Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Литературный обзорКаталитическое цикломагнирование непредельных соединенийреактивами Гриньяра в присутствии комплексов переходныхметаллов
1.1 Цикломагнирование олефинов с участием Zr- и Ті-содержащихкатализаторов
1.2 Цикломагнирование 1,2-диенов, катализируемое комплексамиZr
1.3. Межмолекулярное цикломагнирование 1,2-диенов с помощьюреактивов Гриньяра в присутствии СргТіСЬ 24
1.4. Цикломагнирование а,ю-диолефинов и а,ю-диалленов,катализируемое комплексами Zr и Ті 28
1.5. Каталитическое цикломагнирование дизамещенных алкинов 32
1.6. Цикломагнирование циклоалкинов с помощью RMgR ,катализируемое комплексами Zr 36
1.7. Цикломагнирование а,ю-диацетиленов с помощью RMgR ,катализируемое Cp2ZrCi2
Глава II. Обсуждение результатов 45
2.1. Цикломагнирование N- и О-содержащих 1,2-диенов с помощьюRMgR , катализируемое соединениями Zr 45
2.2. Межмолекулярное цикломагнирование N-, О- и Si-содержащих 1,2-диенов реактивами Гриньяра в присутствии СргТіСЬ 53
2.3. Перекрестное цикломагнирование функционально замещенных 1,2-диенов с циклическими и ациклическими 1,2-диенами с помощьюRMgHlg под действием СргТіСЬ 64
2.4. Перекрестное цикломагнирование 1,2-диенов в синтезе феромоновнасекомых 69
2.5. Перекрестное межмолекулярное цикломагнирование О-содержащих и терминальных алифатических 1,2-диенов в синтезе
природных 5Z,9Z-диеновых кислот 71
Глава III. Экспериментальная часть 78
Выводы 139
Литература
- Цикломагнирование 1,2-диенов, катализируемое комплексамиZr
- Цикломагнирование а,ю-диолефинов и а,ю-диалленов,катализируемое комплексами Zr и Ті
- Межмолекулярное цикломагнирование N-, О- и Si-содержащих 1,2-диенов реактивами Гриньяра в присутствии СргТіСЬ
- Перекрестное цикломагнирование 1,2-диенов в синтезе феромоновнасекомых
Цикломагнирование 1,2-диенов, катализируемое комплексамиZr
Систематические исследования реакции этил- и цикломагнирования олефинов с неактивированной двойной связью, катализируемой Cp2ZrCl2, позволили [6-9] предложить вероятную схему образования целевых МОС, согласно которой на первом этапе образуется бис (циклопентадиенил)диэтилциркония, который в результате Р-гидридного переноса превращается в бис-циклопентадиенилцирконациклопропан. Последующее внедрение молекулы олефина по Zr-C связи дает цирконациклопентан 12. Присоединение молекулы Ei2Mg к цирконациклопентану с разрывом Zr-C связи в последнем приводит к биметаллическому Zr-Mg комплексу 13, внутримолекулярное превращение которого дает целевой магнезациклопентан 11 и при этом регенерируется каталитически активный диэтилциркониевый комплекс. Каждая из стадий этой реакции осуществлена в стехиометрическом варианте [8, 10] (схема 8). Схема 8 Et2Mg
Механизм катализируемых Cp2ZrCl2 реакций этил- и цикломагнирования олефинов с неактивированной двойной связью обсужден практически одновременно несколькими группами исследователей [3, 5-10].
С целью расширения области применения каталитического цикломагнирования непредельных соединений с помощью магнийорганических реагентов, а также поиска новых катализаторов, способных проводить эту реакцию, авторы [11] исследовали взаимодействие EtMgR (R = Br, Et) с олефинами (октен-1, аллилбензол, стирол, эндо-дициклопентадиен) в присутствии каталитических систем на основе Ті, Hf, Со, Ni, Pd и Rh, широко используемых для превращений олефинов, алленов и ацетиленов. Было обнаружено, что наиболее высокие выходы продуктов цикломагнирования олефинов проявляют комплексы Ті, в частности, Ср2ТІС12.
В работе [11] показано, что при взаимодействии EtMgBr или Et2Mg с олефинами в присутствии катализатора Ср2ТіС12, в зависимости от природы олефина, образуются продукты цикло-, карбо- и гидромагнирования. Так, стирол вступает в реакцию с избытком EtMgBr в присутствии катализатора Ср2ТіС12 (20 С, 20 ч, ТГФ, PhCH=CH2 : EtMgBr : [Ті] = 1:2:0.05) с образованием смеси моно- 14 и дифенилзамещенных магнезациклопентанов 2, 3, дейтеролиз реакционной массы приводит к фенилзамещенным 1,4-дидейтеробутанам 15-17 в соотношении равном 3:2:1 с общим выходом 75 % (схема 9).
Применение Et2Mg в тех же условиях приводит к магнезациклопентанам 14:2:3 в соотношении равном 5:1:2 с выходом 54%.
При взаимодействии а-олефинов (октен-1, аллилбензол) с EtMgBr в присутствии Cp2TiQ2 (мольное соотношение олефин:EtMgBr:[Ті] = 1:4:0.05) при температуре 20 С в течение 20 ч в растворе ТГФ образуются продукты цикло- 18а,б, карбо- 19а,б и гидромагнирования 20а,б в соотношении 18а,б: 19а,б: 20а,б равном 2:5:6 (схема 10).
Me Образование циклических и ациклических МОС представлено вероятной схемой, согласно которой взаимодействие EtMgR с олефинами в присутствии СргТіСЬ проходит с формированием таких ключевых интермедиатов как титанациклопропаны 21, титанациклопентаны 22, 23, а также алкильных 24 и гидридных производных титана 25, переметаллирование которых исходным EtMgX приводит к целевым МОС (схема 11).
С целью установления возможности цикломагнирования циклоалкенов и разработки методов синтеза новых типов полициклических магнииорганических соединений осуществлена реакция диалкильных производных магния с соединениями норборненовой структуры [12]. Показано, что в отличие от стиролов цикломагнирование норборненов (бицикло[2.2.1]гепт-2-ен, спиро{бицикло[2.2.1]гепт-2-ен-7,1 -циклопропан}) с n-Pr2Mg или n-Bu2Mg под действием каталитических количеств Cp2ZrCl2 (3 мол.%) в растворе Е12О/ТГФ (20-22 С, 8 ч) проходит с образованием диастереомерно чистых три- 26, тетра- 27, пента- 28 и гептациклических 29 магнийорганических соединений: экзо-, экзо-5-алкил-З-магнезатрицикло [5.2.1.0 ]декана, экзо-,экзо-5-алкил-3-магнезаспиро {трицикло[5.2.1.0 ] декан-10,1 -циклопропана}, экзо-, экзо-9-магнезапентацикло А 1 9 1 П "\ Я
Взаимодействие эндо-дициклопентадиена с EtMgBr в условиях (20 С, 50 ч, ТГФ, ДЦПД:ЕіМВг:[Ті] = 1:2:0.05) идет по норборненовой двойной связи с образованием региоизомерных (-1:1) по положению двойной связи продуктов карбомагнирования 33а,б с выходом 70 %. Показано, что в присутствии химически активированного магния изменяется хемоселективность реакции и наряду с продуктами карбомагнирования 33а,б образуются продукты цикло- 32а,б и гидромагнирования 34а,б с общим выходом 75 % в соотношении 32а,б: 33а,б: 34а,б 5:2:2 с сохранением эндо-конфигурации циклопентенового фрагмента. Роль активированного Mg, вероятно, заключается в восстановлении СргТіСЬ до "СргТі", ответственного за формирование титанациклопентановых интермедиатов [13] (схема 14).
Цикломагнирование а,ю-диолефинов и а,ю-диалленов,катализируемое комплексами Zr и Ті
Реакция каталитического цикломагнирования олефинов с помощью RMgR в присутствии Cp2ZrCl2 позволяет получать магнезациклопентаны с высокой регио- и стереоселективностью [1, 5 71, 72]. Дальнейшее изучение указанной реакции на примере соединений норборненовой структуры, ацетиленов и 1,2-диенов дало возможность осуществить синтез моно-, би-, три- и полициклических магнезакарбоциклов, а также разработать большое число препаративных однореакторных методов синтеза практически важных и ранее труднодоступных карбо- и гетероциклических соединений [11,21, 25, 28,63,73,74].
Несмотря на большое разнообразие непредельных соединений, использованных в качестве объектов исследования в реакции каталитического цикломагнирования, в литературе имеется лишь несколько примеров применения функционально замещенных олефинов и совершенно отсутствуют сведения о проведении данной реакции с участием 1,2-диенов, содержащих в своей структуре гетероатомы [7, 33, 40, 76].
В связи с вышеизложенным впервые исследовали цикломагнирование N-, О-содержащих 1,2-диенов 1а-д с помощью RMgR под действием Zr-содержащих катализаторов, проявивших наибольшую активность в реакциях циклометаллирования простейших олефинов, алленов и ацетиленов [68, 70, 77-82].
На примере взаимодействия М,1Ч-диэтил-1-бута-2,3-диен-1-иламина 1а с двукратным избытком Ei2Mg установлено, что в присутствии Cp2ZrCl2 (5 мол.%) в ЕігО при температуре 20-22 С за 8 ч селективно образуется магнезациклопентан 2а (схема 1). Схема X X = OTHP (д). Структура полученных магнезациклопентанов 2а-д устанавливалась с привлечением одно- и двумерной ЯМР-спектроскопии по продуктам гидролиза За-д и дейтеролиза 4а-д.
Например, гидролизом соединения 2а получили М,М-диэтилгекс-2-ен-1-амин За который содержит двойную связь исключительно Z-конфигурации, что однозначно доказано наличием NOE-эффекта между аллильными протонами (8Н(1)= 3.09 и 8Н(4)= 2.06 м.д.), а также значением вицинальных констант спин-спинового взаимодействия (КССВ) 8Н(3)= 5.43 д.т. (д. J = 11 Гц, т. = 7 Гц) [26].
После дейтеролиза магнийорганического соединения 2 а получили непредельный частично дейтерированный амин, содержащий атомы дейтерия при С(3) и С(6), что однозначно подтверждает наличие двух Mg-C-связей в исходном соединении 2а. Аналогичные результаты получены при цикломагнировании N-, О-содержащих алленов 1б-д, что позволяет сделать вывод об образовании в ходе реакции N-содержащих 2-алкилиденмагнезациклопентанов 2а-д.
Наличие заместителя при алленовой группе оказывает заметное влияние на стереоселективность реакции. Так, 1,1-дизамещенные N-содержащие 1,2-диены 5а-г в разработанных условиях вступают в реакцию с Ei2Mg в присутствии Cp2ZrCl2 (5 мол.%), давая после гидролиза реакционной массы соответствующие непредельные амины в виде цис- 8а-г и транс изомеров 10а-г, дейтеролиз приводит к непредельным аминам 9а-г и 11а-г. В случае 2-метил-1-бута-2,3-диен-1-ил(диэтил)амина 5а или 2-метил-1-бута-2,3-диен-1-илморфолина 56, с метильным заместителем при алленовой группе, преобладают г/иоизомеры (Z:E = 10:1). Конфигурация заместителей при двойной связи основного изомера однозначно доказана наличием интенсивного кросс-пика атомов водорода метильной группы 5Н(7) = 1.74 м.д. с протоном при двойной связи 8Н(3)= 5.34 м.д. в NOESY-эксперименте, а также проявлением сигнала метильной группы при 5С(7) = 23.09 м.д. для г/иоизомера и 8С(7) = 14.96 м.д. для транс-изомера. С увеличением длины цепочки алкильного заместителя при алленовой группе, например, в 2-этил-1-бута-2,3-диен-1-илморфолине 5в или 2-бутил-1-бута-2,3-диен-1-илморфолине 5г, наблюдается увеличение содержания транс-изомеров по отношению к г/иоизомерам (схема 2, табл. 1).
Для основного продукта цикломагнирования соединения 5а в области спектра, соответствующей sp -гибридизованным углеродным атомам, наблюдаются сигналы 168.86 и 136.34 м.д., последний из которых уширен из-за влияния соседнего атома металла (спин ядра магния 5/2). Данные характеристичные сигналы имеют в спектре НМВС (рис. 1) три кросс-пика, благодаря которым были отнесены сигналы метиленовых протонов N-CH? группы при 2.74 м.д. и СН?-2 цикла при 2.01 м.д., а также протонов метильного заместителя при 1.56 м.д. По данным HSQC корреляционного спектра химические сдвиги углеродных атомов, связанных с этими протонами, составляют 54.15, 39.93 и 28.50 м.д. соответственно. Однозначно определив ЯМР Ни С параметры атомов в третьем положении магнезациклопентана, установлены также химические сдвиги всего циклического остова с помощью COSY НН (рис. 1).
В ходе разработки оптимальных условий проведения реакций цикломагнирования N-содержащих 1,2-диенов было установлено, что увеличение концентрации циркониевого катализатора Cp2ZrCl2 больше 10 мол.% приводит к снижению выхода целевых МОС из-за образования побочных олигомерных продуктов исходного 1,2-диена. Использование катализатора менее 2 мол.% снижает выход МОС, что связано со снижением концентрации каталитически активных центров в реакционной массе. Наиболее оптимальной является концентрация катализатора 5 мол.%.
Динамика накопления продуктов цикломагнирования N-содержащих 1,2-диенов 2г, установленная на основании анализа продуктов гидролиза, с помощью ГЖХ, свидетельствует о том, что реакция практически завершается за 6-8 часов (рис. 2).
Межмолекулярное цикломагнирование N-, О- и Si-содержащих 1,2-диенов реактивами Гриньяра в присутствии СргТіСЬ
Одним из важнейших ферментов, принимающих участие в клеточном цикле является ДНК-зависимый фермент топоизомераза, катализирующий топологические перестройки ДНК и играющий ключевую роль во всех аспектах функционирования генома. Внесение топоизомеразами одно-(топоизомераза I) и двухцепочечных (топоизомераза II) разрывов, с последующей их сшивкой и восстановлением целостности молекулы ДНК, обуславливает мобильность, необходимую для конформационных изменений ДНК в процессах матричного синтеза и подвижности хромосом в митозе. Топоизомеразы рассматриваются в качестве внутриклеточных мишеней действия химиотерапевтических препаратов, так как, препятствуя репарации разрывов, такие вещества способны вызывать накопление повреждённых молекул ДНК, форсируя, таким образом, гибель клетки [108-115].
В настоящее время ведётся интенсивный поиск и отбор природных ингибиторов топоизомеразы I, а также создание новых синтетических аналогов и полусинтетических производных известных противоопухолевых соединений, способных изменять каталитическую активность ферментов, стабилизируя ковалентные ДНК-белковые комплексы [108, 109].
Для решения и реализации указанных выше задач большим потенциалом обладают производные высших жирных кислот, содержащие две г/иодвойные углерод-углеродные связи в 5- и 9-м положениях углеводородной цепи, выделенные ранее в незначительных количествах из морских губок и плодов хвойных голосемянных растений [116]. Согласно [116], жирные 5Z,9Z-диеновые кислоты проявляют противомалярийную, противомикробную и противовирусную активность наряду с низкой токсичностью, что делает этот класс соединений весьма привлекательным в качестве основы для разработки современных лекарственных препаратов.
Значительный вклад в развитие методов выделения, идентификации и подходов к синтезу жирных диеновых кислот внесли группы Н. Карбальера, Ю. Сакагами, К. Джерасси и других авторов [88-95]. Следует отметить, что описанные в литературе методы синтеза 5Z,9Z-flneHOBbix кислот многостадийны (4-20 стадий) выходы целевых соединений составляют 0.5-15%[117,118], в большинстве случаев реакция сопровождается образованием смеси стереоизомеров, что, по нашему мнению, является основным сдерживающим фактором для дальнейшего изучения и применения этого класса соединений для создания на их основе современных лекарственных препаратов. Поэтому разработка новых эффективных методов синтеза 5Z,9Z-диеновых кислот является важной и актуальной задачей.
В развитие проводимых исследований в рамках данной диссертационной работы по синтезу функционально замещенных 2,5-диалкилиденмагнезациклопентанов, а также стереоизомерно чистых Z,Z-диеновых соединений на их основе мы выдвинули идею о возможности использования разработанных препаративных методов получении указанных классов МОС и непредельных соединений заданной структуры для направленного синтеза 5Z,9Z-flneHOBbix кислот путем перекрестного каталитического цикломагнирования 1,2-диеновых спиртов с терминальными алифатическими алленами с получением соответствующих несимметричных 2,5-диалкилиденмагнезациклопентанов, деметаллирование последних и окисление полученных 5Z,9Z-flneHOBbix спиртов до карбоновых кислот, как мы предположили, могут служить исключительно перспективным методом конструирования индивидуальных 5Z,9Z-диеновых кислот разнообразной структуры.
Так, в соответствии с разработанной нами стратегией синтеза непредельных lZ,5Z-3(J)HpoB, на первом этапе проводится перекрестное цикломагнирование терминальных алифатических алленов 46а, 46в, 57а-в с тетрагидропирановым эфиром гепта-5,6-диен-1-ола 216 с помощью EtMgBr, катализируемое СргТіСЬ, в приведенных выше условиях, последующий гидролиз реакционной массы приводит к О-содержащим диенам 47е, 58а-г. Снятие тетрагидропиранильной защиты дает (5Z,9Z)-5,9-flneHOBbie спирты 59а-д. Последующее окисление непосредственно О-со держащих диенов 47е, 58а-г реагентом Джонса (СгОз-НгБС ) [119,120] или (5Z,9Z)-5,9-flneHOBbix спиртов 59а-д пиридиний дихроматом в ДМФА [121], образуются целевые (5Z,9Z)-5,9-flneHOBbie кислоты бОа-д с выходами 61-67% и стереоселективностью 98% (схема 16).
Перекрестное цикломагнирование 1,2-диенов в синтезе феромоновнасекомых
Электрофореграмма продуктов релаксации суперскрученной плазмидной ДНК in vitro под действием топоизомеразы I (Topogen, USA) в присутствии (57,97)-5,9-эйкозадиеновой кислоты. 1. Суперскрученная плазмидная ДНК (pHOTl). 2. Релаксированная форма ДНК (визуализация набора топоизомеров). 3. Отрицательный контроль с ДМСО (в концентрации 3%). 4. Реакция релаксации плазмидной ДНК в присутствии камптотецина (ЮмкМ). 5-9. Результат влияния различных концентраций (5Z,9Z)-5,9-эйкозадиеновой кислоты на реакцию релаксации плазмидной ДНК (5 - 0,75, 6 - 0,5, 7 - 0,25, 8 - 0,1, 9 - 0,01 мкМ).
В результате действия топоизомеразы I суперскрученная форма плазмидной ДНК релаксирует, образуя набор топоизомеров. Метод определения ингибирования активности топоизомеразы I основан на высокой чувствительности электрофоретической подвижности различных форм ДНК (исходной и продуктов релаксации ДНК под действием фермента) к различиям в конформации дуплекса: суперскрученной и кольцевой формы плазмиды. Введение в реакцию вещества, ингибирующего активность топоизомеразы I, нарушает процесс релаксации, что может вызывать уменьшение числа образованных топоизомеров, увеличение доли кольцевой формы плазмиды и наличие остаточных количеств суперскрученой плазмидной ДНК. Ингибирование каталитической активности топоизомеразы I может быть специфическим (образование долгоживущих ковалентных комплексов между веществом, фермента и ДНК) или неспецифическим (ингибирование любой другой стадии каталитического цикла действия топо I, включая взаимодействие непосредственно с ДНК или с ферментом). При специфическом (отравляющем) механизме ингибирования стабилизация веществом-ингибитором ковалентного комплекса ДНК-топоизомеразы I препятствует лигированию цепи дуплекса и ведет к накоплению одиночных разрывов ДНК, что нарушает протекание жизненно важных процессов в клетке. Характерным признаком такого типа ингибирования является накопление отрытой кольцевой формы плазмидной ДНК.
Результаты, приведённые на рис. 7, свидетельствуют о том, что в реакции релаксации суперскрученной плазмидной ДНК с ингибированием активности топоизомеразы I (Topogen, USA) вносимой (5Z,9Z)-5,9-эйкозадиеновой кислотой (в данном примере 1 единица фермента ингибируется 0,1 мкМ исследуемого синтезированного вещества) уменьшается остаточное количество суперскрученной формы плазмидной ДНК и растет число образованных топоизомеров (дорожка 9) при последовательном уменьшении концентрации вносимого вещества от 0,75мкМ до ОДмкМ. Действия на изучаемый фермент (5Z,9Z)-5,9-эйкозадиеновой кислоты и камптотецина были сопоставимы, однако (5Z,9Z)-5,9-эйкозадиеновая кислота ингибировала фермент в концентрации ОДмкМ, тогда как камптотецин был топо 1-активен в концентрации ЮмкМ, что коррелировало с его ингибирующей активностью на разных линиях опухолевых клеток [111]. Судя по остатку суперскрученной плазмидной ДНК, присутствие в реакционной смеси (5Z,9Z)-5,9-3fiK03aflneHOBofi кислоты затрудняет релаксацию суперскрученной ДНК также как и в случае камптотецина. Возможным механизмом ингибирования (5Z,9Z)-5,9-эйкозадиеновой кислоты, вполне вероятно, является нарушение узнавания ферментом сайтов связывания с ДНК и/или вызванные локальные нарушения конформации дуплекса, что неспецифически замедляет работу топоизомеразы І в реакции релаксации суперскрученной ДНК. При этом (57,97)-5,9-докозадиеновая кислота полностью ингибирует топо I при 1 мкМ.
Следует отметить, что (57,97)-5,9-эйкозадиен-1-ол, предшественник (57,97)-5,9-эйкозадиеновой кислоты не проявил ингибирующего действия на топоизомеразу I даже при концентрациях более 500 мкМ.
Таким образом, впервые осуществлено перекрестное цикломагнирование О-содержащих алленов с алифатическими 1,2-диенами с помощью реактивов Гриньяра под действием катализатора СргТіСЬ. Разработан эффективный подход к синтезу природных и синтетических 5Z,9Z-flneHOBbix кислот с выходами до 67%, обладающих высокой ингибирующей активностью в отношении человеческой топоизомеразы I. Глава III. Экспериментальная часть
Хроматографический анализ проводили на приборе Shimadzu GC-9A, колонка 2000x2 мм, неподвижная фаза - силикон SE-30 (5%) на Chromaton N-AW-HMDS (0.125-0.160 мм), газ-носитель - гелий (30 мл/мин), при программировании температуры от 50 до 300 С со скоростью 8 С/мин. Спектры ЯМР ХН и 1JC записаны в CDCb на спектрометре "Bruker Avance-400" (100 МГц для 13С и 400 МГц для 1Я), химические сдвиги даны относительно TMS. Хромато-масс-спектральный анализ соединений проводили на приборе Shimadzu GCMS-QP2010 Plus (стеклянная капиллярная колонка SLB-5ms 60000x0.25ммх0.25щп (Supelco, США), газ-носитель - гелий, программирование температуры от 40 до 280 С со скоростью 5 град/мин, температура испарителя 280С, температура источника ионов 200С, 70эВ). Масс-спектры регистрировали на приборе MALDI TOF/TOF Autoflex-III Bruker с матрицей 2,5-дигидроксибензойной кислоты (2,5-DHB) и а-циано-4-гидроксикоричной кислоты (НССА) в отражательном режиме со съемкой положительных ионов. Элементный анализ выполнен на элементном анализаторе фирмы Karlo Erba 1106. Выходы продуктов определяли с помощью ГЖХ-анализа. Чистоту продуктов реакции контролировали на пластинках Silufol UV-254, проявляли в парах иода.
![Синтез и свойства 2-[4-(гидроксиимино)циклогекса-2,5-диен-1-илиден]арилацетонитрилов](/i/i/4254/365440.png "Синтез и свойства 2-[4-(гидроксиимино)циклогекса-2,5-диен-1-илиден]арилацетонитрилов Коновалова Наталия Валерьевна")
