Содержание к диссертации
Введение
1. Литературный обзор синтез и окисление тиоланов 8
1.1.терпеновыедитиоланы 8
1.1.1. Синтезы терпеновых дитиоланов и некоторых пространственно затрудненных альдегидов икетонов 9
1.1.2. Химические свойства дитиоланов //
1.2. Синтезы оксотиоланов и некоторые химические свойства оксотиоланов 15
1.3. Металлокомплексное асимметрическое окисление дитиоланов и дитианов 22
1.3.1. Металлокомплексньте катализаторы на основе Ti(IV). Система Шарплесса 23
1.3.2. Комплексы на основе ванадия(1У). Система Больма 31
1.3.3. Катализаторы на основе других металлов 34
1.4. Энантиоселективное биокаталитическое окисление дитиоланов и дитианов 35
1.5. Окисление оксотиоланов и оксотианов 37
1.6. Биологическая активность и применение тиоланов 40
1.7. Распространение в природе сульфоксидов и сульфонов 41
1.8. Биологическая активность и применение сульфоксидов и сульфонов 42
2. Обсуждение результатов синтез и окисление терпеновых тиоланов 49
2.1. Синтез дитиоланов ментона, вербенона и камфоры 49
2.2. Окисление оптического активного дитиолана ментона 50
2.3. Окисление оптически активного дитиолана вербенона 57
2.4. Окисление оптически активного дитиолана камфоры 65
2.5. Синтез оксотиолана ментона 68
2.6. Окисление оптически активных стереоизомеров (5r,6s,9r)- и (5s,6s,9r)- оксотиолана ментона 71
2.7. Асимметрическое окисление (6s,9r и 6к,98)-дитиолана ментона 74
2.8. Асимметрическое окисление (5r,6s,9r и 5s,6r,9s)-okcotromaha ментона 80
2.9. Биоиспытания полученных соединений на противогрибковую активность 82
3. Экспериментальная часть 84
3.1. Синтез терпеновых оксо- и дитиоланов и характеристика веществ 86
3.2. Окисление терпеновых тиоланов 90
3.2.1. Окисление тиоланов водным раствором пероксида водорода 90
3.2.2. Окисление тиоланов т/?ега-бутилгидропероксидом (кумилгидропероксидом) 91
3.2.3. Каталитическое окисление тиоланов \Ю(асас)2-окислитель (Н202, t-BuOOH, СНР) 91
3.2.4. Окисление тиоланов л/е/ш-хлорпероксибензойной кислотой 92
3.2.5. Асимметрическое окисление системой Кагана-Модены 93
3.2.6. Асимметрическое окисление системой Больма 94
3.3. Характеристики веществ 96
Выводы 105
- Синтезы оксотиоланов и некоторые химические свойства оксотиоланов
- Энантиоселективное биокаталитическое окисление дитиоланов и дитианов
- Окисление оптически активного дитиолана вербенона
- Асимметрическое окисление (5r,6s,9r и 5s,6r,9s)-okcotromaha ментона
Введение к работе
Актуальность темы. Исследования в области химии терпеновых тиоланов, а также продуктов их окисления — сульфоксидов и сульфонов -обусловлены их практической значимостью как потенциально биологически активных соединений для получения лекарственных препаратов, пестицидов, душистых веществ, флотореагентов, пластификаторов, моющих средств, экстрагентов тяжелых металлов. Дитиолановые и оксотиолановые циклы входят в состав нуклеозидов, обладающих антивирусной активностью. Эти нуклеозидные аналоги, содержащие более чем один гетероатом в спироцикле, представляют большой интерес в связи с их мощной анти-ВИЧ активностью. Для повышения эффективности биологического действия монотерпеновых тиоланов используют реакции окисления с образованием сульфинильной и сульфонильной групп. Известно, что в ряде случаев окисление монотерпеновых тиоланов до соответствующих сульфинильных и сульфонильных производных приводит к усилению или изменению спектра биологической активности, что нередко сопровождается снижением токсичности. В настоящее время актуальна проблема проведения асимметрического окисления для получения энантиомерно обогащенных сульфоксидов, которые применяют для осуществления различных химических трансформаций в асимметрическом синтезе и получения новых биологически активных соединений. В связи с этим разработка эффективных методов получения терпеновых сульфинил- и сульфонилпроизводных является актуальной задачей.
Цель работы. Установление стереохимических особенностей протекания реакций окисления оптически активных терпеновых тиоланов на основе ментона, вербенона и камфоры и проведение асимметрического окисления соответствующих рацемических тиоланов для получения новых энантиомерно обогащенных терпеновых сульфинил- и сульфонилпроизводных.
Научная новизна. Впервые получены индивидуальные стереоизомеры сульфинил- и сульфонилпроизводных терпеновых тиоланов на основе ментона, вербенона и камфоры.
Выявлены стереохимические особенности реакций окисления терпеновых оксо- и дитиоланов. Показано, что результат реакции окисления терпеновых тиоланов зависит как от структуры субстрата, так и от структуры окислителя. Установлено, что структура терпенового фрагмента оказывает решающее влияние на протекание реакций окисления и способствует образованию стерически менее затрудненного стереоизомера.
Показано, что при использовании каталитических количеств VO(acac)2 в реакциях окисления дитиоланов ментона и вербенона повышается хемо- и стереоселективность реакции.
Впервые в индивидуальном виде выделен каждый стереоизомер оксотиолана ментона и установлена конфигурация их молекул, как (5R,6S,9R) и (5S,6S,9R). Показано, что при окислении избытком окислителя оксотиолана ментона (б^б^^-конфигурации сульфон не образуется, по-видимому, вследствие пространственного влияния рядом расположенной объемной изо-пропильной группы.
Впервые проведены реакции асимметрического окисления рацемических оксо- и дитиоланов ментона модифицированной системой Шарплесса (Кагана-Модены) и системой Больма. В результате получены новые энатиомерно обогащенные сульфинильные производные.
Практическая значимость. Выявлены стереохимические особенности реакций окисления оптически активных терпеновых тиоланов, обеспечивающие избирательное образование стерически менее затрудненного стереоизомера, и проведено дальнейшее асимметрическое окисление соответствующих рацематов, в результате которого синтезированы новые энатиомерно обогащенные сульфинилпроизводные.
Полученные результаты и выявленные стереохимические закономерности представляют собой теоретическую и экспериментальную базу для проведения реакций окисления с участием других серосодержащих терпенов и окислителей.
Получены новые потенциально биологические активные соединения, некоторые из них могут найти применение в различных отраслях
промышленности, сельском хозяйстве и медицине. Биологические испытания на противогрибковую активность терпеновых тиоланов и их окисленных продуктов показали, что (5і?,65',9і?)-оксотиолан ментона проявляет умеренную антимикотическую активность к непатогенным грибам Candida albicans.
Апробация работы. Основные результаты исследований представлены на IV, V Всероссийских научных конференциях «Химия и технология растительных веществ» (Сыктывкар, 2006; Уфа 2008); II, III Международных конференциях «Химия, структура и функция биомолекул» (Минск, 2006; 2008); IX, X, XI Научных школах - конференциях по органической химии (Москва, 2006; Уфа, 2007; Екатеринбург, 2008); Региональной научно-практической конференции «Синтез и перспективы использования новых биологически активных соединений» (Казань, 2007); II Международной научной конференции «Химия, технология и медицинские аспекты природных соединений» (Алматы, 2007); I Всероссийской молодежной научной конференции «Молодежь и наука на севере» (Сыктывкар, 2008); XI Международной научно-технической конференции «Перспективы развития и практического применения алициклических соединений» (Волгоград, 2008); 23 International Symposium on the Organic Chemistry of Sulfur (Москва, 2008).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 2 статьи в рецензируемых научных журналах и 12 тезисов докладов на российских и международных симпозиумах и конференциях.
Работа выполнена в Институте химии Коми НЦ УрО РАН в рамках темы НИР «Научные основы химии и технологии комплексной переработки растительного сырья; синтез хиральных функциональных производных изопреноидов, липидов и природных порфиринов для получения новых физиологически активных веществ и материалов (№ Гос. регистрации 0120.0 604259); проекта «Создание полусинтетических и использование природных физиологически активных биомолекул для разработки препаратов с противоопухолевой, антиоксидантнои и адаптагеннои активностью» в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным
направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 г.» (гос. контракт № 02.512.11.2025); проекта при поддержке Президента Российской Федерации (программа поддержки ведущих научных школ, грант НШ-4028.2008.3); программе Президиума РАН «Фундаментальные науки -медицине»; проекта РФФИ-Урал № 04-03-96010 «Синтез и окисление терпеновых сульфидов».
Публикации. Основные материалы диссертации изложены в 14 печатных работах, из них 2 статьи и тезисы 12 докладов на международных и всероссийских конференциях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3-х глав, основных выводов, списка цитируемой литературы, включающего 152 источников, и приложения. Работа изложена на 160 стр., включает 12 таблиц, 53 схем и 20 рисунков. Первая глава посвящена обзору литературы по методам синтеза, свойствам тиоланов, их окислению, биологической активности и применению тиоланов и их окисленных продуктов - сульфоксидов и сульфонов. Вторая глава посвящена изложению и обсуждению результатов собственных исследований. В третьей главе приведены экспериментальные данные и характеристики веществ.
Работа выполнена в лаборатории сероорганических соединений Института химии Коми НЦ УрО РАН. Автор выражает глубокую признательность своему руководителю к.х.н. Светлане Альбертовне Рубцовой, директору Института химии Коми НЦ УрО РАН чл.-корр. РАН Кучину А.В. за помощь и поддержку при выполнении данной работы. Автор приносит искреннюю благодарность сотрудникам Института органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения РАН к.х.н. Кодессу М.И. и к.х.н. Слепухину П.А, принимавших участие в проведении обсуждении спектральных данных и рентгеноструктурных исследований. Автор благодарит весь коллектив лаборатории сероорганических соединений за постоянную поддержку, а также сотрудников Института химии Коми НЦ н.с. Дворникову И.А. за предоставленные лиганды, к.х.н. Фролову Л.Л. и м.н.с. Алексеева И.Н. за неоценимую помощь в активном обсуждении результатов и спектральных данных.
Синтезы оксотиоланов и некоторые химические свойства оксотиоланов
Защита карбонильной группы с образованием соответствующих оксотиоланов важна по следующим причинам. Во-первых, оксотиоланы могут использоваться как синтоны для последующего формирования углерод-углеродной связи. Во-вторых, хиральные 1,3-оксотиоланы применяются для энантиоселективного синтеза а-гидроксиальдегидов. В-третьих, использование оксотиоланов более удобно, чем соответствующих 0,0-ацеталей (диоксоланы) или / -ацеталей (дитиоланы). Они значительно более устойчивы в кислых условиях, чем 0,0-ацетали и их намного легче удалить, чем б -ацетали [26-31]. Впервые 1,3-оксотиоланы были изучены Илиелом [32,33]. Позже оксотиоланы использовали для изучения диастереоселективности в различных реакционных процессах [29]. Ввиду потенциальных биологических возможностей тиоланов ведется поиск новых и эффективных синтетических методов их получения. Гетероциклические оксотиоацетали используют для синтеза хиральных синтонов. Некоторые пятичленные оксотиоланы, входящие в состав нуклеозидов, обладают выраженной анти-ВИЧ активностью [30,33]. В работе [34] изучены условия синтезов различных а,3-ненасыщенных оксотиоланов 28, используя APSG-HC1. Так, при более высоких температурах наблюдается образование производных оксотиоланов 29 и 30 (схема 1.9). Интересно, что эта реакция проходит с высокой стереоселективностью (de 98%). Конфигурация преобладающего диастереомера 34 изучена методом спектроскопии ЯМР. В работе [35] для превращения алифатических и ароматических кетонов, а также у-кетоэфиров и циклических кетонов (включая циклогексанон, ментон) в соответствующие оксотиоланы в качестве катализатора применили Іп(ОТі)з- В случае ментона за 1 ч образуется смесь диастереомеров в соотношении 46:54 с общим выходом 92%. Позднее индийские ученые [36] провели конденсацию с 2-меркаптоэтанолом в ионных растворителях с трифлатом иттербия(Ш).
Реакция (-)-карвона 35 с 2-меркаптоэтанолом в дихлорметане в присутствии ZnCb приводит к трем стереоизомерным соединениям 36а,Ь,с в соотношении 6:4:3 (схема 1.12) [37]. Илиел и его коллеги [31,32] установили, что при обработке А-трет-бутилциклогексанона 37 2-меркаптоэтанолом в присутствии BF3-Et20 образуется смесь диастереомеров тиокеталей 38а,Ь с выходом 94% (схема 1.13). Колоночной хроматографией на окисиде алюминия были выделены исходный кетон 37 (4%), кристаллический стереоизомер 38а (60%), жидкий стереоизомер 38Ь (36%). Предварительное заключение о конфигурации соединений 38а,Ь было сделано на основе сравнения спектров ЯМР lYL соответствующих метиловых эфиров 4-трет-бутилциклогексана. карбонильным соединениям в литературе описано немного [14,16,38]. В большинстве случаев при восстановлении кеталей реакции проводят в жестких условиях. Использование стехиометрических количеств катализатора приводит к протеканию побочных реакций. Разработка эффективных методов регенерации карбонильной группы в мягких условиях является важной задачей. В работе [39] разработан эффективный метод восстановления оксотиоланов 39, используя иора-нитробензальдегид 40 в присутствии TMSOTf (схема 1.14). Соединения 40 и 42 нерастворимы в СН2СІ2, и их легко отделить от восстановленного кетона 41 фильтрованием [40,41]. Установлено [42], что л-Вііз8пН с AIBN является эффективным катализатором для десульфуризации тиоацеталей. Данный процесс включает радикальную цепную реакцию с образованием радикала 49. При взаимодействии 50 72-Bu3SnH и AIBN за 24 ч получается циклопентан 51 с выходом 60%. Подобная обработка 52 приводит к единственному изомеру 53 с выходом 60% (схема 1.17). Таким образом, 1,3-оксатиолан-5-оны являются важными синтонами при получении третичных и вторичных циклических спиртов [43]. Для восстановления 2-гидроксиалкил-1,3-оксотианов в а-гидроксиальдегиды с умеренными выходами (62-65%) Кори [44] применил каталитическую систему NCS-AgN02- Нишиде и Юкота [45] использовали AgN02-l2 для регенерации монотиоацеталей в исходные карбонильные соединения. Они выяснили, что ион йода имеет более высокое сродство к атому серы, чем ион хлора в системе Кори. При восстановлении хирального 1,3-оксотиолана ментона 64 был получен (-)-ментон 63 с выходом 67% без потери оптической чистоты (схема 1.21) [44,45]. Как оказалось, оксотиоланы являются важными соединениями для протекания радикальной циклизации. Эти соединения используются для получения антивирусных нуклеозидов [46]. Установлено, что а-кето-1,3-оксотиоланы обеспечивают контроль за тг-диастереоселективным нуклеофильным присоединением, в котором кислород и атом серы занимают стереохимически выгодные положения. Нуклеофильная атака наиболее предпочтительно протекает в сш-положение к кислороду и аншм-положение к сере. В случае реакции с циклопентаноном 65 образуются сын-66 и анти-67 изомеры (схема 1.22) [46]. Фруе и Илиел [33,46] изучали реакцию с различными нуклеофильными реагентами и установили, что для хелатных нуклеофилов (MeLi, MeMgBr, LiBr(CHMeEt)3H) проходит процесс комплексообразования.
Они предположили, что присоединение в положениях син к кислороду и анти к сере достигается благодаря образованию клешневидного промежуточного комплекса 68. При этом присоединение DIBAL-H авторы объясняют с помощью модели Фелкина- Анха 69, в которой «большой» лиганд принимает антиперипланарное расположение относительно новой связи. Димитров [46] предположил, что в подобных случаях имеет место равновесие между двумя комплексными системами 70 и 71 и свободным кетоном. Катион Li менее эффективный комплексообразователь, чем Mg . В присутствии того и другого иона образуются продукты в равных соотношениях. В комплексе 71 освобождается верхняя «лицевая часть» молекулы, что способствует быстрой нуклеофильной атаке. Таким образом, разумный выбор серосодержащего реагента для реакции с а-1,3-оксотиоланами является важным пространственным фактором управления селективностью нуклеофильного присоединения [46]. 1.3. Металлокомплексное асимметрическое окисление дитиоланов и дшпианов Сульфоксиды широко применяются как хиральные вспомогательные соединения в асимметрическом синтезе [47]. Позднее они были введены как лиганды в энантиоселективный металлокомплексный катализ [48]. Различные типы сульфоксидов используют как биологически активные вещества при получении лекарственных препаратов [49-51]. Существует несколько основных подходов к получению хиральных сульфоксидов с высокой энантиомерной чистотой: оптическое расщепление ахиральных сульфоксидов [52], асимметрический синтез оптически активного соединения с прохиральными атомами серы [53], асимметрическое окисление прохиральных сульфидов [54,55]. Последний подход является наиболее общим и перспективным. Окисление прохиральных сульфидов в оптически активные сульфоксиды может проводиться с применением методов таких, как ферментативный катализ [56,57], участие клеточных культур [58], использование неметаллических окисляющих систем (соединения, содержащие гипервалентный йод [59], хиральные фосфорилхлориды [60] и оксазиридины [61]), энантиоселективный металлокомплексный катализ. Широкое распространение последнего метода объясняется его эффективностью, простотой и экономичностью и возможностью варьирования условий реакций в широких пределах. Применение различных комплексообразующих металлов, лигандов, окислителей позволяет подобрать подходящую окислительную систему для эффективного получения хиральных сульфоксидов из различных сульфидов.
Энантиоселективное биокаталитическое окисление дитиоланов и дитианов
В последнее время интенсивно развиваются исследования в области биокаталитического асимметрического окисления органических сульфидов. В качестве биокатализаторов химических превращений сульфидов используют трансформирующие ферментные системы или индивидуальные ферменты. Применяют также фрагменты или всю метаболическую систему микробных клеток, а также полусинтетические биореагенты. Высокая региоселективность и стереоспецифичность реакций биотрансформации различных сульфидов обеспечивает образование соответствующих энантиомерно обогащенных сульфоксидов. Анализ литературных данных [56,57,89] свидетельствует о перспективности использования в реакциях окисления сульфидов биохимического потенциала микроорганизмов. Одной из наиболее изученных монооксигеназ является ФАД-цикло-гексанонмонооксигеназа (ЦМО), выделенная из Acinetobacter calcoaceticus NCIMB 9871 и катализирующая процесс асимметрического окисления различных сульфидных субстратов в энантиомерно обогащенные сульфоксиды. Первая работа по энантиоселективному биоокислению арилалкилсульфидов с участием ЦМО опубликована в 1981 г., затем последовали сообщения об успешном применении данного фермента для окисления несимметричных диалкилсульфидов, дитианов, дитиоланов [56,57,89]. Селективность ферментативной реакций в значительной степени зависит от структуры используемого субстрата. Продолжительность реакции окисления сульфидов под действием ЦМО, как правило, не оказывает влияния на энантиомерную однородность образующихся сульфоксидов. При этом их окисление в сульфоны происходит крайне медленно. По данным Колонны [89] исключение составляет окисление рацемических 1,3-дитиоацеталей при участии ЦМО. В результате асимметрического окисления сульфидов 122 и 123 образуются энантиомерно чистые (/?)-моносульфоксиды. Отмечено, что наличие объемных заместителей при С2-положении в случае 2,2-замещенных 1,3-дитиоацеталей приводит к снижению энантиомерной чистоты образующихся сульфоксидов [89].
Наряду с использованием в асимметрическом синтезе хиральных сульфоксидов ферментных препаратов и очищенных ферментов, существует принципиальная возможность практической эксплуатации интактных клеток микроорганизмов [59]. Многочисленные попытки биотрансформации таких субстратов, как 1,3-дитиан 122 и его производных 123-126 культурами грибов A. niger, A.foetidus, Cunninghamella echinulata, Mortierella isabellina, Helminthosporhim sp. в большинстве случаев не увенчались успехом. Химический и оптический выход целевых метаболитов был очень незначительным [97-99]. Исключение составляют представители С. echinulata, окисляющие тиоацеталь 127 до соответствующего (1Д2Я)-сульфоксида 128 с её 98% (схема 1.40) [90]. Известно, что бактериальные трансформации имеют преимущество перед химическими реакциями из-за высокой региоселективности и стереоспецифичности процесса биоокисления. Однако литературные данные об использовании бактерий в реакциях микробиологического окисления прохиральных сульфидов немногочисленны. Одно из первых сообщений появилось в 1969 г. и было посвящено исследованию сульфоксидирующей активности бактериальных клеток Streptomyces sp. в отношении линкомицина и клиндамицина (хлорлинкомицина) [92]. При окислении циклических тиоацеталей 129 и 130 накапливаются преимущественно г/г/с-дигидродиолы 131 и 132, тогда как содержание соответствующих тракс-сульфоксидов, образующихся в случае окисления сульфидов 129 и 130 и цис-дигидродиолсульфоксидов, незначительно [93]. ноон но чон Алфанд [90] использовал коллекционный штамм Acinetobacter calcoaceticus NCIMB 9871 для окисления тиоацеталей и тиокеталей. Данная культура обеспечивает высокий химический выход (до 92 %) соответствующих (Я)-сульфоксидов с ее 9% %. 1.5. Окисление оксотиоланов и оксотианов Известно, что производные оксотиоланов и продукты их окисления (сульфоксиды и сульфоны) обладают противовирусной и противогрибковой активностью [94]. В связи с этим возникла необходимость в разработке методов их синтеза и окисления. Гокел [95] предложил метод окисления 1,3-оксотиоланов, используя в качестве окислителя перманганат калия с различными катализаторами. Так, 4,4-ди-метил-1,3-оксотиолан 133 окисляется КМпС 4 до сульфона 134 с выходом 80-85% без использования катализатора. В то же время 4-метил-4-фенил-1,3-оксотиолан 135 даже в присутствии катализатора ВТЕАС не окисляется (схема 1.41). Показано, что 2-фенил-1,3-оксотиолан-3,3-диоксид и 4,4-диметил-1,3-оксотиолан-3,3-диоксид 138 подвергаются раскрытию оксотиоланового цикла. Реакция протекает до соответствующих альдегидов в кипящем растворе бензола в присутствии следов эфирата трифторида бора (схема 1.43) [96,97]. В работе [98] для окисления органических соединений используют тетраоксид рутения. Так, стероидный андростан-17-он этилен гемитиокеталь 139 окисляется тетраоксидом рутения с образованием соответствующего сульфона 140. В данном случае выход продукта 140 выше, чем при окислении перфталевой кислотой, где наблюдается частичное восстановление продукта 140 до исходного кетона (схема 1.44).
Исследования в области химии терпеновых тиоланов обусловлены их практической значимостью, как потенциально физиологически активных соединений. Тиоланы и их производные используются для систематического контроля над поражением риса грибком Pyricularia oxyzae [101]. Несколько стероидных дитиокеталей были также проверены на активность в серофлокуляционных процессах с сыворотками рака [102]. Известно, что дитиолановые и оксотиолановые циклы входят в состав нуклеозидов с антивирусной активностью [94]. Эти нуклеозидные аналоги, содержащие более чем один гетероатом в цикле, представляют большой интерес в связи с мощной анти-ВИЧ и анти-HBV (вирус гепатита Б) активностью [103]. В настоящее время разработаны три препарата для лечения СПИДа, но все они имеют серьезные недостатки: токсичность к костному мозгу (препарат AZT); периферийная невропатия и острый панкриотит (препараты ddl и ddC); а также быстрое развитие устойчивости ВИЧ к данным препаратам. На сегодняшний день необходимо создание усовершенствованных препаратов без этих недостатков. В работе [104] разработан новый класс аналогов 2 ,3 -дидеоксинуклеозидов, в которых З -углеродный атом замещен атомом серы или кислорода. Эта модификация влияет на биологические и токсикологические свойства и приводит к открытию ВСН-189 149, (±)-1,3-оксотиолан нуклеозидов, которые обладают анти-ВИЧ активностью. Разделение рацемического ВСН-371 150 приводит к (+)-энантиомеру ВСН-1229 151 и (-)-энантиомеру ВСН-1230 152. Оба энантиомера изучены на анти-ВИЧ активность (схема 1.48).
Окисление оптически активного дитиолана вербенона
Для синтеза сульфинил- и сульфонилпроизводных дитиолана вербенона использованы окислители: Н202, f-BuOOH, СНР, m-СІРВА и каталитическая система \Ю(асас)2-окислитель (Г-BuOOH, СНР, схема 2.3). Показано, что бициклический дитиолан вербенона 5 по сравнению с моноциклическим дитиоланом ментона 4 является менее пространственно затрудненным субстратом, при окислении которого образуются четыре возможных стереоизомера моносульфоксида 10. Моносульфоксид дитиолана вербенона 10 получен при окислении дитиолана вербенона 5 m-СІРВА, /-BuOOH, СНР, Н2О2 при мольных соотношениях субстрат-окислитель 1:0.5, 1:1 и 1:2 (табл. 2.2, строки 1,2,6,7,9,11). В ИК спектре полученного соединения 10 наблюдается характеристическая полоса vs=o при 1047 см"1. Методом спектроскопии ЯМР установлено, что моносульфоксид 10 во всех экспериментах (табл. 2.2, строки 1,2,6,7,9,11) образуется в виде четырех стереоизомеров в соотношении 45:25:15:15. Соотношение четырех стереоизомеров моносульфоксида 10 определено по интегральной интенсивности неперекрывающихся сигналов соответствующих протонов в спектрах ЯМР Н смеси стереоизомеров. Количество четырех стереоизомеров соответствует количеству сигналов метановых протонов при двойной связи атома С(10) в области 5.0-5.5 м.д. (рис. 2.6). Данные сигналы не накладываются друг на друга и хорошо интегрируются. Таким образом, было подсчитано соотношение стереоизомеров как 100:51:33:30 (или 45:25:15:15). Такие же результаты получены по интегральной интенсивности сигналов протонов одной из С(13)Н3-группы в области 0,95-1,15 м.д. (рис. 2.7). Присутствие катализатора УО(асас)г не влияет на увеличение выхода, а Рис. 2.8. Общий вид молекулы 7,7,9-триметилбицикло[3.1.1]гепт-9-ен-1,4-дитиаспиро[4.5]декан-1-монооксида (10а) по данным РСА приводит к снижению хемоселективности реакции. Об этом свидетельствует образование дисульфоксида 11 5% (табл. 2.2, строка 6).
Выделить индивидуально каждый из стереоизомеров не удалось. Однако, выполнено отнесение сигналов двух преобладающих стереоизомеров моносульфоксида 10. Образование продукта 10 подтверждено данными масс-спектрометрии и элементного анализа. Структура стереоизомера 10а установлена методом PC А (кристалл был выбран из смеси, Реакции окисления 5 m-OPBA, ґ-BuOOH, СНР при мольном соотношении субстрат-окислитель 1:2 как в каталитических (табл. 2.2, строки 8,10), так и в некаталитических условиях (табл. 2.2, строки 3,4) протекают нехемоселективно с образованием дисульфоксида 11 и сульфинил-сульфонилпроизводного 12. Из смеси колоночной хроматографией выделены две фракции 11 и 12. Методом спектроскопии ЯМР установлено, что фракция дисульфоксида 11 содержит два диастереомера 11а и 116. Соотношение стереоизомеров дисульфоксида 11 определено по интегральной интенсивности неперекрывающихся сигналов соответствующих протонов в спектрах ЯМР !Н смеси стереоизомеров. Количество двух стереоизомеров соответствует количеству сигналов метиновых протонов при двойной связи атома С(10) в слабой области 5.0-5.5 м.д. (рис. 2.9). По интегральной интенсивности данных сигналов установлено соотношение 11а:11б 100:53 (для примера из табл. 2.2, строка 3), а также сигналов метинового протона при атоме С(6) и метальных протонов при атомах С(12) и С(13) (соотношение 11 а: 11 б составляет 100:53 (или 65:35), рис. 2.10 и 2.11). Структура одного из них 11а доказана методом РСА (рис. 2.12). Согласно структурным данным, вещество кристаллизуется в хиральнои пространственной группе симметрии (Р2/2/2/), что указывает на отсутствие рацемизации в процессе окисления. Длины связи и валентных углов соединения близки к стандартным. Дитиолановый цикл имеет конформацию конверта, атомы S(l), C(2), S(4), C(5) лежат практически в одной плоскости. Атомы кислорода сульфинильных групп находятся в /я/?янс-псевдоаксиальных позициях. Конфигурация второго диастереомера 116 была предложена на основе сравнения ЯМР спектров 11а и 116. В спектрах ЯМР Н обоих диастереомеров 11а и 116 отмечаются сильные отличия в сигналах протонов при атомах С(10) и С(6). Наблюдается сдвиг метинового протона при двойной связи атома С(10) соединения 116 в сильное поле на 0.3 м.д., а метинового протона при атоме С(6) — на 0.25 м.д. в слабое поле. На фоне того, что сдвиги остальных сигналов диастереомера 116 значительно меньше по сравнению с сигналами стереоизомера 11а, мы предположили, что изменялась конфигурация одного из атома S(4). Методом спектроскопии ЯМР установлено, что фракция сульфинил-сульфонильного производного 12 содержит три стереоизомера (табл. 2.2, строка 3,8).
Преобладающий стереоизомер сульфинил-сульфонильного производного 12а был выделен перекристаллизацией из ЕЮН, [а]о —40.1 (с 1.12, ЕЮН) с выходом 26-27%. Структура изомера 12а однозначно установлена методом РСА. Длины связей и валентных углов соединения 12а близки к стандартным. При этом измеренная усреднённая длина связи S-O сульфонильной группы (1.434(3) А) заметно меньше измеренной длины связи S-O (1.485(3) А) сульфинильной группы. Дитиолановый цикл имеет конформацию конверта, атомы S(l), С(2), S(4), С(5) лежат практически в одной плоскости. Атом кислорода сульфинильной группы при S(4) находится в транс-псевдоаксиальной позиции. Общий вид молекулы представлен на рис. 2.13. При окислении дитиолана 5 w-OPBA (субстрат-окислитель, 1:4) при -10С получен сульфон 13 с [a]D -113 (с 1.14, СНС13) с выходом 74-80% (табл. 2.2, строка 5). Структура соединения 13 установлена методом РСА. Как и в предыдущих случаях, существенных отклонений от стандартных длин связи и валентных углов соединения не наблюдается. В частности, измеренная длина связи S-O сульфонильной группы колеблется в пределах от 1.429(2) А до 1.441(2) А, составляя в среднем (1.435(10) А). Дитиолановый цикл имеет конформацию конверта, атомы S(l), С(2), S(4), С(5) лежат практически в одной плоскости. Общий вид молекулы 13 представлен на рис. 2.14. Обращает на себя внимание тот факт, что все три соединения (11а, 12а, 13) имеют очень близкие параметры элементарной ячейки. В частности, сингония (орторомбическая) и пространственная группа симметрии (Р2]2]2], хиральная) одинаковы для всех трёх исследованных соединений (11а, 12а, 13), а длины ребер элементарной ячейки приблизительно равны по абсолютной величине, немного увеличиваясь при переходе от менее окисленных продуктов к более окисленным. Очевидно, введение дополнительных атомов кислорода в структуру, определяемую объёмным каркасом дитиолана вербенона, вносит лишь незначительные стерические возмущения. Можно предположить, что в ходе дальнейших исследований будет обнаружена способность производных этого соединения давать сокристаллы с различными низкомолекулярными соединениями без значительных искажений молекулярной упаковки.
Асимметрическое окисление (5r,6s,9r и 5s,6r,9s)-okcotromaha ментона
Системами Кагана-Модены и Больма осуществлено окисление одного из стереоизомеров рацемического (5R,6S,9R и 55,,6Я,95)-оксотиолана ментона 17а (схема 2.8). При проведении реакции по Кагану-Модене с -ВиООН получен сульфоксид оксотиолана ментона в виде одного стереоизомера 18а с [a]D -38.3 (с 0.7, СбН6) (табл. 2.7, строка 1), а с СНР - стереоизомера 18а с [a]D -78.7 (с 0.8, С6Нб) (табл. 2.7, строка 2). Замена /-ВиООН на СНР приводит к увеличению химического выхода до 55% и значения угла оптического вращения соединения 18а , что связано со структурными особенностями окислителя. При асимметрическом окислении (5R,6S,9R и Зб б ЭД-оксотиолана ментона системой Больма использованы лиганды LI,ni v (рис. 2.20). При окислении соединения 17а Н2О2 с использованием системы V(IV)-L образуется сульфоксид 18а с низким выходом 5-10% и [a]D —2.9 (табл. 2.8, строка 1). Однако применение системы V(IV)-Lni приводит к образованию соединению 18а с высоким химическим выходом 88%, но с небольшим значением угла оптического вращения ([a]D -4.3, табл. 2.8, строка 3). Наилучший результат окисления 17а по Больму достигнут при использовании лиганда L с образованием моносульфоксида 18а с умеренным химическим выходом 48% и [а]в -48.6 (табл. 2.8, строка 2). Вероятно, это связано с тем, что образующийся комплекс саленового типа У(1У}-1} более устойчив к НгОг, подобно комплексу с лигандом VI (схема 2.9). По этой причине образуется продукт 18а с более высоким значением угла оптического вращения. Таким образом, нами впервые проведено асимметрическое окисление рацемических (5R,6S,9R и З бі З -оксотиолана ментона и (6S,9R и 6R,9S)-дитиолана ментона реагентами Кагана-Модены и Больма с образованием новых хиральных сульфоксидов. 2.9. Биоиспытания полученных соединений на противогрибковую активность В лаборатории микологии Казанского НИИ эпидемиологии и микробиологии (КНИИЭМ) Роспотребнадзора проведены биологические испытания на противогрибковую активность терпеновых тиоланов и их окисленных продуктов, синтезированных в ходе диссертационной работы.
Испытания проведены дисковым методом на агаризованной среде с использованием следующих штаммов: Aspergillus niger BKM F-412, Aspergillus fumigatus BKM F-219, Penicillium tardum BKM F-263, Penicillium chrysogeniim BKM F-347, Candida albicans Y-4, а также штаммы дрожжеподобных грибов и дерматомицетов, выделенные от больных микозами кожи и слизистых: Candida albicans 228, Candida parapsilosis, Candida kruzei, Rhodotorula rubra, Epidermophytonfloccosum . Эффективность антимикотического действия терпеновых тиоланов и их сульфинил-сульфонилпроизводных оценивалась по зоне лизиса (расстоянию от края диска с ипытуемым веществом до зоны роста грибов) в соответствии с общепринятой методикой. Результаты испытаний представлены в таблице 2.9, где знаком «+» обозначена зона задержки роста 1-3 мм (слабая активность); знаком «2+» - зона задержки роста 3-5 мм (умеренная активность); знаком «3+» обозначена зона задержки роста 5 мм, что соответствует высокой активности. Отсутствие активности обозначено знаком «-», а знаком «+/-» в табл. 2.9 обозначена зона задержки роста до 1 мм (очень слабая активность). В качестве отрицательного контроля использованы диски без препаратов, обработанные растворителем аналогичным образом. В качестве положительного контроля применяли диски с фунгицидным препаратом «Полисепт» («4+»). Таким образом, из исходных терпеновых тиоланов умеренную фунгистатическую активность проявляет (5і !,65 ,9і?)-оксотиолан ментона против непатогенных грибов Candida albicans. Биологические испытания на антимикотическую активность сульфинильных терпеновых производных показали слабую активность в отношении таких грибов, как Candida albicans и Penicillium tardum. 3. Экспериментальная часть Спектры ЯМР !Н и С регистрировали на спектрометрах «BRUKER DRX-400» (400.13 МГц для !Н и 100.62 МГц для 13С), «Bruker Avance-II-300» (300.17 для 1Н, 75.42 МГц для 13С) в CDC13, C6D6. Константы взаимодействия приведены в Гц. Полное отнесение сигналов !Н и 13С выполнено с помощью двумерных гомо- ( Н- Н COSY, Н Н NOESY) и гетероядерных экспериментов ( H-,3C HSQC, !H-13C НМВС). ГЖХ проводили с использованием хроматографа Chrom-5 с пламенноионизационным детектором; насадочная колонка длиной 2 м и диаметром 4 мм. Неподвижная фаза - 5% Carbowax-20, нанесенная на Chromaton-N-AW-DMCS, газ-носитель - гелий. Анализ проводили в режиме программирования температуры от 50 до 250С со скоростью 6 град/мин. Образование сульфинил- и сульфонильных производных определяли методом ВЭЖХ на приборе «Finnigan Surveyor» на колонках Hypersil Gold и BDS Hypersil СІ8, )t=254 HM, 0.3-0.5 мл/мин (элюент ACN-H20).
Оптическое вращение измеряли на автоматизированном цифровом поляриметре «Krass P3002RS». Температуры плавления определяли на приборе «Gallenkamp-Sanyo». УФ спектры растворов соединений в хлороформе записывали на спектрофотометре UV - 1700 (PharmaSpec) фирмы «SHIMADZU» с диапазоном длин волн 200-1100 нм. Масс-спектры регистрировали на хромато-масс-спектрометре «Finnigan Trace DSQ». Колонка TR-5MS (30 м), температура колонки 50-220С, скорость подъема 4 град/мин, возбуждение электоронным ударом. Для ТСХ использовали пластины Silufol и Sorbfil, применяя систему растворителей СбН -ЕігО. Хроматограммы проявляли спиртовыми растворами ванилина (3 г ванилина + 100 мл 95%-ного ЕЮН + 0.5 мл конц. H2SO4) и фосфорномолибденовой кислотой (5 г фосфорномолибденовой кислоты в 100 мл ЕЮН) с последующим нагреванием до 100-120С, и 5%-ным раствором КМГ1О4 (15 г соли на 300 мл воды и 1 мл конц. H2SO4) без нагревания, а также в йодной камере. Для колоночной хроматографии использовали Silicagel 70/23 Ou. (наполнение «мокрым» способом). Элементный анализ выполняли с использованием автоматического анализатора «ЕА 1110 CHNS-O». ИК спектры записывали на ИК-Фурье-спектрометре «Schimadzu IR Prestige 21» в тонком слое и таблетках КВг. Рентгеноструктурный анализ соединений выполняли по стандартной процедуре на автоматическом дифрактометре «Xcalibur-З» с CCD-детектором (МоіГа-излучение, графитовый монохроматор, 295(2)К, со-сканирование, размер шагов сканирования - 1.0). Структуры расшифровывали прямым методом по программе и уточняли с применением пакета программ SHELX97 методом наименьших квадратов в анизотропном (изотропном для атомов Н) полноматричном приближении.
