпроішл)-2-нитробензолсульфонамид (195г) Белые кристаллы. Выход: 52.6 г. (94 %). т. пл. 87-89 С. R/ 0.60 (б). Спектр 1Н ЯМР 5, м.д. ДМСО-4 : 0.77 (ЗН, д,/= 6.7 Гц), 0.79 (ЗН, д, /= 6.8 Гц), 1.84 (1Н, октет, / = 6.7 Гц), 3.05-3.14 (1Н, м), 3.31 (1И, t,/= 6.1 Гц), 4.57 (1Н, т, /= 5.3 Гц), 7.71 (1Н, д,/= 8.5 Гц), 7.79-7.86 (2Н, м), 7.88-7.93 (1Н, м), 8.04-8.10 (1Н, м). ЛЧ1-бешил-2-гидроксизтил)-2-іштробетолсульфонамид (195д) Белые кристаллы. Выход: 37.8 г (85 %). Р/ 0.55 (б), т. пл. 65-68С. Спектр 1Н ЯМР 6, м.д. ДМСО-4 : 3.48- 3.63 (2Н, т), 4.39 (1Н, кв, J= 6.6 Гц), 4.91 (1Ы, t, ./= 5.4 Гц), 7.09 (5Н, т), 7.57-7.73 (211, м), 7.79-7.86 (2Н, м). ЛЦ2-гидрокси-1-фенил-этил)-2-нитробецзол сул ьфонамид (195е) Белые кристаллы. Выход 41.8 г (89 %). т. пл. 118-120С. R/ 0.50 (б). Спектр Н ЯМР 6, м.д. CDC13 : 3.46-3.63 (2Н, м), 4.39 (1Н, дд, J= 14.2 Гц, J= 6.6 Гц), 4.91 (Ш, т, 7= 5.4 Гц), 7.09-7.27 (5Н, м), 7.57- 7.64 (1Н, м), 7.66-7.73 (1Н, м), 7.80-7.86 (2Н, м), 8.41 (1Н, д, J= 8.6 Гц). Лг-[1-метил-2-(тстрагіідро-2Й-пираи-2-илокси)зтил]-2-нитробензолсульфонамид (1966). В хлористом метилене растворяют 1956 (1.0 г, 4 ммоль), добавляют (0.35 г, 4 ммоль) дишдропирана, перемешивают в течение часа, затем упаривают. Выделяют хроматографически на колонке с силикагелем в системе гексан:этилацетат 3:2. Белые кристаллы. Выход 1.2 г (90 %). т. пл. 90-92С. Kf 0.60 (б). Спектр Н ЯМР 5, м.д. ДМСО-d6: 1.05 (ЗН, д, J= 6.6 Гц), 1.23-1.57 (6Н, м), 3.19-3.28 (Ш, м), 3.25-3.37 (2Н, м), 3.85-4.04 (2Н, и), 4.68 (1Н, дд, ./ = 11.0 Гц, 5.4 Гц), 5.02 (Ш, Д, J= 9.9 Гц), 7.83-7.90 (ЗН, м), 7.89-7.94 (III, м), 8.04-8.09 (Ш,м). Лг-Аллил- -[1-метил-2-(тетрагидропиран-2-илокси)этил]-2нитробензолсульфонамид (1976). 1.0 г (3 ммоль) соединения 1966 растворяют в ДМФА и добавляют (0.25 г, 6 ммоль) гидрида натрия (60 % суспензия в минеральном масле). Выдерживают реакционную смесь в течение 30 мин. и затем прикапывают (0.35 г, 3 ммоль) аллилбромида.

Реакцию перемешивают в течение 12 час., затем экстрагируют этилацетатом (5 мл х 3), промывают 20% раствором NaHCC\j (10 мл х 3). Органический слой сушат над Na2S04, упаривают и хроматографируют на колонке с силикагелем в системе гексашхлористый метилен 1:1. Выделяют соединение 1976 в виде масла. Выход 0.83 г (75 %). R/" 0.75 (б). Спектр 1Н ЯМР 5, м.д. ДМСО-с/б : 0.98 (ЗН, д, J= 6.6 Гц), 1.21-1.64 (6Н, дц,У= 6.7 Гц, J= 4.3 Гц), 3.30-3.44 (2Н, м), 3.57 (1Н, дд, J= 11.0 Гц, J= 6.0 Гц), 3.60-3.71 (1Н, м), 3.85-4.04 (2Н, м), 4.07-4.17 (1Н, м), 4.48 (Ш, м), 5.09 (1Н, д, J= 9.9 Гц), 5.26 (1Н, дд, J= 17.4 Гц, J = 9.9 Гц), 5.73-5.88 (1Н, м), 7.76-7.84 (1Н, м), 7.88 (211, м), 8.07-8.04 (1Н, м). Лг-Аллил-Лг-(2-гидроксиэтил)-2-нитробетолсульфонамид (198а) Растворяют 0.5 г соединения 197а (2 ммоль) в 2 мл смеси уксусная кислота:ТГФ:вода 4:2:1 и нагревают при 45С в течение 4 час, затем упаривают, экстрагируют этилацетатом (5 мл х 3), промывают 20 % раствором NaHCCb, упаривают этилацетат. Остаток хроматографируют на колонке с силикагелем в хлористом метилене. Получают соединение 198а в виде масла. Выход 0.36 г (92 %). R/ 0.50 (б). Спектр Н ЯМР 5, м.д. ДМСО-с/6 : 3.29 (2Н, м, перекрыт Н20), 3.49 (2Н, т, J = 6.3 Гц), 3.96 (2Н,д, J -6.3 Гц), 4.81 (Ш, с), 5.16 (1Н, дд, J= 10.5 Гц, J = 1.6 Гц), 5.22 (1Н, дд, 7- 17.1 Гц, /= 1.6 Гц), 5.61-5.73 (1Н, м), 7.79-7.90 (211, м), 7.92-7.96 (1Н, м), 8.04-8.07 (1Н,м). 2-[Аллил-(2-нитробснзолсульфонил)амшю]-этиловый эфир мета нсуль фоновой кислоты (199а). 1.0 г (3 ммоль) аминоспирта 198а растворяют в 15 мл хлористого метилена, охлаждают раствор до 0С, затем добавляют 0.4 г (4 ммоль) триэтиламина и в течение часа прикапьшают 0.5 г (4 ммоль) метансульфонил хлорид. После окончания прикапывания реакционную смесь промывают 20% раствором NaHCCb (10 мл х 3), сушат над Na2SC»4 и упаривают. Кристаллизуют из этилацетата в виде светло-желтых кристаллов. Выход 0.36 г (92 %). т. ил. 75-77С, R/ 0.50 (б). Спектр Н ЯМР 5, м.д. ДМССЫ :3.14 (ЗН, с), 3.60 (2Н, т, J = 5.4 Гц), 3.99 (2Н, дд, J = 6.3 Гц, J = 1.3 Гц), 4.28 (2Н, т, J = 5.4 Гц), 5.18 (1Н, дд, .7=10.5 Гц, ./= 1.6 Гц), 5.22 (1Н,дд,/ = 17.1 Гц, J= 1.6 Гц), 5.59-5.71 (Ш, м), 7.79-7.90 (2Н, м), 7.92-7.96 (1Н, м), 8.04-8.07 (1Н, м). 2-треш-Бутоксикарбонилашшопропиловый эфир метансульфоновой кислоты (2046) 10.0 г (57 ммоль) Вос-аминоспирта 179 растворяют в 150 мл хлористого метилена, охлаждают раствор до 0С, затем добавляют 6.3 г (63 ммоль) триэтиламина и в течение часа прикапывают 6.5 г метансульфонил хлорид (57 ммоль). После окончания прикапывания реакционную смесь промывают 20% раствором NaHC03 (50 мл х 3), сушат над NaiSCu и упаривают. Кристаллизуют из этилацетата в виде белых кристаллов. Выход 11.5 г (80%). т. пл. 78-80С, R/" 0.50 (в).Спектр Н ЯМР 5, м.д. CDC13: 1.25 (ЗН, д, J-6.8 Гц), 1.47 (9Н, с), 2.87 (ЗН, с), 3.83-3.95 (1Н, м), 4.10-4.20 (2Н, м), 5.53 (1Н, д, J= 8.0 Гц). трет-Бутплоъьт эфир (2-азидо-1-мстилэтил)-карбаминовой кислоты (2056) 10 г (39 моль) соединения 2046 растворяют в 50 мл ДМФА, затем добавляют 2.5 г (39 ммоль) азида натрия. Реакцию перемешивают в течение 10 часов. Реакционную смесь промывают 20% раствором NaHCCb (50 мл х 3), экстрагируют эфиром, сушат над Na2SC 4 и упаривают. Кристаллизуют из этилацетата в виде кремовых кристаллов. Выход 9.0 г (80 %). т. пл. 100-102С. R/ 0.40 (в).Спектр Н ЯМР 5, м.д. ДМСО- &: 1.20 (ЗН, д, J= 6.8 Гц), 1.45 (9Н, с), 3.84-3.89 (1Н, м), 3.64-3.76 (2Н, м), 7.53 (Ш, д, J= 8.0 Гц).

Похожие диссертации на Синтез производных пиразино[1,2-a]пиразинов - потенциальных миметиков b-поворота в белках

Синтез 3,4,5-тризамещённых 1,2,4-триазолов из триазолилтиоловИванова Наталья Викторовна

Модифицированные производные нуклеиновых кислот, содержащие 1,2-диольные, альдегидные и гидразидные группировки. Синтез и свойстваХомякова, Елена Алексеевна

Новые области применения 2-метил-глико-12,1-dl-2-оксазолинов в синтетической химии аминосахаров. Разработка новых подходов к синтезу мурамоилпептидовПертель, Сергей Степанович

Выключение синтеза белка в бактериальной клетке с помощью олигоглутамилирования рибосомного белка S6Нестерчук Михаил Васильевич

Синтез фрагментов белка VP1 вируса ящура штамма А22, обеспечивающих защиту животных от заболевания ящуромЯров, Алексей Владимирович

Синтез иммуноактивных фрагментов белков внешней мембраны менингококка - потенциальных компонентов искусственной противоменингококковой вакциныКороев Дмитрий Отарович

Синтез иммуноактивных фрагментов белков внешней мембраны менингококка-потенциальных компонентов искусственной противоменингококковой вакциныКороев Дмитрий Отарович

Синтез иммуноактивных фрагментов белка Asp f 2 из грибка Aspergillus fumigatus и конструирование вирусоподобных частиц для специфической иммунотерапии аллергииАлексеева Людмила Геннадьевна

Синтез иммуноактивных фрагментов белков внешней мембраны менингококка-потенциальных компонентов искусственной противоменингококковой вакцины Короев Дмитрий Отарович

Синтез пептидов-фрагментов белков вирусов гепатитов В и дельта и исследование их иммунохимических свойствПрокуронова, Елена Игоревна