Содержание к диссертации
Введение
1. Введение 4
2. Литературный обзор
2.1. Разнообразие вторичных метаболитов красных водорослей рода Laurencia и водорослеядных моллюсков рода Aplysia 8
2.2. Сесквитерпеноиды 10
2.3. Дитерпеноиды 20
2.4. Тритерпеиоиды 30
2.5. Ci5 Ацетогенины 34
3. Обсуждение результатов
3.1. Изучение природных галогенированных вторичных метаболитов водорослей 43
3.1.1. Выделение и структурная идентификация галогенированных соединений из красной водоросли Laurencia nipponica сбора 1998 года 45
3.1.2. Галогенированные соединения из красной водоросли Laurencia nipponica 2001 года сбора 61
3.1.3. Галогенированные дитерпеноиды из красной водоросли Laurencia nipponica 2002 года сбора 64
3.1.4. Выделение и идентификация вторичных метаболитов красной водоросли Laurencia nipponica 2003 года сбора 70
3.2 Изучение некоторых химических превращений дактилона - природного соединения из морского зайца Aplysia dactylomela 74
4. Экспериментальная часть
4.1. Приборы и материалы 80
4.2. Биологический материал 81
4.3. Экстракция и выделение соединений ю. nipponica 1998 года сбора 81
4.4. Экстракция и выделение соединений изХ. nipponica 2001 года сбора 83
4.5. Экстракция и выделение дитерпеиоидов из L. nipponica 2002 года сбора 86
4.6. Экстракция и выделение соединений изі. nipponica 2003 года сбора 86
4.7. Стандартные методики 91
4.7.1. Гидрирование ниппоналлеиа (153) 91
4.7.2. Гидрирование неониппоналлена (154) 92
4.7.3. Дезацетилирование продуктов реакции гидрирования ниппоналлена (153) 92
4.7.4. Дебромирование дактилона (181) 93
4.7.5. Гидрирование дактилона (181) 94
4.7.6. Дегидробромирование дактилона (181) и его изомера (186) 96
Выводы 98
- Сесквитерпеноиды
- Тритерпеиоиды
- Изучение некоторых химических превращений дактилона - природного соединения из морского зайца Aplysia dactylomela
- Стандартные методики
Введение к работе
Актуальность проблемы. Интерес к химическому изучению морских макро-и микрофитов вполне понятен, поскольку именно они определяют своим развитием продуктивность морей и океанов и содержат много разнообразных вторичных метаболитов. Значительная часть органического вещества на нашей планете создается за счет водорослей, причем, если сами они обеспечивают питательным материалом животных, то выделяемые ими в воду органические соединения -основная пища бактерий. Таким образом, водоросли - главное звено в пищевой цепи для большинства морских организмов. Химическое изучение водорослей, особенно красных, привело к открытию многих уникальных соединений. Красные водоросли рода Laurencia, а также питающиеся ими морские моллюски рода Aplysia находятся в ряду наиболее известных продуцентов разнообразных по структуре и свойствам низкомолекулярных природных соединений, в особенности галогенированных вторичных метаболитов. Спектр биологической активности, проявляемой этими соединениями, очень широк и включает в себя бактерицидное, лротивообрастательиое, инсектицидное, противоопухолевое и противомалярийное действие. Известно, что содержание вторичных метаболитов в морских животных и растениях может варьировать как качественно, так и количественно в зависимости не только от вида морского организма, но и от места его сбора. До недавнего времени не было сведений о вторичных метаболитах красных водорослей, произрастающих в российских водах и, в частности, в дальневосточных морях. Поэтому изучение химического состава водорослей этого рода, произрастающих на Дальнем Востоке России можно считать актуальным.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являлось выделение и установление строения вторичных метаболитов дальневосточной красной водоросли Laurencia nipponica (класс Florideophyceae, порядок Ceramiales, семейство Rhodomelaceae). Для достижения этой цели были решены следующие задачи: 1) с помощью хроматографических методов выполнено сравнение химического состава низкомолекуляриых природных соединений красных и бурых водорослей, произрастающих на Дальнем Востоке России, и в качестве перспективного объекта для дальнейшего исследования выбрана красная водоросль L. nipponica; 2) в разные годы собраны и исследованы образцы водоросли этого
вида; 3) выделена серия индивидуальных природных соединений; 4) проанализированы спектральные данные выделенных веществ и их производных, установлены структуры ряда новых соединений, включая абсолютную стереохимию для некоторых из них; 5) изучены химические превращения ненасыщенного галогенированного природного соединения водорослевого происхождения, найденного в морском моллюске Aplysia dactylomela.
Научная новизна и практическая ценность работы. Из красной водоросли L, nipponica было выделено 2 новых С15 ацетогенина и 2 новых дитерпеноида паргуеранового типа, установлены их структуры. Для каждого из С]5 ацетогенинов установлены абсолютные конфигурации 5 асимметрических центров и одной асимметрической оси. Определены относительные конфигурации 7 асимметрических центров для паргуераиов. Изучены ЯМР и масс-спектры этих природных соединений, исследованы химические свойства. Химическими модификациями получено 7 новых соединений из сесквитерпеноида моллюска А. dactylomela. Установлено их строение, включая абсолютную стереохимию. Практическое значение данного исследования состоит в развитии методов выделения и установления строения новых природных низкомолекулярных вторичных метаболитов из морских организмов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, посвященного вторичным метаболитам красных водорослей рода Laurencia и моллюсков рода Aplysia, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка литературы, включающего 129 цитируемых работ. Работа изложена на 109 страницах, содержит 7 таблиц, 8 схем и 14 рисунков.
Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю академику Стонику В. А., а также чл.-корр. РАН Васьковскому В. Е. Автор благодарит д.х.н. Калиновского А. И. и к.х.н, Дмитренка А. С. за помощь в интерпретации спектральных данных, Дмитренка П. С. и Моисеенко О. П. - за получение масс-спектров, д.б.н. Титлянову Т, Ф., к.б.н. Скрипцову А. В. и к.б.н. Левенец И. Р. - за определение видовой принадлежности исследованных водорослей, а также благодарит сотрудников лаборатории органического синтеза ТИБОХ ДВО РАН за консультации и помощь в работе.
б Публикация результатов исследования. Основные результаты данной работы опубликованы в научных журналах «Известия Академии Наук, серия химическая», «Phytocheraistry» и «Tetrahedron Letters». Материалы работы были представлены на десятом международном симпозиуме по Морским природным соединениям в 2001 году на Окинаве (Япония); на международном симпозиуме по Химии и биологии морских организмов в 2004 году на Крите (Греция); на 2-ом Международном Симпозиуме "Химия и химическое образование", Владивосток, 2000; на 3-ем Международном симпозиуме «Химия и Химическое Образование», Владивосток, 2003. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах,
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, посвященного вторичным метаболитам красных водорослей рода Laurencia и питающихся последними моллюсков, обсуждения результатов, экспериментальной части, выводов и списка литературы, включающего 129 цитируемых работ. Работа изложена на 108 страницах, содержит 7 таблиц, 8 схем и 14 рисунков.
Используемые сокращения:
Хроматограф ия: ВЭЖХ - высоко эффективная жидкостная хроматография; ТСХ - тонкослойная хроматография на пластинках с закрепленным слоем; ГЖХ - газо-жидкостная хроматография;
Полихром - сорбент "Полихром-Г, используемый для гидрофобной хроматографии (тефлоновый порошок); Масс-сп ектроскоп ия: HREIMS - High Resolution Electron Impact Mass-Spectrometry - масс-спектрометрия с ионизацией электронным ударом высокого разрешения; EIMS - Electron Impact Mass-Spectrometry - масс-спектрометрия с ионизацией электронным ударом
Спектроскопия ядерного магнитного резонанса: ЯМР - ядерный магнитный резонанс; КССВ - константа спин-спинового взаимодействия; ЯЭО - ядерный эффект Оверхаузера;
с - синглет; д - дублет; т - триплет; к - квартет; дд - дублет дублетов; м -
мультиплет; уш - уширенный.
COSY - Correlated Spectroscopy - корреляционная спектроскопия;
DEPT - Distortionless Enchancement by Polarization Transfer - неискаженное
і* усиление переносом поляризации;
НМВС - Heteronuclear Multiple Bond Connectivity - гетероядерная многополосная
корреляция; HMQC - Heteronuclear Multiple Quantum Connectivity - гетероядерная
многоквантовая корреляция;
NOE - Nuclear Overhauser Enhancement -ядерный эффект Оверхаузера (ЯЭО)
і NOESY - Nuclear Overhauser Enhancement and Exchange Spectroscopy; -
спектроскопия ядерного эффекта Оверхаузера (ЯЭО) и обмена. Химические реагенты: AIBN - азоизобисбутиронитрил; DMAP - диметиламинопиридин; DMF - диметилформамид;
МТРА - метокситрифторметилфенилуксусная кислота; МРА - метоксифенилуксусная кислота.
*
2. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
Сесквитерпеноиды
Сесквитерпеноиды - одна из крупнейших групп вторичных метаболитов, предоставляющая почти неограниченные возможности для химических исследований. К 2006 году известно около 10000 сесквитерпеноидов, относящихся более чем к тремстам структурным типам. В последнее время ежегодно выделяют около 400 новых природных сесквитерпеноидов. Источниками сесквитерпеноидов являются самые разнообразные биологические объекты, такие как высшие растения, насекомые, мозг животных, простейшие, грибы, мхи, папоротники, хвощи, а из морских организмов - губки, кораллы, моллюски, водоросли [12]. Сесквитерпеноидами называются соединения, содержащие пятнадцать атомов углерода и имеющие триизопреновую или частично перегруппированную триизопреновую структуру. В основе биогенеза сесквитерпеноидов лежит конденсация геранилпирофосфата (3) с изопентилпирофосфатом (4) по схеме Сю + Cj. Фарнезилпирофосфат (5) и образующийся из него в результате аллильной перегруппировки неролидилпирофосфат (6) дают при различных дальнейших биосинтетических превращениях огромное число сесквитерпеноидов [13]. В отличие от большинства наземных биологических объектов красные водоросли рода Laurencia являются уникальным источником полигалогенированных сесквитерпеиоидов [8]. Это связано с особенностями биосинтеза в морских организмах, где циклизации нередко происходят под действием иона бромония, образующегося из бромид иона при участии галопероксидаз [14], При действии галопероксидаз на ациклические субстраты, такие как фарнезилпирофосфат (5) или неролидилпирофосфат (6), в результате атаки одной из двойных связей возможно образование промежуточных циклических карбокатионов. Например, образующийся при такой циклизации карбокатион 9 является одним из исходных продуктов в биосинтезе целой серии морских сесквитерпеиоидов [15]. Для сесквитерпеиоидов красных водорослей характерно большое разнообразие структурных типов. Их известно более двух десятков, и многие скелетные системы, такие как гуимарановая, циклоперфорановая и поитановая, характерны только для водорослей рода Laurencia [16]. Среди сесквитерпеиоидов красных водорослей наиболее часто встречаются моноциклические и бициклические соединения. Моноциклические сесквитерпеноиды принадлежат обычно к одному из трех структурных типов: имеющие гермакрановый скелет (10), производные м оно цикл офарнезана (11) и производные бизаболана (12).
Бициклические сесквитерпеиоиды образуются путем циклизации моноциклических предшественников моноциклофарнезанового, бизаболанового и реже - гермакранового типов. Так, циклизация бизаболенового карбониевого иона приводит к образованию карбокатиона хамигранового ряда (24) - родоначальника огромного числа производных а- и (3-хамигренов (25, 26), часто встречающихся в красных водорослях рода Laurencia и моллюсках рода Aplysia. К настоящему времени уже выделено несколько десятков различных хамиграновых сесквитерпеноидов из красных водорослей рода Laurencia и моллюсков рода Aplysia [2]. Особенностью хамиграновых производных в водорослях и питающихся ими моллюсках является их высокая степень галогенирования, причем наиболее часто встречающимся галогеном является бром. К полигалогенированным хамигренам относятся, например, выделенный из L. cartilaginea и обладающий цитотоксической активностью аллоизообтусол (27) [23] и новое цитотоксическое соединение 28 из морского зайца A. dactylomela [24]. но В процессе биосинтеза природных соединений часто происходят перегруппировки с 1,2-сдвигами метальных групп в карбокатионах. Сами карбокатионы могут образоваться несколькими путями: за счет отщепления пирофосфатной группы, за счет взаимодействия иона бромония и двойной связи моноциклического предшественника или за счет отщепления бромид- или хлорид-иона от промежуточного галогенированного соединения. Кроме того, заряд в промежуточных карбокатионах может перемещаться от одного атома углерода к другому, а последующее отщепление протона может происходить из разных положений. Все это приводит к многообразию скелетных структур бициклических и трициклических сесквитерпеноидов [15]. Некоторые скелетные системы сесквитерпеноидов красных водорослей рода Laurencia представлены на рис. 1. Следует отметить также, что соединения со скелетными системами гуимарапа, калензанана, перфорана и др. были обнаружены при изучении именно водорослей рода Laurencia и до этого момента известны не были [16]. Типичным природным соединением этого структурного ряда является непредельный кетон перфоренои (49), впервые выделенный в 70-х годах из экстракта L. perforata, собранной у побережья Канарских островов [32]. Еще несколько представителей этого класса в последнее время были выделены из экстракта водоросли L. obtusa, произрастающей в Эгейском море, например соединения 50 [33] и 51 [29]. Помимо циклолаурановых производных из красных водорослей рода Laurencia выделены и другие сесквитерпеноиды, содержащие три углеродных цикла. Так, своеобразные хамиграновые производные родолауреол (52) и родолаурадиол (53) были получены из водоросли Laurencia sp., а их структуры были установлены методом рентгеноструктурного анализа [34].
Как в красных водорослях рода Laurencia., так и в моллюсках рода Aplysia имеются трициклические метаболиты, которые, по-видимому, образуются из перфорановых диенов в результате циклизации под действием иона бромония. К ним относятся перфоратон (55), выделенный из L. perforate, [32] и перфоратол (56), выделенный из морского зайца A. punctata [3 6]. Нельзя не отметить, что сотрудниками Лаборатории химии морских природных соединений ТИБОХ ДВО РАН при изучении экстракта морского зайца A. dactylomela был выделен аплидакгон (59), сесквитерпеноидный кетон с уникальной полициклической структурой, состоящей из трех шестичленных и двух четырехчленных циклов [37]. Его строение и абсолютная конфигурация установлены при помощи рентгеноструктурного анализа и ЯМР-спектроскопии. До выделения агашдактона трудно было предположить, что подобные соединения могут быть достаточно устойчивы и существовать в природе. В заключение главы следует отметить, что по разнообразию сесквитерпеиоидов красные водоросли рода Laurencia, по-видимому, превосходят любой другой биологический источник. Причем за самое последнее время в Laurencia spp. были открыты новые представители этого класса соединений. Например, в 2001 году из красной водоросли L. microcladia был выделен калензанол (60) - первый представитель группы сесквитерпеиоидов с новым типом скелета, названным калензаноловым [16]. Позднее из водорослей этого же вида были выделены еще несколько представителей этого типа соединений, например, 61 [38]. Разнообразие сесквитерпеиоидов, выделенных из красных водорослей Laurencia spp., создает хорошие перспективы для дальнейшего поиска среди них соединений с высокой физиологической активностью. Неизвестными к настоящему времени остаются биологические функции этих соединений. Можно предположить, что многие из них защищают своих продуцентов от выедания водорослеядными организмами, например, морскими ежами и рыбами, Большинство морских дитерпеноидов образуется при различных циклизациях геранилгераниол пирофосфата, которые инициируются атакой иона бромония, или реже протона. Причем принадлежат они более чем к 20 различным структурным типам, Некоторые из дитерпеновых скелетных систем представлены на рис. 2. Соединения этого класса встречаются как в водорослях рода Laurencia, так и в моллюсках рода Aplysia. Заметим также, что и в красных водорослях, и в моллюсках были найдены, как и в случае сесквитерпеноидов, галогенированные, главным образом бронированные, дитерпеноиды. Эти природные соединения, как правило, обладают разнообразной физиологической активностью. Так, Такеда и коллеги в 1990 году показали, что спиртовый экстракт из L. obtusa, собранной в районе о. Хоккайдо, обладал значительной цитотоксической активностью in vitro по отношению к опухолевым клеткам Р388 и HeLa. Было установлено, что его активной компонентой являются ацетилированные бромированиые дитерпеноиды паргуеранового и изопаргуеранового рядов [40]. Курата и Танигучи сообщили, что соединения этого класса могут использоваться с целью химической защиты от морских водорослеядных животных [4]. Дитерпеноид, недавно выделенный из L. intricata, показал значительное ингибирование фактора HIF-1. индуцирующегося в раковых клетках в условиях гипоксии [41]. Последние исследования показали, что спектр биологических активностей таких соединений включает в себя также нейротрофическое действие [42].
Тритерпеиоиды
Таким образом, хотя днтерпеиоиды красных водорослей рода Laurencia и моллюсков рода Aplysia менее многочисленны, чем группа сесквитерпеноидов, тем не менее, по своему химическому разнообразию они мало уступают сесквитерпеноидиым соединением, найденным в этих биологических объектах. 2.4. Тритерпеноиды Тритерпеиоиды - это природные соединения, построенные из шести изопреновых единиц. Они биосинтезируготся из своего ациклического предшественника сквалеиа (100), который в свою очередь образуется из фарнезилпирофосфата (5), причем биосинтез идет в анаэробных условиях в присутствии восстановленной формы НАДФ. В процессе биосинтеза две молекулы фарнезилпирофосфата конденсируются «хвост к хвосту», образуя новую углеродную связь между С-1 атомами каждого субстрата. Считается, что в качестве промежуточного соединения здесь выступает циклопропановое производное 99 [15]. Свободные тритерпеноиды красных водорослей изучены слабо и представлены в основном типичными стеринами водорослей [62, 63], и различными полиэфирными производными сквалена (100). Последние, с точки зрения структуры, характеризуются присутствием в молекуле транс-сочлененных эфирных циклических систем различного размера. Находки этих веществ в красных водорослях рода Laurencia немногочисленны, причем исследование этой группы природных соединений начиналось с изучения мощного цитотоксина тирсиферола (101), выделенного из метанольного экстракта L. thyrsifera. Тирсиферол имеет необычное химическое строение и существенно отличается от всех ранее известных тритерпеноидов. По строению он несколько напоминает полиэфирные антибиотики, однако, при испытании на ряде бактерий и патогенных грибов не показал ингибирующего действия [64]. Лишь спустя семнадцать лет после открытия тирсиферола были найдены новые родственные ему полиэфирные тритерпеноиды, например, эншуол (102) из L. omaezakiana [65]. Еще несколько подобных соединений были выделены из нового вида красных водорослей L. viridis, собранной на о. Тенериф (Канарские острова). Последний вид оказался потенциально богатым источником данного типа метаболитов. Из наиболее характерных структур можно привести дегидротирсиферол (103), дегидровенустатриол (104), изодегидротирсиферол (105) итирсенол В (106).
Все они показали значительную цитотоксическуго активность в отношении опухолевых клеток Р-388 (LC5o=0,01 мкг/мл) [66]. После биоиспытаний индивидуальных соединений этой структурной серии на наличие цитотоксической активности in vitro было установлено, что одно из четырех изученных соединений не активно в концентрации меньшей, чем 10 мкг/мл, а остальные три - в концентрации меньшей, чем 1 мкг/мл. Хотя тритерпеиоиды являются относительно малочисленной группой среди вторичных метаболитов красных водорослей рода Laurencia, проявление некоторыми из этих соединений сильной цитотоксической активности, а также их структурное сходство с полиэфирными антибиотиками делают перспективным их дальнейший поиск и изучение [68]. 2.5. Ci5 Ацетогенины Среди природных соединений, выделенных из красных водорослей Laurencia spp., имеется большая серия вторичных метаболитов, которые имеют нетерпеноидное происхождение. К ним относятся часто встречающиеся в экстрактах различных видов водорослей рода Laurencia и морских моллюсков рода Aplysia циішические С]5 ацетогенины. которые обычно имеют сопряженные ениновый или бромалленовый фрагменты. Эти С15 метаболиты уникальны в том отношении, что, являясь сравнительно небольшие молекулами, они образуют огромный класс природных веществ, поражающий разнообразием. Эти соединения предположительно биосинтезируются [69] из (6RJR)- или (65,75)-лауредиола (ИЗ) [70], которые в свою очередь образуются из гипотетической гексадека-4,7,10,13-тетраеновой кислоты (111) через ЪЕ или ЪХ лауреценин (112) [71]. Лауредиол и соответствующие ему диацетаты ранее были выделены как смесь (6RJR и 65,75) изомеров из водоросли L. nipponica [70]. Предполагается, что в морских организмах при действии бромпероксидазы ион бромония Вг взаимодействует с 9(10) или 12(13) двойными связями лауредиола. Последующее взаимодействие бромониевого иона с гидроксильной группой при С-6 или С-7 приводит к образованию циклических эфиров с различными размерами кислородсодержащих циклов. В случае, когда имеют место несколько последовательных атак иона бромония, возможно образование соединений с самыми разнообразными скелетными структурами и различной стереохимией. Впервые представители этой группы соединений были выделены в 60-х годах прошлого века из некоторых красных водорослей рода Laurencia. Одним из первых в этой быстро увеличивающейся группе морских природных циклических эфиров был открыт лауренции (114), выделенный из красной водоросли L. nipponica. Его структура была установлена на основе химических превращений и анализа спектральных данных полученных производных [72], а позднее методом рентгеноструктурного анализа [73].
Это соединение неоднократно было получено с помощью органического синтеза, что окончательно доказало его структуру и стереохимию [74, 75]. Немногим позднее из водоросли этого же вида, но собранной в районе теплого течения у берегов о. Хоккайдо, в виде цис- и тран с-изом еров по двойной связи в положении 3(4) были выделены лауретины 2,115 [76] и изолауретины 116,117 [77, 78]. Еще одно соединение этой группы, названное лаурефуцииом (118), впервые было найдено в 1972 году в одном из сборов водоросли L. nipponica [79], но приписанная ему формула была позднее пересмотрена, и его структура была окончательно установлена только после применения метода рентгеноструктурного анализа [80], Хлорсодержащие метаболиты в красных водорослях рода Laurencia и морских моллюсках рода Aplysia встречаются реже, чем бромированные. Так, хлорофуцин (119) - соединение, близкое по спектральным данным к лаурефуцину (118), но содержащее атом хлора в положении С-10, а также отличающееся своей стереохимией, было найдено в экстракт! L. sniderae [81]. Недавно был выделен 3(4)- ноизомер хлорофуцина (120), найденный в малазийской водоросли L. pannosa [82]. Другой хлорсодержащий ацетогенин, названный поитеолом (121), был обнаружен в водоросли L. poitei, собранной у берегов Флориды. Его структура также была установлена при помощи рентгеноструктурного анализа [81], В последующие годы была открыта большая серия родственных енш-юв с самыми разнообразными циклическими системами. Наиболее часто среди них встречаются соединения, в структуре которых присутствует восьмичленный кислородсодержащий цикл. Первым представителем соединений с пятичленным кислородсодержащим циклом (тетрагидрофураиовые производные) был лауреэпоксид (122) [83], выделений из L. пірропіса в 1980 году. Позднее были найдены и другие подобные соединения, например кумаузины (123,124) [84]. В качестве примера соединений с шестичленным кислор од со держащим циклом (тетрагидрогшрановые производные) можно привести сканлоненин (125) [85], который необычен тем, что является первым представителем галогенированных С15 ацетогенинов с кетогруппой в положении С-7 при отсутствии функциональных групп в положении С-6. Другое тетрагидропирановое производное дактилин (126) из морского зайца A. dactylomela содержит два атома брома и один атом хлора [86]. Он также был найден и в красной водоросли L. lageniformis [87].
Изучение некоторых химических превращений дактилона - природного соединения из морского зайца Aplysia dactylomela
Исследования терпеноидов и других морских природных соединений обычно ограничиваются их выделением, установлением строения, изучением биологической активности и, в ряде случаев, синтезом. В тоже время химические свойства большинства таких веществ остаются совершенно неизученными, хотя fc они интересны с теоретической и практической точек зрения. Кроме того, направления химических трансформаций природных соединений часто совпадают с биосинтетическими превращениями, а, следовательно, сведения о химических свойствах этих веществ могут способствовать пониманию биогенеза родственных им соединений. Наконец, изучение химических свойств природных соединений облегчает разработку их синтезов и иногда приводит к получению новых биоактивных веществ. + В качестве исходного соединения использовали хамиграновый сесквитерпеноид дактилон (181) из моллюска A. dactylomela, структура и абсолютная конфигурация которого были определены ранее методом рентгеноструктурного анализа [123]. Всего семь новых производных, а именно (35,65)-3,11,11-триметил-7- метилиденспиро[5,5]ундекан-4-он (182), (65)-3,11,11-триметил-7- метилиденспиро[5,5]ундец-2-ен4-ои (183), (35,65,75,10Л)-10-бром-3,7,11,11- тетраметилспиро[5,5]ундекан-4-он (184), (35,65,7Й)-3,7,11,11- тетраметилширо[5,5]ундекан-4-он (185), (65,1 ОД)-10-бром-3,7,11,11- тетраметилспиро[5,5]ундека-2,7-диен-4-он (186), а также 2-метил-5-(6 -метилгепта-Г,5 -диен-2 -ил)-фенол (187) и 2-метил-5-(6,-метилгепта-2,,5 -диен-2 -ил)-фенол (188), были получены из известного дактилона 181. Их строение установлено спектральными методами, а абсолютные конфигурации - с помощью спектров КД с учетом конфигурации исходного дактилона (181). Восстановительное дебромирование дактилона (181) проводили двумя методами: действием Zn в АсОН, а также обработкой AIBN и n-Bu3SnH в растворе бензола. В первом случае получили новые хамиграновые сесквитерпеноиды 182 и 183, а во втором - только 183. Структуры 182 и 183 устанавливали сравнением ЯМР- и КД - спектров со спектрами исходного дактилона (181). Данные масс-спектров соответствовали предлагаемым структурным формулам. Конформация кольца В в соединении 182, установлена как кресло с экваториальной метильной группой СН3 (J5C,ie= 3,3 Гц; Ла,за 1А Гц) (полное отнесение сигналов в спектре этого соединения было сделано по COSY 45 и HMQC-спектрам в CeDg).
Первая из констант спин-спинового взаимодействия соответствует W-константе, а вторая - характерна для взаимодействия аксиальных протонов, находящихся в а-положениях к карбонильной группе [123]. В спектре КД соединения 182 наблюдался отрицательный эффект Коттона [9]283= -29,3 х 10 . Для других конформаций цикла В либо не наблюдалась бы одна из вышеупомянутых констант, либо имелся бы положительный эффект Коттона в КД-спектре, Терпеноид 183 отличается от исходного 181 только отсутствием атома брома при С-10. Исходя из вышеизложенного, а также из того, что конфигурация спиро-атома С-6 не изменилась в ходе реакции, и, применив правило октантов, мы на основании КД-спектров установили 3S,6S и 6S абсолютные конфигурации асимметрических центров для терпеноидов 182 и 183, соответственно (рис. 12). Их структуры также устанавливали сравнением ЯМР, масс- и КД-спектров со спектрами исходного терпеноида 181. Коиформация кольца В в соединении 184 определена как кресло, так как константа спин-спинового взаимодействия J3e,ie 2 Гц, а метильная группа СНз-12 экваториальна (кросс-пики в COSY-45 спектре между На-3 и Нн-5, ./=1,2 Гц). В то же время СН3-13 аксиальна - присутствует сигнал ЯЭО этой группы при облучении Не-5. Конфигурации СН3-12 и СНз-13 в 5 были установлены как экваториальные, исходя из значений констант спин-спинового взаимодействия: Jia l2,2 Гц; /2Є)з=5,2 Гц; Jgai7=10,7 Гц; J&,7=4,6 Гц. В КД спектре 184 наблюдался отрицательный эффект Коттона [в]2к5= -41Л х 10 , а в спектре 185 - положительный [в]гв5= +50,5 х 10 . Учитывая положительный эффект Коттоиа, для соединения 185 могут быть предложены две формы кислородсодержащего цикла- кресло и ванна. Из экспериментов COSY 45 следует, что протон при С-3 и один из протонов при С-5 в соединении 185 занимают транс-диаксиальное положение: Jj lfi Гц, а диэкваториальная константа между протонами при С-5 и С-1 отсутствует. При облучении протонов экваториальной СНз-14 наблюдается ЯЭО протона при С-3 и не наблюдается ЯЭО на СНз-12. Только форма ваниы для кислородсодержащего цикла в терпеноиде 185 соответствует данным этих экспериментов. Вероятно, переход кольца В в форму ванны обусловлен уменьшением в этом случае пространственного взаимодействия между СНз-13 и карбонильной группой. Применив правило октантов, мы на основании данных КД-спектров установили 3S,6S,7S,\0R и 3S,6S,7R абсолютные конфигурации асимметрических центров для терпеноидов 184 и 185, соответственно (рис. 13). Таким образом, при каталитическом гидрировании дактилона (181) восстанавливаются как сопряженная, так и несопряженная двойные связи и происходит дегалогенирование. Обработка дактилона (181) трифторуксусной кислотой в метаноле в течение семи дней при комнатной температуре приводила к миграции экзометиленовой двойной связи в э идо циклическое положение. Единственный продукт реакции (6S,\0R)- 10-бром-3,7,11,11-тетраметилспиро[5,5]ундека-2,7-диен-4 он (186) был получен с выходом 82%. Аналогичная миграция ранее сообщалась для цитотоксичного сесквитерпеноида Д(9,15)-африканена, выделенного из мягких кораллов [124]. Структура сесквитерпеноида 186 была установлена на основании Предполагается, что морские хамиграновые сесквитерпеноиды биосинтезируются в результате циклизации бизаболановых предшественников [15].
Нами установлено, что обратное превращение галогенированных хамигранов в сесквитерпеноиды бизаболанового типа легко и с почти количественным выходом присходит в результате реакции хамигранов со щелочью. Так, дактилон (181) и его а-изомер 186 после обработки КОН в метаноле в течение 24 часов при комнатной температуре претерпевают перегруппировку с размыканием бром-содержащего цикла и образованием производных бизаболанового типа 187 и 188 соответственно. Возможно, аналогичные трансформации хамиграновых предшественников имеют место также и в живых организмах. В масс-спектре сесквитерпеноида 187 наблюдался пик молекулярного иона m/z 216, что соответствовало молекулярной формуле С15Н2оО, УФ - спектр показал присутствие максимумов поглощения при Л 246 и 285 нм, характерных для стирольного хромофора. Эти данные, а также данные !Н и ,3С ЯМР спектров, включая результаты экспериментов ЯЭО и спин-декаплинга, с очевидностью привели к структуре 187 (рис. 14). В н ЯМР спектре 188 в отличие от спектра терленоида 187 наблюдались дополнительные сигналы протона эндоциклическои двойной связи и протонов метильной группы при двойной связи. Спектр показал наличие в 188 только аллильной метиленовой группы. Масс- и УФ- спектры также соответствовали предложенной структурной формуле 188. Сесквитерпеноиды с углеродным скелетом, аналогичным таковому у соединений 187 и 188, были выделены ранее из ряда горгонарий и губок [125, 126]. Таким образом, были изучены превращения природного сесквитерпеноида (181), получено семь новых веществ, изучены их КД- и ЯМР-спектры, определены абсолютные конфигурации, что облегчит установление строения и абсолютной конфигурации новых морских природных терпеноидов, в том числе тех, с которыми мы планируем проводить дальнейшую работы при изучении метаболитов водорослей. Н и 3С ЯМР спектры были запсаны на спектрометре Bruker WM-300 (300 и 75,5 МГц) или Bruker DPX-500 (500 и 125,8 МГц). Химические сдвиги в ЯМР-спектрах приведены в 6-шкале в милионных долях (м.д.) относительно тетрам етил сил ана (ТМС) как внутреннего стандарта (8-шс=0), константы спин-спинового взаимодействия приведены в герцах (Гц).
Стандартные методики
Неониппоналлен (154) (3,5 мг), растворенный в этаноле (200 мкл). гидрировали в атмосфере 1 над катализатором Адамса в течение 24 часов при комнатной температуре и непрерывном перемешивании на магнитной мешалке [94]. Полнота прохождения реакции оценивалась при помощи метода ТСХ в системе гексан - EtOAc (20:1). Катализатор отфильтровали, раствор упаривали, остаток хроматографировали на колонке с силикагелем (1,5 х 6 см) в системе гексан-ЕЮАс (20:1). Получили 1,4 мг соединения 166а и 0,8 мг соединения 167а. Соединение 166а. Н ЯМР (CDC13, 8, м.д., //Гц): 0,91 (ЗН, т, /=7,0); 1,06 (Ш, т, /=7,0); 2,06 (Ш, с); 2,02 (Ш, с); 3,53 (Ш, м); 3,87 (Ш, м); 4,91 (Ш, м); 5,03 (Ш, м). Соединение 167а. ]Н ЯМР (CDC13, 5, м.д., //Гц):0,88 (ЗН, т, /=7,0), 1,14 (ЗН, т, /=7,0), 2,08 (ЗН, с), 3,55(1Н, м), 3,62(Ш, м), 3,85 (Ш, м) и 4,91 (Ш, м) 13С ЯМР (CDC13, 5, м.д.): 12,4; 14,1; 21,5; 22,7; 25,1; 25,2; 25,4; 27,2; 29,8; 30,7; 31,8; 32,4; 33,8; 62,6; 81,61; 83,2. Сигнал, соответствующий карбонильной группе, отсутствовал из-за недостаточного числа накоплений и малого количества выделенного соединения. 4.7.3. Дезацетилирование продуктов реакции гидрирования ниппоналлена (153) К 1,4 мг соединения 166а, растворенного в 100 мкл абсолютного МеОН, добавляли 6 мкл раствора MeONa (концентрация). Продукт реакции очищали хроматографией на силикагеле (1,5 х 6 см) в системе гексан-ЕЮАс (20:1). Получили 1 мг 1666 Соединение 1666 НЯМР (CDC13, 5, м.д., //Гц): 0,93 (ЗН, т, /=7,0); 1,07(ЗН, т, /=7,0); 3,41 (Щ, м); 3,80 (2Н, м); 3,92 (Ш, м); 3,92 (Ш, м); 3,97 (1Н, м). 13С ЯМР (CDCb, 5, м.д.): 12,9; 14,2; 19,1; 25,1; 25,3; 26,2; 31,9; 33,7; 38,4; 39,8; 63,5; 68,7; 73,0; 84,6; 85,2. Аналогичная процедура была проведена с соединением 167а, в результате чего было получено ОД мг 1676 Соединение 1676 !Н ЯМР (CDC13 5, м.д., J/Гц); 0,89 (ЗН, т, /=7,0); 1,07(ЗН, т, 7=7,0); 3,28 (Ш, м); 3,44 (Ш, м); 3,78 (Ш, м); 3,96 (Ш, м). (Д)-МРА эфир соединения 167а (167в) был получен реакцией соединения 167а (0,1 мг) с соответствующим хлорангидридом кислоты (10 мкл) в СН2С12 при добавлении Et3N (100 мкл) и DMAP [108]. Получение хлораигидрида (7?)-МРА. К раствору (Л)-МРА (83 мг) с DMF (4 мкл) в гексане добавили 430 мкл оксалил хлорида, смесь выдерживали 48 часов при комнатной температуре. Смесь упаривли досуха при пониженном давлении. Получили 18 мг хлораигидрида (Л)-МРА [128, 129].
Получение эфира борной кислоты (168). 1 мг соединения 1666 растворили в 1 мл бензола, добавили избыток трифенилбороксола, смесь выдержали в течение 12 часов при комнатной температуре, результат реакции оценивали методом ТСХ. Для очистки конечного продукта смесь пропустили через слой силикагеля в пипетке Пастера (3 см), элюировали системой гексан - ЕЮАс (10:1), получили 0,3 мг соединения 168 (таблица 5). 4.7.4. Дебромирование дактилона (181) (6Д0ІГ)-10-Бром-ЗД1Д1-триметил-7-метилиденспиро[5,5]ундец-2-ен-4-он (дактилон) (181). [ct]D20= -145,0 (с 0,1; МеОН); т.пл.134 - 135С, Н ЯМР (CDC13, 5, м.д., У/Гц): 0,99 (ЗН, с, Н3С-14); 1,19 (ЗН, с, Н3С-15); 1,73 (ЗН, д, Н3С-12, 7=1,8); 2,11 (1Н, м, Н С-9)]; 2,17 (Ш, м, НС-8); 2,26 (Ш, м, НС-9); 2,37 (1Н, м, Н С-8); 2,57 (IH, д, НС-5, /=16,5); 2,65 (2Н, м, Н2С-1); 2,74 (Ш, уш. д, Н С-5, 7=16,5); 4,52 (Ш, дд, НС-10, 7=4,5; 7=12,5); 4,61 (Ш, с,НС-13); 4,98 (Ш, уш. д, Н С-13,7=1,5); 6,50 (Ш, м, НС-2). 13С ЯМР (CDC13, 5, м.д.): 15,3 (С-12); 17,7 (C-I5); 25,1 (С-14); 30,0 (С-8); 33,7 (СП); 35,5 (С-9); 43,2 (С-11); 44,2 (С-5); 51,4 (С-6); 63,0 (С-10); 114,0 (С-13); 135,5 (С-3); 140,7 (С-2); 146,1 (С-7); 198,8 (С-4). 1) Терпеноид 181 (108 мг; 0,36 ммоля) обрабатывали активированным Zn (545 мг; 8,38 ммоля) в смеси 6,5 мл МеОН и 4,0 мл АсОН при 100С в течение 2 часов. Избыток АсОН нейтрализовали NaHC03. Осадок экстрагировали СНС13. Продукты реакции - 182 и 183 - разделяли методом ВЭЖХ на колонке ULTRASPHERE Si в системе петролейный эфир-ЕЮАс (25:1). Получили 14,0 мг (17,7%) 2 и 17,2 мг (23,4%) 3. 2) Терпеноид 181 (30 мг, 0,1 ммоля) кипятили в бензоле в присутствии п-Bu3SnH (60 мг, 0,21 ммоля) и AIBN (2мг, 0,01 ммоля). Очистку полученного терпеноида 3 (18 мг, 82%) проводили методом ВЭЖХ, как описано выше. (3,6)-3,11Д1-Триметил-7-метилиденспиро[5,51ундекан-4-он (182). [а] 20 -13 (с ОД; ЕЮН), т.пл, 93-95 С (из МеОН). Н ЯМР (CDCl3, 5, м.д., JITix): 0,83 (ЗН, с, Н3С-15); 0,97 (ЗН, с, Н3С-14); 1,00 (ЗН, д, Н3С-3, ./=7.0); 2,30 (Ш, дд, НС-1, /=16.0, /=1.0); 2,59 (Ш, дд, Н С-1, /=16,0; /=3,50; 4,58 (ГН, с,НС-13); 4,94 (Ш, с, Н С-13). ,3С ЯМР (CDC13, 5, м.д): 14,6 (С-12); 23,2 (С-15); 23,6 (С-9); 25,0 (С-14); 28,1 (С-1); 29,7 (С-2); 32,8 (С-8); 36,8 (С-10); 37,7 (С-11); 44,9 (С-3); 45,7 (С-5); 51,4 (С-6); 113,6 (С-13); 150,7 (С-7); 214,1 (С-4). HREIMS, m/z: 220,1834. Вычислено для С15Н240, 220,1827 [М]. EIMS (70 эВ), m/z (1от (%)): 220 [М]+ (100), 200 (19), 177 (12), 164 (18), 151 (52), 138 (15), 123 (24), 109 (37), 95 (29), 82 (51), 69 (56), 55 (32), 41(54). Спектр КД (ЕЮН): [9]288= - 29,3 х 104, [6]205= + 29,3 х 104. (65)-3,11,11-Триметил-7-метилиденспиро[5,5]ундец-2-ен-4-он (183). [a]D20= -38,0 (с 0,1, ЕЮН), т.пл, 47-48С (из МеОН). ]Я ЯМР (CDCI3) 5, м.д., //Гц): 0,92 (6Н, с, Н3С-14,15); 1,72 (ЗН, кв: Н3С-3, J=a,5); 2,51 (1Н, д, НС-5, /=16,0); 2,56 (2Н, м, Н2С-1); 2,76 (Ш, д, Н С-5, /=16,0); 4,45 (Ш, д, НС-13,/=0,8; 4,90 (1Н, с, Н С-13); 6,59 (Ш, м, НС-2). ,3С ЯМР (CDC13, 6, м.д): 15,4 (С-12); 23,5 (С-10); 24,2 (С-14); 24,5 (С-15); 30,4 (С-1); 32,3 (С-9); 36,4 (С-8); 37,7 (С-11); 43,4 (С-5); 50,2 (С-6); 112,6 (С-13); 134,8 (С-3); 143,0 (С-2); 148,3 (С-7); 200,2 (С-4). HREIMS, m/z: 218,1686. Вычислено для С,5Н220, 218,1672 [Щ EIMS (70 эВ), m/z (/0TIl (%)): 218 [М] (48), 203 [М - СН3]+ (16), 190 (25), 176 (25), 175 (28), 162 (50), 148 (60), 134 (65), 121 (60), 109 (85), 91 (48), 82 (45), 69 (83), 55(53),41(100). Спектр КД (ЕЮН): [6]218= - 23,5 к 106, [Є]249= + 15,3 х 106. К терпеноиду 181 (113 мг, 0,38 ммоля), растворенному в 2 мл ЕЮН, добавили катализатор Адамса (0,5 мг), затем перемешивали в атмосфере 1 в течение 15 часов при комнатной температуре.
Катализатор отфильтровали, растворитель выпарили, продукты гидрирования 4 и 5 разделили методом ВЭЖХ в системе петролейный эфир - ЕЮАс (25:1). Получили 14,7 мг (17,5%) 184 и 14,5 мг (17,2%) 185. (З б ТіУДО -Ю-Бром-З ДІДІ-тетраметилспиро Іундекан -он (184). [а]020=-4,00(сОД;ЕЮН). НЯМР (CDC13, 6, м.д., //Гц): 1,01 (ЗН, д, Н3С-12, ,/=6,7); 1,12 (ЗН, с, Н3С-14); 1,13 (ЗН, с, НзС-15, ./=6,7); 1,15 (ЗН, д, Н3С-13); 4,48 (1Н, дд, НС-10, J=4,5: ./=13,0). ІЗС ЯМР (CDC13, 5, м.д.): 14,5 (С-12); 16,9 (С-13); 20,3 (С-15); 26,5 (С-14); 29,0 (С-1); 29,2 (С-8); 30,3 (С-9); 31,1 (С-7); 31,2 (С-2); 43,0 (С-11); 44,2 (С-3); 46,7 (С-5); 48,5 (С-6); 66,4 (С-10); 210,6 (С-4). HREIMS, т/г. 221.1911. Вычислено для иона С15Н250, 221,1905 [М-Вг]+. EMS (70 эВ), тії (/0ТГІ (%)): 302/300 [M]+(l), 259 (1), 221 (74), 203 (40), 192 (1), 175 (2), 163 (9), 149 (16), 135 (13), 125 (16), 109(37), 95 (32), 81 (ЗО), 69 (100), 55 (36),41(34). Спектр КД (ЕЮН): Щг%ь= - 41.1 х 102 (35,65,7Д)-3,7,11Д1-Тетраметилспиро[5,5]ундекаН"4-он (185). [a]D20 +80 (с 0,1; ЕЮН), Н ЯМР (CDC13, 5, м.д., .//Гц): 0,76 (ЗН, с, Н3С-14); 0,91 (ЗН, с, Н3С-15); 0,96 (ЗН, д, НзС-12, ./=7,0); 1,09 (ЗН, д, Н3(МЗ, ./=7,0); 2,23 (Ш, д, НС-5, J=15,7); 2,35 (1Н,дд,Н С-5, ,/=15,7; ./=1,0). 13С ЯМР (CDC13, 5, м.д.); 16,6 (С-12); 17,1 (С-13); 21,7 (С-9); 22,5 (С-15); 26,6 (С-14); 30,4 (С-1); 30,5 (С-8); 30,7 (С-2); 36,7 (С-10); 38,3 (С-11); 38,5 (С-7); 40,2 (С-5); 43,7 (С-6); 43,9 (С-3); 218,4 (С-4). HREIMS, т/г. 222.1998. Вычислено для С15Н2бО, 222,1983 [М]. EIMS (70 эВ), m/z (Iom (%)): 222 [М]+ (48), 207 (4), 189 (2), 179 (4), 165 (7), 151 (78), 138 (63), 123 (11), 111(100), 95 (26), 81 (30), 69 (33), 55 (41). Спектр КД (этанол): [Є]285= + 50.5 х 102 (6S,10R)-10-Бром-3,7,11Д1-тетраметилспиро[5,5]ундека-2,7-диен-4-он (186). 100 мг (0,34 ммоля) терпеноида 181 растворили в 2 мл МеОН, добавили 50 мг (0,44 ммоля) CFjCOOH и оставили на 7 суток при комнатной температуре. Затем реакционную смесь разбавили в 3 раза водой и трижды экстрагировали равными объемами Et20. Экстракты объединили, нейтрализовали 5% раствором NaHC03, сушили сульфатом натрия, упарили досуха. Продукт 186 очищали методом ВЭЖХ в системе петролейный эфир-ЕЮАс (25:1). Выход составил 90 мг (80%). Масло, [a]D20= -105,0 (с ОД; ЕЮН). Н ЯМР (CDC13, 5, м.д, //Гц): 1,00 (ЗН, с, Н3С-14); 1,15 (ЗН, с, Н3С-15); 1,63 (ЗН, кв, H3C-I3, /=1,6); 1,78 (ЗН, кв, Н3С-12, У=1,8); 2,33 (1Н, дкв, Н С-1, /=19,8, /=1,9); 2,58 (2Н, м, Н2С-9); 2,62 (2Н, с, Н2С-5); 2,77 (Ш, дм, НС-К /=19,7); 4,51 (Ш, дд, НС-10, /=6,9, ./=10,4); 5,18 (1Н, м, НС-8); 6,64 (1Н, м, НС-2). С ЯМР (CDC13, 5, м.д.): 15,6 (С-12); 17,2 (С-14); 22,6 (С-13); 26,3 (С-15); 34,0 (С-1); 36,0 (С-9); 42,0 (С-11); 42,5 (С-5); 48,3 (С-6); 60,6 (С-10); 121,4 (С-8); 134,6 (С-3); 140,5 (С-7); 143,9 (С-2); 199,6 (С-4). HREIMS, т/г. 298.0741. Вычислено для C15H2108iBr, 298,0756 [Щ. EIMS (70 эВ), m/z (Іош (%)): 298/296 [М]+(38), 283/281 (3), 256/254 (5), 217 (58), 175/173(61),109(100),105(100).
