Введение к работе
з .
Актуальность проблемы. Аминокислоты и их производные - важный класс природных соединений, находящих широкое применение в медицине, фармакологии, пищевой промышленности, животноводстве и птицеводстве и в других областях науки и техники.
В последние время внимание исследователей все больше привлекают небелковые сс-аминокислоты необычного строения, которые достаточно широко распространены в природе; в настоящее время известны более 700 небелковых а-аминокислот.
Как необратимые ингибиторы ферментов с повышенной специфичностью и продолжительностью действия многие небелковые а-аминокислоты в настоящее время нашли применение в медицине и фармакологии. Известно, что введение в пептидную цепочку лекарственных препаратов вместо белковых а-аминокислот их соответствующих небелковых аналогов приводит к сильному пролонгированию действия препаратов. К числу таких аминокислот относятся и а- и р-замещенные а-аминокислоты (R)- и (S)-абсолютной конфигурации. Помимо этого, небелковые а-аминокислоты успешно применяются в микробиологии для селекции высокоактивных штаммов продуцентов белковых -чинокислот в качестве их аналогов, например 5-(2-аминоэтил)-Ь-цистеин -аналог L-яизина, (З-имидазолил-Ь-аланин - аналог L-гистидина, О-метил-Ь-треонин -аналог лейцина и так далее.
Следует отметить, что небелковые а-аминокислоты физиологически активны только в оптически активных (R)- и (Биформах, и именно в таких формах они должны быть синтезированы.
В природе важную роль играют дегидроаминокислоты, как промежуточные частицы многих ферментационных реакции. В частности, через промежуточное образование оснований Шиффа пиридоксаля и дегидроаминокислот в природе идет синтез треонина, триптофана, тирозина, цистеина и его производных и других аминокислот. Несомненно, использование принципов пиридоксалевого катализа при создании простых систем синтеза аминокислот, интересное направление современной биомнметйческой химии. Наибольших успехов здесь удалось добиться при использовании комплексов шиффовых оснований аминокислот с металлами-, реакционная способность которых открывает путь для асимметрического синтеза а-аминокислот. Можно было ожидать, что синтез и исследование хиральных комплексов шиффовых оснований дегидроаминокислот откроет новые возможности для асимметрического синтеза а-аминокислот. Особенно актуален этот подход для асимметрического синтеза р-замещенных оптически активных а-
аминокислот, получение которых традиционными методами синтеза аминокислот (микробиологический синтез, энзиматическая трансформация, обычный химический синтез с последующим ферментационным гидролизом рацематов) либо не возможно, либо возможно, но не эффективно. Асимметрическое нуклеофильное присоединение к активированной двойной С=С связи дегидроаминокислот (дегидроалажша и дегидроаминомаслянон кислоты) в металлических комплексах основаниіі Шиффи с хирачьными регенерируемыми реагентами позволит разработать универсальные метолы асимметрического биомиметического синтеза оптически активных небелковых <<-аминокислот самого разного строения.
Следует отметить, что до настоящего исследования комплексы металлов шиффовых оснований дегидроаминокислот не были получены. Отсутствуют также универсальные методы асимметрического синтеза р-замещенных а-аминокислот присоединением нук-леофилов к двойной связи дегидроаминокислот, обеспечивающих высокую стерео-селективность синтеза и получение широкою круга р-замешенных а-аминокислот.
Все отмеченные выше обстоятельства делают актуальным получение и исследование этих комплексов и разработка методов асимметрического биомиметического синтеза небелковых а- и р-замещенных а-аминокислот с помощью этих комплексов.
Цель и задачи исследовании, Получить комплексы шиффовых основаниіі р-гидрокси а-аминокисют с ионами переходных металлов и изучить кинетику разрыв; связей Са-С. и Са-Н аминокислотного фрагмента и стереозлектронный контролі
относительных разрыва этих связен в зависимости от стерических факторов. Получиті комплексы шиффовых оснований дегидроаминокислот (дешдроаланина и депцро аминомасляной кислоты) с ионами переходных, металлов и выяснить механизм і стереохимию их образования. Исследовать реакционную способность коматексої шиффовых основаниіі дегидроаминокислот в реакциях электрофильного і иуклеофильноі'О присоединения, и иа основании полученных результатов разработан общий метод асимметрического биомиметического синтеза р-замешенных и-амшю кислот, включая р-(Ы-аминозамещенных)-а-аланинов, s-замещснных цистеинов. |ї-замещенных зреоншюв, винилглншша и других. (S)- и (Ю-абсолютной конфигурации і помощью хмральных реагентов на основе (S)- и (Ю-нролшюв. Разработать техноло І1ІЧССКИ приемлемые методы получения основного сырья ((R)- и (S)-npa'iKHOB. хнраль ных peaseinua и г д.), оіпнми шровать отдельные стадии и создать опытную miioimv
установку асимметрического синтеза а- и р-замещенных оптически активных а-аминокислот.
Научная новизна. Впервые получены комплексы шиффовых оснований дегидро-амннокислот (дегидроаланина и дегидроаминомасляной кислоты) с ионами переходных металлов и изучено их поведение в реакциях электрофильного и нуклеофильного присоединения. Изучены механизм и стереохимия образования комплексов основания Шиффа дегидроаминокислот из комплексов р-окси-а-аминокислот и стереоэлектрон-ный контроль связанных с ним реакции разрыва связей Сц-С„ и Са-Н, имеющие непосредственное отношение к отдельным аспектам действия пиридоксалевых ферментов р-элиминирования.
Разработан универсальный метод асимметрического биомиметического синтеза (S)-и (!{)-р-замещенных-а-аминокислот самого разного строения на основе реакции присоединения нуклеофилов к металлическим комплексам шиффовых оснований дегидроаминокислот с хиральными регенерируемыми индуцирующими реагентами. Разработан также общий метод асимметрического синтеза (Я)-а-замещенных-а-амино-кислот путем С-алкилирования аминокислот в их металлических комплексах оснований Шиффа с хиральны.м реагентом на основе (К)-пролкна.
Научное и практическое значение работы. На основании проведенною исследования выявлен круг реакции асимметрического синтеза, который может быть осуществлен с участием простых комплексов дегидроаминокислот с ионами переходных металлов и регенерируемыми хиральными реагентами. Разработан универсальный метод синтеза энантиомерно чистых а- и Р-замещенных-ос-аминокислот (R)- и ^-абсолютной конфигурации, обеспечивающий высокую оптическую чистоту и количественные химические выхода продуктов. В результате настоящего исследования синтезированы 5олее 33 важных и дорогих небелковых а-аминокислот, часть которых включена и эбщий каталог популярной зарубежной фирмы " ACROS " ( США ).
Некоторые из полученных небелковых а-аминокислот ((S)-P-(N,N4uhmct!i.i-шино)аланин, (S)-p-(N-6eii3wiaMHHO)aiaHHH, (З)-О-метилсерин, (R)-s-6eH3H.iuncTemi. ;2S,3S)-0-MeTiurrpeoHHH, (2S,3S)-0-3TRTrpeoHHH и друше) были использованы дія лттеза физиологически активных пептидов в институтах Органического синтеза Лап». \Н (г. Рига) и Биологической и медицинской химии АМН РФ (г.Москва).
Другие синтезированные небелковые а-амикокислоты {s-(2-aM>iHO0TH.i>-L-iiiiciiin!. 8)-р-имидазолилаланин. {25.35)-0-этилтреонин, (Sj-O-MeTii.icepan. (Ю-я-фенилішсіеги
в и другие) успешно применяются в институтах НИИ "Биотехнология" (г. Ереван), ВНИИ "Генетика" (г. Москва) и ВНИИ "Антибиотиков" (г. Москва) для селекции высокоактивных штаммов продуцентов белковых аминокислот в качестве их аналогов.
На основании полученных результатов на Опытно-экспериментальной базе НИИ "Биотехнология" создана опытная пилотная установка для препаративного асимметрического синтеза аминокислот белкового и небелкового происхождения.
Апройяня» рябпт^, Основные материалы настоящего исследования докладовались на Ш Всесоюзном совещании по аминокислотам (1984г., г. Ереван), 5-ой Всесоюзной конференции " Методы получения и синтеза биохимических препаратов " (1987г., г. Юрмала), V Международном совещании по биохимическим препаратам (1987г., г. Ереван), VI Всесоюзной конференции " Аминокислоты для сельского хозяйства пищевой промышленности, медицины и научных исследований " (1988г., г. Ереван) Специальной сессии по линии " INTAS " (1996г., г. Москва), Международной конференции " Аминокислоты и их производные " (1996г., г, Гродно, Республик* Белорусь).
Публикации; По теме диссертации опубликованы 23 статьи в зарубежных Всесоюзных и республиканских журналах, 8 тезисов докладов, получено 10 авторски) свидетельств и разработаны 2 Опытно-промышленных регламента.
Объем и структура диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, ' глав и выводов. Работа изложена на 364 страницах, содержит 17 таблиц, 49 рисунков 86 схем и библиографический указатель, включающий 342 наименований.